DE102021121759A1

DE102021121759A1 - Active optical sensor system and method of operating an active optical sensor system

Info

Publication number: DE102021121759A1
Application number: DE102021121759.8A
Authority: DE
Inventors: Donald Peyrot; Vaclav Schybal
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Ein aktives optisches System (1) weist eine Abdeckung (2) mit einem Abstrahlbereich (4) und einem Empfangsbereich (5) auf. Eine Ablenkeinheit (10) ist angeordnet, um Licht, das von einer Lichtquelle (8) erzeugt wird, in eine Umgebung abzulenken, und Licht, aus der Umgebung in Richtung einer Detektionseinheit (9) abzulenken. Ein Steuerungs- und Verarbeitungssystem (3a, 3b) ist dazu eingerichtet, die Lichtquelle (8) anzusteuern, um einen Lichtimpuls (16) zu erzeugen, und die Ablenkeinheit (10), um den Lichtimpuls (16) in Richtung eines Kopplungsbereichs (12) abzulenken, der dazu ausgestaltet ist, den Lichtimpuls (16) in ein Inneres der Abdeckung (2) einzukoppeln. Ein zweiter Kopplungsbereich (13) ist dazu angeordnet, den eingekoppelten Lichtimpuls (16) aus der Abdeckung (2) auszukoppeln. Ein optischer Detektor (14) ist dazu angeordnet und eingerichtet, den ausgekoppelten Teil (18) des Lichtimpulses (16) zu detektieren.An active optical system (1) has a cover (2) with an emission area (4) and a reception area (5). A deflection unit (10) is arranged to deflect light generated by a light source (8) into an environment and to deflect light from the environment towards a detection unit (9). A control and processing system (3a, 3b) is set up to control the light source (8) in order to generate a light pulse (16) and the deflection unit (10) in order to direct the light pulse (16) in the direction of a coupling region (12). deflect, which is designed to couple the light pulse (16) into an interior of the cover (2). A second coupling area (13) is arranged to decouple the coupled-in light pulse (16) from the cover (2). An optical detector (14) is arranged and set up to detect the decoupled part (18) of the light pulse (16).

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein aktives optisches Sensorsystem gerichtet, welches eine Abdeckung, eine Detektionseinheit, eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, Licht mit einer vordefinierten Wellenlänge zu erzeugen, und eine Ablenkeinheit aufweist. Die Abdeckung weist einen Abstrahlbereich und einen Empfangsbereich auf, die transparent hinsichtlich der Wellenlänge sind. Die Ablenkeinheit ist angeordnet, um Licht, welches von dem Lichtemitter erzeugt wird, durch den Abstrahlbereich in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems abzulenken und Licht, das den Empfangsbereich aus der Umgebung passiert, in Richtung der Detektionseinheit abzulenken. Die Erfindung ist des Weiteren auf ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems gerichtet.The present invention is directed to an active optical sensor system that has a cover, a detection unit, a light source that is set up to generate light with a predefined wavelength, and a deflection unit. The cover has an emission area and a reception area that are transparent with respect to the wavelength. The deflection unit is arranged to deflect light generated by the light emitter through the emission area into an environment of the active optical sensor system and to deflect light that passes the reception area from the environment in the direction of the detection unit. The invention is also directed to a method for operating an active optical sensor system.

Aktive optische Sensorsysteme, zum Beispiel Lidar-Systeme, können an Kraftfahrzeugen montiert werden, um verschiedene Funktionen elektronischer Fahrzeugführungssysteme, zum Beispiel Systeme zum autonomen Fahren oder teilautonomen Fahren oder Fahrerassistenzsysteme, zu realisieren. Zu diesen Funktionen gehören Abstandsmessungen, Abstandsregelungsassistenz, Fahrspurassistenz, Objektverfolgungsfunktionen et cetera.Active optical sensor systems, for example lidar systems, can be mounted on motor vehicles in order to implement various functions of electronic vehicle guidance systems, for example systems for autonomous driving or semi-autonomous driving or driver assistance systems. These functions include distance measurements, distance control assistance, lane assistance, object tracking functions, etc.

Um optische und elektronische Bauteile des Sensorsystems vor äußeren Einflüssen zu schützen, kann eine Abdeckung bereitgestellt werden, die zumindest teilweise transparent für die entsprechende Wellenlänge ist. Die Detektionsfähigkeit des Sensorsystems hängt von der Oberflächenqualität der Abdeckung ab, die als Teil der optischen Anordnung des aktiven optischen Sensorsystems betrachtet werden kann. Kratzer, Risse, Löcher oder andere Beschädigungen in der Abdeckung können zu falschen Messungen führen und können auch die Integrität der internen Bauteile bedrohen. Wenn Laser als Lichtquellen benutzt werden, kann auch die Sicherheit der Augen beeinträchtigt werden. Für Anwendungen im Automobilbereich kann es zum Beispiel erforderlich sein, dass Lidar-Systeme sich einer Laserklasse 1 zuordnen lassen. Im Falle eines Lochs in der Abdeckung kann es zum Beispiel sein, dass das System die Anforderungen der Laserklasse 1 nicht mehr erfüllt.In order to protect optical and electronic components of the sensor system from external influences, a cover can be provided that is at least partially transparent to the corresponding wavelength. The detection ability of the sensor system depends on the surface quality of the cover, which can be considered as part of the optical arrangement of the active optical sensor system. Scratches, tears, holes or other damage in the cover can cause incorrect measurements and can also threaten the integrity of the internal components. When lasers are used as light sources, eye safety can also be compromised. For applications in the automotive sector, for example, it may be necessary for lidar systems to be assigned to laser class 1. In the case of a hole in the cover, for example, the system may no longer meet the requirements of laser class 1.

Um Beschädigungen zu verhindern oder die Auswirkung von Beschädigungen einzuschränken, kann die Dicke der Abdeckung vergrößert werden. Das erhöht jedoch die Absorptionsrate der Abdeckung für das Licht und erhöht somit den Energieverbrauch des aktiven optischen Sensorsystems oder verringert die Reichweite des aktiven optischen Sensorsystems. Des Weiteren werden auch die Kosten des Systems erhöht.In order to prevent damage or limit the effects of damage, the thickness of the cover can be increased. However, this increases the absorption rate of the cover for the light and thus increases the power consumption of the active optical sensor system or reduces the range of the active optical sensor system. Furthermore, the cost of the system is also increased.

Dokument DE 10 2005 005 317 A1 beschreibt eine Anordnung zum Detektieren von Objekten zur Verwendung in einem Fahrzeug. Die Anordnung weist einen Lichtemitter auf, der von einem Abstrahlfenster verdeckt ist, und einen Lichtempfänger, der von einem Empfangsfenster verdeckt ist. Der Lichtemitter emittiert Licht und der Lichtempfänger empfängt Anteile des von einem Objekt reflektierten Lichts. Basierend auf dem empfangenen Licht, wird das Objekt detektiert. Zusätzlich stellt die Anordnung einen dedizierten weiteren Lichtemitter bereit, der dazu angeordnet ist, Licht in das Emissionsfenster einzukoppeln, und einen weiteren dedizierten Lichtempfänger, der das ausgekoppelte Licht empfängt, das durch das Emissionsfenster übertragen wird. Ein Schaltkreis zum Detektieren von Rissen bestimmt basierend auf dem ausgekoppelten Licht, ob das Emissionsfenster einen Riss aufweist. Wahlweise kann ein zusätzliches weiteres Paar eines Lichtemitters und eines Lichtempfängers für das Empfangsfenster bereitgestellt werden.document DE 10 2005 005 317 A1 describes an arrangement for detecting objects for use in a vehicle. The arrangement has a light emitter, which is covered by an emission window, and a light receiver, which is covered by a reception window. The light emitter emits light and the light receiver receives portions of the light reflected from an object. Based on the received light, the object is detected. In addition, the arrangement provides a dedicated further light emitter arranged to couple light into the emission window and a further dedicated light receiver receiving the extracted light transmitted through the emission window. A crack detection circuit determines whether the emission window has a crack based on the extracted light. Optionally, an additional further pair of a light emitter and a light receiver may be provided for the reception window.

Durch Bereitstellung dedizierter Bauteile, insbesondere zusätzlicher Lichtemitter, nur für den Zweck des Detektierens von Rissen in dem Emissions- beziehungsweise dem Empfangsfenster, werden der Bauraum des Systems vergrößert und die Gesamtkosten des Systems erhöht. Des Weiteren sind zwei unterschiedliche Lichtemitter und zwei unterschiedliche Lichtempfänger zusätzlich zu dem Lichtemitter und Lichtempfänger, die für die Objektdetektion benutzt werden, erforderlich, um Risse in dem Emissionsfenster und dem Empfangsfenster zu detektieren.By providing dedicated components, in particular additional light emitters, only for the purpose of detecting cracks in the emission or reception window, the installation space of the system is increased and the overall costs of the system are increased. Furthermore, two different light emitters and two different light receivers are required in addition to the light emitter and light receiver used for object detection in order to detect cracks in the emission window and the receiving window.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives optisches Sensorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen bereitzustellen, welches den Bauraum und/oder die Kosten des aktiven optischen Sensorsystems reduziert.It is an object of the present invention to provide an active optical sensor system and a method for operating such that reduces the installation space and/or the costs of the active optical sensor system.

Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the respective subject matter of the independent claims. Further designs and preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Lichtquelle des aktiven optischen Sensorsystems, die zum Detektieren von Objekten in der Umgebung erforderlich ist, sowie die Ablenkeinheit, die zum entsprechenden Ablenken des Lichts der Lichtquelle erforderlich ist, in Kombination mit einem Kopplungsbereich an der Abdeckung zu nutzen, um einen Lichtimpuls in das Innere der Abdeckung einzukoppeln, der dann zum Beispiel ausgekoppelt und analysiert werden kann, um zu beurteilen, ob eine Beschädigung in der Abdeckung vorliegt.The invention is based on the idea of using the light source of the active optical sensor system, which is necessary for detecting objects in the environment, and the deflection unit, which is necessary for deflecting the light of the light source accordingly, in combination with a coupling area on the cover to inject a pulse of light into the interior of the cover, which can then, for example, be extracted and analyzed to assess whether there is damage in the cover.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein aktives optisches Sensorsystem bereitgestellt. Das aktive optische Sensorsystem weist eine Abdeckung, eine Detektionseinheit, eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, Licht mit einer vordefinierten Wellenlänge zu erzeugen, und eine Ablenkeinheit auf. Die Abdeckung weist einen Abstrahlbereich auf, der hinsichtlich der Wellenlänge transparent ist. Die Ablenkeinheit ist angeordnet und eingerichtet, um Licht, welches von der Lichtquelle erzeugt wird, durch den Abstrahlbereich in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems abzulenken und Licht, das den Empfangsbereich aus der Umgebung passiert, in Richtung der Detektionseinheit abzulenken. Die Abdeckung weist einen ersten Kopplungsbereich in dem Abstrahlbereich auf, insbesondere als Teil des Abstrahlbereichs oder neben dem Abstrahlbereich. Das aktive optische Sensorsystem weist ein Steuerungs- und Verarbeitungssystem auf, welches dazu eingerichtet ist, die Lichtquelle anzusteuern, um einen Lichtimpuls zu erzeugen, und die Ablenkeinheit anzusteuern, um den Lichtimpuls in Richtung des ersten Kopplungsbereichs abzulenken. Der erste Kopplungsbereich ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass er zumindest einen Teil des Lichtimpulses in ein Inneres der Abdeckung einkoppelt, so dass der eingekoppelte Teil des Lichtimpulses sich im Inneren der Abdeckung ausbreiten kann. Die Abdeckung weist einen zweiten Kopplungsbereich auf, der dazu angeordnet und ausgestaltet ist, zumindest einen Teil des sich ausbreitenden Teils des Lichtimpulses aus dem Inneren der Abdeckung auszukoppeln. Das aktive optische Sensorsystem weist einen optischen Detektor auf, der dazu angeordnet und eingerichtet ist, den ausgekoppelten Teil des Lichtimpulses zu detektieren.According to one aspect of the invention, an active optical sensor system is provided. The active optical sensor system has a cover, a detection unit, a light source that is set up to generate light with a predefined wavelength, and a deflection unit. The cover has an emission area that is transparent with respect to the wavelength. The deflection unit is arranged and set up to deflect light generated by the light source through the emission area into an environment of the active optical sensor system and to deflect light that passes the reception area from the environment in the direction of the detection unit. The cover has a first coupling area in the emission area, in particular as part of the emission area or next to the emission area. The active optical sensor system has a control and processing system which is set up to control the light source in order to generate a light pulse and to control the deflection unit in order to deflect the light pulse in the direction of the first coupling region. The first coupling region is designed and arranged in such a way that it couples at least part of the light pulse into an interior of the cover, so that the coupled-in part of the light pulse can propagate inside the cover. The cover has a second coupling region arranged and configured to couple out at least a portion of the propagating portion of the light pulse from within the cover. The active optical sensor system has an optical detector which is arranged and set up to detect the part of the light pulse that is coupled out.

Definitionsgemäß weist ein aktives optisches Sensorsystem die Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht beziehungsweise von Lichtimpulsen auf. Zum Beispiel kann die Lichtquelle als ein Laser implementiert sein, insbesondere als ein Infrarotlaser. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem definitionsgemäß die Detektionseinheit auf, um reflektierte Teile des abgestrahlten Lichts zu detektieren. Insbesondere ist das aktive optische Sensorsystem dazu eingerichtet, eines oder mehrere Sensorsignale basierend auf den detektierten Lichtanteilen zu erzeugen und die Sensorsignale zu verarbeiten und/oder auszugeben. Das erfindungsgemäße aktive optische Sensorsystem ist vorzugsweise als ein Lidar-System ausgestaltet, insbesondere als ein Laserscanner.By definition, an active optical sensor system has the light source for emitting light or light pulses. For example, the light source can be implemented as a laser, in particular an infrared laser. Furthermore, according to definition, an active optical sensor system has the detection unit in order to detect reflected parts of the emitted light. In particular, the active optical sensor system is set up to generate one or more sensor signals based on the detected light components and to process and/or output the sensor signals. The active optical sensor system according to the invention is preferably designed as a lidar system, in particular as a laser scanner.

Hier und im Folgenden kann „Licht“ derart verstanden werden, dass es elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder ultravioletten Bereich enthält. Dementsprechend kann der Ausdruck „optisch“ so verstanden werden, dass er sich auf Licht gemäß dieser Bedeutung bezieht. Die Wellenlänge des Lichts, das von der Lichtquelle erzeugt werden kann, entspricht bevorzugt Infrarotlicht. Die Lichtquelle kann zum Beispiel eine Laserdiode, insbesondere eine Infrarotlaserdiode, aufweisen.Here and in the following, "light" can be understood in such a way that it contains electromagnetic waves in the visible range, in the infrared range and/or ultraviolet range. Accordingly, the term "optical" can be understood to refer to light as defined. The wavelength of the light that can be generated by the light source preferably corresponds to infrared light. The light source can, for example, have a laser diode, in particular an infrared laser diode.

Reflektierte Anteile können als Anteile verstanden werden, die von Objekten in der Umgebung, einschließlich der Fahrbahnoberfläche, reflektiert werden. Das impliziert nicht notwendigerweise eine spiegelnde Reflexion, sondern kann auch eine Retroreflexion und/oder eine Streuung beinhalten.Reflected fractions can be understood as fractions that are reflected from objects in the environment, including the road surface. This does not necessarily imply specular reflection, but may also include retroreflection and/or scattering.

Dass der Abstrahlbereich und der Empfangsbereich transparent hinsichtlich der Wellenlänge sind, kann derart verstanden werden, dass weder eine wesentliche Absorption noch eine wesentliche Reflexion von Licht mit der Wellenlänge vorliegt und dass das Snelliussche Brechungsgesetz erfüllt ist. Mit anderen Worten ist der Transmissionskoeffizient des Abstrahlbereichs und des Empfangsbereichs im Wesentlichen gleich eins. Die genaue Größe des Transmissionskoeffizienten und was noch als im Wesentlichen gleich eins betrachtet werden kann, hängt von der speziellen Anwendung ab. Zum Beispiel kann der Transmissionskoeffizient größer oder gleich einem vordefinierten Schwellwert sein, zum Beispiel größer oder gleich 0,8, vorzugsweise 0,9, noch bevorzugter 0,95 oder sogar noch bevorzugter 0,99.That the emitting portion and the receiving portion are transparent with respect to the wavelength can be understood such that there is neither substantial absorption nor substantial reflection of light with the wavelength and that Snell's law of refraction is satisfied. In other words, the transmission coefficient of the emission area and the reception area is essentially equal to one. The exact magnitude of the transmission coefficient and what else can be considered substantially equal to one depends on the specific application. For example, the transmission coefficient may be greater than or equal to a predefined threshold, for example greater than or equal to 0.8, preferably 0.9, more preferably 0.95 or even more preferably 0.99.

Im Prinzip kann die Wellenlänge eine Wellenlänge innerhalb eines breiteren Übertragungsspektrums der Lichtquelle sein. Ist die Lichtquelle jedoch als eine Laserdiode ausgestaltet, so entspricht die Wellenlänge der Laserwellenlänge, die beispielsweise als eine Spitzenwellenlänge des Laserspektrums betrachtet werden kann.In principle, the wavelength can be a wavelength within a broader transmission spectrum of the light source. However, if the light source is designed as a laser diode, the wavelength corresponds to the laser wavelength, which can be regarded as a peak wavelength of the laser spectrum, for example.

Abhängig von der tatsächlichen Ausführung kann die gesamte Abdeckung aus einem Material gefertigt sein, welches transparent hinsichtlich der Wellenlänge ist. Mit anderen Worten kann die Abdeckung, einschließlich des Abstrahlbereichs und des Empfangsbereichs, einstückig ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungen kann die Abdeckung aus zwei oder mehr Stücken bestehen, die miteinander verbunden sind. Zum Beispiel können der Abstrahlbereich und der Empfangsbereich jeweiligen Scheiben eines Materials entsprechen, das transparent hinsichtlich der Wellenlänge ist, wobei die Scheiben einstückig ausgebildet sein können oder derart aneinander angebracht sein können, dass sie zumindest einen Teil der Abdeckung bilden.Depending on the actual implementation, the entire cover may be made of a material that is wavelength transparent. In other words, the cover, including the emission area and the reception area, can be designed in one piece. In other implementations, the cover may be in two or more pieces that are joined together. For example, the emitting area and the receiving area may correspond to respective discs of a material that is transparent with respect to the wavelength, which discs may be integrally formed or attached to each other to form at least part of the cover.

Die Abdeckung kann Teil eines Gehäuses des aktiven optischen Sensorsystems sein und ist dazu ausgestaltet, die Bauteile des aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere die Lichtquelle, die Ablenkeinheit, die Detektionseinheit und den optischen Detektor gegen Umgebungseinflüsse zu schützen. Abgesehen von der Abdeckung kann das Gehäuse eines oder mehrere weitere Gehäusebauteile aufweisen. Die weiteren Gehäusebauteile können zusammen mit der Abdeckung zum Beispiel einen geschlossenen Hohlraum bilden, welcher die Lichtquelle, die Ablenkeinheit, die Detektionseinheit und den optischen Detektor umschließt. Bei anderen Ausführungen kann die Abdeckung jedoch zum Beispiel in Kombination mit einem Teil, an dem das aktive optische Sensorsystem montiert ist, zum Beispiel einem Teil eines Kraftfahrzeugs, einen entsprechenden Hohlraum bilden, ohne weitere Gehäusebauteile zu erfordern.The cover can be part of a housing of the active optical sensor system and is designed to the components of the active optical sensor system, in particular the light source, the deflection unit, the detection unit and the opti cal detector against environmental influences. Aside from the cover, the housing may include one or more other housing components. The other housing components can form, for example, a closed cavity together with the cover, which encloses the light source, the deflection unit, the detection unit and the optical detector. In other embodiments, however, the cover can form a corresponding cavity, for example in combination with a part on which the active optical sensor system is mounted, for example a part of a motor vehicle, without requiring further housing components.

Insbesondere ist das aktive optische Sensorsystem dazu ausgestaltet, an einem Kraftfahrzeug montiert zu werden und während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs benutzt zu werden. Zum Beispiel kann das aktive optische Sensorsystem Teil eines elektronischen Fahrzeugführungssystems des Kraftfahrzeugs sein.In particular, the active optical sensor system is designed to be mounted on a motor vehicle and to be used while the motor vehicle is driving. For example, the active optical sensor system can be part of an electronic vehicle guidance system of the motor vehicle.

