EP4705798A1 - Diagnosevorrichtung für eine scannende lidar-messvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung (10) zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit einer scannenden Lidar-Messvorrichtung (20), mit: einer Kommunikationsschnittstelle (12) zum Empfangen eines Eingangssignals mit Informationen der Lidar-Messvorrichtung (20) zu einer Messrichtung und einem ermittelten Abstand in Messrichtung; einer Trenneinheit (14) zum Festlegen eines Kalibrationsbereichs, der zumindest abschnittsweise einem Totbereich der Lidar-Messvorrichtung (20) entspricht, basierend auf der Messrichtung; und einer Diagnoseeinheit (16) zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung (20) basierend auf dem Eingangssignal bei einer Messung im Kalibrationsbereich. Die Lidar-Messvorrichtung 20 umfasst die Diagnosevorrichtung (10) sowie ein Gehäuse, in dem die Diagnosevorrichtung (10), eine Laser-Lichtquelle (22) sowie ein Detektor (24) angeordnet sind. Die Laser-Lichtquelle 22 sendet einen Laser-Lichtstrahl 26 auf einen rotierenden Spiegel 28. Der Laser-Lichtstrahl 26 wird vom rotierenden Spiegel 28 abgelenkt, auf ein zu vermessendes Objekt geworfen und vom zu vermessenden Objekt zurückgestreut und vorzugsweise ebenfalls mittels des rotierenden Spiegels 28 auf eine Detektorfläche des Detektors 24 zurückgeworfen. Folglich kann das Lidar-System permanent kalibriert werden und hierdurch eine zuverlässige Messung gewährleistet sein. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System (18), Verfahren sowie Computerprogrammprodukt.

Description

Diagnosevorrichtung für eine scannende Lidar-Messvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit einer scannenden Lidar-Messvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System, Verfahren sowie Computerprogrammprodukt.

Ein Lidar-System (light detection and ranging) basiert auf der Aussendung von Lichtpulsen und der Detektion des reflektierten Lichts. Beispielsweise kann mittels einer Laufzeitmessung ein Abstand zum Ort der Reflexion berechnet werden. Durch eine Auswertung der empfangenen Reflexionen kann eine Detektion eines Ziels erfolgen. Hinsichtlich der technischen Realisierung des entsprechenden Sensors wird zwischen scannenden Systemen, die zumeist basierend auf Mikrospiegeln funktionieren, und nichtscannenden Systemen, bei denen mehrere Sende- und Empfangselemente statisch nebeneinanderliegend angeordnet sind (insb. sog. Focal Plane Array-Anordnung), unterschieden.

Derzeit sind Lidar-Systeme bekannt, die die Entfernungen beispielsweise auf Basis einer ToF, Time-of-Flight, deutsch: Lichtlaufzeitmessung, ToF-Methode oder auf Basis einer optischen Verschiebung eines Laser-Lichtstrahls bestimmen. Dabei wird vorzugsweise mittels einer Linse oder einer optischen Einheit eine Reflexion eines Laser-Lichtstrahls auf einen CMOS- oder CCD- oder ver- gleichbaren Sensor gelenkt. Dieser Sensor kann eine lineare oder matrixartige Pixel-Struktur aufweisen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2019 111 852 B3 ist ein Sicherheitslaserscanner mit einem Lichtsender und -empfänger bekannt. Der Lichtsender emittiert einen Lichtstrahl auf einen drehbaren Spiegel. Zur Kalibration weist der Sicherheitslaserscanner ein Referenzziel auf.

Da derartige Lidar-Systeme bisweilen in sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie beispielsweise im Straßenverkehr, Anwendung finden, stellt sich die Aufgabe, von einem solchen Lidar-System erfasste Daten zu verifizieren. Insbesondere sollen eine Funktionsfähigkeit und Vertrauenswürdigkeit des Lidar- Systems bzw. von Messergebnissen des Lidar-Systems gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.

