-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lidar-Sensor für ein Fortbewegungsmittel.
-
Aus dem Stand der Technik sind Fortbewegungsmittel bekannt, welche Lidar-Sensoren für eine Umfelderfassung einsetzen. Darüber hinaus sind Lidar-Sensor bekannt, welche über eine Reinigungsvorrichtung verfügen, um Nässe und/oder Verschmutzungen von einem Deckglas der Lidar-Sensoren zu entfernen, über welches Laserlicht des Lidar-Sensors in ein Umfeld des Lidar-Sensors abgestrahlt wird. Als solche Reinigungsvorrichtungen sind beispielsweise Druckluftdüsen und Scheibenwischer bekannt, welche an einer Außenseite des Deckglases angeordnet sind.
-
Ferner werden im Zusammenhang mit Lidar-Sensoren für Fortbewegungsmittel häufig Lichtsensoren verwendet, die eingerichtet sind, eine durch den Lidar-Sensor abgestrahlte Lichtintensität zu erfassen, um auf Basis einer solchen Information über die Lichtintensität eine automatische Bewertung der Augensicherheit des Lidar-Sensors durchführen zu können.
-
US5838239A beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen einer polarisationsverändernden Substanz auf einer spiegelnden Oberfläche und insbesondere eine Vorrichtung zum Erfassen von Eis oder Schnee auf einer Tragfläche eines Flugzeugs.
-
EP2191457 A1 beschreibt ein Bilderfassungssystem mit einem Bildsensor, welches an einem Fortbewegungsmittel angeordnet und nach hinten ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Bilderfassungssystem eine beheizbare Linse, um an der Linse auftretendes Kondenswasser zu entfernen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schlägt einen Lidar-Sensor für ein Fortbewegungsmittel vor, welcher ein Fenster mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, einen Lichtemitter und einen Lichtsensor, insbesondere eine Photodiode umfasst. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z.B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug sein. Das Fenster kann beispielsweise aus einem Kunststoff und/oder aus Glas hergestellt sein und insbesondere fluiddicht in ein Gehäuse des Lidar-Sensors integriert sein. Der Lichtemitter ist eingerichtet, Laserlicht durch den ersten Bereich des Fensters in ein Umfeld des Lidar-Sensors auszusenden. Der zweite Bereich ist auf einer dem Umfeld des Lidar-Sensors zugewandten Seite des Fensters angeordnet und in einem nicht benetzten Zustand (d. h., unter Abwesenheit einer Flüssigkeit wie Regenwasser auf dem zweiten Bereich) eingerichtet, das Laserlicht des Emitters stärker zu streuen, als der erste Bereich des Fensters. Mit anderen Worten sind die optischen Eigenschaften des ersten Bereichs des Fensters bevorzugt derart ausgelegt, dass der erste Bereich einen möglichst geringen Einfluss auf das ausgesendete Laserlicht des Lidar-Sensors hat, um auf Basis dieses Laserlichtes eine möglichst hohe Reichweite und/oder Qualität einer Umfelderfassung mittels des Lidar-Sensors zu ermöglichen. Hingegen sind die optischen Eigenschaften des zweiten Bereichs bevorzugt derart ausgelegt, dass der zweite Bereich im nicht benetzten Zustand eine vordefinierte Mindeststreuung aufweist, welche sich mit zunehmendem Benetzungsgrad reduziert. Der Lichtsensor, welcher bevorzugt eine Photodiode ist, ist eingerichtet, durch den zweiten Bereich gestreute Anteile des ausgesendeten Laserlichtes des Lidar-Sensors zu erfassen. Vorzugsweise ist der Lichtsensor derart im Umfeld des Lichtemitters angeordnet, dass er ein für die Umfelderfassung genutztes Sichtfeld des Lidar-Sensors nicht oder nur geringfügig beeinflusst wird. Ein solcher erfindungsgemäßer Lidar-Sensor bietet insbesondere den Vorteil, dass auf Basis einer erfassten Streuung von Anteilen des ausgesendeten Laserlichtes im zweiten Bereich, Rückschlüsse auf evtl. Funktionseinschränkungen (z. B. eine reduzierte Reichweite der Umfelderfassung aufgrund einer vorliegenden Nässe auf dem Fenster) des Lidar-Sensors gezogen werden können.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Vorzugsweise umfasst der Lidar-Sensor darüber hinaus eine Auswerteinheit, welche beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet ist. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, einen Wert für einen Transmissionsgrad des zweiten Bereichs anhand einer Intensität des vom Lichtsensor erfassten Lichts zu ermitteln. Hierfür ist die Auswerteeinheit bevorzugt informationstechnisch mit dem Lichtsensor verbunden. Die Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, ein Überschreitungssignal auszugeben, wenn der Wert für den Transmissionsgrad einen vordefinierten Überschreitungswert überschreitet. Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine jeweilige erfasste Lichtintensität mit einer Mehrzahl vordefinierter Überschreitungswerte abgeglichen werden kann, um mittels des Überschreitungssignals unterschiedliche Abstufungen des Transmissionsgrades des zweiten Bereichs signalisieren zu können.