Das Material, welches transparent hinsichtlich der Wellenlänge ist, insbesondere das Material der Abdeckung, des Abstrahlbereichs und/oder des Empfangsbereichs, kann zum Beispiel ein Kunststoffmaterial enthalten, zum Beispiel ein gegossenes und/oder thermogeformtes Kunststoffmaterial, zum Beispiel Polykarbonat.The material which is transparent with regard to the wavelength, in particular the material of the cover, the emitting area and/or the receiving area, can for example comprise a plastic material, for example a molded and/or thermoformed plastic material, for example polycarbonate.

Vorzugsweise ist das aktive optische Sensorsystem als ein Lidar-System, insbesondere ein Laserscanner-Lidar-System, ausgestaltet, und folglich ist die Lichtquelle als eine Laserdiode ausgestaltet oder weist eine Laserdiode, insbesondere eine Infrarotlaserdiode, auf. Das aktive optische Sensorsystem kann abgesehen von der Lichtquelle eine oder mehr zusätzliche Lichtquellen, insbesondere Laserdioden, aufweisen.The active optical sensor system is preferably designed as a lidar system, in particular a laser scanner lidar system, and consequently the light source is designed as a laser diode or has a laser diode, in particular an infrared laser diode. Apart from the light source, the active optical sensor system can have one or more additional light sources, in particular laser diodes.

Der optische Detektor kann in der Detektionseinheit enthalten sein oder separat beziehungsweise zusätzlich zur Detektionseinheit vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann der optische Detektor zum Detektieren von Licht benutzt werden, das aus der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems in die Detektionseinheit eintritt, nachdem es von dem Objekt in der Umgebung reflektiert wird. In diesem Fall werden die synergetischen Effekte der Erfindung sogar noch verbessert. Der optische Detektor kann jedoch auch allein zu dem Zweck vorgesehen sein, den ausgekoppelten Teil des Lichtimpulses, der in die Abdeckung eingekoppelt worden ist, zu detektieren. Derartige Ausführungen haben den Vorteil gesteigerter Flexibilität beim Platzieren des optischen Detektors.The optical detector can be contained in the detection unit or can be provided separately or in addition to the detection unit. In other words, the optical detector can be used to detect light entering the detection unit from the environment of the active optical sensor system after it is reflected by the object in the environment. In this case the synergetic effects of the invention are even enhanced. However, the optical detector can also be provided solely for the purpose of detecting the coupled-out part of the light pulse which has been coupled into the cover. Such designs have the advantage of increased flexibility in placing the optical detector.

In jedem Fall wird erfindungsgemäß die gleiche Lichtquelle, die zum Abstrahlen von Licht in die Umgebung benutzt wird, um Objekte in der Umgebung basierend auf entsprechenden Reflexionen zu detektieren, auch dazu benutzt, den Lichtimpuls zu erzeugen, der in die Abdeckung eingekoppelt, aus der Abdeckung ausgekoppelt und schließlich von dem optischen Detektor detektiert wird.In any event, according to the invention, the same light source that is used to emit light into the environment to detect objects in the environment based on appropriate reflections is also used to generate the light pulse that couples into the cover from the cover decoupled and finally detected by the optical detector.

Der detektierte ausgekoppelte Lichtimpuls kann dann überwacht oder ausgewertet werden, zum Beispiel um eine Lichtintensität des ausgekoppelten Anteils des Lichtimpulses zu bestimmen. Basierend auf dieser Auswertung kann das Steuerungs- und Verarbeitungssystem bestimmen, ob eine Beschädigung in der Abdeckung vorliegt. Das ist möglich, zumal eine Beschädigung in der Abdeckung im Allgemeinen zu einem parasitären Auskoppeln des Lichtimpulses führt, der sich in der Abdeckung ausbreitet, was in der Folge zu einer reduzierten Lichtintensität des Anteils des Lichtimpulses führt, der von dem optischen Detektor detektiert wird.The detected, coupled-out light pulse can then be monitored or evaluated, for example to determine a light intensity of the coupled-out portion of the light pulse. Based on this evaluation, the control and processing system can determine whether there is damage in the cover. This is possible, since damage in the cover generally leads to parasitic coupling out of the light pulse propagating in the cover, which consequently leads to a reduced light intensity of the part of the light pulse that is detected by the optical detector.

Erfindungsgemäß werden die Lichtquelle und die Ablenkeinheit des aktiven optischen Sensorsystems für zumindest zwei Zwecke benutzt, was eine zusätzliche Lichtquelle und/oder eine zusätzliche Ablenkeinheit zum Führen der Lichtimpulse zum Detektieren von Beschädigungen in der Abdeckung überflüssig macht. Folglich kann der Bauraum des aktiven optischen Sensorsystems reduziert werden, und die Materialkosten für die Abdeckung können reduziert werden, da Risse oder andere Beschädigungen nicht notwendigerweise vermieden werden müssen, indem die Abdeckung besonders dick gestaltet wird. Die Materialkosten für das Sensorsystem können ebenso reduziert werden, da eine zusätzliche Lichtquelle nicht notwendig ist.According to the invention, the light source and the deflection unit of the active optical sensor system are used for at least two purposes, which makes an additional light source and/or an additional deflection unit for guiding the light pulses for detecting damage in the cover superfluous. Consequently, the installation space of the active optical sensor system can be reduced and the material costs for the cover can be reduced since cracks or other damage need not necessarily be avoided by making the cover particularly thick. The material costs for the sensor system can also be reduced since an additional light source is not necessary.

Der erste Kopplungsbereich kann durch ein zusätzlich zur Abdeckung vorgesehenes Bauteil gebildet sein, zum Beispiel durch ein Bauteil, das die Form eines Prismas oder eine Freiform aufweist, die zum Beispiel mittels optischer Simulationen optimiert werden kann. Das Bauteil kann dann an der Abdeckung angebracht, beispielsweise angeklebt oder angeklammert sein, insbesondere neben dem Abstrahlbereich. Das gleiche gilt entsprechend für den zweiten Kopplungsbereich. Alternativ kann der erste Kopplungsbereich einstückig mit der Abdeckung, zum Beispiel als ein Teil des Abstrahlbereichs oder an einer Grenze des Abstrahlbereichs, ausgebildet sein. Dasselbe gilt entsprechend für den zweiten Kopplungsbereich.The first coupling area can be formed by a component that is provided in addition to the cover, for example by a component that has the shape of a prism or a free form that can be optimized, for example, by means of optical simulations. The component can then be attached to the cover, for example glued or clamped, in particular next to the emission area. The same applies correspondingly to the second coupling area. Alternatively, the first coupling area can be formed in one piece with the cover, for example as part of the emission area or at a boundary of the emission area. The same applies correspondingly to the second coupling area.

Der erste Kopplungsbereich ist dazu angeordnet und ausgebildet, den Lichtimpuls in einem Winkel in die Abdeckung einzukoppeln, so dass mehrfache interne Reflexionen im Inneren der Abdeckung auftreten und sich der eingekoppelte Lichtimpuls folglich im Inneren der Abdeckung ausbreitet. Zum Beispiel kann Totalreflexion durch entsprechendes Anpassen des Einkopplungswinkels realisiert werden.The first coupling region is arranged and configured to couple the light pulse into the cover at an angle such that multiple internal reflections occur inside the cover and the coupled light pulse consequently propagates inside the cover. For example, total internal reflection can correspond to of adjusting the in-coupling angle.

In einigen Ausführungen kann der Lichtimpuls teilweise in die Abdeckung eingekoppelt werden und kann teilweise in die Umgebung abgestrahlt werden. Folglich können die abgestrahlten Teile teilweise in der Umgebung reflektiert werden und können wiederum von der Detektionseinheit detektiert werden. Mit anderen Worten wird der Lichtimpuls dazu benutzt, eine Beschädigung in der Abdeckung zu detektieren und auch ein Objekt in der Umgebung zu detektieren. Jedoch wird der Lichtimpuls in alternativen Ausführungen nicht zu Zwecken der Objektdetektion benutzt. Insbesondere kann es sein, dass der Lichtimpuls an einer Position in das Innere der Abdeckung eingekoppelt wird, die möglicherweise für eine zuverlässige oder reproduzierbare Objektdetektion nicht geeignet ist. Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem kann die Ablenkeinheit entsprechend ansteuern, um die Erzeugung des Lichtimpulses durch die Lichtquelle und die entsprechende Position der Ablenkeinheit zu synchronisieren, so dass der Lichtimpuls auf den ersten Kopplungsbereich auftrifft.In some implementations, the light pulse may be partially coupled into the cover and partially radiated into the environment. Consequently, the radiated parts can be partially reflected in the surroundings and can in turn be detected by the detection unit. In other words, the light pulse is used to detect damage in the cover and also to detect an object in the vicinity. However, in alternative embodiments, the light pulse is not used for object detection purposes. In particular, the light pulse may be coupled into the interior of the cover at a position that may not be suitable for reliable or reproducible object detection. The control and processing system can control the deflection unit accordingly in order to synchronize the generation of the light pulse by the light source and the corresponding position of the deflection unit, so that the light pulse impinges on the first coupling region.

Insbesondere können die Ablenkeinheit und die Lichtquelle, die von der Steuerungs- und Verarbeitungseinheit angesteuert werden, wiederholt entsprechende Lichtimpulse emittieren und ablenken, wobei der jeweilige Lichtimpuls nur bei einer speziellen Position oder einem speziellen Zustand der Ablenkeinheit auf den ersten Kopplungsbereich auftrifft, und bei anderen Positionen oder Zuständen der Ablenkeinheit der Lichtimpuls nicht in das Innere der Abdeckung einkoppelt, sondern in die Umgebung des optischen Sensorsystems emittiert wird und für Zwecke der Objektdetektion benutzt werden kann.In particular, the deflection unit and the light source, which are controlled by the control and processing unit, can repeatedly emit and deflect corresponding light pulses, with the respective light pulse only impinging on the first coupling region at a specific position or a specific state of the deflection unit, and at other positions or states of the deflection unit, the light pulse is not coupled into the interior of the cover, but is emitted into the environment of the optical sensor system and can be used for object detection purposes.

Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem kann eine oder mehrere Untereinheiten aufweisen, die räumlich verteilt sein können oder nicht. Die eine oder die mehreren Untereinheiten können eine oder mehrere Steuereinheiten, eine oder mehrere Treibereinheiten, eine oder mehrere Auswertungseinheiten, eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten et cetera aufweisen. Insbesondere können die eine oder die mehreren Untereinheiten eine oder mehrere Recheneinheiten aufweisen.The control and processing system may include one or more sub-units, which may or may not be spatially distributed. The one or more sub-units can have one or more control units, one or more driver units, one or more evaluation units, one or more processing units, etc. In particular, the one or more sub-units can have one or more computing units.

Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.A computing unit can be understood in particular as a data processing device. The arithmetic unit can therefore in particular process data for carrying out arithmetic operations. This also includes operations to perform indexed accesses to a data structure, for example a look-up table (LUT).

Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.In particular, the processing unit can contain one or more computers, one or more microcontrollers and/or one or more integrated circuits, for example one or more application-specific integrated circuits, ASIC (English: “application-specific integrated circuit”), one or more field-programmable gate arrays , FPGA, and/or one or more single-chip systems, SoC (English: "system on a chip"). The computing unit can also have one or more processors, for example one or more microprocessors, one or more central processing units, CPU, one or more graphics processor units, GPU and/or contain one or more signal processors, in particular one or more digital signal processors, DSP. The computing unit can also contain a physical or a virtual network of computers or other of the units mentioned.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen enthält die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.In various exemplary embodiments, the computing unit contains one or more hardware and/or software interfaces and/or one or more memory units.

Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable read-only memory“), als elektrisch löschbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.A memory device can be configured as volatile data storage, such as dynamic random access memory (DRAM), or static random access memory (SRAM), or non-volatile Data memory, for example as a read-only memory, ROM, as a programmable read-only memory, PROM, as an erasable read-only memory, EPROM (erasable read-only memory) ), as electrically erasable read-only memory, EEPROM (English: "electrically erasable read-only memory"), as flash memory or flash EEPROM, as ferroelectric memory with random access, FRAM (English: "ferroelectric random access memory"), as magnetoresistive random access memory (MRAM) or phase change random access memory (PCRAM). random access memory”).

Gemäß einigen Ausführungen des erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems ist der optische Detektor dazu eingerichtet, ein Detektionssignal abhängig von dem detektierten ausgekoppelten Teil des Lichtimpulses zu erzeugen. Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem ist dazu eingerichtet, eine Beschädigung der Abdeckung oder in der Abdeckung abhängig von dem Detektorsignal zu identifizieren.According to some embodiments of the active optical sensor system according to the invention, the optical detector is set up to generate a detection signal depending on the detected, coupled-out part of the light pulse. The control and processing system is configured to identify damage to the cover or within the cover based on the detector signal.

Insbesondere da der eingekoppelte Lichtimpuls sich durch das Innere der Abdeckung ausbreitet, kann eine Beschädigung in einem Bereich der Abdeckung, der von dem sich ausbreitenden eingekoppelten Lichtimpuls erreicht wird, bestimmt werden.In particular, since the injected light pulse propagates through the interior of the cover, damage in an area of the cover reached by the propagating injected light pulse can be determined.

Gemäß einigen Ausführungen ist das Steuerungs- und Verarbeitungssystem dazu eingerichtet, eine Lichtintensität des detektierten ausgekoppelten Teils des Lichtimpulses abhängig von dem Detektorsignal zu bestimmen und die Beschädigung abhängig von der detektierten Lichtintensität zu identifizieren.According to some implementations, the control and processing system is set up to determine a light intensity of the detected coupled-out part of the light pulse as a function of the detector signal and to identify the damage as a function of the detected light intensity.

Gemäß einigen Ausführungen ist das Steuerungs- und Verarbeitungssystem dazu eingerichtet zu bestimmen, ob die Lichtintensität kleiner ist als ein vorbestimmter Mindestwert, um die Beschädigung zu identifizieren.According to some implementations, the control and processing system is configured to determine whether the light intensity is less than a predetermined minimum value to identify the damage.

Insbesondere identifiziert das Steuerungs- und Verarbeitungssystem, dass die Beschädigung vorliegt, wenn festgestellt wird, dass die Lichtintensität kleiner ist als der Mindestwert.In particular, the control and processing system identifies that the damage is present when it determines that the light intensity is less than the minimum value.

Wie oben beschrieben, kann ein Abfall der Lichtintensität unter den Mindestwert als ein Verlust der Lichtintensität aufgrund von parasitärem Auskoppeln entsprechender Anteile des Lichtimpulses an Positionen der Beschädigung interpretiert werden.As described above, a drop in light intensity below the minimum value can be interpreted as a loss in light intensity due to parasitic coupling out of corresponding portions of the light pulse at positions of damage.

In einigen Ausführungen kann die Lichtintensität durch das Steuerungs- und Verarbeitungssystem abhängig von dem Detektorsignal überwacht oder wiederholt bestimmt werden, um einen Abfall der Lichtintensität zu bestimmen, um die Beschädigung zu identifizieren.In some implementations, the light intensity may be monitored or repeatedly determined by the control and processing system dependent on the detector signal to determine a drop in light intensity to identify the damage.

Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem kann auch die Lichtintensität mit einem oder mehreren weiteren Schwellwerten vergleichen, zum Beispiel um die Beschädigung zu klassifizieren. Zum Beispiel kann das Steuerungs- und Verarbeitungssystem die Beschädigung als einen Kratzer klassifizieren, wenn die Lichtintensität kleiner ist als der Mindestwert und größer als ein vordefinierter erster Schwellwert, der kleiner ist als der Mindestwert. Zum Beispiel kann das Steuerungs- und Verarbeitungssystem die Beschädigung als einen Riss in der Abdeckung klassifizieren, wenn die Lichtintensität kleiner als der erste Schwellwert und größer als der zweite Schwellwert ist, der kleiner ist als der erste Schwellwert. Zum Beispiel kann das Steuerungs- und Verarbeitungssystem die Beschädigung als ein Loch in der Abdeckung klassifizieren, wenn die Lichtintensität kleiner ist als der zweite Schwellwert.The control and processing system can also compare the light intensity to one or more other threshold values, for example to classify the damage. For example, the control and processing system may classify the damage as a scratch if the light intensity is less than the minimum value and greater than a predefined first threshold that is less than the minimum value. For example, the control and processing system may classify the damage as a crack in the cover when the light intensity is less than the first threshold and greater than the second threshold, which is less than the first threshold. For example, the control and processing system may classify the damage as a hole in the cover when the light intensity is less than the second threshold.

Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem kann auch fortschrittlichere Algorithmen anwenden, zum Beispiel Algorithmen, die basierend auf maschinellem Lernen trainiert werden, um die Beschädigung zu klassifizieren oder eine andere charakteristische Eigenschaft der Beschädigung zu bestimmen.The control and processing system may also apply more advanced algorithms, for example algorithms trained based on machine learning, to classify the damage or determine some other characteristic of the damage.

Insbesondere ist bei einigen Ausführungen das Steuerungs- und Verarbeitungssystem dazu eingerichtet, einen Algorithmus, der durch maschinelles Lernen trainiert ist, auf Eingangsdaten anzuwenden, die abhängig von dem Detektorsignal sind, das insbesondere ein analoges Signal ist, um auf zumindest eine Charakteristik der Beschädigung zu schließen.In particular, in some implementations the control and processing system is configured to apply an algorithm trained by machine learning to input data dependent on the detector signal, which is in particular an analog signal, to infer at least one characteristic of the damage .

Die zumindest eine Charakteristik der Beschädigung kann einen Typen oder eine Klasse der Beschädigung beinhalten, etwa Kratzer, Riss oder Loch, eine Position der Beschädigung, et cetera.The at least one characteristic of the damage may include a type or class of the damage, such as a scratch, tear or hole, a location of the damage, et cetera.

Dass der Algorithmus durch maschinelles Lernen trainiert wird, kann derart verstanden werden, dass der Algorithmus eine Architektur aufweist, die maschinell trainierbar ist und entsprechend trainiert worden ist. Zum Beispiel kann der Algorithmus auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basieren.The algorithm being trained by machine learning can be understood as meaning that the algorithm has an architecture that is machine trainable and has been trained accordingly. For example, the algorithm can be based on an artificial neural network.

Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige Klassifikation oder Charakterisierung der Beschädigung möglich. Dies erlaubt eine detailliertere Risikobewertung anhand der Beschädigung und, beispielsweise bei Automobilanwendungen, abgestufte Maßnahmen, die als Reaktion auf die Detektion der Beschädigung ergriffen werden. Während derartige Beschädigungen zumindest für eine kurze Zeitdauer akzeptiert werden können, können andere Beschädigungen beispielsweise eine unmittelbare Deaktivierung des aktiven optischen Sensorsystems verlangen.In this way, a particularly reliable classification or characterization of the damage becomes possible. This allows for a more detailed risk assessment based on the damage and, for example in automotive applications, graduated actions to be taken in response to detection of the damage. For example, while such damage may be acceptable for at least a short period of time, other damage may require immediate deactivation of the active optical sensor system.

Gemäß einigen Ausführungen ist das Steuerungs- und Verarbeitungssystem dazu eingerichtet, die Lichtquelle anzusteuern, um einen weiteren Lichtimpuls zu erzeugen, und die Ablenkeinheit anzusteuern, um den weiteren Lichtimpuls den Abstrahlbereich passierend in die Umgebung abzulenken und einen von einem Objekt in der Umgebung reflektierten Anteil des weiteren Lichtimpulses, der den Empfangsbereich passiert, in Richtung der Detektionseinheit abzulenken. Die Detektionseinheit ist dazu eingerichtet, ein weiteres Detektorsignal abhängig von dem reflektierten Anteil des weiteren Lichtimpulses zu erzeugen. Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem ist dazu eingerichtet, einen Abstand zwischen dem Objekt und dem aktiven optischen Sensorsystem abhängig von dem weiteren Detektorsignal zu bestimmen.According to some embodiments, the control and processing system is set up to control the light source in order to generate an additional light pulse and to control the deflection unit in order to deflect the additional light pulse into the environment, passing through the emission area, and to deflect a portion of the light reflected by an object in the environment deflect further light pulses that pass the reception area in the direction of the detection unit. The detection unit is set up to generate a further detector signal depending on the reflected portion of the further light pulse. The control and processing system is set up to determine a distance between the object and the active optical sensor system as a function of the further detector signal.

