WO2021000979A1 - Lidar-prüfvorrichtung und -verfahren - Google Patents

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WO2021000979A1
WO2021000979A1 PCT/DE2020/000032 DE2020000032W WO2021000979A1 WO 2021000979 A1 WO2021000979 A1 WO 2021000979A1 DE 2020000032 W DE2020000032 W DE 2020000032W WO 2021000979 A1 WO2021000979 A1 WO 2021000979A1
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WO
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optical
measuring device
screen
signal
designed
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PCT/DE2020/000032
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English (en)
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Inventor
Jörg Hoffmann
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Hoffmann Joerg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/74—Systems using reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. IFF, i.e. identification of friend or foe

Definitions

  • the present invention relates to a test device for testing an optical measuring device which has a field of view and is designed to emit optical signals and to receive response signals, in particular a LIDAR measuring device for military missiles and autonomous vehicles.
  • the present invention further relates to a method for testing an optical measuring device which has a field of view and is designed to emit optical signals and to receive response signals.
  • LIDAR measuring devices are generally known.
  • LIDAR light detection and ranging
  • LIDAR is a method for optical distance and speed measurement. Instead of radio waves as in radar, light beams, in particular laser beams, are used. While LIDAR has been used for a long time to measure a variety of atmospheric parameters, such as pressure, temperature, chemical composition, etc., there has been increased interest in military defense technology as well as in vehicle-related LIDAR systems for several years.
  • LI DAR systems are used in vehicles for adaptive cruise control and for automatic emergency braking functions (Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28th edition, pages 1356-1358). Furthermore, a rapidly increasing number of LIDAR systems are used for highly automated driving functions, as they are necessary in autonomous driving. LIDAR systems can be designed as Flash LIDAR, with a single, very strong pulse being sent on the transmitting side. Other LIDAR systems use a more beam structure (multibeam LIDAR). Finally, there are also LIDAR systems that are mechanically scanned (scan LIDAR).
  • LIDAR systems are set up for ranges of frequently more than 100 m, typically 150 to 250 m, the test is not easy to implement, especially with regard to the angular resolution, since very large test arrangements are necessary.
  • an optical pulse is emitted for this purpose and the light reflected at the corresponding distances by certain objects is received. The distance is calculated using the speed of light from the temporal position of the received pulse in relation to the transmitted pulse.
  • amplitude-modulated light signals can be sent and, for example, correlated with reflected light in the detector (indirect transit time method).
  • Document DE 10 2009 047 303 A1 discloses a device for calibrating a LIDAR sensor, with a reflector module with reflector elements arranged in a matrix-like manner and with a diaphragm mask which is arranged in the beam path between the LIDAR sensor and the reflector module in front of the reflector module.
  • This calibration device is only suitable for the x, y position calibration of the sensor and for measuring the luminous intensity of the light output emitted by the sensor.
  • a test device for testing an optical measuring device that has a field of view and is designed to emit optical signals and receive response signals, in particular a LIDAR measuring device for vehicle applications , with a screen which is arranged in the field of view of a measuring device to be tested, wherein a matrix of transceiver Paa Ren is arranged in a surface of the screen, each having an optical receiving element and an optical transmitting element, the optical receiving elements in each case are designed to receive an optical signal at their respective matrix position, and wherein the optical transmission elements are each designed to emit an optical response signal from their respective matrix position, and with a control device connected to the optical reception elements and the optical transmission elements nten is connected, wherein the control device is designed to control the associated optical transmission element when an optical signal is received at at least one optical receiving element in order to emit an optical response signal.
  • the test device consequently includes a screen which has a matrix of transceiver pairs.
  • optical signals emitted by the measuring device for example a LIDAR measuring device, can be received and optical response signals dependent thereon can be emitted, which in turn are received by the optical measuring device.
  • the response signals can be signals which vary in amplitude.
  • an angular resolution of the measuring device can be checked via the matrix of transceiver pairs.
  • the arrangement of transceiver pairs and their resolution on the screen are usually implemented depending on the specification of the measuring device to be tested.
  • the matrix can be a complete matrix, but it can also be an incomplete matrix. In the latter case, more transceiver pairs can be arranged in a central area and in corner areas than in areas in between. In the areas in between, no transceiver pairs may be arranged at all.
  • the test device is able to simulate different types of objects, for example as a function of signal strengths. Furthermore, as I said, the angular resolution can be checked.
