WO2020058406A1 - System, projection screen and method for measuring a signal response from an object detection apparatus having a laser scanning device. - Google Patents

System, projection screen and method for measuring a signal response from an object detection apparatus having a laser scanning device. Download PDF

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WO2020058406A1
WO2020058406A1 PCT/EP2019/075178 EP2019075178W WO2020058406A1 WO 2020058406 A1 WO2020058406 A1 WO 2020058406A1 EP 2019075178 W EP2019075178 W EP 2019075178W WO 2020058406 A1 WO2020058406 A1 WO 2020058406A1
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WO
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laser scanning
object detection
scanning device
screen
measuring
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PCT/EP2019/075178
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Jonas KRAUSE
Bernd BERTSCHINGER
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for measuring a signal response of an object detection device having a laser scanning device and a receiving device, in particular one
  • Object detection device for a vehicle with an image wall, which provides a scanning surface for the laser scanning device.
  • the invention further relates to a
  • Document DE 10 2015 100 910 A1 describes such an object detection device for vehicles, the transmission device of which is designed as a laser scanning device comprises a laser light source, a MEMS micromirror as a scanning unit for generating a scanning movement of the laser light and a control device for controlling the laser light source and the MEMS micromirror.
  • a receiving device of the object detection device has a photodiode with which light is received which essentially corresponds to the laser light beam reflected or backscattered from the surroundings.
  • laser light is not intended to be limited to visible laser light, but rather to be synonymous with electromagnetic radiation which is based at least in part on stimulated emission of radiation, that is to say the effect on which the laser amplification principle is based.
  • a wall referred to as the “reference wall” has hitherto been used to measure the signal response (ie a corresponding distance and reflectivity) of the laser scanning device of an object detection device.
  • the object detection device is placed centrally in front of the flat wall.
  • the transmitter "sends" laser pulses to the wall and the signal of the laser light reflected on the wall is measured.
  • the publication DE 10 2012 102 651 B3 describes a device and a method for checking and calibrating a traffic monitoring device (VUG) with a laser scanner and a camera using a measuring board, which has line patterns and a well-defined position with respect to the traffic monitoring device. Intrinsic parameters of the laser scanner and / or the alignment of the camera to the laser scanner are checked.
  • VUG traffic monitoring device
  • the invention is therefore based on the object of specifying measures which reduce the space and / or time required for such a measurement of the signal response.
  • an object detection device having a laser scanning device and a receiving device, in particular an object detection device for a vehicle, which has a screen which provides a scanning surface for the laser scanning device
  • this screen in the form of a surface section of an imaginary one Spherical surface is designed and provides the scan surface on its inside.
  • the surface section of the spherical surface is in particular a spherical cap, for example a hemisphere.
  • the screen has a reflection layer on its inside. This is formed, for example, by a layer of lacquer.
  • the reflection layer ensures that a sufficient proportion of the laser light is reflected back in the direction of the object detection device.
  • markings are arranged on the inside of the screen, in particular in the scanning area. These serve as a reference for an angle and / or position determination.
  • the system advantageously has a measuring and evaluation unit for determining the signal response of the laser scanning device from control signals of the laser scanning device and signals at the receiving device.
  • the laser scanning device, the receiving device and the screen are arranged in a measuring arrangement in which the laser scanning device and the receiving device are localized in the region of an imaginary center of the imaginary spherical surface or the spherical cap.
  • R> 1.6 m in particular R> 2 m, applies to a radius R of the imaginary spherical surface or the spherical cap.
  • the distance between the laser scanning device functioning as the transmitting device and the receiving device is generally quite similar.
  • a distance of at least 1.6 m from the object detection device to the screen is necessary.
  • a distance of the object detection device from the screen of at least 2 m is necessary.
  • this screen is designed in the form of a surface section of an imaginary spherical surface, in particular in the form of a spherical cap, and provides the scan surface on its inside.
  • the system is in particular an aforementioned system for measuring a signal response of an object detection device.
  • a screen in the form of a surface section of a plastic gel area in particular in the form of a spherical cap, provides a scanning area for the laser scanning device on the inside and reflected laser light from a scanning area of the scanning area scanned by the laser scanning device is detected by means of the receiving device.
  • the signal response of the laser scanning device is determined from control signals of the laser scanning device and signals at the receiver.
  • markings are arranged on the inside of the screen, in particular in the scan area, the receiver being used in particular to check whether the laser scanning device, when scanning the scan area, contains the markings there in a given time.
  • the computer program product comprises program parts which are loaded in a processor of a computer-based measurement and evaluation unit and are set up to carry out the aforementioned method.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an object detection device with a laser scanning device
  • Fig. 2 is an illustration of a measurement setup for measuring a signal response of the
  • the object detection device 10 comprises a laser scanning device 12 functioning as a transmitting device (short: transmitter) and a receiving device 14 (short:
  • the laser scanning device 12 has a laser light source 16 with which a
  • the laser light source 16 is a laser and sends the generated laser light beam 18 to a scanning unit 22 designed as a micromirror 20 for generating a scanning movement of the laser light.
  • the laser light source 16 is arranged at a predefined angle to the scanning unit 22.
  • the micromirror 20 consists of small individual elements, each of which has a reflecting surface, and is therefore referred to below as the MEMS micromirror 20.
  • the MEMS micromirror 20 is arranged in relation to the laser light source 16 such that the laser light beam 18 strikes the MEMS micromirror 20 directly, whereby according to further exemplary embodiments, one or more deflecting mirrors are arranged between the laser light source 16 and the MEMS micromirror 20, so that the Laser light beam 18 is directed onto the MEMS micromirror 20 via the deflecting mirror.
  • the MEMS micromirror 20 can be moved about a first axis parallel to the plane of the drawing and optionally also about a second axis which is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the laser light beam 18 is therefore deflected in at least one direction of the surroundings by the MEMS micromirror 20. This direction can also be referred to as the scanning angle.
  • a control device 24 is used to move the MEMS micromirror 20.
