-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Testvorrichtung zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas eines optischen Sensors und einen solchen optischen Sensor.
-
Aus dem Stand der Technik sind Lidar-Sensoren bekannt, welche beispielsweise für eine Umfelderfassung von Fahrzeugen und insbesondere für eine Umfelderfassung autonom oder teilautonom fahrender Fahrzeuge eingesetzt werden.
-
Solche Lidar-Sensoren weisen i. d. R. ein Deckglas bzw, Schutzglas auf, welches eine optische Schnittstelle für aus- und/oder eintretendes Licht einer Messvorrichtung des Lidar-Sensors darstellt. Durch Ablagerungen auf dem Deckglas, welche beispielsweise Verschmutzungen und/oder Regentropfen und/oder Vereisungen usw. sein können, ist es möglich, dass eine Erkennungsleistung der Lidar-Sensoren reduziert wird.
-
Eine Kenntnis darüber, welche Art und/oder welche Menge von Ablagerungen mit welcher Art von Erkennungsleistungseinbußen korrelieren, lässt sich nutzen, um beispielsweise bei einer Überschreitung eines vordefinierten Verschmutzungsschwellenwertes ein Reinigungssystem zu aktivieren oder eine Fahrgeschwindigkeit eines den Lidar-Sensor einsetzenden Fahrzeugs zu reduzieren.
-
DE 102018124886 A1 beschreibt ein System zum Reinigen einer Sensorlinsenabdeckung für einen optischen Fahrzeugsensor, insbesondere einen Lidar-Sensor. Das System beinhaltet eine Vielzahl von Fahrzeugsensoren, die einen Prozessor mit jeweils entsprechenden Sensorinformationen versehen, sowie einen oder mehrere Verschmutzungsdetektoren, die den Prozessor mit Verschmutzungsinformationen versehen und den Prozessor in die Lage versetzen, das Vorhandensein einer Verschmutzung auf mindestens einem Abschnitt der Sensorlinsenabdeckung zu erfassen.
-
DE 102020115997 A1 beschreibt ein Entwickeln von virtuellen Reflektivitäts- und Tiefenkarten aus Sensordaten, die von einem Flugzeitsensor, beispielsweise einem Lidar-Sensor und einem anderen Sensor gesammelt wurden. Auf deren Basis ist es möglich, eine Verschmutzung auf dem Flugzeitsensor zu detektieren. Durch ein Zusammenfügen der Daten des Flugzeitsensors und des anderen Sensors, welcher z. B. ein Bildsensor ist, kann zwischen verschiedenen Arten einer verdeckenden Verschmutzung unterschieden werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas eines optischen Sensors vorgeschlagen, wobei der optische Sensor vorzugsweise ein Umfelderfassungssensor für ein Fahrzeug (z. B. ein PKW, ein LKW, ein Bus, ein Zweirad, ein Schienenfahrzeug, usw.) ist. Als Ablagerungen auf dem Deckglas des optischen Sensors kommen grundsätzlich beliebige Ablagerungen in Frage, welche einen Einfluss auf in den optischen Sensor eintretendes und/oder aus dem optischen Sensor austretendes Licht aufweisen. Die Ablagerungen umfassen beispielsweise Schmutzpartikel und/oder Wassertropfen und/oder Vereisungen und/oder Schneekristalle usw.
-
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Lichtstrahl mittels einer Lichtquelle einer außerhalb des optischen Sensors angeordneten Testvorrichtung in Richtung eines reflektierenden Elements ausgesendet, welches innerhalb des optischen Sensors angeordnet ist, wobei der Lichtstrahl vor dem Auftreffen auf dem reflektierenden Element ein Deckglas des optischen Sensors passiert, welches als Umfeldschnittstelle des optischen Sensors dient. Mit anderen Worten stellt die Umfeldschnittstelle aus Sicht des optischen Sensors eine Lichtaustritts- und/oder eine Lichteintrittsöffnung für Licht dar, welches durch eine Messvorrichtung des optischen Sensors, z. B. für eine Entfernungsmessung eingesetzt wird.
-
Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass der Begriff „Licht“ hier und nachfolgend Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder Licht außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs repräsentiert.
-
Der durch die Testvorrichtung erzeugte Lichtstrahl ist in einem Fall, in dem der optische Sensor beispielsweise als Lidar-Sensor ausgebildet ist, vorzugsweise ein Laserlichtstrahl, welcher beispielsweise mittels einer oder mehrerer LaserDioden der Lichtquelle der Testvorrichtung erzeugt wird. Für den Fall, dass der optische Sensor ein von einem Lidar-Sensor abweichender Sensor ist, weist die Testvorrichtung entsprechend eine an die Sensorart angepasste abweichende Lichtquelle auf.
-
Hierfür sind der optische Sensor und die Testvorrichtung vorzugsweise derart angeordnet, dass ein unerwünschter Einfluss von Umgebungslicht und/oder anderer potentieller Störeinwirkungen vermieden wird. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der optische Sensor und die Testvorrichtung in einer gegenüber Umgebungslicht abgeschirmten und/oder in einer vordefinierten Testbedingung herstellenden Testumgebung angeordnet sind und/oder indem eine Abschirmung zwischen der Testvorrichtung und dem optischen Sensor und/oder an der Testvorrichtung selbst angeordnet ist.