  • At least a certain distance to an object can also be simulated, which depends on how long the time is between the reception of the optical signal from the measuring device and the transmission of the optical response signal.
  • the test device can be made compact and consequently inexpensive and is particularly suitable for use in the production of optical measuring devices, for example in the area of final inspection.
  • the test device can be used for sequential measurements of signals and parameters with subsequent simulation.
  • the optical signals that are emitted by the measuring device can be of different types.
  • the LIDAR can be a flash LIDAR, a scan LIDAR or a multibeam LIDAR. As a rule, the number and resolution of the transceiver pairs in the matrix must be adapted for this.
  • the test device is preferably set up as follows:
  • the optical measuring device to be tested is arranged in front of the screen and is contacted with a control computer that is able to carry out previously stored test sequences, in which the optical measuring device is controlled accordingly.
  • the control computer is able to evaluate response signals as they are detected by the optical measuring device and, if necessary, to store them.
  • the control computer is preferably connected to the control device of the test device.
  • the control device can preferably convert and process the detected optical signals into electrical signals, specifically for forwarding to the control computer.
  • the test signals that are fed into the optical measuring device can then be stored together with the received signals and possibly correlated in order to check and / or log the functionality of the optical measuring device.
  • the protocol function in which the control computer logs and securely stores the tests carried out, is important for safety-relevant devices such as LIDAR measuring devices when used in motor vehicles.
  • the control device has at least one adjustable delay element, which is assigned to a transceiver pair and which is connected between the optical receiving element and the optical transmitting element of this transceiver pair, the control device being configured so that after receiving an optical signal the associated optical transmission element is controlled with a time delay on the optical receiving element in order to simulate a distance of the screen from the measuring device which is greater than the actual distance of the measuring device from the screen.
  • the present test device can in many cases be set up with dimensions of less than 1 m in depth, height and width.
  • the delay element is able, for example, to set the time delay between the reception of the optical signal and the transmission of the optical response signal in a range from picoseconds to nanoseconds. This allows pulse transit times and thus distances to be simulated in the usual areas.
  • control device is designed to detect a received signal strength of a received signal of the optical reception element and to control the associated optical transmission element so that it emits an optical response signal with a transmission signal strength that is a function of the reception Signal strength is.
  • a transmission power of the optical measuring device for example an amplitude of a LIDAR pulse
  • different amplitudes of the optical signal of the measuring device can also be set in order to be able to check the functional spectrum with regard to the transmit and receive power.
  • control device has a micro-controller which is designed to detect and store the received signal strength of a received signal of the optical receiving element.
  • the storage can also include the forwarding of the received signal to a control computer that is connected to the control device.
  • the control device is preferably formed on a printed circuit board which is arranged parallel to the screen.
  • the circuit board is preferably arranged on a side of the screen facing away from the optical measuring device to be tested. Due to the parallel alignment, delay elements can be implemented, for example, using programmable logics (PLL) can be arranged spatially close to the respectively assigned transceiver pairs. This way, uniform transit times can be guaranteed.
  • PLL programmable logics
  • the screen is designed as a large screen, for example the size of a cinema screen, so that a vehicle with a LIDAR measuring system already installed on it is driven in front of the screen (for example as part of a vehicle final inspection) .
  • the screen of the test device according to the invention can consequently be net angeord outdoors, it is preferred if the screen is fixed with the matrix of transceiver pairs in an interior of a housing, wherein a measuring device receptacle is also formed in the interior to a to be tested measuring device in the housing and to position in relation to the screen.
  • the housing can be a large space in which the screen is arranged and in which, for example, a vehicle with an already installed LIDAR system can be driven.
  • the housing is a compact housing with dimensions from less than 1 m in all directions.
  • the test device is preferably designed exclusively for testing the optical measuring device after its production, that is, before the test device is installed in a vehicle or another application.
  • the housing is preferably designed so that it can be closed for testing a measuring device.
  • the housing is designed so that it can be opened to accommodate a measuring device and then closed again, so that the measuring device is preferably surrounded on all sides by the housing.
  • the space between the optical The measuring device and the screen are sealed against the environment (in the infrared wavelength range of the LI DAR system).
  • an inner side of the housing has a coating with a low reflection coefficient to suppress scattered radiation, at least in an area adjacent to the screen.
