-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einer optischen Detektionsvorrichtung, bei dem bei wenigstens einer Messung
- - mit wenigstens einer optischen Sendeeinrichtung wenigstens ein optisches Sendesignal in den Überwachungsbereich gesendet wird,
- - mit wenigstens einer optischen Empfangseinrichtung wenigstens ein optisches Empfangssignal empfangen wird, welches von dem wenigstens einen optischen Sendesignal herrührt, das an einem etwaigen Objekt im Überwachungsbereich reflektiert wird,
- - wenigstens aus den Empfangssignalen Objektinformationen über das Objekt ermittelt werden.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einer optischen Sendeeinrichtung, mit der optische Sendesignale in den Überwachungsbereich gesendet werden können,
- - mit wenigstens einer optischen Empfangseinrichtung, mit der optische Empfangssignale, welche von optischen Sendesignalen herrühren, die an wenigstens einem etwaigen Objekt in dem Überwachungsbereich reflektiert werden, empfangen werden können,
- - und mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der auf Basis der optischen Empfangssignalen, die mit der wenigstens einen optischen Empfangseinrichtung empfangen werden können, Objektinformationen über erfasste Objekte ermittelt werden können.
-
Stand der Technik
-
Aus der
EP 1 969 395 B1 ist ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts unter Anwendung von sichtbarem Licht bekannt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Lichtquelle für sichtbares Licht in Form einer oder mehrerer weißes Licht emittierender Dioden, die für Emittieren von sichtbarem Licht, mit einer ersten Funktion, für eine Person in einem Beleuchtungsmodus sichtbar zu sein, angepasst ist. Das Verbinden einer Lichtquellensteuerung mit der Lichtquelle für sichtbares Licht. Das Betätigen der Lichtquelle für sichtbares Licht zum Emittieren von sichtbarem Licht im Beleuchtungsmodus, um eine Umgebung zu beleuchten. Das Empfangen einer Reflexion oder Rückstreuung des emittierten sichtbaren Lichts von einem Objekt, wobei das Empfangen der Reflexion oder Rückstreuung ein Filtern der Reflexion oder Rückstreuung nach blau umfasst. Das Berechnen eines Abstands des Objekts als eine Funktion der empfangenen Reflexion oder Rückstreuung und des im Voraus festgelegten Modus.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine optische Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen eine Überwachung des Überwachungsbereichs mit einer größeren Genauigkeit, insbesondere einer höheren räumlichen Auflösung, möglich ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
- - bei wenigstens einer Messung eine Ausbreitungsrichtung der optischen Sendesignale relativ zur Detektionsvorrichtung gegenüber einer vorherigen Messung verändert wird,
- - bei wenigstens einer Messung wenigstens zwei optische Sendesignale zeitlich hintereinander mit derselben Ausbreitungsrichtung relativ zur Detektionsvorrichtung in den Überwachungsbereich gesendet werden,
- - wenigstens zwei Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe der wenigstens einen Empfangseinrichtung entsprechend der Zeitfolge der wenigstens zwei optischen Sendesignale zeitlich hintereinander für einen Empfang jeweils eines der von den wenigstens zwei optischen Sendesignalen herrührenden, an einem etwaigen Objekt reflektierten wenigstens zwei Empfangssignale aktiviert werden,
- - wobei die jeweiligen Sichtfelder der wenigstens zwei Empfangsbereiche der Empfangsgruppe innerhalb eines Ausleuchtungsfeldes der wenigstens zwei als Empfangssignale reflektierten optischen Sendesignale mit derselben Ausbreitungsrichtung liegen.
-
Erfindungsgemäß wird der Überwachungsbereich mit Sendesignalen abgetastet, wobei die Ausbreitungsrichtung der jeweiligen Sendesignale von Messung zu Messung verändert wird. Die Ausleuchtungsfelder der Sendesignale sind quer zu ihrer Ausbreitungsrichtung so groß, dass aus den Sendesignalen herrührende reflektierte Empfangssignale wenigstens zwei Empfangsbereiche einer jeweiligen Empfangsgruppe der wenigstens einen Empfangseinrichtung ausleuchten. Die jeweiligen Sichtfelder der entsprechenden Empfangsbereiche liegen innerhalb des Ausleuchtungsfeldes der Empfangssignale der entsprechenden reflektierten Sendesignale.
-
Für eine Messung werden hintereinander mehrere Sendesignale mit der gleichen Ausbreitungsrichtung in den Überwachungsbereich gesendet. Die Sendesignale werden gegebenenfalls an einem Objekt reflektiert und gelangen als entsprechende Empfangssignale zu der Empfangseinrichtung. Jedes der Empfangssignale einer Messung leuchtet aufgrund des entsprechend dimensionierten Ausleuchtungsfeldes die wenigstens zwei Empfangsbereiche der entsprechenden Empfangsgruppe aus.