  • the control device 22 controls the MEMS micromirror 20 such that it can be pivoted at least in one direction (double arrow).
  • the laser light source 16 comprises one or more laser diodes.
  • the laser light source 16 is connected to the control device 24 so that the
  • Laser light source 16 is controlled by means of the control device 24 and by driving a pulsed laser light beam 18 as a transmitted light beam with a frequency, e.g. 100 kHz is transmitted.
  • the control device 24 can also switch off the laser light source 16.
  • the receiving device 14 has a diode 26, which is a photodiode here. With the diode 26 light 28 is received, which is reflected from the environment or backscattered laser light beam 18 corresponds. The received light 28 is converted into an electrical signal with the diode 26 and its wiring. The electrical signal is then fed to an evaluation device 30 of the object detection device 10.
  • the object detection device 10 measures the distances to detected objects via a time of flight measurement, ie a measurement according to the ToF principle (ToF: Time of Flight).
  • the pulsed laser light from the laser light source 16 is deflected by the scanning unit 22.
  • this scanning unit 22 is a MEMS micromirror 20, then this oscillates, generally with a natural frequency of several kHz, in an almost cosine shape.
  • Such a “vibrating mirror” for beam deflection must be operated in its resonance frequency. Since this lies in the kHz range, multiple vibrations of the MEMS micromirror 20 are required in order to hit each position in a scan area (shown in FIG. 2), which among other things places higher demands on the quality of the mirror 20. It is therefore necessary to measure a signal response of a laser scanning device 12 for checking purposes.
  • Object detection device 10 also includes a system 32 for measuring a signal response.
  • This has a screen 34 in the form of a spherical cap 36, more precisely a hemisphere.
  • the image wall 34 is thus a curved image wall 34, which provides a scanning surface for the laser scanning device 16 on the inside 38 of the spherical cap 36, that is to say an area on which the laser scanning device 16 scans a scanning area 40.
  • the object detection device 10 is now positioned such that its laser scanning device 12 and receiving device 26 are arranged equally in the region of the center of the spherical cap 36. The laser light from the
  • Laser scanning device 12 swept scan area 40 corresponds to approximately 150 ° from one scan boundary 42 to the other scan boundary 42.
  • the shape of the screen 34 shown here is a preferred shape.
  • the screen 34 can have the shape of any surface section of an imaginary spherical surface if it only provides a sufficiently large scanning surface.
  • the radius R of the imaginary spherical surface or the spherical cap is preferably R> 1.6 m, in particular R> 2 m.
  • the system 32 for measuring the signal response also has a measurement and
  • Evaluation unit 44 for determining the signal response of the laser scanning device 12 from control signals of the laser scanning device 12 and signals at the receiving device 26.
  • laser light reflected on the reflection surface is now detected from the scanning area 40 of the scanning area scanned by the laser scanning device 12 by means of the receiving device 26, and the signal response of the laser scanning device is derived from control signals from the laser scanning device 12 and the signals at the receiving device 26 12 (distance and reflectivity value) determined.
  • a hemisphere ie a special shape of the spherical cap 36, is used in the example.
  • Object detection device 10 is placed in the center of the hemisphere.
  • the inside of the spherical cap 36 is coated with a homogeneous lacquer which is as weakly reflective as possible and which serves as a reflective layer.
  • the laser scanning device 12 sends one that is moving in a scanning movement
  • FIG. 2 shows that only one spherical segment is used and not the entire half shell / spherical cap 36.
  • a ball cap 36 with a diameter of 1 m can be used.
  • a ball cap 36 with a 4 m diameter is to be used. This is necessary because the laser scanning device 12 (as a transmitter) and the
  • Receiving device 14 (as a receiver) are installed in the object detection device 10 (as a sensor) at a distance. To simplify this, the
  • Object detection device 10 as sensor 10, the laser scanning device as transmitter 12 and the receiving device as receiver 14. So that at least 95% of the two measurement areas overlap, a distance of at least 1.6 m from the screen 34 as a reference object is necessary.
  • the diameter is 3.2 m.
  • a hemisphere with a diameter of 4 m is used to achieve almost 100% coverage.
  • the additional markings in the hemisphere are reference features. When the measurement is active, these have no or negligible influence on the sensor 10, but additionally allow the rotation error to be determined (LEDs,
  • the main advantage of this method is the complete measurement in one step and the measurement of a radially operating sensor 10 with the screen 34 shaped as a radial test object.
  • the parameters to be determined for the measurement are:

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Abstract

The invention relates to a system (32) for measuring a signal response from an object detection apparatus (10) having a laser scanning device (12) and a receiving device (26), in particular an object detection apparatus (10) for a vehicle, comprising a projection screen (34) which provides a scanning surface for the laser scanning device (12), wherein said projection screen (34) is in the form of a surface area portion of an imaginary spherical surface, in particular in the form of a curved surface area (36) of the spherical surface, and provides the scanning surface on the inner face (38) thereof. The invention further relates to a corresponding projection screen (34) for the system, to a corresponding method for measuring a signal response from an object detection apparatus (10), and to a corresponding computer program product for carrying out the method.

Description

System, Bildwand und Verfahren zum Messen einer Signalantwort einer Objekterfassungsvorrichtung mit Laserscaneinrichtung  System, screen and method for measuring a signal response of an object detection device with a laser scanning device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Messen einer Signalantwort einer eine Laserscaneinrichtung und eine Empfangseinrichtung aufweisenden Objekterfassungsvorrichtung, insbesondere einer The present invention relates to a system and a method for measuring a signal response of an object detection device having a laser scanning device and a receiving device, in particular one
Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer Bildwand, die eine Scanfläche für die Laserscaneinrichtung bereitstellt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Object detection device for a vehicle, with an image wall, which provides a scanning surface for the laser scanning device. The invention further relates to a
entsprechende Bildwand für das System und ein entsprechendes corresponding screen for the system and a corresponding one
Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens. Computer program product for performing the method.