  • the surface of the screen has a coating with a low reflection coefficient.
  • a low reflection coefficient is preferably understood to mean that more than 50% of the light in the wavelength range of the optical signals (e.g. infrared) is absorbed by the coating, i.e. less than 50% of the optical signals incident thereon are reflected. This factor is preferably less than 25%, in particular less than 10%.
  • the coating can also have a certain roughness in order to reflect diffusely.
  • the present invention also relates to a method according to claim 10 for testing an optical measuring device which has a field of view and is designed to emit optical signals and receive response signals, in particular a LIDAR measuring device for vehicle applications, with the steps of arranging a test the measuring device in front of a screen, so that the screen is arranged in the field of view of the measuring device to be tested, a matrix of transceiver pairs being arranged in one surface of the screen, each having an optical receiving element and an optical transmission element, wherein the optical reception elements are each designed to receive an optical signal at their respective matrix position, and wherein the optical transmission elements are each designed to emit an optical response signal from their respective matrix position; Controlling the measuring device so that it emits an optical signal in the direction of the screen; and receiving the optical signal at at least one optical receiving element and detecting the signal strength of the optical signal.
  • an associated test device can be designed in such a way that it has a matrix with only optical receiving elements.
  • the test device is preferably designed as a test device according to the invention with a matrix of transceiver pairs.
  • the associated optical transmission element in response to the reception of an optical signal at the at least one optical receiving element, is activated in order to emit an optical response signal, and the optical response signal emitted by the optical transmission element from the measuring device is received and processed.
  • the optical response signal is delayed in time compared to the reception of the optical signal in order to simulate a distance of the screen from the measuring device which is greater than the actual distance of the measuring device from the screen.
  • Figure 1 is a schematic representation of a test device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a plan view of a screen of the test device of FIG. 1 according to the view II-II of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a control device of the test device of FIG. 1;
  • FIG. 4 timing diagrams of optical and electrical signals in the control device of FIG. 3.
  • a test device is shown in schematic form and generally designated 10 be.
  • the test device 10 is used to test an optical measuring device 12, which can be a LIDAR measuring device, for example, which has a field of view 14 and is designed to emit optical signals and to receive optical response signals.
  • an optical measuring device 12 which can be a LIDAR measuring device, for example, which has a field of view 14 and is designed to emit optical signals and to receive optical response signals.
  • FIG. 1 such an optical measuring device 12 with a vertical Magnoliafeldwin angle 15 is shown.
  • the optical measuring device 12 has a front side on which the optical signals are emitted and received. On a rear side, the optical measuring device 12 has a contact arrangement 16 via which the optical measuring device 12 can be controlled.
  • the test device 10 is used to test an optical measuring device for functionality after its manufacture (hardware tests).
  • the test device can have a Realize function tests of such optical measuring devices or optical sensors in production.
  • the test device 10 serves to absorb or receive and measure optical signals sent by the optical measuring device 12 and to delay them in a targeted manner, with optical response signals being sent back with a time delay and possibly with varying amplitude.
  • the test depth can be increased through special functions and synchronization in the sensor firmware.
  • the test device 10 has a housing 20 with a base plate 22, which is mounted or arranged on a base 24, for example.
  • a measuring device receptacle 26 is formed on the base plate 22, on which an optical measuring device 12, which is to be checked, can be arranged.
  • the housing 20 has a hood 28 which can be removed from the base plate 22 to accommodate a measuring device 12 in the housing 20, and which can then be closed again to close off an interior 29 light-tight from the environment.
  • the test device 10 has a screen 30 which is arranged in the interior 29.
  • the screen 30 is fixedly mounted on the base plate 22, preferably aligned vertically, in such a way that a surface 31 of the screen points towards the optical measuring device 12.
  • the optical measuring device 12 is received in the measuring device receptacle 26 in such a way that a distance 32 is established between the measuring device 12 and the surface 31 of the screen 30.
  • the distance 32 can, for example, be in a range from 5 cm to 200 cm, but is preferably in a range from 10 cm to 80 cm.
  • an inner wall of the housing (the hood 28) is formed with a low-reflection coating 34.
  • the surface 31 of the screen 30 is also preferably provided with a low-reflection coating.
  • the screen 30 has a height 36 and a width 38.
  • the height 36 of the screen is preferably less than 100 cm, in particular less than 50 cm.