-
Die Sendesignale leuchten bei einer Messung sequenziell jeweils einen Abschnitt des Überwachungsbereich aus. Während einer Messung, bei der mehrere Sendesignale zeitlich hintereinander mit gleicher Ausbreitungsrichtung gesendet werden, ist immer nur ein Empfangsbereich der entsprechenden Empfangsgruppe aktiv. Auf diese Weise wird bei einer Messung ein und derselbe Bereich eines Objektes mehrmals hintereinander von Sendesignalen angeleuchtet, wobei die jeweiligen Empfangssignale nacheinander von wenigstens zwei insbesondere nebeneinanderliegenden Empfangsbereichen empfangen werden. Mit Hilfe der Erfindung kann die Gesamtauflösung der optischen Detektionsvorrichtung insgesamt vergrößert werden.
-
Vorteilhafterweise können zur Abtastung des gesamten Überwachungsbereichs mehrere Messungen durchgeführt werden, bei denen die Sendesignale jeweils mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtung gesendet werden. Die Gesamtheit der Messungen zur Überwachung des Gesamtüberwachungsbereichs kann als Messsequenz bezeichnet werden. Eine Messsequenz kann also mehrere Messungen bei geänderten Ausbreitungsrichtungen für die Sendesignale umfassen.
-
Vorteilhafterweise kann bei wenigstens einer Messung eine Ausbreitungsrichtung der optischen Sendesignale relativ zur Detektionsvorrichtung gegenüber einer vorherigen Messung in wenigstens einer Änderungsrichtung verändert werden. Durch die Vorgabe einer Änderungsrichtung für die Ausbreitungsrichtung zwischen den Messungen kann der Überwachungsbereich gezielter abgetastet werden.
-
Vorteilhafterweise kann bei bestimmungsgemäßer Anordnung der optischen Detektionsvorrichtung, insbesondere als Detektionsvorrichtung eines Fahrzeugs, welches auf einer horizontalen Fahrbahn angeordnet ist, die Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung räumlich horizontal verlaufen. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich in horizontaler Richtung ortsaufgelöst abgetastet werden. Wenn die Änderung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale schrittweise oder kontinuierlich in eine Richtung erfolgt, kann die Änderungsrichtung auch als Schwenkrichtung bezeichnet werden.
-
Vorteilhafterweise können die Sendesignale bei bestimmungsgemäßer Anordnung der optischen Detektionsvorrichtung in räumlich vertikaler Richtung aufgeweitet werden. Auf diese Weise kann mit einem Sendesignal ein entsprechend in vertikaler Richtung ausgedehnter Abschnitt des Überwachungsbereich ausgeleuchtet werden.
-
Bei den Objektinformationen kann es sich um Entfernungen, Geschwindigkeiten und/oder Richtungen von Objekten relativ zur Detektionsvorrichtung handeln. Derartige Objektinformationen können einer Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem, zugeführt und von dieser zur Steuerung von Funktionen des Fahrzeugs verwendet werden.
-
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit der wenigstens einen Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Empfangssignals mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erfassten Objekt ermittelt.
-
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Sendesignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Sendesignale bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich geschwenkt werden. Die Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale entspricht dabei einer Schwenkrichtung. Zum Ändern der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale kann wenigstens eine Umlenkeinrichtung, insbesondere eine Scaneinrichtung, eine Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, und/oder einer Anordnung von mehreren Lichtquellen und/oder optischen Elementen zum Einsatz kommen.
-
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung als sogenanntes Flash-LiDAR-System ausgestaltet sein. Dabei können die Sendesignale wenigstens in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung aufgeweitet werden. Auf diese Weise können die Sendesignale einen in diese Richtung ausgedehnten Abschnitt des Überwachungsbereich gewissermaßen als Blitz (Flash) ausleuchten. Dieser ausgedehnter Abschnitt kann mit der Empfangseinrichtung dann simultan erfasst werden.
-
Vorteilhafterweise können die Sendesignale in einer Raumrichtung senkrecht zu der Raumrichtung, in der die Sendesignale aufgeweitet werden, fokussiert werden. In der Raumrichtung, in der die Sendesignale fokussiert werden, kann eine entsprechende Ortsauflösung erreicht werden, welche eine genauere Richtungsbestimmung ermöglicht. Vorteilhafterweise können die Sendesignale in einer Richtung, insbesondere der Änderungsrichtung, fokussiert werden, in der die Ausbreitungsrichtung geändert wird.
-
Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Laserbasierte Entfernungsmesssysteme können als Lichtquelle wenigstens einer Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendestrahlen als Sendesignale gesendet werden. Mit dem Laser können Sendesignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann die wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen wenigstens eine (Lawinen)fotodiode, wenigstens eine Photodiodenzeile, wenigstens einen CCD-Sensor oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Laserstrahlen abgetastet werden.