Mit anderen Worten wird der weitere Lichtimpuls zum Detektieren des Objekts in der Umgebung und dessen Abstand hinsichtlich des aktiven optischen Sensorsystems benutzt, während dies für den Lichtimpuls nicht zutrifft. Auf der anderen Seite wird der weitere Lichtimpuls nicht zum Detektieren einer Beschädigung der Abdeckung benutzt. Bei derartigen Ausführungen ist es möglich, den regulären Betrieb des aktiven optischen Sensorsystems, nämlich die Abstandsdetektion, mit der Überwachung hinsichtlich einer Beschädigung der Abdeckung zu kombinieren.In other words, the additional light pulse is used to detect the object in the area and its distance with respect to the active optical sensor system, while this is for does not apply to the light pulse. On the other hand, the further light pulse is not used to detect damage to the cover. With such designs it is possible to combine the regular operation of the active optical sensor system, namely the distance detection, with the monitoring for damage to the cover.

Zum Beispiel ist das Steuerungs- und Verarbeitungssystem dazu eingerichtet, die Ablenkeinheit anzusteuern, um den Lichtimpuls in eine erste Richtung abzulenken, um den Lichtimpuls in Richtung des ersten Kopplungsbereichs abzulenken, und die Ablenkeinheit anzusteuern, um den weiteren Lichtimpuls in eine zweite Richtung abzulenken, um den weiteren Lichtimpuls derart abzulenken, dass er den Abstrahlbereich passiert, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet.For example, the control and processing system is configured to control the deflection unit to deflect the light pulse in a first direction to deflect the light pulse towards the first coupling region and to control the deflection unit to deflect the further light pulse in a second direction to to deflect the further light pulse in such a way that it passes the emission area, the second direction being different from the first direction.

Mit anderen Worten kann abhängig von der Ablenkrichtung der Ablenkeinheit der entsprechende Lichtimpuls oder der weitere Lichtimpuls zum Bestimmen des Abstands zwischen dem Objekt und dem Sensorsystem oder zum Identifizieren der Beschädigung der Abdeckung dienen.In other words, depending on the deflection direction of the deflection unit, the corresponding light pulse or the further light pulse can be used to determine the distance between the object and the sensor system or to identify damage to the cover.

Gemäß einigen Ausführungen umfasst die Detektionseinheit den optischen Detektor, und der optische Detektor ist dazu angeordnet und eingerichtet, das weitere Detektorsignal zu erzeugen.According to some implementations, the detection unit includes the optical detector, and the optical detector is arranged and configured to generate the further detector signal.

Mit anderen Worten wird der optische Detektor zum Bestimmen des Abstands des Objekts sowie zum Bestimmen der Beschädigung in der Abdeckung benutzt. Auf diese Weise wird die Anzahl der Bauteile des aktiven optischen Sensorsystems weiter reduziert, was zu einer weiteren Reduzierung des Bauraums und weiter reduzierten Kosten führt.In other words, the optical detector is used to determine the distance of the object as well as to determine the damage in the cover. In this way, the number of components of the active optical sensor system is further reduced, which leads to a further reduction in installation space and further reduced costs.

In alternativen Ausführungen weist die Detektionseinheit einen weiteren optischen Detektor auf, und der weitere optische Detektor ist dazu angeordnet und eingerichtet, das weitere Detektorsignal zu erzeugen.In alternative embodiments, the detection unit has a further optical detector, and the further optical detector is arranged and set up to generate the further detector signal.

Mit anderen Worten wird der optische Detektor nicht zum Bestimmen des Abstands des Objekts benutzt. Dies erlaubt eine flexiblere Platzierung des optischen Detektors hinsichtlich des zweiten Kopplungsbereichs.In other words, the optical detector is not used to determine the distance of the object. This allows more flexible placement of the optical detector with respect to the second coupling area.

Gemäß einigen Ausführungen ist der Empfangsbereich neben dem Abstrahlbereich angeordnet. Der erste Kopplungsbereich ist dazu ausgestaltet, den Teil des Lichtimpulses in das Innere der Abdeckung einzukoppeln, um es dem eingekoppelten Teil des Lichtimpulses zu erlauben, sich von einem Inneren des Abstrahlbereichs zu einem Inneren des Empfangsbereichs auszubreiten.According to some implementations, the reception area is arranged next to the emission area. The first coupling region is configured to couple the portion of the light pulse into the interior of the cover to allow the coupled portion of the light pulse to propagate from an interior of the emission region to an interior of the reception region.

Das Innere des Abstrahlbereichs ist ein Teil des Inneren der Abdeckung, der dem Abstrahlbereich entspricht, und entsprechend ist das Innere des Empfangsbereichs ein Teil des Inneren der Abdeckung, der dem Empfangsbereich entspricht.The inside of the radiating area is a part of the inside of the cover that corresponds to the radiating area, and accordingly, the inside of the receiving area is a part of the inside of the cover that corresponds to the receiving area.

Da der erste Kopplungsbereich sich in oder neben dem Abstrahlbereich befindet, breitet sich der eingekoppelte Lichtimpuls in jedem Fall im Inneren des Abstrahlbereichs aus. Bei den genannten Ausführungen breitet sich der eingekoppelte Lichtimpuls jedoch nicht nur im Inneren des Abstrahlbereichs aus, sondern auch im Inneren des Empfangsbereichs. Since the first coupling area is located in or next to the emission area, the coupled-in light pulse always propagates inside the emission area. In the case of the designs mentioned, however, the coupled-in light pulse propagates not only inside the emission area, but also inside the receiving area.

Auf diese Weise kann ein größerer Bereich der Abdeckung hinsichtlich der Beschädigung analysiert werden. Insbesondere kann ein Teil des Abstrahlbereichs sowie ein Teil des Empfangsbereichs der Abdeckung hinsichtlich der Beschädigung analysiert werden.In this way, a larger area of the cover can be analyzed for damage. In particular, part of the emission area and part of the reception area of the cover can be analyzed with regard to damage.

Gemäß einigen Ausführungen ist der zweite Kopplungsbereich in dem Empfangsbereich angeordnet, mit anderen Worten als ein Teil des Empfangsbereichs oder neben dem Empfangsbereich.According to some implementations, the second coupling area is arranged in the reception area, in other words as a part of the reception area or next to the reception area.

Auf diese Weise kann es erreicht werden, dass der eingekoppelte Teil des Lichtimpulses notwendigerweise das Innere des Empfangsbereichs durchläuft, bevor er wieder ausgekoppelt wird.In this way it can be achieved that the coupled-in part of the light pulse necessarily passes through the interior of the reception area before it is coupled out again.

Gemäß mehreren Ausführungen weist die Abdeckung eine erste Scheibe auf, die den Abstrahlbereich bildet, und eine zweite Scheibe, die den Empfangsbereich bildet. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe schließen einen Winkel in dem Intervall ]0°, 90°[, vorzugsweise in dem Intervall ]0°,20°] oder in dem Intervall [5°, 20°] ein. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind einstückig ausgebildet.According to several embodiments, the cover has a first pane, which forms the emission area, and a second pane, which forms the reception area. The first disk and the second disk enclose an angle in the interval ]0°, 90°[, preferably in the interval ]0°, 20°] or in the interval [5°, 20°]. The first disk and the second disk are formed in one piece.

Der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Scheibe kann zum Beispiel als ein jeweiliger Winkel zwischen den Normalenvektoren der Scheiben verstanden werden.The angle between the first and the second disc can be understood, for example, as a respective angle between the normal vectors of the discs.

Zum Beispiel kann die Abdeckung eine dritte Scheibe aufweisen, die mit der ersten Scheibe in Kontakt steht, so dass eine Kante zwischen der ersten und der dritten Scheibe gebildet wird. Der erste Kopplungsbereich ist in der Kante angeordnet. Mit anderen Worten enthält der erste Kopplungsbereich einen Bereich, in dem die erste Scheibe die dritte Scheibe berührt, oder steht in direktem Kontakt mit dem Bereich, in dem die erste Scheibe die dritte Scheibe berührt.For example, the cover may have a third pane in contact with the first pane such that an edge is formed between the first and third panes. The first coupling area is arranged in the edge. In other words, the first coupling portion includes a portion where the first disk touches the third disk or is in direct contact with the portion where the first disk touches the third disk.

Die erste Scheibe und die dritte Scheibe können einen Winkel in dem Intervall ]0°, 90°[, vorzugsweise in dem Intervall [80°, 90°] oder einen Winkel, der gleich oder annähernd gleich 90° ist, einschließen.The first disk and the third disk may have an angle in the interval ]0°, 90°[, preferably in the interval [80°, 90°] or an angle equal to or approximately equal to 90°.

Zum Beispiel kann die Abdeckung eine vierte Scheibe aufweisen, die mit der ersten Scheibe in Kontakt steht, so dass eine Kante zwischen der ersten und der vierten Scheibe gebildet wird. Die erste Scheibe und die vierte Scheibe können einen Winkel in dem Intervall ]0°, 90°[, vorzugsweise in dem Intervall [80°, 90°] oder einen Winkel, der gleich oder annähernd gleich 90° ist, einschließen.For example, the cover may have a fourth pane in contact with the first pane such that an edge is formed between the first and fourth panes. The first pane and the fourth pane may enclose an angle in the interval ]0°, 90°[, preferably in the interval [80°, 90°], or an angle equal or approximately equal to 90°.

Bei einigen Ausführungen ist der zweite Kopplungsbereich in der Kante zwischen der ersten Scheibe und der dritten Scheibe angeordnet. Bei anderen Ausführungen ist der zweite Kopplungsbereich in der Kante zwischen der ersten Scheibe und der vierten Scheibe angeordnet.In some implementations, the second coupling area is located in the edge between the first pane and the third pane. In other embodiments, the second coupling area is located in the edge between the first pane and the fourth pane.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektronisches Fahrzeugführungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das elektronische Fahrzeugführungssystem weist ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem auf.According to a further aspect of the invention, an electronic vehicle guidance system for a vehicle, in particular a motor vehicle, is provided. The electronic vehicle guidance system has an active optical sensor system according to the invention.

Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann ein elektronisches System verstanden werden, das dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen, insbesondere ohne dass ein manueller Eingriff oder eine manuelle Steuerung durch einen Fahrer oder Nutzer des Fahrzeugs erforderlich ist. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie Lenk, Brems- und/oder Beschleunigungsmanöver, sowie Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs und entsprechende Reaktionen automatisch durch. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus nach Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 implementieren. Ein elektronisches Fahrzeugführungssystem kann auch als ein Fahrerassistenzsystem (englisch: „advanced driver assistance system“, ADAS) implementiert sein, welches den Fahrer beim teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahren unterstützt. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die entsprechende Norm in der Version vom Juni 2018.An electronic vehicle guidance system can be understood to mean an electronic system that is set up to guide a vehicle fully automatically or fully autonomously, in particular without manual intervention or manual control by a driver or user of the vehicle being required. The vehicle automatically carries out all necessary functions such as steering, braking and/or acceleration manoeuvres, as well as monitoring and registering road traffic and responding accordingly. In particular, the electronic vehicle guidance system can implement a fully automatic or fully autonomous driving mode according to level 5 of the classification according to SAE J3016. An electronic vehicle guidance system can also be implemented as a driver assistance system (English: "advanced driver assistance system", ADAS), which supports the driver in partially automated or partially autonomous driving. In particular, the electronic vehicle guidance system can implement a partially automated or partially autonomous driving mode according to levels 1 to 4 of the SAE J3016 classification. Here and in the following, "SAE J3016" refers to the corresponding standard in the June 2018 version.

Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann es daher beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus nach der Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 zu führen. Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann es auch beinhalten, das Fahrzeug gemäß einem teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 zu führen.The at least partially automatic vehicle guidance can therefore include driving the vehicle according to a fully automatic or fully autonomous driving mode according to level 5 of the classification according to SAE J3016. The at least partially automatic vehicle guidance may also include driving the vehicle according to a partially automated or partially autonomous driving mode according to levels 1 to 4 of the SAE J3016 classification.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems, bereitgestellt. Das aktive optische Sensorsystem weist eine Abdeckung, eine Detektionseinheit, eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, Licht mit einer vordefinierten Wellenlänge zu erzeugen, sowie eine Ablenkeinheit auf. Die Abdeckung weist einen Abstrahlbereich und einen Empfangsbereich auf, die transparent hinsichtlich der Wellenlänge sind. Die Ablenkeinheit ist angeordnet, um Licht, welches von der Lichtquelle erzeugt wird, durch den Abstrahlbereich in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems abzulenken und Licht, das den Empfangsbereich aus der Umgebung passiert, in Richtung der Detektionseinheit abzulenken. Die Lichtquelle wird derart angesteuert, dass sie einen Lichtimpuls erzeugt, und der Lichtimpuls wird durch die Ablenkeinheit in Richtung eines ersten Kopplungsbereichs der Abdeckung abgelenkt, wobei der erste Kopplungsbereich in oder neben dem Abstrahlbereich angeordnet ist. Zumindest ein Teil des Lichtimpulses wird von dem ersten Kopplungsbereich in ein Inneres der Abdeckung eingekoppelt, um es dem eingekoppelten Teil des Lichtimpulses zu erlauben, sich im Inneren der Abdeckung auszubreiten. Zumindest ein Teil des sich ausbreitenden Teils des Lichtimpulses wird von einem zweiten Kopplungsbereich der Abdeckung aus dem Inneren der Abdeckung ausgekoppelt. Der ausgekoppelte Teil des Lichtimpulses wird von einem optischen Detektor des aktiven optischen Sensorsystems detektiert.According to a further aspect of the invention, a method for operating an active optical sensor system, in particular an active optical sensor system according to the invention, is provided. The active optical sensor system has a cover, a detection unit, a light source that is set up to generate light with a predefined wavelength, and a deflection unit. The cover has an emission area and a reception area that are transparent with respect to the wavelength. The deflection unit is arranged to deflect light generated by the light source through the emission area into an environment of the active optical sensor system and to deflect light that passes the reception area from the environment in the direction of the detection unit. The light source is controlled in such a way that it generates a light pulse, and the light pulse is deflected by the deflection unit in the direction of a first coupling area of the cover, the first coupling area being arranged in or next to the emission area. At least a portion of the light pulse is coupled from the first coupling region into an interior of the cover to allow the coupled portion of the light pulse to propagate inside the cover. At least a portion of the propagating portion of the light pulse is coupled out of the interior of the cover by a second coupling region of the cover. The decoupled part of the light pulse is detected by an optical detector of the active optical sensor system.

Weitere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungen des erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems und umgekehrt. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem dazu eingerichtet oder programmiert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, oder führt ein derartiges Verfahren aus.Further embodiments of the method according to the invention result directly from the different embodiments of the active optical sensor system according to the invention and vice versa. In particular, an active optical sensor system according to the invention is set up or programmed to carry out a method according to the invention, or carries out such a method.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die oben in der Beschreibung erwähnten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die unten in der Figurenbeschreibung erwähnten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können von der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen umfasst sein. Insbesondere sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen, auch von der Erfindung umfasst. Darüber hinaus sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen, von der Erfindung umfasst.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures can be included in the invention not only in the combination specified in each case, but also in other combinations. In particular, embodiments and combinations of features that do not have all the features of an originally formulated claim are also covered by the invention. About it In addition, embodiments and combinations of features that go beyond or deviate from the combinations of features set out in the back references of the claims are encompassed by the invention.

In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems in einem ersten Zustand;
2 eine schematische Darstellung des aktiven optischen Sensorsystems von 1 in einem zweiten Zustand;
3 eine schematische Darstellung einer Abdeckung einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
4 schematisch einen optischen Pfad eines Lichtimpulses in einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
5 schematisch einen optischen Pfad eines Lichtimpulses in einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
6 schematisch einen optischen Pfad eines Lichtimpulses in einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
7 schematisch einen optischen Pfad eines Lichtimpulses in einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems; und
8 schematisch einen optischen Pfad eines Lichtimpulses in einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems.

In the figures show:

1 a schematic representation of an exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention in a first state;
2 a schematic representation of the active optical sensor system of 1 in a second state;
3 a schematic representation of a cover of a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention;
4 schematically an optical path of a light pulse in a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention;
5 schematically an optical path of a light pulse in a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention;
6 schematically an optical path of a light pulse in a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention;
7 schematically an optical path of a light pulse in a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention; and
8th schematically shows an optical path of a light pulse in a further exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention.

1 und 2 zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 1. 1 and 2 schematically show an exemplary embodiment of an active optical sensor system 1 according to the invention.

Das aktive optische Sensorsystem 1 ist zum Beispiel als ein Laserscanner-Lidar-System ausgestaltet und weist eine Abdeckung 2 auf, die eine Detektionseinheit 9, eine Lichtquelle 8, einen drehbaren Spiegel 10, einen optischen Detektor 14 und eine Steuereinheit 3b des aktiven optischen Sensorsystems 1 von der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems 1 trennt.The active optical sensor system 1 is designed, for example, as a laser scanner lidar system and has a cover 2, which has a detection unit 9, a light source 8, a rotatable mirror 10, an optical detector 14 and a control unit 3b of the active optical sensor system 1 separates from the environment of the active optical sensor system 1.

Das aktive optische Sensorsystem 1 kann eine Recheneinheit 3a aufweisen, die mit der Steuereinheit 3b gekoppelt ist und mit der Detektionseinheit 9 gekoppelt sein kann. Die Recheneinheit 3a und die Steuereinheit 3b können ein Steuerungs- und Verarbeitungssystem des aktiven optischen Sensorsystems 1 bilden. Das Steuerungs- und Verarbeitungssystem kann auch eine oder mehrere weitere Einheiten, wie etwa Treiber, Steuereinheiten, Verarbeitungseinheiten et cetera aufweisen. Des Weiteren können die Funktionalitäten der Recheneinheit 3a und der Steuereinheit 3b auch innerhalb einer einzigen Einheit kombiniert sein.The active optical sensor system 1 can have a computing unit 3a which is coupled to the control unit 3b and can be coupled to the detection unit 9 . The arithmetic unit 3a and the control unit 3b can form a control and processing system of the active optical sensor system 1 . The control and processing system can also have one or more other units, such as drivers, control units, processing units, etc. Furthermore, the functionalities of the computing unit 3a and the control unit 3b can also be combined within a single unit.

Die Abdeckung 2 weist ein transparentes Material und einen Abstrahlbereich 4 sowie einen Empfangsbereich 5 auf, die aus dem transparenten Material gemacht sind. In den Figuren 1 und 2 können der Abstrahl- und der Empfangsbereich 4, 5 übereinander angeordnet sein, so dass sie in den oben gezeigten Darstellungen nicht unterschieden werden können. Zum Beispiel in 3 ist jedoch eine Perspektivansicht der Abdeckung 2 gemäß einigen Ausführungen gezeigt, die die Anordnung des Bildbereichs 4 und des Empfangsbereichs 5 verdeutlicht.The cover 2 has a transparent material, and an emitting portion 4 and a receiving portion 5 made of the transparent material. In the figures 1 and 2 the emission and reception areas 4, 5 can be arranged one above the other so that they cannot be distinguished in the representations shown above. For example in 3 however, a perspective view of the cover 2 is shown according to some embodiments, clarifying the arrangement of the imaging area 4 and the receiving area 5 .

Die Lichtquelle 8 weist eine Laserdiode auf, insbesondere eine Infrarotlaserdiode, die von der Steuereinheit 3b angesteuert wird. Der drehbare Spiegel 10 ist um eine Drehachse 11 drehbar und kann auch von der Steuereinheit 3b angesteuert werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 3b eine Winkelposition des Spiegels 10 steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 3b den Spiegel 10 derart ansteuern, dass er sich bei konstanter Drehgeschwindigkeit um die Drehachse 11 dreht. Während der Spiegel 10 sich dreht, steuert die Steuereinheit 3b die Lichtquelle 8 derart, dass sie in regelmäßiger Weise eine Reihe von aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen erzeugt. Abhängig von der gegenwärtigen Position des sich drehenden Spiegels 10, können die Lichtimpulse auf den Abstrahlbereich 4 auftreffen.The light source 8 has a laser diode, in particular an infrared laser diode, which is controlled by the control unit 3b. The rotatable mirror 10 can be rotated about an axis of rotation 11 and can also be controlled by the control unit 3b. In particular, the control unit 3b can control an angular position of the mirror 10 . For example, the control unit 3b can control the mirror 10 in such a way that it rotates about the axis of rotation 11 at a constant rotational speed. As the mirror 10 rotates, the control unit 3b controls the light source 8 in such a way that it generates a series of consecutive light pulses in a regular manner. Depending on the current position of the rotating mirror 10, the light pulses can impinge on the emission area 4.