Das Dokument DE 10 2015 100 910 A1 beschreibt eine solche Objekterfassungsvor richtung für Fahrzeuge, deren als Laserscaneinrichtung ausgestaltete Sendeeinrichtung eine Laserlichtquelle, einen MEMS-Mikrospiegel als Scaneinheit zum Erzeugen einer Scanbewegung des Laserlichts und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Laserlichtquelle und des MEMS-Mikrospiegels umfasst. Eine Empfangseinrichtung der Objekterfassungsvorrichtung weist eine Photodiode auf, mit der Licht empfangen wird, das im Wesentlichen dem von der Umgebung reflektierten oder zurückgestreuten Laserlichtstrahl entspricht. Document DE 10 2015 100 910 A1 describes such an object detection device for vehicles, the transmission device of which is designed as a laser scanning device comprises a laser light source, a MEMS micromirror as a scanning unit for generating a scanning movement of the laser light and a control device for controlling the laser light source and the MEMS micromirror. A receiving device of the object detection device has a photodiode with which light is received which essentially corresponds to the laser light beam reflected or backscattered from the surroundings.
Der Begriff Laserlicht soll im Rahmen dieser Anmeldung nicht auf sichtbares Laserlicht beschränkt sein, sondern synonym für elektromagnetische Strahlung stehen, die zumindest teilweise auf stimulierter Emission von Strahlung, also dem Effekt, der dem Laser-Verstärkungsprinzip zugrunde liegt, beruht. In the context of this application, the term laser light is not intended to be limited to visible laser light, but rather to be synonymous with electromagnetic radiation which is based at least in part on stimulated emission of radiation, that is to say the effect on which the laser amplification principle is based.
Zur Messung der Signalantwort (also einer entsprechenden Distanz und Reflektivität) der Laserscaneinrichtung einer Objekterfassungsvorrichtung wird bisher eine als „Referenzwand“ bezeichnete Wand verwendet. Dabei wird die Objekterfassungs vorrichtung mittig vor der ebenen Wand platziert. Der Sender„sendet“ Laserpulse auf die Wand und das Signal des an der Wand reflektierten Laserlichts wird gemessen. Um einen Scanbereich abzudecken, der einem Gesichtsfeld (Field-of-View) von 150° entspricht, benötigt man entweder eine sehr große Wand und dementsprechend viel Platz oder man unterteilt den Scanbereich und benötigt beispielsweise drei Messungen statt einer. Dies hat zur Folge, dass die Messung entsprechend länger dauert und durch die Unterteilung potentielle Fehlerquellen entstehen können (Stichwort: A wall referred to as the “reference wall” has hitherto been used to measure the signal response (ie a corresponding distance and reflectivity) of the laser scanning device of an object detection device. The object detection device is placed centrally in front of the flat wall. The transmitter "sends" laser pulses to the wall and the signal of the laser light reflected on the wall is measured. In order to cover a scan area that corresponds to a field of view of 150 °, you either need a very large wall and accordingly a lot of space, or you divide the scan area and, for example, need three measurements instead of one. As a result, the measurement takes longer and through accordingly the division of potential sources of error can arise (keyword:
Positionierungsfehler). Positioning error).
Die Druckschrift DE 10 2012 102 651 B3 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung und Kalibrierung eines Verkehrsüberwachungsgerätes (VUG) mit einem La serscanner und einer Kamera mittels einer Messtafel, die Linienmuster und eine wohl definierte Lage bezüglich des Verkehrsüberwachungsgerätes aufweist. Geprüft werden intrinsische Parameter des Laserscanners oder/und die Ausrichtung der Kamera zum Laserscanner. The publication DE 10 2012 102 651 B3 describes a device and a method for checking and calibrating a traffic monitoring device (VUG) with a laser scanner and a camera using a measuring board, which has line patterns and a well-defined position with respect to the traffic monitoring device. Intrinsic parameters of the laser scanner and / or the alignment of the camera to the laser scanner are checked.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, die den Platz- und/oder Zeitbedarf einer solchen Messung der Signalantwort reduzieren. Based on the above-mentioned prior art, the invention is therefore based on the object of specifying measures which reduce the space and / or time required for such a measurement of the signal response.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängi gen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben. The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäßen System zum Messen einer Signalantwort einer eine Laserscaneinrichtung und eine Empfangseinrichtung aufweisenden Objekterfassungs vorrichtung, insbesondere einer Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug, welches eine Bildwand aufweist, die eine Scanfläche für die Laserscaneinrichtung bereitstellt, ist vorgesehen, dass diese Bildwand in Form eines Flächenabschnitts einer gedachten Kugelfläche ausgestaltet ist und die Scanfläche auf ihrer Innenseite bereitstellt. Der Flächenabschnitt der Kugelfläche ist insbesondere eine Kugelkappe, beispielsweise eine Halbkugel. In the system according to the invention for measuring a signal response of an object detection device having a laser scanning device and a receiving device, in particular an object detection device for a vehicle, which has a screen which provides a scanning surface for the laser scanning device, it is provided that this screen in the form of a surface section of an imaginary one Spherical surface is designed and provides the scan surface on its inside. The surface section of the spherical surface is in particular a spherical cap, for example a hemisphere.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bildwand auf ihrer Innenseite eine Reflexionsschicht auf. Diese wird zum Beispiel von einer Lackschicht gebildet. Über die Reflexionsschicht wird sichergestellt, dass ein hinreichender Anteil des Laserlichts in Richtung der Objekterfassungsvorrichtung zurückreflektiert wird. According to a preferred embodiment of the invention, the screen has a reflection layer on its inside. This is formed, for example, by a layer of lacquer. The reflection layer ensures that a sufficient proportion of the laser light is reflected back in the direction of the object detection device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Innenseite der Bildwand, insbesondere im Scanbereich, Markierungen angeord net sind. Diese dienen als Referenz für eine Winkel- und/oder Positionsbestimmung. Mit Vorteil weist das System eine Mess- und Auswerteeinheit zum Ermitteln der Sig nalantwort der Laserscaneinrichtung aus Steuersignalen der Laserscaneinrichtung und Signalen an der Empfangseinrichtung auf. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that markings are arranged on the inside of the screen, in particular in the scanning area. These serve as a reference for an angle and / or position determination. The system advantageously has a measuring and evaluation unit for determining the signal response of the laser scanning device from control signals of the laser scanning device and signals at the receiving device.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die La serscaneinrichtung, die Empfangseinrichtung und die Bildwand in einer Messanordnung angeordnet, bei der die Laserscaneinrichtung und die Empfangseinrichtung im Bereich eines gedachten Mittelpunkts der gedachten Kugelfläche bzw. der Kugelkappe lokali siert sind. According to yet another preferred embodiment of the invention, the laser scanning device, the receiving device and the screen are arranged in a measuring arrangement in which the laser scanning device and the receiving device are localized in the region of an imaginary center of the imaginary spherical surface or the spherical cap.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Radius R der gedachten Kugelfläche bzw. der Kugelkappe R > 1.6 m, insbesondere R > 2 m gilt. Bei Objekterfassungsvorrichtungen für Fahrzeuge ist der Ab stand zwischen der als Sendeeinrichtung fungierenden Laserscaneinrichtung und der Empfangseinrichtung in der Regel recht ähnlich. Damit sich Sende- und Empfangsbe reich zu mindestens 95% überlagern, ist ein Abstand der Objekterfassungsvorrichtung zur Bildwand von mindestens 1.6 m notwendig. Um eine fast vollständige Übereinstim mung der beiden Bereich zu erlangen ist ein Abstand der Objekterfassungsvorrichtung zur Bildwand von mindestens 2 m notwendig. According to yet another preferred embodiment of the invention, R> 1.6 m, in particular R> 2 m, applies to a radius R of the imaginary spherical surface or the spherical cap. In the case of object detection devices for vehicles, the distance between the laser scanning device functioning as the transmitting device and the receiving device is generally quite similar. In order for the transmitting and receiving areas to overlap at least 95%, a distance of at least 1.6 m from the object detection device to the screen is necessary. In order to achieve an almost complete agreement between the two areas, a distance of the object detection device from the screen of at least 2 m is necessary.
Bei der Bildwand für ein System zum Messen einer Signalantwort einer Objekterfas sungsvorrichtung mit Laserscaneinrichtung und Empfangseinrichtung ist vorgesehen, dass diese Bildwand in Form eines Flächenabschnitts einer gedachten Kugelfläche, ins besondere in Form einer Kugelkappe, ausgestaltet ist und die Scanfläche auf ihrer In nenseite bereitstellt. Das System ist insbesondere ein vorstehend genanntes System zum Messen einer Signalantwort einer Objekterfassungsvorrichtung. In the screen for a system for measuring a signal response of an object detection device with a laser scanning device and receiving device, it is provided that this screen is designed in the form of a surface section of an imaginary spherical surface, in particular in the form of a spherical cap, and provides the scan surface on its inside. The system is in particular an aforementioned system for measuring a signal response of an object detection device.
Die zuvor im Zusammenhang mit dem System zum Messen einer Signalantwort einer Objekterfassungsvorrichtung mit Laserscaneinrichtung und Empfangseinrichtung ge nannten Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend auch als Ausgestal tungen der erfindungsgemäßen Bildwand für ein derartiges System.  The configurations of the invention mentioned above in connection with the system for measuring a signal response of an object detection device with a laser scanning device and receiving device result accordingly also as configurations of the screen according to the invention for such a system.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer Signalantwort einer eine La serscaneinrichtung und eine Empfangseinrichtung aufweisenden Objekterfassungsvor richtung ist vorgesehen, dass eine Bildwand in Form eines Flächenabschnitts einer Ku- gelfläche, insbesondere in Form einer Kugelkappe, auf ihrer Innenseite eine Scanfläche für die Laserscaneinrichtung bereitstellt und reflektiertes Laserlicht aus einem von der Laserscaneinrichtung abgescannten Scanbereich der Scanfläche mittels der Empfangs einrichtung erfasst wird. In the method according to the invention for measuring a signal response of an object detection device having a laser scanning device and a receiving device, it is provided that a screen in the form of a surface section of a plastic gel area, in particular in the form of a spherical cap, provides a scanning area for the laser scanning device on the inside and reflected laser light from a scanning area of the scanning area scanned by the laser scanning device is detected by means of the receiving device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass aus Steuersignalen der Laserscaneinrichtung und Signalen am Empfänger die Signalantwort der Laserscaneinrichtung ermittelt wird. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the signal response of the laser scanning device is determined from control signals of the laser scanning device and signals at the receiver.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens ist vorgesehen, dass auf der Innenseite der Bildwand, insbesondere im Scanbe reich, Markierungen angeordnet sind, wobei mittels der Empfangseinrichtung insbeson dere überprüft wird, ob die Laserscaneinrichtung beim Abscannen des Scanbereichs die dort vorhandene Markierungen in einer vorgegebenen Zeit trifft. According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that markings are arranged on the inside of the screen, in particular in the scan area, the receiver being used in particular to check whether the laser scanning device, when scanning the scan area, contains the markings there in a given time.
Bei dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt ist vorgesehen, dass dieses Programmteile umfasst, die in einem Prozessor einer computerbasierten Mess- und Auswerteeinheit geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet sind. In the computer program product according to the invention, it is provided that it comprises program parts which are loaded in a processor of a computer-based measurement and evaluation unit and are set up to carry out the aforementioned method.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings using a preferred embodiment.