-
Das Aussenden des Lichtstrahls erfolgt derart, dass der Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht auf eine reflektierende Fläche des reflektierenden Elements auftrifft, sodass durch das reflektierende Element reflektierte Anteile des Lichtstrahls im Wesentlichen koaxial zum eintretenden Lichtstrahl zur Testvorrichtung reflektiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lichtstrahl das Deckglas beim Eintritt in den optischen Sensor und beim Austritt aus dem optischen Sensor im Wesentlichen an derselben Position des Deckglases passiert, sodass der Lichtstrahl nicht durch unterschiedliche Positionen des Deckglases beeinflusst wird, welche jeweils unterschiedliche Eigenschaften z. B. aufgrund unterschiedlicher Ablagerungen usw. aufweisen können.
-
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die durch den optischen Sensor reflektierten Anteile des Lichtstrahls mittels eines Detektors der Testvorrichtung empfangen. Da der durch die Testvorrichtung ausgesendete Lichtstrahl und der durch den optischen Sensor reflektierte Lichtstrahl im Wesentlichen koaxial zwischen dem optischen Sensor und der Testvorrichtung verlaufen, wird in der Testvorrichtung bevorzugt ein Strahlteiler eingesetzt, um Licht der Lichtquelle zum optischen Sensor zu leiten und um in der Testvorrichtung empfangenes Licht zum Detektor zu leiten. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Lichtquelle und der Detektor nicht im Wesentlichen koaxial angeordnet sind.
-
In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine ortsaufgelöste Übersicht über Dämpfungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls innerhalb eines vordefinierten Erfassungsbereichs der Testvorrichtung auf Basis der im Detektor empfangenen reflektierten Anteile des Lichtstrahls erzeugt.
-
Hierfür ist eine Empfangsfläche und/oder eine Auflösung (d. h., eine Anzahl von Empfangspixeln pro Flächeneinheit) des Detektors vorteilhaft unter Berücksichtigung einer Ausprägung des Lichtstrahls (z. B. eine Ausdehnung und/ Form des Lichtstrahls) beim Auftreffen auf den Detektor ausgelegt. Besonders vorteilhaft ist sie zudem unter Berücksichtigung einer maximal zu erwartenden Streuung des Lichtstrahls am Deckglas ausgelegt, was ggf. eine größere Empfangsfläche erfordert. Es versteht sich, dass strahlformende optische Elemente zur Bündelung des Lichtstrahls auf den Detektor in einem Empfangspfad der Testvorrichtung vorgesehen sein können.
-
Der vordefinierte Erfassungsbereich der Testvorrichtung ist vorteilhaft mindestens so groß ausgelegt, dass dieser einen Bereich des Deckglases abdeckt, welcher zum Senden und/oder Empfangen von Licht durch den optischen Sensor selbst verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass mittels der Testvorrichtung sämtliche Einflüsse des Deckglases bzw. von Ablagerungen auf dem Deckglas ausgewertet werden, welche ein Sichtfeld des optischen Sensors in einem Messbetrieb des optischen Sensors beeinflussen. Dies schließt explizit nicht aus, dass der vordefinierte Erfassungsbereich der Testvorrichtung größer oder kleiner als der für das Sichtfeld des optischen Sensors relevante Bereich des Deckglases festgelegt ist.
-
In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ortsaufgelöste Umfeldinformationen mittels des optischen Sensors erfasst. Dies ermöglicht eine Messung eines Einflusses derselben Ablagerungen am Deckglas, welche durch die Testvorrichtung gemessen werden, auf eine Umfelderfassung durch den optischen Sensor selbst. Hierfür wird der optische Sensor vorzugsweise in einer vordefinierten Testumgebung eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den optischen Sensor unter realen Einsatzbedingungen (z. B. während einer Fahrt in einem den optischen Sensor aufweisenden Fahrzeug) einzusetzen, um den Einfluss der Ablagerungen auf die Umfelderfassung durch den optischen Sensor zu erfassen.
-
In einem fünften Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Datensatz erstellt, in welchem die ortsaufgelösten Umfeldinformationen mit der Übersicht über die ortsabhängigen Dämpfungen und/oder Streuungen (insbesondere Streuungsgrade) korreliert sind. Dieser Datensatz lässt sich beispielsweise mittels einer Auswerteeinheit der Testvorrichtung und/oder des optischen Sensors und/oder einer von der Testvorrichtung und vom optischen Sensor abweichenden Komponente (z. B. mittels eines Cloud-Rechners, usw.) ermitteln.
-
Die Herstellung der Korrelation erfolgt beispielsweise auf Basis geeigneter Algorithmen und/oder auf Basis einer künstlichen Intelligenz, welche beispielsweise in Form eines künstlichen neuronalen Netzes und/oder hiervon abweichend ausgebildet ist.