Die Richtigkeit der Entfernungsmessung eines Lidar-Systems wird verifiziert, indem der ausgehende Laser-Strahl periodisch im bekannten Abstand vom Empfänger des Lidar-Systems mittels bekannter Messmethoden bzw. Messmuster empfangen wird. Folglich kann das Lidar-System permanent kalibriert werden und hierdurch eine zuverlässige Messung gewährleistet sein. Es kann eine verbesserte Interpretation nicht eindeutiger Messungen erfolgen. Es versteht sich, dass bei einer Kalibrations-Messung jeder Teil eines Detektors des Lidar-Systems ausgeleuchtet und überprüft werden kann. Durch das Ausbilden der erfinderischen Idee in einer Diagnosevorrichtung kann eine Möglichkeit geschaffen werden, die erfinderische Idee auch mit bereits bestehenden Lidar-Systemen zu verwenden. Hierbei erlaubt eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen eines Eingangssignals eine effiziente und schnelle Nachrüstung der Diagnosevorrichtung in eine bestehende Li- dar-Messvorrichtung.

Es versteht sich, dass die Diagnosevorrichtung auch direkt bei der Produktion einer Lidar-Messvorrichtung implementiert werden kann. Insbesondere kann die Diagnosevorrichtung als Teil einer Lidar-Messvorrichtung ausgebildet sein und muss nicht zwangsläufig von dieser getrennt in einem separaten Gehäuse oder dergleichen angeordnet sein.

Eine Trenneinheit zum Festlegen eines Kalibrationsbereichs ermöglicht eine schnelle Funktionsfähigkeit der Diagnosevorrichtung, insbesondere kann bereits vorzugsweise vor der ersten Messung eine Kalibrations-Messung durchgeführt werden. Dadurch dass der Kalibrationsbereich zumindest abschnittsweise einem Totbereich der Lidar-Messvorrichtung entspricht, kann trotz Kalibrierung, insbesondere trotz regelmäßiger Kalibrierung, eine hohe Datenausbeute erreicht werden.

Der Kalibrationsbereich ist insbesondere ein Richtungsbereich bezogen auf eine Messrichtung der Lidar-Messvorrichtung. Vorteilhafterweise wird also dann kalibriert, wenn sonst keine Messung mit der Lidar-Messvorrichtung möglich ist, da die aktuelle Messrichtung bei einer Kalibration im Totbereich der Lidar-Messvorrichtung liegt.

Eine Diagnoseeinheit zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit der Lidar- Messvorrichtung ermöglicht ein schnelles und zuverlässiges Bestimmen einer Vertrauenswürdigkeit der Messungen einer Lidar-Messvorrichtung. Die Diagnoseeinheit kann dabei verschiedene Ausprägungen aufweisen. Insbesondere kann die Diagnoseeinheit einen Computerchip, insbesondere einen speziellen Chip, z.B. eine 1oo2 Architektur, beispielsweise einen FPGA, einen Verglei- eher oder auch eine Software, die auf dem speziellen Chip ausgeführt wird, umfassen.

Insbesondere können zur Kalibration direkte Laserstrahlen verwendet werden. Vorzugsweise verläuft dabei ein Strahlgang eines direkten Laserstrahls von der Laser-Lichtquelle zu einem Reflexionskörper der Lidar-Messvorrichtung und von diesem Reflexionskörper direkt zu einem Detektor der Lidar- Messvorrichtung. Bevorzugt kann also ohne zusätzliches Referenzziel kalibriert werden. Es erfolgt eine referenzzielfreie Kalibration. Der Reflexionskörper ist dabei die Einheit der Lidar-Messvorrichtung, die zum Ablenken eines Laserstrahls für eine Messung verwendet wird.

Die Lidar-Messvorrichtung weist bevorzugt einen Totbereich auf, wobei innerhalb dieses Totbereichs die Kalibrations-Messung erfolgt, sodass durch die Kalbration das Sichtfeld der Lidar-Messvorrichtung nicht eingeschränkt wird.

Die Diagnosevorrichtung kann folglich besonders vorteilhaft mit Lidar- Messvorrichtungen verwendet werden, die bereits einen Totbereich aufweisen. Bevorzugt ist die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, einen erwarteten vordefinierten Abstand und einen tatsächlich gemessenen Abstand bei einer Messung im Kalibrationsbereich zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich eine Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung zu diagnostizieren. Durch einen Vergleich kann technisch einfach und insbesondere schnell die Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung bestimmt werden. Es versteht sich, dass hierbei alle gängigen Methoden der Abstandsbestimmung bei einer Lidar-Messung Anwendung finden können. Insbesondere kann der Abstand einer Phasenverschiebung und/oder einer Flugzeit, Time-of-Flight, entsprechen und/oder in diese umgerechnet werden.