  • the width 38 is preferably less than 120 cm, preferably less than 60 cm.
  • a matrix 40 of transceiver pairs 46 is formed, each of which contains an optical receiving element 42 and an optical transmitting element 44.
  • the number of transceiver pairs per unit area (the resolution) is variable and is usually selected for a specific type of optical measuring device 12. In other words, each screen 30 is preferably matched to a specific type of optical measuring device 12.
  • optical receiving elements 42 and optical transmitting elements 44 of each transceiver pair 46 are preferably arranged in close spatial proximity to one another, as is also shown in FIG.
  • the matrix 40 can be a complete matrix. In many cases, however, it is sufficient to carry out a functional test if the matrix is formed as an incomplete matrix which has transceiver pairs 46 in corner areas, for example, and also in edge areas and in a central area.
  • the matrix 40 can also be formed without transceiver pairs 46 in regions lying in between. This can be seen in FIG. 2 in that the transceiver pairs actually present are shown in bold lines, whereas the transceiver pairs 46 of the matrix which are not present are shown in thin lines.
  • the ratio of the The number of transceiver pairs for the number of matrix positions is preferably in a range from 1/20 to 1/4.
  • the test device 10 has a control device 50 which is connected to the transceiver pairs 46.
  • the control device 50 is preferably formed on a circuit board 51 which is arranged parallel to the screen 30.
  • the control device 50 is, as shown at A, connected to a control computer 52 which is arranged outside the housing 20.
  • the control computer 52 is connected to the contact arrangement 16 of the optical measuring device 12 and can consequently control the optical measuring device 12 to emit optical signals (such as a LIDAR pulse) and to receive and process response signals.
  • control computer 52 can communicate with the control device 50.
  • the control device 50 can, for example, forward electrical received signals that the optical receiving elements generate when an optical signal is received to the control computer 52 in order to check in this way whether the optical measuring device 12 actually has optical signals within the field of view 14 with a certain Has emitted amplitude when the optical measuring device 12 has been activated by the control computer 52 for this purpose.
  • control device 50 and the control computer 52 together form a control arrangement 54.
  • the control device 50 has a signal processing device 60 for each receiving element 42.
  • the signal processing device 60 is connected to a measured value processing device 62 of the control device 50.
  • the measured value processing device 62 is connected to a micro-controller 64 of the control device 50.
  • the control device 50 also contains a control device 68 for each optical transmission element 44, which is also connected to the micro-controller 64. While the signal processing device 60 of an optical receiving element 42 is used for signal processing and distribution, the control device 68 of an optical transmitter element 44 has the purpose of controlling the light output and controlling the optical transmitter element 44.
  • the optical receiving element 42 and the optical transmitting element 44 are each preferably designed as a diode, at least the optical transmitting element 44 is preferably designed as an optical laser diode.
  • a delay element 66 is connected between each signal processing device 60 and each control device 68 and is set up to control the associated optical transmitter element 44 with a time delay after receiving an optical signal at the optical receiving element 42 in order to remove the screen 30 from the measuring device 12 simulate which is greater than the actual distance 32 of the measuring device 12 from the screen 30.
  • the delay element 66 can be implemented, for example, by a programmable logic (PLLP) and can set up delay times in the range from picoseconds to nanoseconds.
  • PLLP programmable logic
  • the delay element 66 is also connected to the micro-controller 64.
  • the micro-controller 64 can thereby set the delay time DT which is set up by the delay element 66.
  • FIG. 3 also shows that each optical receiving element 42 receives an optical signal 70 which has been emitted by the optical measuring device 12.
  • Each optical receiving element 42 is designed to convert the optical signal 70 into an electrical received signal 72 which is fed to the respective signal processing device 60.
  • each control device 68 generates an electrical transmission signal 74 which is fed to the respective optical transmission element 44 in order to emit an optical response signal 76.
  • FIG. 4 shows timing diagrams of the signals 70, 72, 74, 76.
  • the optical signal 70 which is emitted by the measuring device 12, is received at an optical receiving element 42 as a pulse with a signal strength (amplitude Pi).
  • the optical receiving element 42 generates an electrical receiving signal 72 from this, which correlates with the optical signal 70 in terms of shape and amplitude. For example, an amplitude or signal strength of the received signal 72 is indicated by P2, where P2 is preferably proportional to Pi.