-
In einem sechsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erstellte Datensatz im optischen Sensor verwendet, um Positionen und/oder Ausprägungen von Ablagerungen auf dem Deckglas des optischen Sensors während einer Umfelderfassung durch den optischen Sensor im optischen Sensor zu identifizieren. Positionen von Ablagerung können sich beispielsweise jeweils auf vordefinierte Bereiche des Deckglases beziehen, in welche eine durch den optischen Sensor für die Umfelderfassung verwendete Fläche des Deckglases unterteilt ist. Ausprägungen von Ablagerungen können sich beispielsweise auf eine Ausdehnung und/oder eine Form und/oder eine Art (z. B. unterscheidbare Arten von Schmutzpartikeln, Wasser, Eis, Schnee, usw.) und/oder einen Transmissionsgrad der Ablagerungen beziehen.
-
Die im sechsten Schritt ermittelten Informationen über potentiell vorhandene Ablagerungen am Deckglas des optischen Sensors lassen sich beispielsweise zum Ermitteln einer Zuverlässigkeit einer Umfelderkennung auf Basis eines aktuellen Zustandes des optischen Sensors und/oder zum Ausgaben eines Hinweises an einen Benutzer des optischen Sensors usw. nutzen, sodass eine Sicherheit und/oder eine Zuverlässigkeit bei einer Verwendung eines den Datensatz nutzenden optischen Sensors erhöht werden kann.
-
Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass eine Abfolge der vorstehend beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht der Abfolge der vorstehenden Beschreibung entsprechen muss.
-
Besonders vorteilhaft fließen in den Datensatz unterschiedliche Ausprägungen und/oder Positionen von Ablagerungen auf dem Deckglas ein, indem das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach mit jeweils unterschiedlich ausgeprägten und/oder positionierten Ablagerungen am Deckglas des optischen Sensors durchgeführt wird.
-
Es sei zudem darauf hingewiesen, dass es vorteilhaft ist, wenn die Lichtquelle der Testvorrichtung einen Lichtstrahl erzeugt, welcher im Wesentlichen identische Eigenschaften aufweist wie ein durch den optischen Sensor verwendeter Lichtstrahl, sodass sich ein Einfluss von Ablagerungen am Deckglas im Wesentlichen identisch auf eine Messung durch die Testvorrichtung als auch auf eine Messung durch den optischen Sensor selbst auswirkt.
-
Alternativ oder zusätzlich kann es vorteilhaft sein, mittels der Testvorrichtung einen Lichtstrahl zu erzeugen, welcher von Eigenschaften des durch den optischen Sensor verwendeten Lichtstrahls abweichen, um Ablagerungen beispielsweise besser unterscheiden zu können. Eine abweichende Eigenschaft kann sich beispielsweise auf eine Sendeleistung und/oder eine Wellenlänge und/oder einen Wellenlängenbereich und/oder eine Kollimation und/oder eine Bündelung und/oder eine Ausdehnung und/oder eine Form usw. des Lichtstrahls der Testvorrichtung beziehen.
-
Darüber hinaus ist es in einem Fall, in dem der optische Sensor ein aktiver Sensor ist (d. h., ein Sensor, welcher selbst ein Messsignal für eine Vermessung eines Umfeldes erzeugt und aussendet) und in dem der optische Sensor voneinander abweichende Bereiche des Deckglases zum Senden und zum Empfangen des Messsignals verwendet, möglich zu ermitteln, ob sich Ablagerungen nur in einem Sendebereich, nur in einem Empfangsbereich oder in beiden Bereichen des Deckglases befinden.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Testvorrichtung zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas eines optischen Sensors vorgeschlagen, wobei die Testvorrichtung ein Gehäuse mit einer Öffnung, eine Lichtquelle, einen Detektor, einen Strahlteiler und eine Auswerteeinheit aufweist. Die Auswerteeinheit, welche beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet ist, ist beispielsweise innerhalb und/oder am Gehäuse der Testvorrichtung angeordnet. Alternativ oder zusätzlich es möglich, dass die Auswerteeinheit abseits der Testvorrichtung angeordnet ist. Das Gehäuse kapselt die Lichtquelle, den Detektor und den Strahlteiler und ggf. die Auswerteeinheit. Die Lichtquelle, welche grundsätzlich eine beliebige Lichtquelle sein kann und welche vorzugsweise eine Laserlichtquelle zur bevorzugten Erzeugung von infrarotem und/oder nahinfrarotem Laserlicht ist, ist eingerichtet, einen Lichtstrahl zu erzeugen und diesen über den Strahlteiler und die Öffnung des Gehäuses in Richtung eines reflektierenden Elements (vorzugsweise in Richtung eines Ablenkspiegels eines als Makroscanner ausgebildeten optischen Sensors) auszusenden, welches innerhalb eines im Umfeld der Testvorrichtung anordenbaren optischen Sensors angeordnet ist. Die Testvorrichtung ist eingerichtet, den Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht auf eine reflektierende Fläche des reflektierenden Elements des optischen Sensors auszusenden, sodass durch das reflektierende Element reflektierte Anteile des Lichtstrahls im Wesentlichen koaxial zum ausgesendeten Lichtstrahl zur Testvorrichtung reflektiert werden. Der Detektor ist eingerichtet, die reflektierten Anteile des Lichtstrahls über die Öffnung des Gehäuses und den Strahlteiler zu empfangen. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine ortsaufgelöste Übersicht über Dämpfungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls innerhalb eines vordefinierten Erfassungsbereichs der Testvorrichtung auf Basis der im Detektor empfangenen reflektierten Anteile des Lichtstrahls zu erzeugen, wobei die Dämpfungen und/oder Streuungen insbesondere Ablagerungen auf einem Deckglas des optischen Sensors repräsentieren. Das Deckglas ist beispielsweise flach oder gekrümmt und beispielsweise aus Glas oder aus einem transmissiven Kunststoff ausgebildet. Die Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, die ortsaufgelöste Übersicht bereitzustellen. Das Bereitstellen erfolgt an eine Komponente der Testvorrichtung und/oder des optischen Sensors und/oder einer abseits der Testvorrichtung und abseits des optischen Sensors angeordnete Komponente. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Testvorrichtung eingerichtet, in Verbindung mit einem optischen Sensor verwendet zu werden, welcher als Lidar-Sensor und/oder als Makroscanner und/oder als Punktscanner und/oder als Linienscanner und/oder als Flash-Sensor und/oder als Kamera ausgebildet ist. Vorteilhaft sind die Testvorrichtung und der optische Sensor hierfür in einer vordefinierten Testumgebung angeordnet, welche vordefinierte Testbedingungen bereitstellt. Zu Vermeidung eines beispielhaften Einflusses von Umgebungslicht auf die Vermessung des optischen Sensors durch die Testvorrichtung ist es beispielsweise denkbar, eine Abschirmung im Bereich der Öffnung des Gehäuses der Testvorrichtung und/oder zwischen der Testvorrichtung und dem optischen Sensor vorzusehen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Testvorrichtung eingerichtet, die ortsaufgelöste Übersicht über Dämpfungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls an den optischen Sensor und/oder an eine externe Recheneinheit auszugeben und/oder durch den optischen Sensor erfasste ortsaufgelöste Umfeldinformationen des optischen Sensors zu empfangen und/oder einen Datensatz zu erstellen, in welchem die ortsaufgelösten Umfeldinformationen mit der Übersicht über die ortsabhängigen Dämpfungen und/oder Streuungen korreliert sind und den Datensatz an den optischen Sensor und/oder die externe Recheneinheit zu übertragen. Bevorzugt basiert der Datensatz auf einer Vielzahl unterschiedlicher Ausprägungen und/oder Positionen von Ablagerungen auf dem Deckglas des optischen Sensors.
-
Weiter vorteilhaft ist die Testvorrichtung eingerichtet, erste Kalibrierungsinformationen zu erzeugen, indem eine Messung des optischen Sensors erfolgt, bei welcher der optische Sensor keine Ablagerungen auf dem Deckglas des optischen Sensors aufweist und/oder zweite Kalibrierungsinformationen zu erzeugen, indem ein Referenzobjekt vor der Öffnung der Testvorrichtung platziert wird und mittels der Testvorrichtung gemessen wird und/oder dritte Kalibrierungsinformationen von dem zu testenden optischen Sensor zu empfangen, welche eine Umfeldmessung durch den optischen Sensor repräsentieren, bei welcher das Deckglas des optischen Sensors keine Ablagerungen aufweist und/oder vierte Kalibrierungsinformationen von dem zu testenden optischen Sensor zu empfangen, welche eine Umfeldmessung durch den optischen Sensors in einer vordefinierten Testumgebung für den optischen Sensor repräsentieren. Eine solche Testumgebung ist beispielsweise ein Testlabor und/oder ein Testraum und/oder eine vordefinierte Route für ein den optischen Sensor einsetzendes Fahrzeug. Besonders bevorzugt werden die ersten Kalibrierungsinformationen und/oder die zweiten Kalibrierungsinformationen und/oder die dritten Kalibrierungsinformationen und/oder die vierten Kalibrierungsinformationen bei der Erstellung des Datensatzes zu berücksichtigt. Insbesondere durch einen Abgleich jeweiliger Messungen des Deckglases (durch die Testvorrichtung und/oder durch den optischen Sensor) in einem ablagerungsfreien Zustand und in einem ablagerungsbehafteten Zustand lassen sich Einflüsse von Ablagerungen besonders zuverlässig unterscheiden. Zudem lassen sich vorstehende Kalibrierungsinformationen für eine Normierung von Messsignalen einsetzen.