Es versteht sich, dass auch basierend auf Rohdaten kalibriert werden kann. Die empfangenen Daten müssen nicht zwangsläufig in einen Abstand umgerechnet werden. Beispielsweise kann auch Anhand einer ToF, anhand von ADC (Analog Digital Zähler)-Einträgen oder dergleichen kalibriert werden. Es ist ersichtlich, dass sich ein Abstand aus verschiedenen Parametern, wie beispielsweise einer Laufzeit, einer Phasenverschiebung etc. ergibt und insoweit Abstand vorzugsweise synonymisch für die vorgenannten Größen steht.

Besonders bevorzugt werden alle Messungen der Lidar-Messvorrichtung, die zwischen zwei erfolgreichen Kalibrierungen durchgeführt wurden, als vertrauenswürdig markiert. Es kann folglich vor einer Messung und nach einer Messung kalibriert werden, sodass vorzugsweise zwei erfolgreiche Kalibrierungen einer Messung zugeordnet werden können. Das Vertrauen und die Sicherheit werden erhöht.

Unter Kalibrierung kann insbesondere verstanden werden, dass eine Messung im Kalibrationsbereich durchgeführt wird und diese Messung, innerhalb vordefinierter Grenzen, mit einem erwarteten Ergebnis übereinstimmt. Ein Kalibrier- Zyklus weist also vorzugsweise einen Vergleich einer Messung mit einem erwarteten Ergebnis auf und ist bevorzugt dann erfolgreich, wenn die Funktionsfähigkeit durch den Kalibrier-Zyklus bestätigt werden kann.

Vorteilhafterweise kann die Diagnosevorrichtung dazu ausgebildet sein, die Messrichtung anhand einer Winkelstellung eines Reflexionskörpers der Lidar- Messvorrichtung zu ermitteln. Unter Winkelstellung ist insbesondere zu verstehen, dass die Diagnosevorrichtung ermitteln kann, in welchem Winkel ein auf den Reflexionskörper auftreffender Laser-Lichtstrahl abgelenkt bzw. reflektiert wird. Der Begriff Reflexionskörper ist breit zu verstehen, sodass jede optische Einheit, die ein Ablenken des auftreffenden Laser-Lichtstrahls bewirkt, als Reflexionskörper angesehen werden kann.

Beispielsweise kann der Reflexionskörper einen Rotationsspiegel oder rotierende Mikrospiegel umfassen. Es versteht sich, dass auch Materialien mit veränderlichem Brechungsindex eine Ablenkung eines Laser-Lichtstrahls bewirken können und als Reflexionskörper in diesem Sinne angesehen werden können. Dem Fachmann sind verschiedene Möglichkeiten zum Ablenken von Lichtstrahlen, insbesondere Laser-Lichtstrahlen, bekannt, die in der vorliegen- den Anmeldung unter dem Begriff Reflexionskörper subsummiert werden können.

Eine Erfassung der Winkelstellung des Reflexionskörpers ist im Falle eines Rotationsspiegels beispielsweise mittels eines Drehgebers möglich. Ferner kann die Winkelstellung auch aus einem Ansteuersignal für den Drehspiegel extrahiert werden.

Durch die Bestimmung der Messrichtung anhand einer Winkelstellung und Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit basierend auf einer Messung in Messrichtung und einem erwarteten vordefinierten Abstand in Messrichtung kann eine effiziente und schnelle Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Li- dar-Messvorrichtung, beispielsweise anhand von Lookup-Tables, erfolgen. Hierdurch kann die benötigte Rechenleistung geringgehalten werden, ohne die Zuverlässigkeit der Diagnose zu beeinflussen bzw. zu beeinträchtigen. Es kann eine energieeffiziente und schnelle Diagnosevorrichtung geschaffen werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Diagnosevorrichtung und vorzugsweise die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, basierend auf einem erwarteten vordefinierten Abstand und einem tatsächlich gemessenen Abstand bei einer Messung im Kalibrationsbereich einen Verschleiß, eine Verschmutzung und/oder eine Alterung der Lidar-Messvorrichtung zu bestimmen. Durch ein Bestimmen eines Verschleißes, einer Verschmutzung und/oder einer Alterung kann ein Vertrauensparameter für eine Vertrauenswürdigkeit der Messung geschaffen werden. Insbesondere ermöglicht das Erkennen einer Verschmutzung, eines Verschleißes und/oder einer Alterung der Lidar- Messvorrichtung ein frühzeitiges Erkennen einer Ausfallgefahr oder eines Verlusts der Vertrauenswürdigkeit der Messungen.