  • the received signal 42 is processed and distributed in the signal processing device 60, on the one hand to the measured value processing device 62 and on the other hand to the delay element 66.
  • This has a time delay DT set by the micro-controller 64 and enables the control device 68 to do so
  • the transmission signal 74 is delayed by DT with respect to the reception signal 72.
  • the optical transmission element 44 generates an optical response signal 76 from the transmission signal 74, which is emitted in the direction of the optical measuring device 12 and represents a delayed response to the optical signal 70 by a certain distance between the screen 30 and the measuring device 12 to simulate.
  • the response signal 76 has a signal strength P4 in FIG.
  • the signal strength P4 is preferably proportional to the signal strength P3.
  • the signal strength P3 is preferably a function of the signal strength P2 and can be varied for carrying out different tests, preferably by means of the micro-controller.
  • the received signal 72 is also fed to the measurement processing device 62 via the signal processing device 60, and from there to the micro-controller 64.
  • the micro-controller 64 is connected to the control computer 52. As a result, a protocol function for testing the measuring device 12 can be implemented via the micro-controller 64.
  • the generation of the transmission signal 74 from the reception signal 72 with the preset delay in the delay element 66 is preferably carried out directly, i.e. without the interposition of the micro-controller 64. As a result, very short delay times in the range of picoseconds or nanoseconds can be set.
  • the present invention provides a test device or a test method for the functional test of optical sensors, e.g. LIDAR, in production.
  • the test device picks up the signals sent by the optical measuring device, measures them and sends them delays and delays in time
  • test depth can be increased by special functions and synchronization in the firmware of the measuring device 12.
  • Measuring devices 12 such as LIDAR sensors, are used for optical distance and speed measurement and often work in a detection range of 100 m to approx. 200 m. With the test device according to the invention, it is possible to carry out test procedures on the measuring devices independently of reality and to generate light signals depending on the transmitted pulses.
  • the present method is very suitable for mass production of optical measuring devices because of the compact dimensions of the test device and the rapid measurement of signals.
  • the present method represents an inexpensive solution for use in the production of optical measuring devices, in particular LIDAR sensors.
  • test device Because of the compact dimensions of the test device, which was only a few cm from the screen and measuring device objects at a distance of up to can simulate several 100 m, it is particularly suitable for end-of-line acceptance of optical measuring devices that have been manufactured but not yet installed in vehicles.
  • a particular advantage is the simulation using the signals / pulses sent by the measuring device and the simultaneous measurement of these signals.
  • the arrangement of the transceiver pairs 46 enables the angular resolution of the optical measuring device to be checked.
  • the dimension and the resolution (number of transceiver pairs) depend on the specification of the measuring device to be measured.
  • a movement can also be simulated in the control device 50 by storing patterns that are used in a chronological sequence. Using special functions and synchronization in the firmware of the optical measuring device, certain parameters such as radiated power and emitted solid angle can be determined more precisely as the "illumination area".

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Abstract

Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung (12), die ein Blickfeld (14) aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale (70) abzustrahlen und Antwortsignale (76) zu empfangen, insbesondere einer LIDAR-Messeinrichtung (12) für Fahrzeuganwendungen, mit einem Schirm (30), der in dem Blickfeld (14) einer zu prüfenden Messeinrichtung (12) angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Matrix (40) von Transceiver-Paaren (46) angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement (42) und ein optisches Sendeelement (44) aufweisen, wobei die optischen Empfangselemente (42) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Signal (70) an ihrer jeweiligen Matrixposition zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente (44) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal von ihrer jeweiligen Matrixposition abzustrahlen, und einer Steuereinrichtung (50), die mit den optischen Empfangselementen (42) und den optischen Sendeelementen (44) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei dem Empfang eines optischen Signals (70) an wenigstens einem optischen Empfangselement (42) das zugehörige optische Sendeelement(44) anzusteuern, um ein optisches Antwortsignal (76) abzustrahlen.

Description

LIDAR-Prüfvorrichtunq und -verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung, die ein Blickfeld aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale abzustrahlen und Antwortsignale zu empfangen, insbesondere einer LIDAR-Messeinrichtung für Militärflugkörper und autonome Fahrzeuge.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung, die ein Blickfeld aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale abzustrahlen und Antwortsignale zu empfangen.