-
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Empfangseinrichtung so ausgestaltet sein, dass mit dieser Empfangssignale, sofern erforderlich, in eine für eine insbesondere elektronische Auswerteeinrichtung verarbeitbare Form gebracht werden können. Hierzu kann die wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens einen elektrooptisches Bauteil, insbesondere einen Detektor, aufweisen, mit der optischen Signale in elektrische Signale umgewandelt werden können.
-
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Sendeeinrichtung wenigstens einen Oberflächenemitter als Lichtquelle aufweisen. Ein Oberflächenemitter, im englischen auch als vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) bezeichnet, ist ein Halbleiterlaser, bei dem das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird.
-
Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb eingesetzt werden.
-
Die optische Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
-
Mit der optischen Detektionsvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können bei einer Änderung der Ausbreitungsrichtung der wenigstens zwei optischen Sendesignale wenigstens zwei andere Empfangsbereiche einer anderen Empfangsgruppe entsprechend der Zeitfolge der jeweiligen optischen Sendesignalen nacheinander für den Empfang der jeweiligen optischen Empfangssignale aktiviert werden, wobei die jeweiligen Sichtfelder der wenigstens zwei Empfangsbereiche der anderen Empfangsgruppe innerhalb des jeweiligen Ausleuchtungsfeldes der wenigstens zwei als Empfangssignale reflektierten optischen Sendesignale mit der geänderten Ausbreitungsrichtung liegen. Auf diese Weise kann bei der Änderung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale auch die entsprechende Empfangsgruppe der wenigstens einen Empfangseinrichtung geändert werden. So können die Empfangsgruppen der wenigstens einen Empfangseinrichtung mit der Änderung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale mitgeführt werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Ausbreitungsrichtung der wenigstens zwei optischen Sendesignale zum Abtasten des Überwachungsbereichs schrittweise geändert werden und/oder die Zuordnung der jeweiligen Empfangsgruppe kann schrittweise entsprechend der Änderung der Ausbreitungsrichtungen der Sendesignale geändert werden. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich kontrolliert abgetastet werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die maximale Laufzeit, die ein Sendesignal und ein entsprechendes Empfangssignal unter der Annahme benötigt, dass das Sendesignal an einem Objekt reflektiert wird, das in einem Abstand zu der Detektionsvorrichtung angeordnet ist, welcher der maximalen Reichweite der Detektionsvorrichtung entspricht, oder, falls diese Zeit länger ist, eine Auslese- und/oder Umschaltzeit für die wenigstens eine Empfangseinrichtung als Zeit zwischen dem Senden von zwei optischen Sendesignalen und/oder als Zeit zwischen dem Aktivieren der wenigstens zwei Empfangsbereiche vorgegeben werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich die hintereinander gesendeten Sendesignale und/oder die entsprechenden Empfangssignale gegenseitig stören.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die optischen Sendesignale mit einem Öffnungswinkel insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung gesendet werden, der um einen vorgegebenen Faktor größer ist als ein jeweiliger Öffnungswinkel der Sichtfelder der Empfangsbereiche insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung der optischen Sendesignale, wobei der Faktor als Anzahl der insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtungen nebeneinander angeordneten Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe vorgegeben werden kann. Auf diese Weise kann die Ortsauflösung insbesondere in Richtung der Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale verbessert werden.
-
Vorteilhafterweise kann der Öffnungswinkel der optischen Sendesignale doppelt so groß sein wie der Öffnungswinkel der Sichtfelder der Empfangsbereiche und es können zwei Empfangsbereiche in einer Empfangsgruppe verwendet werden und gleichzeitig mit den entsprechenden Empfangssignalen ausgeleuchtet werden.
-
Vorteilhafterweise können die optischen Sendesignale mit einem Öffnungswinkel wenigstens in einer Richtung von etwa zwischen 0,3° und 0,5°, insbesondere 0,4°, gesendet werden. Auf diese Weise kann ein Verhältnis zwischen der Ortsauflösung und der Reichweite der Detektionsvorrichtung verbessert werden.
-
Vorteilhafterweise können die Empfangssignale mit einem Öffnungswinkel der Sichtfelder der Empfangsbereiche der optischen Sendesignale etwa zwischen 0,15° und 0,25°, insbesondere 0,2°, empfangen werden. So kann die Auflösung zur Überwachung des Überwachungsbereichs weiter verbessert werden.
-
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einer Sendeeinrichtung ein Ausleuchtungsfeld aufweisen, das insbesondere in horizontaler Richtung größer ist, als das Sichtfeld wenigstens eines Empfangsbereichs wenigstens eine Empfangseinrichtung. Auf diese Weise kann die Auflösung der Empfangseinrichtung größer sein als die Auflösung der Sendeeinrichtung.