-
Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit darüber hinaus eingerichtet, auf Basis des Überschreitungssignals eine Reinigung des Fensters auf einer dem Umfeld des Lidar-Sensors zugewandten Seite zu initiieren. Eine solche Reinigung des Fensters kann beispielsweise auf Basis einer am Lidar-Sensor angeordneten Druckluftvorrichtung und/oder auf Basis eines am Lidar-Sensor angeordneten Scheibenwischers erfolgen. Darüber hinaus ist es auch denkbar davon abweichende Reinigungsverfahren für den Lidar-Sensor einzusetzen. Eine Initiierung der Reinigung erfolgt bevorzugt immer dann, wenn mittels der Auswerteeinheit auf Basis des Überschreitungssignals eine vorübergehende Überschreitung des Überschreitungswertes durch den Wert für den Transmissionsgrad ermittelt wird. Dies hat den Hintergrund, dass im Umfeld des Lidar-Sensors auftreten Nässe (z. B. durch Regentropfen und/oder von einer Straßenoberfläche durch Fortbewegungsmittel aufgewirbeltes Wasser usw.) i. d. R. nur vorübergehend auftritt. Da durch den erfindungsgemäßen Lidar-Sensor ermöglicht wird, Nässe im Umfeld des Lidar-Sensors im Sensor selbst zu ermitteln, ist der erfindungsgemäße Lidar-Sensor, im Vergleich zu Sensoren im Stand der Technik, nicht darauf angewiesen, ein externes Signal (z. B. von einem an der Windschutzscheibe des Fortbewegungsmittels angeordneten Regensensor) zu empfangen oder einen zusätzlichen Sensor zu verwenden, um auf dessen Basis eine Reinigung des Lidar-Sensors zu initiieren. Darüber hinaus ist es denkbar, dass Komponenten des Fortbewegungsmittels, welche eine Information über vorliegende Nässe im Umfeld des Fortbewegungsmittels berücksichtigen, diese Information alternativ oder zusätzlich vom Lidar-Sensor beziehen.
-
Alternativ oder zusätzlich ist die Auswerteeinheit eingerichtet, auf Basis des Überschreitungssignals eine Ausgabe einer Hinweismeldung im Fortbewegungsmittel zu initiieren. Bevorzugt kann das Ausgeben der Hinweismeldung immer dann erfolgen, wenn durch die Auswerteeinheit auf Basis des Überschreitungssignals eine dauerhafte Überschreitung des Überschreitungswertes durch den Wert für den Transmissionsgrad ermittelt wird. Dies hat den Hintergrund, dass beispielsweise eine Abnutzung des zweiten Bereichs (z. B. durch Wischerblätter eines Scheibenwischers) dauerhaft zu einem höheren Transmissionsgrad des zweiten Bereichs führen können. Die Hinweismeldung im Fortbewegungsmittel, welche beispielsweise in einem Kombiinstrument und/oder einem Display eines Bordcomputersystems ausgegeben wird, kann dementsprechend eine Aufforderung zur Überprüfung des Fensters des Lidar-Sensors durch eine Service-Werkstatt oder davon abweichende Informationen umfassen. Weiter bevorzugt wird auf Basis des Überschreitungssignals mittels der Auswerteeinheit ein Konfidenzwert ermittelt und ausgegeben, welcher eine Zuverlässigkeit eines Messsignals einer Umfeldmessung durch den Lidar Sensor repräsentiert. Mit jeweiligen Messsignalen des Lidar-Sensors korrespondierende Konfidenzwerte können anschließend im Zuge einer Analyse des Umfeldes des Lidar-Sensors vorteilhaft berücksichtigt werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Lidar-Sensor darüber hinaus eine Überwachungseinheit, welche wie die Auswerteinheit beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet ist. Ferner ist es denkbar, dass die Überwachungseinheit und die Auswerteeinheit ein und dieselbe Komponente des Lidar-Sensors und/oder separate Hardware- und/oder Softwareteile einer Recheneinheit des Lidar-Sensors sind. Die Überwachungseinheit ist eingerichtet, einen Wert für den Transmissionsgrad des zweiten Bereichs anhand einer Intensität des vom Lichtsensor erfassten Lichts zu ermitteln und ein Unterschreitungssignal auszugeben, wenn der Wert für den Transmissionsgrad einen vordefinierten Unterschreitungswert unterschreitet.