1 zeigt einen ersten Zustand des aktiven optischen Sensorsystems 1, in dem die Lichtquelle 8 einen Lichtimpuls 6a erzeugt, der von dem Spiegel 10 derart reflektiert wird, dass er mehr oder weniger in einer Mitte des Abstrahlbereichs auf den Abstrahlbereich auftrifft und den Abstrahlbereich passiert, um das aktive optische Sensorsystem 1 in eine Umgebung des Sensorsystems 1 zu verlassen. In der Umgebung kann der Lichtimpuls 6a von einem Objekt 7 reflektiert werden, und ein entsprechender reflektierter Teil 6b des Lichtimpulses kann durch den Empfangsbereich 5 wieder in das aktive optische Sensorsystem 1 eintreten und auf den Spiegel 10 auftreffen, der ihn in Richtung der Detektionseinheit 9 ablenkt. 1 shows a first state of the active optical sensor system 1, in which the light source 8 generates a light pulse 6a, which is reflected by the mirror 10 in such a way that it strikes the emission area more or less in a center of the emission area and passes through the emission area in order to leave active optical sensor system 1 in an environment of the sensor system 1. In the surroundings, the light pulse 6a can be reflected by an object 7, and a corresponding reflected part 6b of the light pulse can re-enter the active optical sensor system 1 through the reception area 5 and impinge on the mirror 10, which deflects it in the direction of the detection unit 9 .

Die Detektionseinheit 9 weist eine oder mehrere Lawinenphotodioden, APDs (englisch: avalanche photo diodes), auf, die die reflektierten Anteile 6b detektieren und eines oder mehrere entsprechende Detektorsignale erzeugen, die an die Recheneinheit 3a bereitgestellt werden. Die Recheneinheit 3a kann eine Laufzeitmessung abhängig von den Detektorsignalen messen, um den Abstand des Objekts 7 von dem aktiven optischen Sensorsystem 1 zu bestimmen. Bei entsprechender Position des sich drehenden Spiegels 10 und Anordnung der optischen Detektoren hinsichtlich des Spiegels 10, kann die Recheneinheit 3a daher dreidimensionale Koordinaten eines Abtastpunktes bestimmen, der einem die Reflexion verursachenden Punkt auf dem Objekt 7 entspricht.The detection unit 9 has one or more avalanche photodiodes, APDs (English: avalanche photo diodes), which detect the reflected components 6b and generate one or more corresponding detector signals, which are provided to the computing unit 3a. The arithmetic unit 3a can measure a transit time as a function of the detector signals in order to determine the distance of the object 7 from the active optical sensor system 1. With a corresponding position of the rotating mirror 10 and arrangement of the optical detectors with respect to the mirror 10, the computing unit 3a can therefore determine three-dimensional coordinates of a scanning point which corresponds to a point on the object 7 causing the reflection.

Das aktive optische Sensorsystem 1 weist des Weiteren einen ersten Kopplungsbereich 12 und einen zweiten Kopplungsbereich 13 auf, die einstückig mit der Abdeckung 2 ausgebildet sind oder durch jeweilige getrennte Bauteile gebildet sind, die an der Abdeckung 2 angebracht sind.The active optical sensor system 1 further comprises a first coupling area 12 and a second coupling area 13 which are formed in one piece with the cover 2 or are formed by respective separate components which are attached to the cover 2 .

In dem in 2 skizzierten Zustand lenkt der Spiegel 10 einen entsprechenden von der Lichtquelle 8 erzeugten Lichtimpuls 16 in Richtung des ersten Kopplungsbereichs 12 ab, der dazu ausgestaltet ist, zumindest einen Teil 17 des Lichtimpulses 16 ins Innere der Abdeckung 2, insbesondere des Abstrahlbereichs 4, einzukoppeln. Dies wird auch in 4 detaillierter visualisiert, wo deutlich wird, dass die Abdeckung 2 oder der Abstrahlbereich 4 eine Scheibe endlicher Dicke aufweist, und der im Inneren der Abdeckung 2 gekoppelte Anteil 17 mittels interner Reflexionen, zum Beispiel Totalreflexionen, im Inneren der Abdeckung 2 geführt werden kann.in the in 2 sketched state, the mirror 10 deflects a corresponding light pulse 16 generated by the light source 8 in the direction of the first coupling region 12, which is designed to couple at least part 17 of the light pulse 16 into the interior of the cover 2, in particular the emission region 4. This will also in 4 visualized in more detail, where it becomes clear that the cover 2 or the emission area 4 has a disk of finite thickness, and the portion 17 coupled inside the cover 2 can be guided inside the cover 2 by means of internal reflections, for example total reflections.

In 4 ist auch ein geeigneter Ort des ersten Kopplungsbereichs 12 in einem Eckbereich zu sehen, wo die den Abstrahlbereich 4 bildende Scheibe und eine weitere Scheibe 15 der Abdeckung 2 aufeinander treffen.In 4 A suitable location of the first coupling area 12 can also be seen in a corner area where the pane forming the radiating area 4 and another pane 15 of the cover 2 meet.

Nach seiner Ausbreitung im Inneren der Abdeckung 2 erreicht der Anteil 17 des Lichtimpulses 16 schließlich den zweiten Kopplungsbereich 13, wie in 5 angedeutet. Der zweite Kopplungsbereich 13 befindet sich zum Beispiel auch in einem Kantenbereich, wo die den Abstrahlbereich 4 bildende Scheibe oder die den Empfangsbereich 5 bildende Scheibe auf eine weitere Scheibe 21 der Abdeckung 2 trifft.After propagating inside the cover 2, the portion 17 of the light pulse 16 finally reaches the second coupling region 13, as shown in FIG 5 implied. The second coupling area 13 is also located, for example, in an edge area where the pane forming the emission area 4 or the pane forming the reception area 5 meets another pane 21 of the cover 2 .

Der zweite Kopplungsbereich 13 ist ausgestaltet, um einen jeweiligen Teil 18 des sich ausbreitenden Lichtimpulses 16, 17 auszukoppeln und richtet den ausgekoppelten Teil 18 in Richtung des optischen Detektors 14, der dazu eingerichtet ist, den ausgekoppelten Anteil 18 zu detektieren, ein entsprechendes Detektorsignal zu erzeugen und es an die Recheneinheit 3a bereitzustellen.The second coupling region 13 is designed to decouple a respective part 18 of the propagating light pulse 16, 17 and directs the decoupled part 18 in the direction of the optical detector 14, which is set up to detect the decoupled portion 18 to generate a corresponding detector signal and provide it to the computing unit 3a.

Wie in 5 angedeutet, kann das aktive optische Sensorsystem 1 zum Beispiel auch einen Strahlaufweiter 19 aufweisen, der den Strahl aufweitet, der von der Lichtquelle 8 erzeugt wird, und einen Kollimator 20, der den aufgeweiteten Strahl kollimiert, um den Lichtimpuls 16 zu formen.As in 5 indicated, the active optical sensor system 1 can also comprise, for example, a beam expander 19 which expands the beam generated by the light source 8 and a collimator 20 which collimates the expanded beam in order to shape the light pulse 16 .

Die Recheneinheit 3a kann dann eine Lichtintensität basierend auf dem Detektorsignal, das von dem optischen Detektor 14 empfangen wird, bestimmen und die Lichtintensität überwachen, um zu bestimmen, ob eine Beschädigung in der Abdeckung vorhanden ist. Eine derartige Beschädigung würde den sich ausbreitenden Lichtimpulsanteil 17 an einer Position, die unterschiedlich von dem zweiten Kopplungsbereich 13 ist, aus der Abdeckung 2 ins Innere oder in die Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems 1 auskoppeln. Entsprechend würde die Intensität des ausgekoppelten Strahls 18, die den optischen Detektor 14 erreicht, reduziert werden. Eine derartige Reduzierung der Lichtintensität kann von der Recheneinheit 3a identifiziert werden, um die Beschädigung zu identifizieren.The computing unit 3a can then determine a light intensity based on the detector signal received from the optical detector 14 and monitor the light intensity to determine whether there is damage in the cover. Such damage would decouple the propagating light pulse component 17 at a position that is different from the second coupling region 13 from the cover 2 into the interior or into the environment of the active optical sensor system 1 . Accordingly, the intensity of the coupled-out beam 18 reaching the optical detector 14 would be reduced. Such a reduction in the light intensity can be identified by the computing unit 3a in order to identify the damage.

Der erste und der zweite Kopplungsbereich 12, 13 können gemäß dreidimensionalen geometrischen Grundfiguren wie Prismen oder Kombinationen davon geformt sein. Die Formen des ersten und des zweiten Kopplungsbereichs 12, 13 können auch Freiformen entsprechen, die für das Einkoppeln beziehungsweise das Auskoppeln optimiert sein können, basierend auf optischen Simulationen.The first and the second coupling region 12, 13 can be shaped according to three-dimensional geometric basic figures such as prisms or combinations thereof. The shapes of the first and the second coupling area 12, 13 can also correspond to free forms, which can be optimized for the coupling or the decoupling, based on optical simulations.

Abhängig von der detaillierten geometrischen Form der Kopplungsbereiche 13, 14 sowie ihrer Anordnung innerhalb des aktiven optischen Sensorsystems 1 und den Formen des Abstrahlbereichs 4 und des Empfangsbereichs 5, kann der sich ausbreitende Teil 17 des Lichtimpulses 16 unterschiedlichen Wegen im Inneren der Abdeckung 2 folgen, bevor er am zweiten Kopplungsbereich 13 ausgekoppelt wird.Depending on the detailed geometric shape of the coupling areas 13, 14 and their arrangement within the active optical sensor system 1 and the shapes of the emission area 4 and the reception area 5, the propagating part 17 of the light pulse 16 can follow different paths inside the cover 2 before it is decoupled at the second coupling area 13 .