Ferner können Erkenntnisse über die Haltbarkeit und den Verschleiß einzelner Komponenten der Lidar-Messvorrichtung gewonnen werden. Besonders bevorzugt ist die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, einen Hinweis zu einer benötigten Anpassung der Lidar-Messvorrichtung basierend auf dem bestimmten Verschleiß, der bestimmten Verschmutzung und/oder der bestimmten Alterung der Lidar-Messvorrichtung auszugeben. Ergänzend oder alternativ ist die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, die Lidar-Messvorrichtung zu justieren.

Unter Justieren ist beispielsweise ein Anpassen von Strom und/oder Spannung einer Laser-Lichtquelle und/oder Strom und/oder Spannung einer Empfangseinheit zu verstehen. Es versteht sich, dass je nach Lidar- Messvorrichtung weitere Justierungen denkbar sind, die vorzugsweise teil- oder vollautomatisiert durch die Diagnoseeinheit bewirkt und/oder veranlasst werden können.

Beispielsweise kann, wenn eine Verschmutzung festgestellt wurde, die Lichtintensität erhöht werden, um ein ausreichendes Signal-zu-Rausch- Verhältnis bei einer Messung mit der Lidar-Messvorrichtung zu erreichen. Es versteht sich, dass hierzu vorzugsweise Steuerbefehle mittels der Kommunikationsschnittstelle zwischen der Diagnosevorrichtung und der Lidar- Messvorrichtung übertragen werden.

Ein Steuerbefehl kann auch eine Spannung und/oder ein Strom sein. Insbesondere ist es denkbar, dass die Diagnosevorrichtung nicht aktiv eine Steuereinheit der Lidar-Messvorrichtung anweist, sondern zusätzlich zu der von der Steuereinheit der Lidar-Messvorrichtung gelieferten Spannung oder einem von der Steuereinheit der Lidar-Messvorrichtung gelieferten Strom eine zusätzliche Spannung oder einen zusätzlichen Strom an die Messdiode oder die Laser- Lichtquelle anlegt. Hierdurch kann eine bereits bestehende Lidar- Messvorrichtung vorteilhaft und ohne Eingriff in die Steuerelektronik mit einer Diagnosevorrichtung nachgerüstet werden.

Durch das Ausgeben eines Hinweises kann zusätzlich ein Austausch gealterter Komponenten, verschlissener Komponenten oder eine Reinigung ver- schmutzter Komponenten eingeleitet werden. Hierdurch kann nachhaltig sicher mittels der Li dar- Messvorrichtung gemessen werden.

Besonders bevorzugt kann eine Kalibrations-Messung auch zwischen einer Laser-Lichtquelle, einer Reflexionsfläche eines Reflexionskörpers, insbesondere eines Spiegels der Lidar-Messvorrichtung, und wenigstens einer weiteren Fläche erfolgen. Hierdurch kann eine Frequenz der Kalibrations-Messungen erhöht werden, da nicht nur direkte, sondern auch teilweise reflektierte Laser- Lichtstrahlen zur Kalibration verwendet werden können. Beispielsweise kann in zeitlich kürzeren Abständen kalibriert werden. Die Vertrauenswürdigkeit der Messungen kann häufiger bestätigt werden und mögliche Fehlmessungen können schneller detektiert werden.