-
Vorteilhaft ist die Überwachungseinheit auf Basis des Unterschreitungssignals eingerichtet, den Lidar-Sensor in einen augensicheren Zustand zu versetzen und/oder eine Ausgabe einer Warnmeldung im Fortbewegungsmittel zu initiieren. Ein augensicherer Zustand des Lidar-Sensors ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass eine Sendeleistung des Lichtemitters reduziert wird oder indem der Lichtemitter vollständig deaktiviert wird. Eine im Fahrzeug ausgegebene Warnmeldung kann beispielsweise auf eine erhöhte Sendeleistung (z. B. aufgrund eines Defektes) des Lidar-Sensors hinweisen, bevorzugt gekoppelt mit einer Aufforderung zur Überprüfung des Lidar-Sensors durch eine Service-Werkstatt.
-
Darüber hinaus ist es denkbar, dass der zweite Bereich des Fensters innerhalb und/oder außerhalb eines Sichtfeldes des Lidar-Sensors angeordnet ist. Im Falle einer teilweisen oder vollständigen Anordnung des zweiten Bereichs innerhalb des Sichtfeldes des Lidar-Sensors kann dieser vorzugsweise in einem Randbereich des Sichtfeldes angeordnet sein, welcher für die Umfelderkennung durch den Lidar-Sensor nicht relevant oder zumindest nicht funktionseinschränkend ist.
-
Vorteilhaft ist der Lidar-Sensor als Zeilenscanner oder Spaltenscanner oder als Flash-Lidar-Sensor ausgeführt, ohne auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein.
-
Weiter bevorzugt ist der zweite Bereich des Fensters durch eine Oberflächenbehandlung eines Bereichs des Fensters und/oder durch Aufbringen eines lichtstreuenden Elementes (z. B. eine Folie, ein Glas- oder ein Kunststoffplättchen, usw.) auf einen Bereich des Fensters erzeugt. Weiter bevorzugt weist der zweite Bereich des Fensters eine vordefinierte Rauigkeit auf, welche insbesondere mittels Schleifen und/oder Ätzen und/oder Druckluftstrahlen (z. B. Sandstrahlen) oder mittels eines davon abweichenden Verfahrens erzeugt ist.
-
Ferner ist es möglich, dass der Lichtsensor unbeweglich an einer vordefinierten Position mit einer vordefinierten Ausrichtung innerhalb des Lidar-Sensors angeordnet ist und eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des zweiten Bereichs zu erfassen. Besonders vorteilhaft werden eine Anordnungsposition und eine Ausdehnung des zweiten Bereichs derart gewählt, dass diese im Wesentlichen mit einem Sichtfeld des Lichtsensors im Bereich des Fensters übereinstimmen. Auf diese Weise kann in einem nicht benetzten Zustand des zweiten Bereichs ein maximaler Streulichtanteil mittels des Lichtsensors erfasst werden und somit eine höhere Zuverlässigkeit einer Nässeerkennung erzielt werden.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lichtsensor rotierbar innerhalb des Lidar-Sensors angeordnet und eingerichtet, in jeder Winkelstellung einer Rotationsbewegung jeweils wenigstens einen Teil des zweiten Bereichs zu erfassen. Vorzugsweise ist der Lichtsensor an einer Rotationsachse des Lichtemitters des Lidar-Sensors angeordnet, so dass er eine feste Kopplung mit dem Lichtemitter aufweist. Eine rotierbare Anordnung des Lichtsensors bietet den Vorteil, dass der zweite Bereich, welcher sich in dieser Ausgestaltung bevorzugt entlang der Rotationsrichtung erstreckt, an unterschiedlichen Winkelpositionen erfassbar ist, so dass eine ggf. uneinheitliche Benetzung des zweiten Bereichs erfasst werden kann. Auf Basis einer solchen Information über jeweilige Benetzungsgrade entlang der Rotationsrichtung ist es beispielsweise möglich, Messsignale einer Umfeldmessung des Lidar-Sensors in Abhängigkeit dieser Information in angepasster Weise zu verarbeiten. Alternativ oder zusätzlich ist es auf Basis dieser Information möglich, eine Reinigung des Lidar-Sensors nur in solchen Bereichen des Fensters durchzuführen, in denen der zweite Bereich eine (erhöhte) Benetzung aufweist. Eine rotierbare Anordnung des Lichtsensors ist von besonderem Vorteil, wenn der Lidar-Sensor eingerichtet ist, in einer Hauptscanrichtung größere Winkelbereiche zu erfassen (z. B. 100° bis 360°).