-
Vorteilhafterweise kann das Ausleuchtungsfeld wenigstens einer Lichtquelle doppelt so groß sein wie das Sichtfeld wenigstens eines entsprechenden Empfangsbereichs der wenigstens einen Empfangseinrichtung. So können die von der wenigstens einen Lichtquelle ausgesendeten und an einem Objekt reflektierten Empfangssignale mit zwei benachbarten Empfangsbereichen der wenigstens einen Empfangseinrichtung empfangen werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens ein Empfangsbereich in einer Richtung insbesondere senkrecht zur Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung ausgedehnt sein und/oder mehrere Empfangsbereiche, welche gleichzeitig zum Empfangen aktiviert werden können, können insbesondere senkrecht zur Änderungsrichtung nebeneinander angeordnet sein. Auf diese Weise können die Empfangslichtsignale von gesendeten Sendesignalen, welche insbesondere in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung aufgeweitet sind, über eine größere räumliche Ausdehnung erfasst werden.
-
Vorteilhafterweise können die Empfangsbereiche als Pixel einer CCD-Matrix realisiert sein. Auf diese Weise können die Empfangsbereiche getrennt voneinander für den Empfang aktiviert und/oder ausgelesen werden.
-
Ferner wird die Aufgabe bei der optischen Detektionsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- - die wenigstens eine optische Sendeeinrichtung Mittel aufweist, mit denen die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale verändert werden kann,
- - die wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens eine Empfangsgruppe aufweist, welche wenigstens zwei Empfangsbereiche umfasst, die getrennt voneinander für einen Empfang von optischen Empfangssignalen aktiviert werden können,
- - und die jeweiligen Sichtfelder der Empfangsbereiche wenigstens einer Empfangsgruppe innerhalb wenigstens eines Ausleuchtungsfeldes der als Empfangssignale reflektierten optischen Sendesignale mit derselben Ausbreitungsrichtung liegen.
-
Erfindungsgemäß ist die Empfangseinrichtung bezüglich ihrer Empfangsgruppen so an die Ausleuchtungsfelder für Sendesignale angepasst, dass ein optisches Sendesignal immer mehrere insbesondere nebeneinander liegende Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe ausleuchtet. Die Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe können getrennt voneinander für einen Empfang von optischen Empfangssignalen aktiviert werden.
-
Vorteilhafterweise kann mit der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
-
Vorteilhafterweise können die Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe gemeinsam oder getrennt voneinander ausgelesen werden. Auf diese Weise kann ein räumliches Auflösungsvermögen der Detektionsvorrichtung insbesondere in mehreren Dimensionen erreicht und/oder verbessert werden.
-
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine optische Sendeeinrichtung Mittel aufweisen, mit denen die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale in wenigstens einer Änderungsrichtung verändert werden kann. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich gezielt in der Änderungsrichtung abgetastet werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Sendeeinrichtung eine Mehrzahl von Sendelichtquellen aufweisen, welche in einer Änderungsrichtung betrachtet, in der die Ausbreitungsrichtung der optischen Sendesignale änderbar sein soll, nebeneinander angeordnet sein können, und welche wenigstens teilweise getrennt voneinander aktivierbar und/oder auslesbar sind, um die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale zu verändern. Auf diese Weise kann mit den Sendelichtquellen die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale vorgegeben werden. Mit den Senderlichtquellen können Sendesignalen mit unterschiedlichen individuellen Ausbreitungsrichtungen gesendet werden. So kann der Überwachungsbereich einfach, insbesondere ohne mechanisch bewegte Bauteile, wie diese beispielsweise bei Umlenkspiegeln erforderlich sind, Schritt für Schritt ausgeleuchtet und abgetastet werden.
-
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Sendeeinrichtung wenigstens eine Laserdiode, insbesondere wenigstens einen Oberflächenemitter, aufweisen. Laserdioden können platzsparend realisiert werden. Bei Oberflächenemittern wird das Licht senkrecht zu einer Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt und kann somit entsprechend ausgerichtet werden. Oberflächenemitter werden im Englischen auch als vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) bezeichnet.
-
Vorteilhafterweise können mehrere Laserdioden, insbesondere Oberflächenemitter, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Sendeeinrichtung einfacher montiert und/oder kalibriert werden. Die Laserdioden können separat voneinander angesteuert werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann jeder Sendelichtquelle oder jeweils eine Gruppe von Sendelichtquellen jeweils wenigstens ein optisches Element zugeordnet sein, mit welchem die entsprechenden optischen Sendesignale geformt und/oder deren Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden kann. Auf diese Weise können die optischen Sendesignale gezielter in den Überwachungsbereich gesendet werden. Die optischen Sendesignale können dabei fokussiert und/oder aufgeweitet werden.