Es zeigt It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Objekterfassungsvorrichtung mit einer Laserscaneinrichtung und Fig. 1 is a schematic representation of an object detection device with a laser scanning device and
Fig. 2 eine Darstellung eines Messaufbaus zum Messen einer Signalantwort der Fig. 2 is an illustration of a measurement setup for measuring a signal response of the
Objekterfassungsvorrichtung.  Object detection device.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Objekterfassungsvorrichtung 10 . Die Objekterfassungsvorrichtung 10 umfasst eine als Sendeeinrichtung (kurz: Sender) fungierende Laserscaneinrichtung 12 und eine Empfangseinrichtung 14 (kurz: 1 shows an embodiment of an object detection device 10. The object detection device 10 comprises a laser scanning device 12 functioning as a transmitting device (short: transmitter) and a receiving device 14 (short:
Empfänger). Die Laserscaneinrichtung 12 weist eine Laserlichtquelle 16 auf, mit der ein Receiver). The laser scanning device 12 has a laser light source 16 with which a
Laserlichtstrahl 18 erzeugt wird. Die Laserlichtquelle 16 ist ein Laser und sendet den erzeugten Laserlichtstrahl 18 auf eine als Mikrospiegel 20 ausgebildete Scaneinheit 22 zum Erzeugen einer Scanbewegung des Laserlichts. Hierzu ist die Laserlichtquelle 16 in einem vordefinierten Winkel zur Scaneinheit 22 angeordnet. Der Mikrospiegel 20 besteht gemäß der so genannten MEMS-Technologie aus kleinen Einzelelementen, welche jeweils eine spiegelnde Fläche aufweisen, und wird daher im Weiteren als MEMS-Mikrospiegel 20 bezeichnet. Laser light beam 18 is generated. The laser light source 16 is a laser and sends the generated laser light beam 18 to a scanning unit 22 designed as a micromirror 20 for generating a scanning movement of the laser light. For this purpose, the laser light source 16 is arranged at a predefined angle to the scanning unit 22. According to the so-called MEMS technology, the micromirror 20 consists of small individual elements, each of which has a reflecting surface, and is therefore referred to below as the MEMS micromirror 20.
Der MEMS-Mikrospiegel 20 ist so zu der Laserlichtquelle 16 angeordnet, dass der Laserlichtstrahl 18 direkt auf den MEMS-Mikrospiegel 20 trifft, wobei gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, ein oder mehrere Umlenkspiegel zwischen der Laserlichtquelle 16 und dem MEMS-Mikrospiegel 20 angeordnet sind, sodass der Laserlichtstrahl 18 auf den MEMS-Mikrospiegel 20 über die Umlenkspiegel gelenkt wird. The MEMS micromirror 20 is arranged in relation to the laser light source 16 such that the laser light beam 18 strikes the MEMS micromirror 20 directly, whereby according to further exemplary embodiments, one or more deflecting mirrors are arranged between the laser light source 16 and the MEMS micromirror 20, so that the Laser light beam 18 is directed onto the MEMS micromirror 20 via the deflecting mirror.
Der MEMS-Mikrospiegel 20 ist um eine erste zur Zeichnungsebene parallele Achse und gegebenenfalls auch um eine zweite Achse, die senkrecht zur Zeichnungsebene liegt, bewegbar. Der Laserlichtstrahl 18 wird durch den MEMS-Mikrospiegel 20 demnach in zumindest eine Richtung der Umgebung abgelenkt. Diese Richtung kann auch als Abtastwinkel bezeichnet werden. The MEMS micromirror 20 can be moved about a first axis parallel to the plane of the drawing and optionally also about a second axis which is perpendicular to the plane of the drawing. The laser light beam 18 is therefore deflected in at least one direction of the surroundings by the MEMS micromirror 20. This direction can also be referred to as the scanning angle.
Zur Bewegung des MEMS-Mikrospiegels 20 dient eine Steuereinrichtung 24. Die Steuereinrichtung 22 steuert den MEMS-Mikrospiegel 20 so, dass dieser zumindest in einer Richtung schwenkbar ist (Doppelpfeil). A control device 24 is used to move the MEMS micromirror 20. The control device 22 controls the MEMS micromirror 20 such that it can be pivoted at least in one direction (double arrow).
Die Laserlichtquelle 16 umfasst im Beispiel eine oder mehrere Laserdioden. Die Laserlichtquelle 16 ist mit der Steuereinrichtung 24 so verbunden, dass die In the example, the laser light source 16 comprises one or more laser diodes. The laser light source 16 is connected to the control device 24 so that the
Laserlichtquelle 16 mittels der Steuereinrichtung 24 gesteuert wird und durch die Ansteuerung ein gepulster Laserlichtstrahl 18 als Sendelichtstrahl mit einer Frequenz, z.B. 100 kHz ausgesendet wird. Die Steuereinrichtung 24 kann die Laserlichtquelle 16 auch abschalten. Laser light source 16 is controlled by means of the control device 24 and by driving a pulsed laser light beam 18 as a transmitted light beam with a frequency, e.g. 100 kHz is transmitted. The control device 24 can also switch off the laser light source 16.
Die Empfangseinrichtung 14 weist eine Diode 26 auf, die hier eine Photodiode ist. Mit der Diode 26 wird Licht 28 empfangen, das dem von der Umgebung reflektierten oder zurück gestreuten Laserlichtstrahl 18 entspricht. Das empfangene Licht 28, wird mit der Diode 26 und deren Beschaltung in ein elektrisches Signal gewandelt. Das elektrische Signal wird dann einer Auswerteeinrichtung 30 der Objekterfassungsvorrichtung 10 zugeführt. The receiving device 14 has a diode 26, which is a photodiode here. With the diode 26 light 28 is received, which is reflected from the environment or backscattered laser light beam 18 corresponds. The received light 28 is converted into an electrical signal with the diode 26 and its wiring. The electrical signal is then fed to an evaluation device 30 of the object detection device 10.