Zudem kann hierdurch eine längere Distanz beim Kalibrieren verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Diagnosevorrichtung;

Figur 2a: eine schematische perspektivische Darstellung einer Lidar- Messvorrichtung mit einer Diagnosevorrichtung bei einem Messvorgang;

Figur 2b: eine Draufsicht der Lidar-Messvorrichtung gemäß Figur 2a;

Figur 3a: eine perspektivische Ansicht einer Lidar-Messvorrichtung bei einer Kalibrations-Messung;

Figur 3b: eine schematische Draufsicht der Lidar-Messvorrichtung gemäß Figur 3a; Figur 4a: eine schematische perspektivische Ansicht einer Lidar- Messvorrichtung bei einer weiteren Kalibrations-Messung;

Figur 4b: eine Draufsicht der Lidar-Messvorrichtung gemäß Figur 4a.

In Figur 1 ist eine Diagnosevorrichtung 10 zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit einer nicht gezeigten scannenden Lidar-Messvorrichtung gezeigt.

Die Diagnosevorrichtung 10 weist eine Kommunikationsschnittstelle 12, eine Trenneinheit 14 sowie eine Diagnoseeinheit 16 auf. Die Kommunikationsschnittstelle 12 ist dazu ausgebildet, ein Eingangssignal mit Informationen der nicht gezeigten Lidar-Messvorrichtung zu einer Messrichtung, in die die Lidar- Messvorrichtung misst, und einem Ergebnis der Messung in diese Messrichtung, also beispielsweise einem ermittelten Abstand in Messrichtung, zu empfangen.

Die Trenneinheit 14 ist dazu ausgebildet, einen Kalibrationsbereich festzulegen. Der Kalibrationsbereich entspricht zumindest abschnittsweise einem Totbereich der Lidar-Messvorrichtung. Besonders bevorzugt ist der Kalibrationsbereich komplett im Totbereich enthalten. Der Kalibrationsbereich wird basierend auf der Messrichtung der Lidar-Messvorrichtung ermittelt.

Die Diagnoseeinheit 16 ist dazu ausgebildet, eine Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung zu diagnostizieren. Die Diagnoseeinheit 16 diagnostiziert eine Funktionsfähigkeit basierend auf dem Eingangssignal bei einer Messung der Lidar-Messvorrichtung 20 im Kalibrationsbereich.

In Figur 2a ist schematisch eine perspektivische Darstellung eines Systems 18 umfassend eine Lidar-Messvorrichtung 20 und eine Diagnosevorrichtung 10 bei einer Messung gezeigt.

Die Lidar-Messvorrichtung 20 umfasst in dem gezeigten Beispiel die Diagnosevorrichtung 10 sowie ein Gehäuse, in dem die Diagnosevorrichtung 10, eine Laser-Lichtquelle 22 sowie ein Detektor 24 angeordnet sind. Die Laser-Lichtquelle 22 sendet einen Laser-Lichtstrahl 26 auf einen rotierenden Spiegel 28. Der Laser-Lichtstrahl 26 wird vom rotierenden Spiegel 28 abgelenkt, auf ein zu vermessendes Objekt geworfen und vom zu vermessenden Objekt zurückgestreut und vorzugsweise ebenfalls mittels des rotierenden Spiegels 28 auf eine Detektorfläche des Detektors 24 zurückgeworfen.

Hierbei kann sowohl durch eine Flugzeitbestimmung als auch durch einen Phasenversatz ermittelt werden, wie weit das zu vermessende Objekt von der Lidar-Messvorrichtung 20 entfernt ist.

Es versteht sich, dass die Laser-Lichtquelle 22 mehrere einzelne Laser- Lichtquellen umfassen kann, sodass mehrere Messungen parallel ablaufen können. Es versteht sich ferner, dass je nach Messmethode auch einzelne Laser-Lichtimpulse ausgesendet werden können.

In Figur 2b ist zur Verdeutlichung eine Draufsicht der Messung gemäß der Figur 2a dargestellt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert.

Aus Gründen der Übersicht wurde der Laser-Lichtstrahl 26 nur im Bereich der Lidar-Messvorrichtung 20 dargestellt. Es versteht sich, dass der Laser- Lichtstrahl 26 weiter zu einem zu vermessenden Objekt bzw. Target verläuft und von diesem auf den Detektor 24 zurückgestreut wird.