-
Besonders bevorzugt weist die Testvorrichtung weiter einen motorisiert bewegbaren Tisch auf, wobei der bewegbare Tisch eingerichtet ist, mit einem zu testenden optischen Sensor verbunden zu werden und/oder eine Drehung und/oder eine translatorische Bewegung auszuführen. Vorteilhaft ist der bewegbare Tisch auf diese Weise dreidimensional im Raum verschiebbar und drehbar, wobei nicht zwangsläufig sämtliche möglichen Rotationsrichtungen und/oder Verschieberichtungen im Raum durch den bewegbaren Tisch bereitgestellt werden müssen. Die Testvorrichtung ist eingerichtet, den bewegbaren Tisch anzusteuern, um den Lichtstrahl sukzessive über einen vordefinierten Bereich eines Deckglases des optischen Sensors zu bewegen, um den vordefinierten Bereich im Wesentlichen vollständig mittels des Lichtstrahls abzutasten. Der vordefinierte Bereich entspricht vorteilhaft einem Bereich des Deckglases, welcher bei einer Umfelderfassung durch den optischen Sensor selbst verwendet wird und welcher somit mit einem Sichtfeld des optischen Sensors korrespondiert. Die Abtastung des vordefinierten Bereichs erfolgt beispielsweise mäanderförmig, schlangenförmig, spiralförmig oder zeilenförmig oder spaltenförmig. Neben der Erzeugung einer Abtastung des vordefinierten Bereichs durch die Ansteuerung des bewegbaren Tischs lässt sich durch eine geeignete Ansteuerung des bewegbaren Tisches beispielweise sicherstellen, dass der Lichtstrahl der Testvorrichtung stets rechtwinklig auf das Deckglas und/oder auf das reflektierende Element auftrifft, unabhängig davon, ob das Deckglas und/oder das reflektierende Element eine Krümmung aufweisen oder flach ausgebildet sind. In einem Fall, in dem der optische Sensor als Makroscanner mit einer rotierenden Ablenkeinheit ausgebildet ist, lässt sich ein senkrechtes Auftreffen des Lichtstrahls auf das reflektierende Element des optischen Sensors dadurch sicherstellen, dass die Ablenkeinheit während der Messung durch die Testvorrichtung dauerhaft rotiert, sodass der Lichtstrahl unabhängig von einem Einfallswinkel in den optischen Sensor an einer bestimmten Winkelposition der Ablenkeinheit automatisch koaxial zum Sendelichtstrahl zur Testvorrichtung zurückgeworfen wird. Alternativ oder zusätzlich ist es durch die Ansteuerung des bewegbaren Tischs möglich, dieselben Positionen des Deckglases jeweils mehrfach unter unterschiedlichen Einfallswinkeln des Lichtstrahls abzutasten. Mit anderen Worten wird jedem Messpunkt bzw. Messbereich auf dem Deckglas eine ortsaufgelöste Transmissionsmessung mittels der Testvorrichtung zugeordnet, wobei durch die Drehung und/oder Verschiebung des bewegbaren Tischs um genau diesen Punkt zusätzlich eine winkelabhängige Transmission ermittelt wird. Als Resultat entsteht beispielsweise ein „Transmissionskegel“ an jedem der Messpunkte bzw. an den Messbereichen, ähnlich einer BTDF (bidirectional transmittance distribution function). Auf Basis des winkelabhängigen Transmissionsverhaltens lassen sich beispielsweise unterschiedliche Arten von Ablagerungen unterscheiden. Diese winkelabhängigen Informationen fließen vorteilhaft ebenfalls in den vorstehend beschriebenen Datensatz ein, sodass ein den Datensatz anwendender optischer Sensor auf diese Weise eine besonders zuverlässige Klassifizierung unterschiedlicher Arten von Ablagerungen durchführen kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Testvorrichtung eingerichtet, eine Sendeleistung der Lichtquelle zu überwachen. Dies erfolgt zum Beispiel auf Basis von Photodioden und/oder von sogenannten Power-Metern, welche den durch die Testvorrichtung erzeugen Lichtstrahl sendeseitig und/oder empfangsseitig überwachen. Dies wird beispielsweise durch eine Verwendung von zusätzlichen Strahlteilern erreicht, welche eingerichtet sind, Teile des sendeseitigen und/oder des empfangsseitigen Lichtstrahls auf vorstehend genannte Sensoren zur Messung der Sendeleistung zu leiten. Die Messung der Sendeleistung erlaubt beispielsweise eine Kalibrierung der Testvorrichtung und/oder eine Plausibilisierung einer bereits vorhandenen Kalibrierung. Alternativ oder zusätzlich ist die Testvorrichtung eingerichtet, eine Ausrichtung des Lichtstrahls bezüglich des zu testenden optischen Sensors automatisch anzupassen. Dies erfolgt beispielsweise auf Basis eines oder mehrerer Umlenkspiegel, wobei die Umlenkspiegel insbesondere ansteuerbare Umlenkspiegel sein können, deren Ausrichtung automatisch angepasst werden kann. Weiter alternativ oder zusätzlich ist die Testvorrichtung eingerichtet, unterschiedlich reflektierende Flächen des reflektierenden Elements in einem Fall automatisch zu unterscheiden, in dem das reflektierende Element ein rotierender Ablenkspiegel mit mehreren Spiegelflächen ist. Dies hat den Hintergrund, dass unterschiedliche Spiegelflächen des reflektierenden Elements unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen können. Um hierdurch bedingte Schwankungen einer Empfangsleistung des empfangenen Lichtstrahls in der Testvorrichtung zu vermeiden, ist die Testvorrichtung in der Lage, jeweilige Spiegelflächen zu unterscheiden und für die Vermessung des Deckglases des optischen Sensors jeweils nur diejenigen reflektierten Anteile des Lichtstrahls auszuwerten, die von derselben Spiegelfläche oder von denjenigen Spiegelflächen reflektiert werden, welche ein identisches Reflexionsverhalten aufweisen.