Die Objekterfassungsvorrichtung 10 misst die Entfernungen zu erfassten Objekten über eine Flugzeitmessung, also eine Messung nach dem ToF-Prinzip (ToF: Time of Flight), Dabei wird das gepulste Laserlicht der Laserlichtquelle 16 über die Scaneinheit 22 abgelenkt. Ist diese Scaneinheit 22 ein MEMS-Mikrospiegel 20, so schwingt dieser, in der Regel mit einer Eigenfrequenz von mehreren kHz, nahezu kosinusförmig. Ein derartiger„Schwingspiegel“ zur Strahlablenkung muss in seiner Resonanzfrequenz betrieben werden. Da diese im kHz Bereich liegt, sind mehre Schwingungen des MEMS-Mikrospiegels 20 benötigt um jede Position in einem (in Fig. 2 gezeigten) Scanbereich zu treffen was unter anderem höhere Anforderungen an die Güte des Spiegels 20 stellt. Daher ist ein Messen einer Signalantwort einer Laserscaneinrichtung 12 zur Kontrolle geboten. The object detection device 10 measures the distances to detected objects via a time of flight measurement, ie a measurement according to the ToF principle (ToF: Time of Flight). The pulsed laser light from the laser light source 16 is deflected by the scanning unit 22. If this scanning unit 22 is a MEMS micromirror 20, then this oscillates, generally with a natural frequency of several kHz, in an almost cosine shape. Such a “vibrating mirror” for beam deflection must be operated in its resonance frequency. Since this lies in the kHz range, multiple vibrations of the MEMS micromirror 20 are required in order to hit each position in a scan area (shown in FIG. 2), which among other things places higher demands on the quality of the mirror 20. It is therefore necessary to measure a signal response of a laser scanning device 12 for checking purposes.
Die Fig. 2 zeigt den Messaufbau zum Messen einer Signalantwort der 2 shows the measurement setup for measuring a signal response of the
Objekterfassungsvorrichtung 10. Dieser Messaufbau umfasst neben der Object detection device 10. In addition to the
Objekterfassungsvorrichtung 10 auch ein System 32 zum Messen einer Signalantwort. Dieses weist eine Bildwand 34 in Form einer Kugelkappe 36, genauer gesagt einer Halbkugel auf. Die Bildwand 34 ist also eine gekrümmte Bildwand 34, die auf der Innenseite 38 der Kugelkappe 36 eine Scanfläche für die Laserscaneinrichtung 16, also eine Fläche, auf der die Laserscaneinrichtung 16 einen Scanbereich 40 abscannt, bereitstellt. Die Objekterfassungsvorrichtung 10 ist nun so positioniert, dass deren Laserscaneinrichtung 12 und Empfangseinrichtung 26 gleichermaßen im Bereich des Mittelpunkts der Kugelkappe 36 angeordnet sind. Der vom Laserlicht der Object detection device 10 also includes a system 32 for measuring a signal response. This has a screen 34 in the form of a spherical cap 36, more precisely a hemisphere. The image wall 34 is thus a curved image wall 34, which provides a scanning surface for the laser scanning device 16 on the inside 38 of the spherical cap 36, that is to say an area on which the laser scanning device 16 scans a scanning area 40. The object detection device 10 is now positioned such that its laser scanning device 12 and receiving device 26 are arranged equally in the region of the center of the spherical cap 36. The laser light from the
Laserscaneinrichtung 12 überstrichene Scanbereich 40 entspricht etwa 150° von einer Scangrenze 42 zur anderen Scangrenze 42. Laser scanning device 12 swept scan area 40 corresponds to approximately 150 ° from one scan boundary 42 to the other scan boundary 42.
Die hier gezeigte Form der Bildwand 34 ist eine bevorzugte Form. Ganz allgemein kann die Bildwand 34 die Form eines jeden Flächenabschnitts einer gedachten Kugelfläche haben, wenn sie nur eine hinreichend große Scanfläche zur Verfügung stellt. Bevorzugt gilt für den Radius R der gedachten Kugelfläche bzw. der Kugelkappe R > 1 .6 m, insbesondere R > 2 m. Das System 32 zum Messen der Signalantwort weist weiterhin eine Mess- und The shape of the screen 34 shown here is a preferred shape. In general, the screen 34 can have the shape of any surface section of an imaginary spherical surface if it only provides a sufficiently large scanning surface. The radius R of the imaginary spherical surface or the spherical cap is preferably R> 1.6 m, in particular R> 2 m. The system 32 for measuring the signal response also has a measurement and
Auswerteeinheit 44 zum Ermitteln der Signalantwort der Laserscaneinrichtung 12 aus Steuersignalen der Laserscaneinrichtung 12 und Signalen an der Empfangseinrichtung 26 auf. Evaluation unit 44 for determining the signal response of the laser scanning device 12 from control signals of the laser scanning device 12 and signals at the receiving device 26.
Zum Messen der Signalantwort der Objekterfassungsvorrichtung 10 wird nun an der Re flexionsfläche reflektiertes Laserlicht aus dem von der Laserscaneinrichtung 12 abge scannten Scanbereich 40 der Scanfläche mittels der Empfangseinrichtung 26 erfasst und aus Steuersignalen der Laserscaneinrichtung 12 und den Signalen an der Emp fangseinrichtung 26 die Signalantwort der Laserscaneinrichtung 12 (Distanz- und Re- flektivitätswert) ermittelt. To measure the signal response of the object detection device 10, laser light reflected on the reflection surface is now detected from the scanning area 40 of the scanning area scanned by the laser scanning device 12 by means of the receiving device 26, and the signal response of the laser scanning device is derived from control signals from the laser scanning device 12 and the signals at the receiving device 26 12 (distance and reflectivity value) determined.