Der Begriff Laser-Lichtstrahl 26 ist breit zu verstehen, insbesondere kann auch ein Laserpuls vom Begriff Laser-Lichtstrahl 26 umfasst sein. Vorzugsweise gibt der Laser-Lichtstrahl 26 eine Richtung an, entlang der das Laser- Licht propagiert.

In Figur 3a ist schematisch perspektivisch eine Kalibrations-Messung mittels der Lidar-Messvorrichtung 20 dargestellt. Dabei wird mittels des rotierenden Spiegels 28 ein Laser-Lichtstrahl 26 von der Laser-Lichtquelle 22 direkt auf eine Detektorfläche des Detektors 24 geleitet. Ein vom Detektor 24 erzeugtes Signal wird von der Diagnosevorrichtung 10 verarbeitet. Der Abstand zwischen Laser-Lichtquelle 22, dem rotierenden Spiegel 28 und dem Detektor 24 ist bekannt. Folglich ist auch ein ermittelter Abstand bzw. eine ermittelte Lichtlaufzeit oder eine ermittelte Phasenverschiebung bekannt.

Basierend auf diesen bekannten Messwerten kann die Diagnoseeinheit 16 eine Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung 20 bestimmen. Vorzugsweise werden hierfür erwartete Messwerte mit tatsächlichen Messwerten verglichen.

Hierbei ist es denkbar, dass die Diagnoseeinheit 16 erst dann aktiviert wird, wenn eine Messung im ermittelten Kalibrationsbereich durchgeführt wird.

Als Kalibrationsbereich ist insbesondere der Bereich der Messung zu verstehen, bei dem Laser-Licht von der Laser-Lichtquelle 22 direkt auf den Detektor 24 gelenkt wird. Unter direkt gelenkt ist insbesondere zu verstehen, dass gerade nicht ein reflektiertes bzw. rückgestreutes Laser-Licht auf den Detektor 24 fällt, sondern der Laser-Strahl von der Laser-Lichtquelle 22, beispielsweise mittels des Spiegels 28, zum Detektor 24 gelenkt wird, wobei hier ein Abstand zwischen Laser-Lichtquelle 22 und Detektor 24 vorbekannt ist.

Es kann folglich eine Referenzmessung bzw. Kalibrations-Messung mit bekanntem erwartetem Messergebnis durchgeführt werden und durch einen Vergleich erwarteter und gemessener Werte eine Funktionsfähigkeit der Lidar- Messvorrichtung 20 bestimmt werden.

In Figur 3b ist zur Verdeutlichung die Kalibrations-Messung gemäß der Figur 3a in Draufsicht dargestellt.

Anhand einer Winkelstellung des rotierenden Spiegels 28 kann die Diagnoseeinheit 16 die Messrichtung, also unter anderem die Richtung, in die ein Laser-Licht vom rotierenden Spiegel 28 abgelenkt wird, ermitteln.

Vorzugsweise kann die Diagnosevorrichtung 10 dazu ausgebildet sein, anhand der bei einer Kalibrations-Messung ermittelten Messdaten eine Ver- schmutzung, einen Verschleiß und/oder eine Alterung der Lidar- Messvorrichtung 20 zu bestimmen. Eine Verschmutzung oder Alterung kann insbesondere dazu führen, dass eine Lichtintensität der Laser-Lichtquelle 22 nachlässt oder eine Detektionsempfindlichkeit des Detektors 24 verringert ist.

Eine Verschmutzung kann zudem insbesondere zu einer Streuung des Laser- Lichts bei einer Kalibrations-Messung führen, sodass benachbarte Pixel des Detektors 24 ebenfalls ein schwaches Signal empfangen.

Eine Alterung kann insbesondere dazu führen, dass einzelne Lichtemitter der Laser-Lichtquelle 22 schwächer emittieren oder einzelne Detektor-Pixel des Detektors 24 ein geringeres Signal empfangen.

Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Auswirkungen nur beispielhaft erwähnt sind. Ein Fachmann kennt die verschiedenen Auswirkungen und kann basierend darauf Rückschlüsse auf den Zustand der Lidar-Messvorrichtung 20 ziehen.