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Sensor vorgeschlagen, welcher ein Deckglas (z. B. gekrümmt oder flach ausgebildet), ein reflektierendes Element (vorzugsweise ein rotierender Ablenkspiegel eines Makroscanners), eine Messvorrichtung und eine Verarbeitungseinheit aufweist. Die Messvorrichtung umfasst wenigstens eine Empfangseinheit, über welche aus dem Umfeld des optischen Sensors empfangenes Licht erfasst wird. Je nachdem, ob der optische Sensor ein aktiver optischer Sensor ist (z. B. ein Lidar-Sensor) weist er optische Sensor zudem eine Sendeeinheit auf, um ein Messsignal in das Umfeld des optischen Sensors auszusenden. Der optische Sensor ist eingerichtet, ortsaufgelöste Umfeldinformationen mittels der Messvorrichtung des optischen Sensors zu erfassen, wobei die Messung durch das Deckglas des optischen Sensors erfolgt, auf welchem potentiell die Messung beeinflussende Ablagerungen vorhanden sind. Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, einen Datensatz zu verwenden, um Positionen und/oder Ausprägungen von Ablagerungen auf dem Deckglas des optischen Sensors während einer Umfelderfassung durch den optischen Sensor im optischen Sensor zu identifizieren, wobei der Datensatz auf Basis einer Testvorrichtung und insbesondere auf Basis einer Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und/oder nach vorstehender Beschreibung erstellt wurde. Besonders bevorzugt weist der Datensatz, welcher beispielsweise in einer Speichereinheit des optischen Sensors abgelegt ist, eine ortsaufgelöste Übersicht über Dämpfungen und/oder Streuungen eines in den optischen Sensor einfallenden Lichtes auf, welche mit ortsaufgelösten Umfeldinformationen korreliert sind, die durch den optischen Sensor erfasst wurden. Darüber hinaus ist es möglich, die Informationen über die Ablagerungen beim Ermitteln einer das Umfeld des optischen Sensors repräsentierenden 3D-Punktewolke und/oder bei einer Bewertung einer aktuellen Erkennungsleistung des optischen Sensors usw. zu verwenden. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erst- und zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
-
Vorzugsweise ist das reflektierende Element des Lidar-Sensors ein Spiegel, insbesondere ein rotierender (z. B. würfelförmiger) Ablenkspiegel und/oder ein Bandpassfilter des optischen Sensors. Alternativ oder zusätzlich ist der optische Sensor eingerichtet, im Ansprechen auf eine Identifizierung von Positionen und/oder Ausprägungen von Ablagerungen eine Reinigung des Deckglases zu initiieren. Besonders vorteilhaft erfolgt die Reinigung in Abhängigkeit einer Position und/oder einer Ausprägung von Ablagerungen auf dem Deckglas, sodass beispielsweise für unterschiedliche Arten von Ablagerungen unterschiedliche Reinigungsvorgänge initiiert werden können. Wird beispielsweise nur Wasser auf dem Deckglas identifiziert, lässt sich das Deckglas z. B. mittels einer Aktivierung eines Scheibenwischers für das Deckglas und/oder mittels einer Düse reinigen, welche einen ausreichend starken Luftstrom entlang des Deckglases erzeugt. Werden hingegen Schmutzpartikel auf Basis des Datensatzes identifiziert, kann es alternativ oder zusätzlich erforderlich sein, eine Düse mit einer Reinigungsflüssigkeit zu aktivieren, welche über das Deckglas verteilt wird. Indem alternativ oder zusätzlich ermittelte Positionen von Ablagerungen auf dem Deckglas berücksichtigt werden, lässt sich eine Reinigung gezielt nur im Bereich dieser Positionen ausführen.
-
Besonders bevorzugt ist der optische Sensor ein Lidar-Sensor und/oder ein Makroscanner und/oder ein Punktscanner und/oder ein Linienscanner und/oder ein Flash-Sensor und/oder eine Kamera, ohne den optischen Sensor dadurch auf vorstehend genannte Ausprägungen einzuschränken.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Testvorrichtung in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen optischen Sensor; und
- 2 einen beispielhaften Abtastvorgang einer erfindungsgemäßen Testvorrichtung zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas eines erfindungsgenmäßen optischen Sensors.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Testvorrichtung 30 in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen optischen Sensor, welcher hier als Lidar-Sensor 10 ausgebildet ist.
-
Die Testvorrichtung 30, welche zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas 12 des Lidar-Sensors 10 ausgebildet ist, weist ein Gehäuse 60 mit einer Öffnung 62, eine Lichtquelle 20, welche als Laserlichtquelle ausgebildet ist, einen Detektor 50, einen Strahlteiler 70, eine Sammellinse 130 und eine Auswerteeinheit 80 auf, welche hier als ASIC ausgebildet ist. Ferner weist die Testvorrichtung 30 eine Abschirmung 62, eine Vielzahl von Umlenkspiegeln 75, eine Sendeleistungsmesseinheit 52 und eine Empfangsleistungsmesseinheit 54 auf.