Im Folgenden sollen nun weitere Aspekte der Erfindung im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 gezeigten Messsystem 32 noch einmal mit anderen Worten diskutiert werden: In the following, further aspects of the invention will now be discussed again in other words in connection with the measuring system 32 shown in FIG. 2:
Um das gesamte Gesichtsfeld (Field-of-View) abzudecken wird im Beispiel eine Halbkugel, also eine Sonderform der Kugelkappe 36, verwendet. Die To cover the entire field of view (field-of-view), a hemisphere, ie a special shape of the spherical cap 36, is used in the example. The
Objekterfassungsvorrichtung 10 wird im Mittelpunkt der Halbkugel platziert. Die Object detection device 10 is placed in the center of the hemisphere. The
Innenseite der Kugelkappe 36 wird mit einem homogenen, möglichst schwach reflektierenden Lack beschichtet, der als Reflexionsschicht dient. Zur Messung sendet die Laserscaneinrichtung 12 einen sich in einer Scanbewegung bewegenden The inside of the spherical cap 36 is coated with a homogeneous lacquer which is as weakly reflective as possible and which serves as a reflective layer. For the measurement, the laser scanning device 12 sends one that is moving in a scanning movement
Laserlichtstrahl 18 und bildet so das gesamte Gesichtsfeld (Field-of-View) auf der Innenseite 38 der Kugelkappen-förmigen Bildwand 34 ab. Die Fig. 2 zeigt, dass dabei nur ein Kugelsegment verwendet wird und nicht die gesamte Halbschale/Kugelkappe 36. Laser light beam 18 and thus images the entire field of view (field of view) on the inside 38 of the spherical cap-shaped screen 34. FIG. 2 shows that only one spherical segment is used and not the entire half shell / spherical cap 36.
Prinzipiell kann eine Kugelkappe 36 mit Durchmesser 1 m verwendet werden. Im späteren Verlauf soll eine Kugelkappe 36 mit 4m Durchmesser verwendet werden. Dies ist notwendig, da die Laserscaneinrichtung 12 (als Sender) und die In principle, a ball cap 36 with a diameter of 1 m can be used. In the later course, a ball cap 36 with a 4 m diameter is to be used. This is necessary because the laser scanning device 12 (as a transmitter) and the
Empfangseinrichtung 14 (als Empfänger) in der Objekterfassungsvorrichtung 10 (als Sensor) mit Abstand verbaut sind. Zur Vereinfachung wird im Folgenden die Receiving device 14 (as a receiver) are installed in the object detection device 10 (as a sensor) at a distance. To simplify this, the
Objekterfassungsvorrichtung 10 als Sensor 10, die Laserscaneinrichtung als Sender 12 und die Empfangseinrichtung als Empfänger 14 bezeichnet. Damit sich beide Messbereiche mindestens 95% überlagern ist ein Abstand zur Bildwand 34 als Referenzobjekt von mindestens 1 .6 m notwendig. Es ergibt sich ein Durchmesser von 3.2 m. Um eine fast 100% Abdeckung zu erlangen wird ein Halbkugel mit 4 m Durchmesser verwendet. Object detection device 10 as sensor 10, the laser scanning device as transmitter 12 and the receiving device as receiver 14. So that at least 95% of the two measurement areas overlap, a distance of at least 1.6 m from the screen 34 as a reference object is necessary. The diameter is 3.2 m. A hemisphere with a diameter of 4 m is used to achieve almost 100% coverage.
Die zusätzlichen Markierungen in der Halbkugel sind Referenzmerkmale. Diese haben bei aktiver Messung keinen oder einen zu vernachlässigenden Einfluss auf den Sensor 10, erlauben jedoch zusätzliche die Bestimmung des Rotationsfehlers (LEDs, The additional markings in the hemisphere are reference features. When the measurement is active, these have no or negligible influence on the sensor 10, but additionally allow the rotation error to be determined (LEDs,
Retroreflektor). Retroreflector).
Wesentlicher Vorteil dieser Methode ist die vollständige Messung in einem Schritt und das Messen eines radial arbeitenden Sensors 10 mit der als radiales Testobjekt geformten Bildwand 34. The main advantage of this method is the complete measurement in one step and the measurement of a radially operating sensor 10 with the screen 34 shaped as a radial test object.
Als Referenzpunkte für das Alignement von zwei oder mehr Sensoren 10 As reference points for the alignment of two or more sensors 10
unterschiedlichen Typs sind LEDs in der Halbkugel angebracht. Different types of LEDs are attached in the hemisphere.
Die zu bestimmenden Parameter für die Messung sind: The parameters to be determined for the measurement are:
1. Lage und Ausrichtung des Sensors 10 zu Kugelmittelpunkt und Achsen 1. Position and orientation of the sensor 10 to the center of the sphere and axes
2. Homogene Intensitätscharakteristik des Sensors 10 (Intensitätsrauschen)  2. Homogeneous intensity characteristic of sensor 10 (intensity noise)
3. Homogene Reichweiten-Charakteristik des Sensors 10 (Distanzrauschen)  3. Homogeneous range characteristic of sensor 10 (distance noise)
4. Alignement von Sender 12 zu Empfänger 14 (Retroreflektoren)  4. Alignment from transmitter 12 to receiver 14 (retroreflectors)
Für das Alignement von Sensoren in einem„Cocooning Array“: For the alignment of sensors in a "cocooning array":
5. Positionierung des Fahrzeugs auf eine zentrale Drehachse. Rotation um Drehachse.5. Position the vehicle on a central axis of rotation. Rotation around the axis of rotation.