Wird ein derartiger Verschleiß, eine Verschmutzung und/oder eine Alterung der Lidar-Messvorrichtung 20 bestimmt, kann die Diagnoseeinheit 16 einen Hinweis zu einer benötigten Anpassung der Lidar-Messvorrichtung 20 ausgeben.

Ein Hinweis kann beispielsweise im einfachsten Fall ein Warnton, ein optisches Signal oder eine digital übertragene Information sein, die einen Anwender der Lidar-Messvorrichtung 20 darüber informiert, dass die Messung als nicht vertrauenswürdig eingestuft wird oder dass die Lidar-Messvorrichtung 20 an einer Grenze zur Vertrauenswürdigkeit betrieben wird. Hinwei- se/lnformationen können beispielsweise via Kommunikationsschnittstellen wie RS232, I2C, CAN, loT, Ethernet in Autos etc. übertragen werden. Es versteht sich, dass der Hinweis sowohl kabellos als auch kabelgebunden übertragen werden kann. Ein Fachmann kennt die dafür nötigen Mittel. Sodann kann ein Nachjustieren oder Reinigen der Laser-Lichtquelle 22 oder des Detektors 24 erfolgen. Vorzugsweise kann der Hinweis auch Informationen bezüglich des nachzujustierenden, zu reinigenden und/oder zu tauschenden Bauteils enthalten.

Ergänzend oder alternativ kann die Diagnoseeinheit 16 die Lidar- Messvorrichtung 20 justieren. Dies kann beispielsweise durch einen Steuerbefehl erfolgen. Insbesondere kann eine Anpassung einer Betriebsspannung der Laser-Lichtquelle 22 und/oder des Detektors 24 erfolgen.

In Figur 4a ist schematisch perspektivisch eine Lidar-Messvorrichtung 20 bei einer weiteren Messung im Kalibrationsbereich dargestellt.

Im Unterschied zu der in Figur 3a dargestellten Messung verläuft ein Pfad des Laser-Lichts zwischen der Laser-Lichtquelle 22, dem rotierenden Spiegel 28 und einer weiteren Fläche der Lidar-Messvorrichtung 20.

Da ein Winkel des Laser-Lichtpfads beim Emittieren durch die Laser- Lichtquelle 22 bekannt ist, kann der Weg, den das Laser-Licht zwischen der Lichtquelle 22, dem rotierenden Spiegel 28 und dem Detektor 24 beschreitet, bestimmt werden.

Hierdurch kann die Diagnosevorrichtung 10 eine erwartete Laufzeit bzw. einen erwarteten gemessenen Abstand berechnen oder einen vorberechneten Abstand bzw. eine vorberechnete Laufzeit in einem Speicher abrufen und mit einem Abstand oder einer Laufzeit bei einer Messung vergleichen.

Folglich kann auch eine Messung, bei der eine Reflexion innerhalb und/oder außerhalb der Lidar-Messvorrichtung 20 stattfindet, zur Kalibration bzw. zur Funktionsdiagnose verwendet werden.

In Figur 4b ist zur Verdeutlichung die Messung gemäß der Figur 4a in einer Draufsicht dargestellt. Es versteht sich, dass bei einer Kalibrations-Messung gemäß der Figur 4b vorzugsweise eine längere Lichtlaufzeit erwartet wird als bei der Kalibrations- Messung gemäß der Figur 3b. Hierdurch kann ein weiterer Zeitbereich vermessen werden. Drifts in einem Taktgeber können besser festgestellt werden.

Trotz der längeren Lichtlaufzeit findet die Kalibrations-Messung vorzugsweise komplett innerhalb der Lidar-Messvorrichtung 20 statt, sodass Störeinflüsse von außerhalb minimiert sind.

Die Erfindung wurde ausführlich anhand eines einfachen Ausführungsbeispiels beschrieben. Ein Fachmann erkennt, dass neben dem hier zur Verdeutlichung gewählten einfachen Aufbau einer Lidar-Messvorrichtung die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung 10 mit einer Vielzahl von bekannten Li- dar-Messvorrichtungen 20 verwendbar ist. Die einfache Darstellung dient dem Verständnis der Erfindung und ist keinesfalls einschränkend zu verstehen.