-
Zudem ist die Testvorrichtung 30 informationstechnisch mit einem motorisiert bewegbaren Tisch 90 der Testvorrichtung 30 verbunden, welcher außerhalb der Testvorrichtung 30 im Bereich der Öffnung 62 der Testvorrichtung 30 angeordnet ist. Ein oder mehrere Motoren, welche eingerichtet sind, translatorische und rotatorische Bewegungen des Tischs 90 auszuführen und welche durch die Auswerteeinheit 80 ansteuerbar sind, sind hier aus Gründen einer vereinfachten Darstellung nicht gezeigt.
-
Die Lichtquelle 20 ist eingerichtet, einen punktförmigen Sendelichtstrahl 22 mittels einer (nicht gezeigten) Laserdiode zu erzeugen und diesen über zwei der Umlenkspiegel 75 zum Strahlteiler 70 zu lenken, welcher einen vordefinierten ersten Anteil des Sendelichtstrahls 22 zur Sendeleistungsmesseinheit 52 und einen vordefinierten zweiten Anteil des Sendelichtstrahls über die Öffnung 62 des Gehäuses 60 in Richtung eines reflektierenden Elements 40 des Lidar-Sensors 10, welches hier ein rotierbarer zweiseitiger Ablenkspiegel ist, auszusenden.
-
Die Auswerteeinheit 80 ist innerhalb der Testvorrichtung 30 informationstechnisch mit der Sendeleistungsmesseinheit 52, mit der Empfangsleistungsmesseinheit 54, mit der Lichtquelle 20 und mit dem Detektor 50 verbunden, wobei jeweilige Verbindungen hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind. Auf diese Weise ist die Auswerteeinheit 80 eingerichtet, die Lichtquelle 20 zu aktivieren und zu deaktivieren und jeweilige Messsignale der Sendeleistungsmesseinheit 52, der Empfangsleistungsmesseinheit 54 und des Detektors 50 zu empfangen und auszuwerten.
-
Die Abschirmung 62 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass Störlichtanteile aus dem Umfeld der Testvorrichtung 30 in die Testvorrichtung 30 eintreten und eine Messung der Testvorrichtung 30 verfälschen. Zudem wird mittels der Abschirmung 62 erreicht, dass durch den Lidar-Sensor 10 reflektierte Anteile des durch die Testvorrichtung 30 ausgesendeten Sendelichtstrahls 22, welche einen Empfangslichtstrahl 22` repräsentieren, nur dann in die Testvorrichtung 30 eintreten, wenn diese koaxial zum Sendelichtstrahl 22 ausgerichtet sind.
-
Die Testvorrichtung 30 ist eingerichtet, den Sendelichtstrahl 22 im Wesentlichen senkrecht auf eine reflektierende Fläche des reflektierenden Elements 40 des optischen Sensors 10 auszusenden, sodass durch das reflektierende Element 40 reflektierte Anteile des Sendelichtstrahls 22 in Form des Empfangslichtstrahls 22' im Wesentlichen koaxial zum Sendelichtstrahl 22 zur Testvorrichtung 30 reflektiert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Tisch 90 mittels der Auswerteeinheit 80 in jeweils geeignete Positionen bewegt wird und dadurch, dass sich die Ablenkeinheit 40 des Lidar-Sensors 10 in einem aktiv rotierenden Zustand befindet.
-
Die Auswerteeinheit 80 ist eingerichtet, den Tisch 90 derart zu bewegen, dass ein durch den Lidar-Sensor 10 verwendeter Bereich des Deckglases 12 sukzessive gemäß einem vordefinierten mäanderförmigen Abtastmuster abgetastet wird.
-
Der Detektor 50 ist eingerichtet, den Empfangslichtstrahl 22' über die Öffnung 62 des Gehäuses 60, den Strahlteiler 70, den Umlenkspiegel 75 und die Sammellinse 130 zu empfangen, wobei der Umlenkspiegel 75 im Empfangspfad ein schwenkbarer Umlenkspiegel 75, welcher eingerichtet ist, den Empfangslichtstrahl 22' durch eine Ansteuerung mittels der Auswerteeinheit 80 alternierend zur Empfangsleistungsmesseinheit 54 und zum Detektor 50 umzulenken. Die Sammellinse 130 ist angeordnet, um den Empfangslichtstrahl 22' auf eine Empfangsfläche des Detektors 50 zu fokussieren, um eine maximale Lichtleistung des Empfangslichtstrahls 22' messen zu können.
-
Auf Basis der Sendeleistungsmesseinheit 52 und der Empfangsleistungsmesseinheit 54 sind insbesondere Kalibrierungen des gesamten Testaufbaus durch die Auswerteeinheit 80 durchführbar. Zudem ist es möglich auf Basis jeweiliger Messsignale der Messeinheiten 52, 54 Messungen durch die Testvorrichtung 30 zu plausibilisieren.