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors in einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors in einer zweiten Ausführungsform; und
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors in einer dritten Ausführungsform.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors 1 in einer ersten Ausführungsform. Der Lidar-Sensor 1 umfasst ein Gehäuse 10 und ein aus Glas bestehendes Fenster 20, welches einen ersten Bereich 22 und einen zweiten Bereich 25 aufweist. Der zweite Bereich 25 weist eine aufgeraute Oberfläche auf, welche durch Anwendung eines Sandstrahlprozesses hergestellt ist. Der Lidar-Sensor 1 umfasst darüber hinaus einen Lichtemitter 30 und einen Lichtdetektor 35, welche an einer gemeinsamen Rotationsachse 60 angeordnet sind und welche eingerichtet sind, ein Umfeld des Lidar-Sensors 1 abzutasten. Ebenfalls an der Rotationsachse 60 angeordnet ist ein Lichtsensor 40, welcher eingerichtet ist, durch den zweiten Bereich 25 gestreute Anteile eines durch den Lichtemitter 30 ausgesendeten Laserlichtes zu empfangen. Ein durch den Lichtsensor 40 erzeugtes Empfangssignal wird an eine Auswerteeinheit 50 und eine Überwachungseinheit 55 des Lidar-Sensors 1 übertragen, welche jeweils unterschiedliche Softwarekomponenten sind, die von ein und demselben Mikrocontroller ausgeführt werden. Der Mikrocontroller ist darüber hinaus informationstechnisch mit einer (nicht gezeigten) Ansteuereinheit des Lichtemitters 30 verbunden, um eine Sendeleistung des Lichtemitters 30 beeinflussen zu können. Schließlich umfasst der Lidar-Sensor 1 eine Reinigungsvorrichtung 70, welche hier in Form von Druckluftdüsen ausgebildet ist, die eingerichtet sind, Druckluftströmungen entlang einer Außenseite des Fensters 20 zu erzeugen, um auf dem Fenster vorhandene Nässe und/oder Verschmutzungen zu entfernen.
-
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors 1 in einer zweiten Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend nur die Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Der Lichtsensor 40 ist hier ortsfest bezüglich des Gehäuses 10 angeordnet und auf einen zweiten Bereich 25 des Fensters 20 ausgerichtet, welcher hinsichtlich einer Größe und einer Anordnungsposition im Wesentlichen mit einem Sichtfeld des Lichtsensors 40 im Bereich des Fensters 20 übereinstimmt.
-
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors 1 in einer dritten Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass zur Vermeidung von Wiederholungen nur die Unterschiede zwischen der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform beschrieben werden. Der Lichtsensor 40 ist hier rotierbar an einer Rotationsachse 60 angeordnet. Darüber hinaus erstreckt sich der zweite Bereich 25 entlang einer Rotationsrichtung der Rotationsachse 60, so dass der zweite Bereich in jeder Winkelstellung des Lichtsensors 40 durch den Lichtsensor 40 erfassbar ist. Eine Reinigungsvorrichtung 70 des Lidar-Sensors 1 ist hier in Form eines Scheibenwischers ausgeführt, welcher im aktiven Zustand über eine Außenseite des Fensters 20 bewegt wird.
-
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
-
- US 5838239 A [0004]
- EP 2191457 A1 [0005]
