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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidarsensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidarsensors.
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Aus der
DE 10 2018 206 548 A1 ist ein Verfahren zur Detektion von Beschädigungen und Verunreinigungen auf einem transparenten Abdeckmaterial eines Lidarsensors eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten bekannt:
- - Einkoppeln eines Lichtstrahls an einer ersten Einkoppelposition einer ersten Randfläche des Abdeckmaterials über ein Einkoppelelement, wobei ein Einkoppelwinkel derart gewählt wird, dass eine mehrfache totale interne Reflexion des Lichtstrahls innerhalb des Abdeckmaterials stattfindet;
- - Auskoppeln des Lichtstrahls an einer ersten Auskoppelposition durch ein Auskoppelelement an einer zweiten Randfläche des Abdeckmaterials; und
- - Ermitteln einer Transmission und Reflexion eines ausgekoppelten Lichtstrahls mithilfe eines Detektors.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zur Detektion von Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidarsensors abzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Vorrichtung zur Detektion von Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidarsensors umfasst zumindest einen Photodetektor und eine mit dem Photodetektor gekoppelte Auswerteeinheit.
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Erfindungsgemäß ist der zumindest eine Photodetektor am Rand des Sichtfensters angeordnet. Weiterhin ist der Photodetektor ausgebildet, Lichtstrahlen zu detektieren, welche im Sichtfenster an Oberflächen desselben mehrfach reflektiert werden. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, anhand der detektierten Lichtstrahlen einen Anteil von Lichtstrahlen des Lidarsensors zu ermitteln, welcher durch diffuse Reflexion in das Sichtfenster eingekoppelt wird. Weiterhin ist die Auswerteeinheit ausgebildet, aus diesem Anteil ein Maß der Verunreinigungen auf dem Sichtfenster zu ermitteln.
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Die Vorrichtung ermöglicht die Detektion von Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidarsensors und daraus folgend von Blockierungen eines Emitters und Empfängers des Lidarsensors ohne zusätzliche externe Sensoren.
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Dabei wird ein Photodetektor verwendet, welche in das Sichtfenster integriert oder an diesem angeordnet ist. Entsprechend werden nicht durch die Verunreinigung direkt reflektierte Lichtstrahlen gemessen, sondern die im Sichtfenster diffus gestreuten und an den Grenzflächen reflektierten Lichtstrahlen.
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Mittels der Vorrichtung kann eine Blockierung eines Lidarsensors automatisiert detektiert werden. Nur nicht blockierte Lidarsensoren können einen sicheren Betrieb von automatisiert, insbesondere hochautomatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugen sicherstellen. Eine Blockierung eines Lidarsensors, soweit diese nicht durch andere Sensoren kompensiert werden kann, verlangt häufig eine Deaktivierung aller automatisierten Fahrfunktionen und ist deshalb sicherheitsrelevant.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Seitenansicht einer Verkehrssituation mit zwei Fahrzeugen,
- 2 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Lidarsensors und
- 3 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Lidarsensors mit einer optischen Blockierung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Seitenansicht einer Verkehrssituation mit zwei Fahrzeugen 1, 2. Das Fahrzeug 1 befindet sich dabei hinter dem Fahrzeug 2 auf einer Fahrbahn F und weist einen Lidarsensor 3 auf.
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Lidar oder LiDAR steht als Abkürzung für „Light Detection And Ranging“ und bedeutet sinngemäß „optische Abstandsmessung“. Ein mittels eines Lidars durchgeführtes Messverfahren ist dabei ähnlich zu einem mittels eines Radars durchgeführten Messverfahren, wobei eine Entfernung, eine Position und eine Intensität eines Objekts O in einer Umgebung des Lidarsensors 3 ermittelt werden. Hierzu werden mittels eines in 2 näher dargestellten Emitters 5 Lichtstrahlen L, beispielsweise Ultraviolettstrahlen, Infrarotstrahlen und Strahlen aus dem Bereich des sichtbaren Lichts, ausgesendet und in einer Umgebung des Lidarsensors 3 reflektierte Lichtstrahlen RLS werden empfangen. Beispielsweise können Lichtimpulse eingesetzt und durch eine Laufzeitmessung des Lichts eine Distanz zu einem Objekt berechnet werden. Diese Messtechnik wird Amplitude Modulated (AM)-LiDAR oder auch Time-of-Flight (ToF)-LiDAR genannt.
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Um eine Messung mit einem als ToF-LiDAR-Sensor ausgebildeten Lidarsensor 3 durchzuführen, werden, je nach LiDAR-Modell, ein oder mehrere Lichtimpulse ausgesendet. Diese empfängt der Lidarsensor 3 nach einer Reflexion an Punkten P an einem vorhandenen Objekt, vorliegend beispielsweise einer Fahrbahn F und einem Fahrzeug 2, als reflektierte Lichtstrahlen RLS wieder und fasst diese in einer Punktewolke zusammen. Dabei ist eine solche Punktewolke eine endliche Menge von Lidarpunkten, dargestellt durch die Punkte P, die durch eine Entfernung d, eine Ortung x, y, z, das heißt eine dreidimensionale Position im Raum, und eine Intensität I beschrieben werden können.
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Lidarsensoren 3 haben eine große Bedeutung für eine Realisierung von automatisiert, insbesondere hochautomatisiert oder autonom fahrenden Systemen, wie beispielsweise dem Fahrzeug 1. Hierbei weisen Lidarsensoren 3 deutliche Vorteile gegenüber anderen 3D-Sensoren auf. Ein Vorteil gegenüber einer Stereokamera ist beispielsweise, dass eine Datenqualität von Tageslicht und Dunkelheit im Wesentlichen nicht beeinflusst wird.