-
Auf Basis vorstehender Konfiguration ist die Auswerteeinheit 80 eingerichtet, eine ortsaufgelöste Übersicht über Dämpfungen und/oder Streuungen des Lichtstrahls 22 innerhalb eines vordefinierten Erfassungsbereichs der Testvorrichtung 30 auf Basis der im Detektor 50 empfangenen reflektierten Anteile des Lichtstrahls 22 zu erzeugen, wobei die Dämpfungen und/oder Streuungen insbesondere Ablagerungen auf einem Deckglas 12 des optischen Sensors 10 repräsentieren. Zudem ist die Auswerteeinheit 80 eingerichtet die ortsaufgelöste Übersicht an den Lidar-Sensor 10 bereitzustellen. Das Bereitstellen erfolgt beispielsweise mittels einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Schnittstelle zwischen der Testvorrichtung 30 und dem Lidar-Sensor 10.
-
Der Lidar-Sensor 10 weist neben dem Deckglas 12 und dem reflektierenden Element 40 eine Messvorrichtung 100 und eine Verarbeitungseinheit 110 auf. Die Messvorrichtung 100 umfasst (nicht gezeigte) Sende- und Empfangseinheiten, welche für eine Umfelderfassung mittels des Lidar-Sensors 10 eingesetzt werden.
-
Der Lidar-Sensor 10 ist eingerichtet, ortsaufgelöste Umfeldinformationen mittels der Messvorrichtung 100 des optischen Sensors 10 zu erfassen, wobei die Messung durch das Deckglas 12 des Lidar-Sensors 10 erfolgt.
-
Die Verarbeitungseinheit 110 ist eingerichtet, einen Datensatz zu erstellen, in welchem die ortsaufgelösten Umfeldinformationen mit der Übersicht über die ortsabhängigen Dämpfungen und/oder Streuungen, welche durch die Testvorrichtung 30 bereitgestellt wurden, korreliert sind.
-
Zudem ist die Verarbeitungseinheit 110 eingerichtet, den Datensatz im Lidar-Sensor 10 zu verwenden, um Positionen und/oder Ausprägungen von Ablagerungen auf dem Deckglas 12 während einer Umfelderfassung durch den Lidar-Sensor 10, insbesondere während einer Fahrt eines den Lidar-Sensor 10 einsetzenden Fahrzeugs, zu identifizieren.
-
Auf Basis der identifizierten Informationen über Ablagerungen auf dem Deckglas 12 ist die Verarbeitungseinheit 110 in Abhängigkeit einer Ausprägung der Ablagerungen eingerichtet, eine Reinigung des Deckglases 12 zu initiieren und/oder eine aktuelle Bewertung einer Erkennungsleistung des Lidar-Sensors 10 durchzuführen. Auf Basis der aktuellen Erkennungsleistung des Lidar-Sensors 10 ist es beispielswiese möglich, eine Geschwindigkeit eines den Lidar-Sensor 10 einsetzenden (autonom fahrenden) Fahrzeugs automatisch anzupassen.
-
Zusammenfassend sind die vorstehend beschriebene Testvorrichtung 30 und der vorstehend beschriebene Lidar-Sensor 10 eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1 auszuführen.
-
Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass das Ermitteln des Datensatzes alternativ oder zusätzlich mittels einer (nicht gezeigten) externen Recheneinheit ausgeführt werden kann, welche informationstechnisch (vorzugsweise drahtlos) mit der Testvorrichtung 30 und mit dem Lidar-Sensor 10 verbunden ist.
-
2 zeigt einen beispielhaften Abtastvorgang einer Testvorrichtung 30 zur Detektion von Ablagerungen auf einem Deckglas 12 eines erfindungsgenmäßen optischen Sensors 10.
-
Der optische Sensor 10, welcher ein aktiver Lidar-Sensor ist, weist einen Sendebereich 14 und einen Empfangsbereich 16 in der Fläche des Deckglases 12 auf, wodurch erfindungsgemäß identifizierte Ablagerungen auf dem Deckglas 12 aufgrund ihrer jeweiligen Position einem Sendepfad und/oder einem Empfangspfad zuordenbar sind.
-
Die Testvorrichtung 30 weist einen wie in 1 beschriebenen Tisch 90 auf, an welchem der optische Sensor 10 fixiert ist und welcher durch eine Auswerteeinheit 80 der Testvorrichtung 30 derart ansteuerbar ist, dass eine Abtastung des Deckglases 12 jeweils in vertikaler Richtung von oben nach unten und von links nach rechts erfolgt. Die in 2 gezeigten Punkte entlang der Abtastrichtung stellen jeweilige Abtastpositionen am Deckglas 12 dar und definieren somit eine Auflösung der Abtastung.
-
Zudem ist die abzutastende Fläche des Deckglases 12 mittels eines Rasters in logische Messzonen unterteilt, um beispielsweise Messfehler zu reduzieren, indem mehrere Messungen pro Messzone zu einem repräsentativen Mittelwert verrechnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Einteilung in einzelne Messzonen nicht zwingend erforderlich ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018124886 A1 [0005]
- DE 102020115997 A1 [0006]