-
Vorteilhafterweise können die optischen Elemente so ausgestaltet sein, dass die optischen Sendesignale in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung, insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung, fokussiert werden können. Auf diese Weise kann die Ortsauflösung in diese Richtung verbessert werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können die optischen Elemente so ausgestaltet sein, dass die optischen Sendesignale in eine Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung und gegebenenfalls quer zur Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung aufgeweitet werden. Auf diese Weise kann mit einem Sendesignal ein entsprechend größerer Abschnitt des Überwachungsbereichs in diese Richtung ausgeleuchtet werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können die optischen Elemente so ausgestaltet sein, dass mit ihnen die jeweiligen Sendesignale umgelenkt werden können. Auf diese Weise können die Ausbreitungsrichtungen der Sendesignale besser eingestellt werden.
-
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein optisches Element wenigstens eine Mikrolinse einer Mikrolinsenanordnung, insbesondere einer Mikrolinsenreihe oder Mikrolinsenmatrix, aufweisen oder daraus bestehen. Mikrolinsenanordnungen können platzsparend realisiert werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein optisches Element wenigstens ein diffraktiv optisches Element (DOE) aufweisen oder daraus bestehen. Auf diese Weise können die Sendesignale mit größerer Gestaltungsfreiheit geformt werden.
-
Vorteilhafterweise können im Strahlengang der Sendesignale einer Sendelichtquelle oder einer Gruppe von Senderlichtquellen hintereinander mehrere optische Bauteile, insbesondere optische Elemente, angeordnet sein. Insbesondere kann jeder Sendelichtquelle oder jeweils einer Gruppe von Sendelichtquellen jeweils eine Mikrolinse zugeordnet sein. In Ausbreitungsrichtung der Sendesignale hinter den Mikrolinsen kann wenigstens ein weiteres optisches Bauteil, insbesondere wenigstens eine optische Linse, wenigstens ein diffraktives optisches Element oder dergleichen, angeordnet sein. Auf diese Weise können die Sendesignale weiter beeinflusst werden.
-
Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Sendelichtquellen und gegebenenfalls einer Mehrzahl von entsprechend optischen Bauteilen kann eine hohe Lichtleistung für einzelne Sendesignale ermöglicht werden, wobei trotzdem eine entsprechende große Augensicherheit gewährleistet werden kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die optischen Sendesignale einen jeweiligen Öffnungswinkel insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung aufweisen, der um einen vorgebbaren Faktor größer ist als die jeweiligen Öffnungswinkel der Sichtfelder der entsprechenden Empfangsbereiche insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung, wobei der Faktor als Anzahl der insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung nebeneinander angeordneten Empfangsbereiche einer Empfangsgruppe vorgegeben ist. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich mit einer verbesserten Ortsauflösung insbesondere in Änderungsrichtung der Ausbreitungsrichtung abgetastet werden.
-
Vorteilhafterweise können die Öffnungswinkel der Sendesignale doppelt so groß sein wie die Öffnungswinkel der Sichtfelder der Empfangsbereiche. Auf diese Weise können bei einer Messung zwei Empfangsbereiche mit den Empfangssignalen, welche von den jeweils reflektierten Sendesignalen herrühren, ausgeleuchtet werden und sequenziell ausgelesen werden. So kann die Ortsauflösung entsprechend verdoppelt werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Teil der Empfangsbereiche als separate Empfänger und/oder wenigstens ein Teil der Empfangsbereiche kann als funktional zusammenhängende Zeilen- oder Matrixfelder realisiert sein.
-
Separate Empfangsbereiche können einzeln montiert werden. Vorteilhafterweise können die separaten Empfänger als einzelne Empfangsdioden, insbesondere Lawinenfotodioden oder dergleichen, realisiert sein.
-
Alternativ kann wenigstens ein Teil der Empfangsbereiche als funktional zusammenhängende Zeilen- oder Matrixfelder realisiert sein. Derartige Zeilen- oder Matrixfelder können insbesondere mithilfe von CCD-Chips oder dergleichen realisiert sein. Auf diese Weise können die Empfangsbereiche insbesondere auf softwaretechnischem Wege einfach angesteuert werden. Ferner können die entsprechenden Empfangsbereiche als funktional zusammenhängende Zeilen- oder Matrixfeldern verhältnismäßig klein realisiert werden. So können entsprechend viele Empfangsbereiche platzsparend nebeneinander realisiert werden. Außerdem können zusammenhängende Zeilen- oder Matrixfelder einfacher montiert werden.
-
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen optischen Detektionsvorrichtung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer optischen Detektionsvorrichtung und ein Fahrerassistenzsystem;
- 2 eine Funktionsdarstellung des Kraftfahrzeugs aus der 1 ;
- 3 eine Draufsicht auf die optische Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 und 2;
- 4 eine Draufsicht auf eine Empfangseinrichtung der optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den 1 bis 3;
- 5 und 6 eine Rückansicht auf Empfangsbereiche einer CCD-Matrix der Empfangseinrichtung der optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus der 4 in unterschiedlichen Phasen einer Messung.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. In der 2 ist das Kraftfahrzeug 10 in einer Funktionsdarstellung von der Seite betrachtet gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 verfügt über eine optische Detektionsvorrichtung in Form eines LiDAR-Systems 12. Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft in einem vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Das LiDAR-System 12 kann statt in vorderen Stoßfänger auch an anderer Stelle des Kraftfahrzeugs 10, auch anders ausgerichtet, angeordnet sein. Es können auch mehrere optische Detektionsvorrichtung ein beispielsweise in Form von Liedersystemen vorgesehen sein.