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Um ein Lidarsystem als eine verlässliche Kernmodalität in einem automatisiert fahrenden System zu verwenden, muss sichergestellt werden, dass das Lidarsystem ordnungsgemäß funktioniert. Kommt es beispielsweise zu einer Verunreinigung V oder Beschädigung eines Gehäuses des Lidarsensors 3, kann ein emittierter Lichtstrahl L blockiert werden, so dass keine Entfernungsmessung mehr möglich ist. Dies kann zu Fehlinterpretationen mit weitreichenden Folgen führen. Werden die reflektierten Lichtstrahlen RLS am Lidarsensor 3 nicht wieder empfangen, wird im ordnungsgemäßen Zustand davon ausgegangen, dass kein Objekt die Lichtstrahlen L reflektiert hat und in der von den Lichtstrahlen L zurückgelegten Strecke kein Objekt vorhanden ist. Eine andere Ursache könnte aber auch eine Blockierung des Emitters 5 oder des Empfängers des Lidarsensors 3 darstellen, wodurch potenziell gefährliche Objekte in der Umgebung des Lidarsensors 3 übersehen werden könnten.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Lidarsensors 3. Zum Schutz des Lidarsensors 3 umfasst dieser eine Schutzabdeckung bzw. ein Sichtfenster 4, welches im Wellenlängenbereich der emittierten Lichtstrahlen L durchlässig ist. Der beispielsweise rotierend ausgebildete Emitter 5 und der Empfänger des Lidarsensors 3 befinden sich in dem Gehäuse hinter dem Sichtfenster 4. Das Sichtfenster 4 ist dabei derart angeordnet, dass mittels des Emitters 5 ausgesendete Lichtstrahlen L zumindest im Wesentlichen senkrecht auf die Oberflächen 4.1, 4.2 des Sichtfensters 4 treffen. Auch eine in 3 gezeigte Verunreinigung V des Sichtfensters 4 kann zu einer Blockierung des Emitters 5 oder des Empfängers des Lidarsensors 3 führen. Zur Erkennung dieser Verunreinigung V umfasst der Lidarsensor 3 zumindest einen Photodetektor 6.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Lidarsensors 3 gemäß 2 mit einer durch eine Verunreinigung V des Sichtfensters 4 hervorgerufenen optischen Blockierung des Emitters 5 dargestellt.
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Um eine solche Verunreinigung V zu erkennen, ist vorgesehen, dass der Lidarsensor 3 zumindest ein Photodetektor 6 umfasst, welcher mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit gekoppelt ist.
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Dabei ist der Photodetektor 6 am Rand des Sichtfensters 4 angeordnet und ausgebildet, Lichtstrahlen L' zu detektieren, welche im Sichtfenster 4 an Oberflächen 4.1, 4.2 desselben mehrfach reflektiert werden. Die Anordnung des Photodetektors 6 am Sichtfenster 4 erfolgt dabei insbesondere isoliert vom Innenleben des Lidarsensors 3, was eine Nachrüstung vereinfacht.
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Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, anhand der detektierten Lichtstrahlen L' einen Anteil von Lichtstrahlen L, RLS des Lidarsensors 3 zu ermitteln, welcher durch diffuse Reflexion in das Sichtfenster 4 eingekoppelt wird und aus diesem Anteil ein Maß der Verunreinigungen V auf dem Sichtfenster 4 zu ermitteln.
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Beispielsweise umfasst der Photodetektor 6 ein Array an Photodioden, welche sensitiv für die durch den Lidarsensor 3 emittierten Lichtstrahlen L sind. Beispielsweise ist der Photodetektor 6 an einem Übergang des Sichtfensters 4 zum Gehäuse angeordnet. Eine Anordnung der Photodioden im Array kann sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ausrichtung bezogen auf eine Anordnung des Lidarsensors 3 am Fahrzeug 1 erfolgen, wodurch eine Anzahl notwendiger Photodioden reduziert werden kann. Erfolgt die Anordnung des Arrays horizontal, wären zwar mehr Photodioden erforderlich, jedoch sind weniger durch eine Verunreinigung V reflektierte Lichtstrahlen L' erforderlich, um ein ausreichendes Signal zu erzeugen, welches eine Detektion erzeugt.
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Bei einem Vergleich der 2 und 3 wird deutlich, dass bei nicht verschmutztem Sichtfenster 4 (2) der mittels des Emitters 5 emittierte fokussierte Lichtstrahl L das Sichtfenster 4 ohne signifikantes Maß an Reflexionen durchdringt. Bei verschmutztem Sichtfenster 4 (3) trifft der Lichtstrahl L hingegen auf eine durch die Verunreinigung V gebildete Blockierung, an welcher der Lichtstrahl L diffus reflektiert bzw. gestreut wird. An zu den Oberflächen 4.1, 4.2 ausgebildeten Grenzschichten wird das Licht, dargestellt durch die Lichtstrahlen L', nun mehrfach reflektiert und trifft abgeschwächt auf den Photodetektor 6, beispielsweise ausgebildet als Photodiode, so dass mittels diesem die Blockierung detektiert werden kann.
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An den Photodioden liegt entsprechend nur ein Signal an, wenn das Sichtfenster 4 des Lidarsensors 3 durch eine Verunreinigung V blockiert ist. Dieses Signal kann so genutzt werden, um eine Verunreinigung V sowie deren Grad zu ermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018206548 A1 [0003]