Ein Fachmann erkennt insbesondere, dass Laser-Lichtquellen in vielfacher Ausprägung am Markt erhältlich sind und mit der Erfindung verwendet werden können. Das Gleiche gilt für Detektoren sowie den rotierenden Spiegel 28. Insbesondere kann der rotierende Spiegel 28 als Mikrospiegel ausgeprägt sein. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die Laser-Lichtquelle 22 selbst rotierend ausgebildet ist.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der Undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollstän- dig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.

Bezugszeichenliste

10 Diagnosevorrichtung

12 Kommunikationsschnittstelle 14 Trenneinheit

16 Diagnoseeinheit

18 System

20 Lidar-Messvorrichtung

22 Laser-Lichtquelle 24 Detektor

26 Laser-Lichtstrahl

28 rotierender Spiegel

Claims

Patentansprüche

1. Diagnosevorrichtung (10) zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit einer scannenden Lidar-Messvorrichtung (20), mit: einer Kommunikationsschnittstelle (12) zum Empfangen eines Eingangssignals mit Informationen der Lidar-Messvorrichtung (20) zu einer Messrichtung und einem ermittelten Abstand in Messrichtung; einer Trenneinheit (14) zum Festlegen eines Kalibrationsbereichs, der zumindest abschnittsweise einem Totbereich der Lidar- Messvorrichtung (20) entspricht, basierend auf der Messrichtung; und einer Diagnoseeinheit (16) zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung (20) basierend auf dem Eingangssignal bei einer Messung im Kalibrationsbereich.

2. Diagnosevorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Diagnoseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, einen erwarteten vordefinierten Abstand und einen tatsächlichen gemessenen Abstand bei einer Messung im Kalibrationsbereich zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich eine Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung (20) zu diagnostizieren.

3. Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnoseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, alle Messungen zwischen zwei erfolgreichen Diagnosen als vertrauenswürdig zu markieren.

4. Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnoseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Messrichtung anhand einer Winkelstellung eines Reflexionskörpers der Lidar- Messvorrichtung (20) zu ermitteln.

5. Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnoseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, basierend auf einem erwarteten vordefinierten Abstand und einem tatsächlichen gemessenen Abstand bei einer Messung im Kalibrationsbereich einen Verschleiß, eine Verschmutzung und/oder eine Alterung der Lidar- Messvorrichtung (20) zu bestimmen.

6. Diagnosevorrichtung (10) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Diagnoseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, einen Hinweis zu einer benötigten Anpassung Lidar-Messvorrichtung (20) basierend auf dem bestimmten Verschleiß, der bestimmten Verschmutzung und/oder der bestimmten Alterung der Lidar-Messvorrichtung (20) auszugeben und/oder die Lidar-Messvorrichtung (20) zu justieren.

7. Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnoseeinheit (16) basierend auf dem erwarteten vordefinierten Abstand und dem tatsächlichen gemessenen Abstand bei einer Messung zwischen einer Laser-Lichtquelle (22) der Lidar- Messvorrichtung (20), einer Reflexionsfläche eines Spiegels der Lidar- Messvorrichtung (20) und vorzugsweise wenigstens einer weiteren Fläche der Lidar-Messvorrichtung (20) im Kalibrationsbereich eine Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung (20) diagnostiziert.

8. System (18) umfassend eine Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche und eine Lidar-Messvorrichtung (20).

9. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit einer scannenden Lidar-Messvorrichtung (20), vorzugsweise mittels einer Diagnosevorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten:

Empfangen eines Eingangssignals mit Informationen der Lidar- Messvorrichtung (20) zu einer Messrichtung und einem ermittelten Abstand in Messrichtung; Festlegen eines Kalibrationsbereichs, der zumindest abschnittsweise einem Totbereich der Lidar-Messvorrichtung (20) entspricht, basierend auf der Messrichtung; und

Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit der Lidar- Messvorrichtung (20) basierend auf dem Eingangssignal bei einer

Messung im Kalibrationsbereich.

10. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch mit den Schritten: Vergleichen eines erwarteten vordefinierten Abstands und eines tatsächlich gemessenen Abstands bei einer Messung im Kalibrationsbereich und Diagnostizieren einer Funktionsfähigkeit der Lidar-Messvorrichtung (20) basierend auf dem Vergleich.

11. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach dem vorstehenden Anspruch, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.