-
Mit dem LiDAR-System 12 kann ein Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10 auf Objekte 16 hin überwacht werden. Bei den Objekten 16 kann es sich beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Fahrbahnbegrenzungen, Gebäude, Fahrbahnunebenheiten oder sonstige Hindernisse handeln.
-
Der einfacheren Orientierung wegen sind in den 1 bis 6 zusätzlich die jeweiligen Koordinatenachsen eines gedachten kartesischen Koordinatensystems gezeigt. Beispielsweise können eine x-Achse des Koordinatensystems parallel zu einer Fahrzeuglängsachse und eine y-Achse des Koordinatensystems parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Kraftfahrzeugs 10 verlaufen. Bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung des Kraftfahrzeugs 10 auf einer horizontalen Fahrbahn verläuft die x-Achse horizontal in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10. Die y-Achse erstreckt sich in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 betrachtet horizontal nach links. Die z-Achse verläuft vertikal nach oben.
-
Das LiDAR-System 12 arbeitet nach einem Lichtimpulslaufzeitverfahren. Mit dem LiDAR-System 12 können Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von Objekten 16 relativ zum Kraftfahrzeug 10, ermittelt werden.
-
Das LiDAR-System 12 ist mit einem Fahrerassistenzsystem 18 des Kraftfahrzeugs 10 verbunden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 18 kann ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 auf Basis der mit dem LiDAR-System 12 gewonnen Objektinformationen unterstützt und/oder das Kraftfahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
-
Das LiDAR-System 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 20, eine Empfangseinrichtung 22 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 24. die Sendeeinrichtung 20 und die Empfangseinrichtung 22 sind in der 3 in der Draufsicht gezeigt, wobei die Empfangseinrichtung 22 im Hintergrund gestrichelt angedeutet ist.
-
Mit der Sendeeinrichtung 20 können gepulste optische Sendesignale 26 in den Überwachungsbereich 14 gesendet werden. Die Sendesignale 26 können an einem Objekt 16 im Überwachungsbereich 14 reflektiert und als entsprechend gepulste optische Empfangssignale 28 zu dem LiDAR-System 12 zurückgesendet werden. Aus der Lichtlaufzeit, also aus der Zeit zwischen dem Senden eines Sendesignals 32 und dem Empfangen des entsprechenden Empfangssignals 34, kann mit der elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit 24 die Entfernung des Objekts 16 relativ zum LiDAR-System 12 ermittelt werden.
-
Ferner kann aus einer Ausbreitungsrichtung eines Sendesignals 26 relativ zum LiDAR-System 12 und einer Empfangsrichtung des entsprechenden Empfangssignals 28 die Richtung des Objekts 16 relativ zum LiDAR-System 12 ermittelt werden. Die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26 in den 2 bis 4 durch die Pfeilrichtung angedeutet. Die Geschwindigkeit des Objekts 16 relativ zum LiDAR-System 12 kann beispielsweise aus Dopplerverschiebungen bei den Empfangssignalen 28 ermittelt werden.
-
Um den Überwachungsbereich 14 abzutasten, wird eine Mehrzahl von Messungen durchgeführt, bei denen Sendesignale 26 mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen in den Überwachungsbereich 14 gesendet werden.
-
Die Sendeeinrichtung 20 beispielhaft anhand der 4 beschrieben. Die Sendeeinrichtung 20 umfasst einen Sender 30, eine Mikrolinsenzeile 32 und ein optisches Bauteil, beispielhaft in Form eines diffraktiven optischen Elements 34.
-
Der Sender 30 ist beispielhaft als Oberflächenemitterzeile mit einer Mehrzahl von Lichtquellen jeweils in Form von Oberflächenemittern 36 ausgestaltet. Bei den Oberflächenemittern 36 handelt es sich um Laserdioden, bei denen das Licht senkrecht zu einer Ebene eines Halbleiterchips abgestrahlt wird. Die Oberflächenemitter 36 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung der y-Achse betrachtet nebeneinander angeordnet. Die Oberflächenemitter 36 können getrennt voneinander angesteuert werden, um entsprechende Sendesignale 26 auszusenden.