6. Positionierung des Fahrzeugs in einer geschlossenen Kugel. (Öffnende/Schließender Zugangsbereich). Bezugszeichenliste 6. Position the vehicle in a closed sphere. (Opening / closing access area). Reference list
Objekterfassungsvorrichtung 10Object detection device 10
Laserscaneinrichtung 12Laser scanning device 12
Empfangseinrichtung 14Receiving device 14
Laserlichtquelle 16Laser light source 16
Laserlichtstrahl 18Laser light beam 18
MEMS-Mikrospiegel 20MEMS micromirror 20
Scaneinheit 22Scan unit 22
Steuereinrichtung 24Control device 24
Diode 26Diode 26
Licht 28Light 28
Auswerteeinrichtung (Objekterfassungsvorrichtung) 30Evaluation device (object detection device) 30
System 32System 32
Bildwand 34Screen 34
Kugelkappe 36Ball cap 36
Innenseite 38Inside 38
Scanbereich 40Scan area 40
Scangrenze 42Scan limit 42
Mess- und Auswerteeinheit (System) 44Measuring and evaluation unit (system) 44
Markierung 46Mark 46
Radius R Radius R

Claims

Patentansprüche Claims
1. System (32) zum Messen einer Signalantwort einer eine Laserscaneinrichtung (12) und eine Empfangseinrichtung (26) aufweisenden Objekterfassungs vorrichtung (10), insbesondere einer Objekterfassungsvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, mit einer Bildwand (34), die eine Scanfläche für die 1. System (32) for measuring a signal response of a laser scanning device (12) and a receiving device (26) having an object detection device (10), in particular an object detection device (10) for a vehicle, with a screen (34) having a scanning area for the
Laserscaneinrichtung (12) bereitstellt, wobei diese Bildwand (34) in Form eines Flächenabschnitts einer gedachten Kugelfläche, insbesondere in Form einer Kugelkappe (36), ausgestaltet ist und die Scanfläche auf ihrer Innenseite (38) bereitstellt.  Provides laser scanning device (12), this screen (34) being designed in the form of a surface section of an imaginary spherical surface, in particular in the form of a spherical cap (36), and providing the scanning surface on its inside (38).
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand (34) auf ihrer Innenseite (38) eine Reflexionsschicht aufweist. 2. System according to claim 1, characterized in that the screen (34) on its inside (38) has a reflective layer.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that on the
Innenseite (38) der Bildwand (34), insbesondere im Scanbereich (40),  Inside (38) of the screen (34), in particular in the scanning area (40),
Markierungen (46) angeordnet sind.  Markings (46) are arranged.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Mess- und Auswerteeinheit (44) zum Ermitteln der Signalantwort der Laserscaneinrichtung (12) aus Signalen der Laserscaneinrichtung (12) und Signalen an der 4. System according to one of claims 1 to 3, characterized by a measuring and evaluation unit (44) for determining the signal response of the laser scanning device (12) from signals from the laser scanning device (12) and signals at the
Empfangseinrichtung (26).  Receiving device (26).
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserscaneinrichtung (12), die Empfangseinrichtung (26) und die Bildwand (34) in einer Messanordnung angeordnet sind, bei der die Laserscaneinrichtung (12) und die Empfangseinrichtung (26) im Bereich eines Mittelpunkts der gedachten Kugelfläche angeordnet sind. 5. System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the laser scanning device (12), the receiving device (26) and the screen (34) are arranged in a measuring arrangement in which the laser scanning device (12) and the receiving device (26 ) are arranged in the area of a center of the imaginary spherical surface.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Radius R der gedachten Kugelfläche R > 1.6 m, insbesondere R > 2 m gilt. 6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that for a radius R of the imaginary spherical surface R> 1.6 m, in particular R> 2 m applies.
7. Bildwand (34) für ein System (32) zum Messen einer Signalantwort einer eine Laserscaneinrichtung (12) und eine Empfangseinrichtung (26) aufweisenden Objekterfassungsvorrichtung (10), wobei diese Bildwand (34) in Form eines Flächenabschnitts einer gedachten Kugelfläche, insbesondere in Form einer Kugelkappe (36), ausgestaltet ist und die Scanfläche auf ihrer Innenseite (38) bereitstellt. 7. Screen (34) for a system (32) for measuring a signal response of a laser scanning device (12) and a receiving device (26) having an object detection device (10), said screen (34) in the form of a surface section of an imaginary spherical surface, in particular in Shape of a spherical cap (36), is configured and provides the scanning surface on its inside (38).
8. Verfahren zum Messen einer Signalantwort einer eine Laserscaneinrichtung (12) und eine Empfangseinrichtung (26) aufweisenden Objekterfassungsvorrichtung (10), insbesondere einer Objekterfassungsvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, wobei eine Bildwand (34) in Form eines Flächenabschnitts einer Kugelfläche, insbesondere in Form einer Kugelkappe (36), auf ihrer Innenseite (38) eine Scanfläche für die Laserscaneinrichtung (12) bereitstellt und reflektiertes Laserlicht aus einem von der Laserscaneinrichtung (12) abgescannten 8. Method for measuring a signal response of an object detection device (10) having a laser scanning device (12) and a receiving device (26), in particular an object detection device (10) for a vehicle, wherein a screen (34) in the form of a surface section of a spherical surface, in particular in Form of a spherical cap (36), on its inside (38) provides a scanning surface for the laser scanning device (12) and reflected laser light from a scanned by the laser scanning device (12)
Scanbereich (40) der Scanfläche mittels der Empfangseinrichtung (26) erfasst wird.  Scanning area (40) of the scanning area is recorded by means of the receiving device (26).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus Signalen der Laserscaneinrichtung (12) und Signalen an der Empfangseinrichtung (26) die Signalantwort der Laserscaneinrichtung (12) ermittelt wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the signal response of the laser scanning device (12) is determined from signals from the laser scanning device (12) and signals at the receiving device (26).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that on the
Innenseite (38) der Bildwand (34), insbesondere im Scanbereich (40),  Inside (38) of the screen (34), in particular in the scanning area (40),
Markierungen (46) angeordnet sind, wobei mittels der Empfangseinrichtung (26) insbesondere überprüft wird, ob die Laserscaneinrichtung (12) beim Abscannen des Scanbereichs (40) die dort vorhandene Markierungen (46) in einer vorgegebenen Zeit trifft.  Markings (46) are arranged, the receiving device (26) in particular checking whether the laser scanning device (12) hits the markings (46) present there in a predetermined time when the scanning area (40) is scanned.
1 1. Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, die in einem Prozessor einer computerbasierten Mess- und Auswerteeinheit (44) geladen zur 1 1. Computer program product comprising program parts which are loaded into a processor of a computer-based measuring and evaluation unit (44)
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 eingerichtet sind.  Implementation of the method according to one of claims 8 to 10 are set up.
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