Drei beispielhafte Möglichkeiten sind in 6 bis 8 skizziert. In dem Beispiel von 6 wird der sich ausbreitende Lichtimpuls 17 in den Abstrahlbereich 4 an einer ersten Kante eingekoppelt und an der gegenüberliegenden zweiten Kante ausgekoppelt. In dem Beispiel von 7 kann der sich ausbreitende Lichtimpuls 17, nachdem er den Abstrahlbereich 4 durchquert hat, intern an der zweiten Kante reflektiert werden und dann den Empfangsbereich 5 zurück zur ersten Kante durchqueren, wo er von dem zweiten Kopplungsbereich 13 ausgekoppelt wird.Three exemplary possibilities are in 6 until 8th sketched. In the example of 6 the propagating light pulse 17 is coupled into the emission region 4 at a first edge and coupled out at the opposite second edge. In the example of 7 For example, the propagating light pulse 17, after having traversed the emitting area 4, is internally reflected at the second edge and then traverses the receiving area 5 back to the first edge, where it is coupled out by the second coupling area 13.

Bei den Ausführungen, die schematisch in 7 gezeigt sind, wird der Lichtimpuls 16 wieder an der ersten Kante in den Abstrahlbereich 4 eingekoppelt, durchquert den Abstrahlbereich 4 und wird an der zweiten Kante reflektiert und kann dann von einem Ausbreitelement an der zweiten Kante ausgebreitet werden. Das Ausbreitelement kann zum Beispiel ein Freiform-Optikelement sein, das an der zweiten Kante angebracht ist. Dann kann an der ersten Kante ein weiteres Freiform-Reflexionselement platziert sein, das die Ausbreitung des Lichts reflektiert und zurück zur zweiten Kante weiterführt. An dieser Position können ein weiteres Reflexionselement und ein Kondensor platziert sein, die den Strahl an den untersten Teil der ersten Kante senden, wo er schließlich von dem zweiten Kopplungsbereich 13 ausgekoppelt wird. Bei dieser Ausführung kann die gesamte Scheibe, die den Empfangsbereich 5 bildet, mehr oder weniger von dem sich ausbreitenden Lichtimpuls 17 abgedeckt sein.For the versions that are shown schematically in 7 are shown, the light pulse 16 is again coupled into the emission region 4 at the first edge, traverses the emission region 4 and becomes reflected at the second edge and can then be propagated by a propagation element at the second edge. For example, the spreading element can be a free-form optic element attached to the second edge. Then another free-form reflection element can be placed at the first edge, which reflects the propagation of the light and continues it back to the second edge. At this position another reflecting element and a condenser can be placed, which send the beam to the lowest part of the first edge, where it is finally coupled out from the second coupling region 13 . In this embodiment, the entire pane forming the receiving area 5 can be more or less covered by the propagating light pulse 17.

Wie insbesondere hinsichtlich der Figuren beschrieben, erlaubt es die Erfindung, den Bauraum und/oder die Kosten des aktiven optischen Sensorsystems zu reduzieren, welches die Funktionalität hat, potenzielle Beschädigungen in der Abdeckung zu detektieren. Dies wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass die für die aktive optische Detektion von Objekten in der Umgebung des Sensors verwendete Lichtquelle synergistisch auch zum Analysieren der Abdeckung benutzt wird, indem ein entsprechender Lichtimpuls zumindest teilweise ins Innere der Abdeckung eingekoppelt wird und interne Reflexionen sowie deren potenzielle Störung durch Beschädigungen in der Abdeckung ausgenutzt werden.As described in particular with regard to the figures, the invention allows to reduce the installation space and/or the costs of the active optical sensor system having the functionality to detect potential damages in the cover. This is achieved, for example, in that the light source used for the active optical detection of objects in the vicinity of the sensor is also used synergistically to analyze the cover by coupling a corresponding light pulse at least partially into the interior of the cover and internal reflections and their potential Disturbance can be exploited by damage in the cover.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102005005317 A1 [0005]

Claims

Active optical sensor system (1), which has a cover (2), a detection unit (9), a light source (8) which is adapted to generate light with a predefined wavelength, and a deflection unit (10), wherein - the Cover (2) has an emission area (4) and a reception area (5) which are transparent with respect to the wavelength; - the deflection unit (10) is arranged in order to deflect light generated by the light source (8) through the emission area (4) into an environment of the active optical sensor system (1) and light that enters the reception area (5) from the Environment happens to divert in the direction of the detection unit (9); characterized in that - the cover (2) has a first coupling area (12) in or next to the emission area (4); - The active optical sensor system (1) has a control and processing system (3a, 3b) which is set up to control the light source (8) in order to generate a light pulse (16) and to control the deflection unit (10) in order deflect the light pulse (16) toward the first coupling region (12); - the first coupling area (12) is designed in such a way that it couples at least part (17) of the light pulse (16) into an interior of the cover (2), so that the coupled-in part (17) of the light pulse (16) is inside the cover (2) can spread; - the cover (2) has a second coupling region (13) which is arranged and configured to couple out at least part (18) of the propagating part (17) of the light pulse (16) from the interior of the cover (2); and - the active optical sensor system (1) has an optical detector (14) which is arranged and set up to detect the coupled-out part (18) of the light pulse (16).

Active optical sensor system (1) after claim 1 , characterized in that - the optical detector (14) is set up to generate a detector signal depending on the detected decoupled part (18) of the light pulse (16); and - the control and processing system (3a, 3b) is set up to identify damage to the cover (2) as a function of the detector signal.

Active optical sensor system (1) after claim 2 , characterized in that the control and processing system (3a, 3b) is set up to - determine a light intensity of the detected decoupled part (18) of the light pulse (16) as a function of the detector signal; and - to determine whether the light intensity is less than a predefined minimum value in order to identify the damage.

Active optical sensor system (1) according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the control and processing system (3a, 3b) is set up to apply an algorithm trained by machine learning to input data which are dependent on the detector signal in order to infer at least one characteristic of the damage.

Active optical sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the control and processing system (3a, 3b) is set up to control the light source (8) in order to generate a further light pulse (6a), and the Actuate the deflection unit (10) in order to deflect the further light pulse (6a) into the environment passing the emission area (4) and a portion (6b) of the further light pulse (6a) reflected by an object (7) in the environment, which passes the reception area ( 5) happened to divert towards the detection unit (9); - The detection unit (9) is set up to generate a further detector signal depending on the reflected component (6b) of the further light pulse (6a); and - the control and processing system (3a, 3b) is set up to determine a distance between the object (7) and the active optical sensor system (1) as a function of the further detector signal.

Active optical sensor system (1) after claim 5 , characterized in that the control and processing system (3a, 3b) is set up to - control the deflection unit (10) in order to deflect the light pulse (16) in a first direction in order to direct the light pulse (16) in the direction of the first coupling region (12) distract; and - to control the deflection unit (10) in order to deflect the further light pulse (6a) in a second direction in order to deflect the further light pulse (6a) in such a way that it passes the emission area (4), the second direction differing from the first direction differs.

Active optical sensor system (1) according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that - the detection unit (9) has the optical detector (14) and the optical detector (14) is arranged and set up to generate the further detector signal; or - the detection unit (9) has a further optical one Has detector and the other optical detector is arranged and configured to generate the other detector signal.

Active optical sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the reception area (5) is arranged next to the emission area (4); - the first coupling area (12) is designed to couple the part (17) of the light pulse (16) into the interior of the cover (2), so that the coupled-in part (17) of the light pulse (16) extends from an inside of the emission area ( 4) to an interior of the reception area (5).

Active optical sensor system (1) after claim 8 , characterized in that the second coupling area (13) is arranged in or next to the receiving area (5).

Active optical sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the cover (2) has a first pane which forms the emission area (4) and a second pane which forms the reception area (5); - the first disc and the second disc enclose an angle in the interval ]0°, 90°[, preferably in the interval ]0°,20°] or in the interval [5°, 20°]; - The first disc and the second disc are formed in one piece.

Active optical sensor system (1) after claim 10 , characterized in that - the cover (2) has a third disc (15) which is in contact with the first disc to form an edge; - the first coupling area (12) is arranged in the edge.

Method for operating an active optical sensor system (1), which has a cover (2), a detection unit (9), a light source (8) which is set up to generate light with a predefined wavelength, and a deflection unit (10). , wherein - the cover (2) has an emission area (4) and a reception area (5) which are transparent with regard to the wavelength; - the deflection unit (10) is arranged in order to deflect light generated by the light source (8) through the emission area (4) into an area surrounding the active optical sensor system (1), and light that exits the reception area (5). happens in the environment to deflect in the direction of the detection unit (9); characterized in that - the light source (8) is controlled in such a way that it generates a light pulse (16) and the light pulse (16) is deflected by the deflection unit (10) in the direction of a first coupling region (12) of the cover (2). , wherein the first coupling region (12) is arranged in or next to the emission region (4); - at least a part (17) of the light pulse (16) is coupled from the first coupling area (12) into an interior of the cover (2), so that the coupled part (17) of the light pulse (16) is inside the cover (2 ) can spread; - at least part of the propagating part (17) of the light pulse (16) is decoupled from the interior of the cover (2) by a second coupling region (13) of the cover (2); and - the decoupled part (18) of the light pulse (16) is detected by an optical detector (14) of the active optical sensor system (1).

procedure after claim 12 , characterized in that - a detector signal is generated by the optical detector (14) depending on the detected decoupled part (18) of the light pulse (16); and - damage to the cover (2) is identified as a function of the detector signal.

procedure after Claim 13 , characterized in that - a light intensity of the detected decoupled part (18) of the light pulse (16) is determined as a function of the detector signal; and - determining whether the light intensity is less than a predefined minimum value in order to identify the damage.

Procedure according to one of Claims 12 until 14 , characterized in that - the light source (8) is controlled in such a way that it generates a further light pulse (6a) and the further light pulse (6a) is deflected by the deflection unit (10) into the environment in such a way that it covers the emission area (4th ) happens; - A portion (6b) of the further light pulse (6a), which is reflected by an object (7) in the area and passes through the reception area (5), is deflected by the deflection unit (10) in the direction of the detection unit (9); - A further detector signal is generated by the detection unit (9) as a function of the reflected component (6b) of the further light pulse (6a); and - a distance between the object (7) and the active optical sensor system (1) is determined as a function of the further detector signal.