-
Die Mikrolinsenzeile 32 verfügt über so viele Mikrolinsen 38, wie der Sender 30 Oberflächenemitter 36 aufweist. Die Mikrolinsen 38 sind parallel zu den Oberflächenemittern 36 in Richtung der y-Achse nebeneinander angeordnet. Jedem Oberflächenemitter 36 ist eine Mikrolinse 38 zugeordnet, sodass die mit einem Oberflächenemitter 36 ausgesendeten Sendesignale 26 die jeweilige Mikrolinse 38 passieren müssen. Mit den Mikrolinsen 38 können die von den entsprechenden Oberflächenemittern 36 ausgesendeten Sendesignale 26 parallel ausgerichtet werden.
-
In Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26 hinter der Mikrolinsenzeile 32 ist das diffraktive optische Element 34 angeordnet. Mit dem diffraktiven optischen Element 34 können die von den jeweiligen Oberflächenemittern 36 kommenden und mit den jeweiligen Mikrolinsen ausgerichteten Sendesignale 26 jeweils in den Überwachungsbereich 14 umgelenkt werden. Auf diese Weise kann mit jedem Oberflächenemitter 36 an anderer Abschnitt des Überwachungsbereichs 14 ausgeleuchtet werden.
-
Beim Betrieb des LiDAR-Systems 12 werden die Oberflächenemitter 36 beispielhaft nacheinander bei jeweiligen Messungen angesteuert, sodass insgesamt der Überwachungsbereich 14 schrittweise abgetastet werden kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel können beispielsweise die Oberflächenemitter 36 in Richtung der y-Achse, beispielhaft in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 betrachtet horizontal von rechts nach links aktiviert werden, um Messungen in unterschiedlichen Richtungen durchzuführen. Die Richtung, in der die Oberflächenemitter 36 nacheinander aktiviert werden gibt die Richtung vor, in der die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26 geändert wird, und wird im Folgenden als Änderungsrichtung 40 der Sendesignale 26 bezeichnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Änderungsrichtung 40 der Sendesignale 26 wegen der Umlenkung mit dem diffraktiven optischen Element 34 entgegen der Richtung, in der die Oberflächenemitter 36 nacheinander aktiviert werden.
-
Ein Öffnungswinkel 58 eines Ausleuchtungsfeldes 56 eines Sendesignals 26 und damit des entsprechenden Empfangssignals 28 in horizontaler Richtung beträgt 0,4°. In vertikaler Richtung werden die Sendesignale 26 und damit die Empfangssignale 28, wie in der 2 angedeutet, aufgeweitet. Die Aufweitung erfolgt beispielsweise mithilfe des diffraktiven optischen Elements 34. Die Aufweitung der Sendesignale 26 in vertikaler Richtung bewirkt, dass ein in vertikaler Richtung ausgedehnter Abschnitt des Überwachungsbereichs 14 mit nur einem Sendesignal 26 ausgeleuchtet werden kann. Bezogen auf die vertikale Richtung kann das LiDAR-System 12 als Flash-LiDAR-System bezeichnet werden.
-
Die Empfangseinrichtung 22 umfasst einen Empfänger in Form einer CCD-Matrix 44. In den 5 und 6 ist eine Rückansicht auf Empfangsbereiche 46 der CCD-Matrix 44 dargestellt.
-
Die Pixel der CCD-Matrix 44 bilden die Empfangsbereiche 46. Die Empfangsbereiche 46 können getrennt voneinander zum Empfang von Empfangssignalen 28 aktiviert und ausgelesen werden. Dabei können mehrere Empfangsbereiche 46 zusammengefasst und gemeinsam aktiviert und/oder ausgelesen werden. Die Empfangsbereiche 46 sind beispielhaft jeweils quadratisch mit einer Kantenlänge von 30 µm. Die Öffnungswinkel 48 der Sichtfelder 50 der Empfangsbereiche 46 betragen jeweils 0,2°.
-
Die Empfangsbereiche 46 sind beispielhaft in 130 Zeilen mit je 150 Spalten angeordnet. Die Zeilen erstrecken sich beispielhaft in Richtung der y-Achse, bei dem Ausführungsbeispiel also horizontal. Die Spalten erstrecken sich beispielhaft in Richtung der z-Achse, beispielhaft vertikal. Die Spalten werden im Folgenden jeweils als Empfangsspalte 52 bezeichnet. Die Empfangsbereiche 46 einer Empfangsspalte 52 können gemeinsam zum Empfang von Empfangssignalen 28 aktiviert werden. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Empfangsspalten 52, in der 5 und 6 beispielsweise die dritte und die vierte Empfangsspalte 52 von links, bilden eine Empfangsgruppe 54.
-
Die Sendeeinrichtung 20 und die Empfangseinrichtung 22 sind so ausgestaltet, dass jedem Empfangssignal 28, und damit dem entsprechenden Sendesignal 26, eine Empfangsgruppe 54 zugeordnet wird. Dabei liegen die Sichtfelder 50 der Empfangsbereiche 46 der Empfangsgruppe 54 innerhalb des Ausleuchtungsfeldes 56 des entsprechenden Empfangssignals 28, also des reflektierten Sendesignals 26. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel betragen die Öffnungswinkel 58 der Empfangsbereiche 46 in Änderungsrichtung 40 der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26, also in horizontaler Richtung, 0,4°. Die Öffnungswinkel 58 der Sendesignale 26 sind doppelt so groß wie die jeweiligen Öffnungswinkel 48 der Empfangsbereiche 46.
-
Sofern die Sendesignale 26 über ihre gesamte vertikale Ausdehnung an einem Objekt 16 reflektiert werden, leuchten die Empfangssignale 28 alle Empfangsbereiche 46 einer Empfangsgruppe 54 an.
-
Um den Überwachungsbereich 14 auf Objekte 16 hin zu überwachen, werden mehrere Messungen durchgeführt, bei denen schrittweise die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26 geändert wird. Bei jeder Messung werden zwei Sendesignale 26 mit derselben Ausbreitungsrichtung in einem zeitlichen Abstand hintereinander ausgesendet. Der zeitliche Abstand zwischen den Sendesignalen 26 einer Messung ist größer als eine maximale Laufzeit eines Sendesignals 26 und des entsprechenden Empfangssignals 28, unter der Annahme, dass sich das erfasste Objekt 16 in der maximalen Reichweite des LiDAR-Systems 12 befindet. Außerdem ist der zeitliche Abstand zwischen den Sendesignalen 26 einer Messung größer als eine Auslesezeit und eine Umschaltzeit der CCD-Matrix 44.
-
Um die Ausbreitungsrichtung zwischen den Messungen zu ändern, wird bei jeder Messung ein anderer Oberflächenemitter 36 des Senders 30 aktiviert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Oberflächenemitter 36 nacheinander in Richtung der y-Achse, also in Fahrtrichtung betrachtet von rechts nach links, aktiviert. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich 14 schrittweise in horizontaler Richtung, in Fahrtrichtung betrachtet von links nach rechts abgetastet. Entsprechend der Änderung der Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 26 wird bei jeder Messung die Auswahl der Empfangsgruppe 54, beispielhaft in horizontaler Richtung, von links nach rechts verändert.
-
In der 5 ist beispielhaft die CCD-Matrix 44 mit dem Empfangssignale 28 des ersten Sendesignals 26 einer Messung gezeigt. 6 zeigt die CCD-Matrix 44 mit dem Empfangssignale 28 des zweiten Sendesignals der Messung. Die Sendesignale 26 der Messung werden der in den 5 und 6 zweiten Empfangsgruppe 54 von links zugeordnet, welche die dritte und die vierte Empfangsspalte 52 umfasst.
-
Für die Messung wird mit dem entsprechenden Oberflächenemitter 36 das erste Sendesignalen 26 ausgesendet. Für das erste Sendesignal 26 der Messung wird die dritte Empfangsspalte 52 der zugeordneten Empfangsgruppe 54 aktiviert. Nach dem Empfang des entsprechenden Empfangssignals 28 wird der Inhalt der aktivierten Empfangsbereiche 46 in einer Ausleserichtung 60, welche beispielhaft parallel zur Änderungsrichtung 40 ausgerichtet ist, in der 5 nach rechts durch die benachbarten Empfangsbereiche 46 geschoben und schließlich ausgelesen. Dabei können die aktivierten Empfangsbereiche 46 der Empfangsgruppe 54 separat ausgelesen werden. So können aus den Inhalten der einzelnen aktivierten Empfangsbereiche 46 der Empfangsspalte 52 vertikale Richtungsinformation bezüglich des Objekts 16 gewonnen werden.
-
Anschließend wird die aktivierte Empfangsspalte 52 deaktiviert und alle Empfangsbereiche 46 der CCD-Matrix 40 werden geleert. Nach dem Leeren der Empfangsbereiche 46 ist die CCD-Matrix 44 bereit für das zweite Sendesignal 26 der Messung.
-
Das zweite Sendesignal 26 der Messung wird mit demselben Oberflächenemitter 36 und derselben Ausbreitungsrichtung wie das erste Sendesignalen 26 in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Für das zweite Sendesignals 26 wird die zweite Empfangsspalte 52 der Empfangsgruppe 54, nämlich die vierte Empfangsspalte 52 von links, wie in der 6 gezeigt zum Empfang des Empfangssignals 28 aktiviert.
-
Nach dem Empfang des zweiten Empfangssignals 28 werden die Inhalte der aktivierten Empfangsbereiche 46 der vierten Empfangsspalte 52 analog zur dritten Empfangsspalte 52 ausgelesen.
-
Nach dem Leeren der CCD-Matrix 44 erfolgt die nächste Messung in analoger Weise. Hierbei wird der benachbarte Oberflächenemitter 36 aktiviert und entsprechende Empfangsspalten 52 einer anderen Empfangsgruppe 54 zugeordnet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