LIDAR-Messeinrichtungen sind generell bekannt. LIDAR ("light detection and ranging") ist ein Verfahren zur optischen Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung. Anstelle von Radiowellen wie beim Radar werden Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, verwendet. Während LIDAR bereits seit geraumer Zeit zur Messung einer Vielzahl von atmosphärischen Parametern verwendet wird, wie Druck, Temperatur, chemische Zusammensetzung, etc., besteht ein erhöhtes Interesse seit einigen Jahren in der Millitärwehrtechnik als auch an fahrzeugbezogenen LIDAR-Systemen.
LI DAR-Systeme werden in Fahrzeugen zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung verwendet sowie für automatische Notbremsfunktionen (Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Seiten 1356-1358). Ferner wird eine stark ansteigende Zahl von LIDAR- Systemen für hochautomatisierte Fahrfunktionen verwendet, wie sie beim autonomen Fahren notwendig sind. LIDAR-Systeme können als Flash-LIDAR ausgebildet sein, wobei sendeseitig ein einzel ner, sehr starker Puls ausgesandt wird. Andere LIDAR-Systeme verwenden einen mehr strahligen Aufbau (Multibeam-LIDAR). Schließlich gibt es auch LIDAR-Systeme, die me chanisch gescannt werden (Scan-LIDAR).
Da die LIDAR-Systeme in Millitärflugkörpern für Sicherheit und hohe Zielgenauigkeit führen wie auch beim autonomen fahren, ist es notwendig, die LIDAR-Systeme auf ihre Funktion hin zu prüfen, und zwar insbesondere auch auf ihre Hardware-Funktion hin.
Im autonomen Fahrzeug werden zb. LIDAR-Systeme für Reichweiten von häufig mehr als 100 m, typischerweise 150 bis 250 m eingerichtet sind, ist die Prüfung insbesondere hin sichtlich der Winkelauflösung nicht einfach realisierbar, da sehr große Prüfanordnungen notwendig sind. Beispielsweise wird hierzu ein optischer Puls abgestrahlt und das in den entsprechenden Entfernungen durch bestimmte Objekte reflektierte Licht wird empfangen. Aus der zeitlichen Lage des Empfangsimpulses zu dem ausgesandten Puls wird über die Lichtgeschwindigkeit die Entfernung berechnet.
In anderen Verfahren zur Messung der Laufzeit können statt eines Pulses amplitudenmo dulierte Lichtsignale ausgesandt werden und beispielsweise mit reflektiertem Licht im De tektor korreliert werden (indirekte Laufzeitverfahren).
Das Dokument DE 10 2009 047 303 A1 offenbart eine Einrichtung zum Kalibrieren eines LIDAR-Sensors, mit einem Reflektormodul mit matrixartig angeordneten Reflektorelemen ten sowie mit einer Blendenmaske, die im Strahlengang zwischen dem LIDAR-Sensor und dem Reflektormodul vor dem Reflektormodul angeordnet ist. Diese Kalibiervorrichtung ist nur zur x,y-Lagekalibrierung des Sensors und zur Lichtstärkemessung der abgestrahlten Lichtleistung des Sensors geeignet.
Da LIDAR-Systeme künftig in hohen Stückzahlen hergestellt werden sollen, besteht ein Bedarf nach kostengünstigen Prüfanordnungen. Diese Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst sowie durch eine Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 4, zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung, die ein Blickfeld aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale abzustrahlen und Ant wortsignale zu empfangen, insbesondere einer LIDAR-Messeinrichtung für Fahrzeugan wendungen, mit einem Schirm, der in dem Blickfeld einer zu prüfenden Messeinrichtung angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche des Schirms eine Matrix von Transceiver-Paa ren angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement und ein optisches Sende element aufweisen, wobei die optischen Empfangselemente jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Signal an ihrer jeweiligen Matrixposition zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal von ihrer jeweiligen Matrixposition abzustrahlen, und mit einer Steuereinrichtung, die mit den optischen Empfangselementen und den optischen Sendeelementen verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei dem Empfang eines optischen Signals an wenigstens einem optischen Empfangselement das zugehörige optische Sendeelement anzusteuern, um ein optisches Antwortsignal abzustrahlen.
Die Prüfvorrichtung beinhaltet folglich einen Schirm, der eine Matrix von Transceiver- Paa ren aufweist. Folglich können von der Messeinrichtung, beispielsweise einer LIDAR- Messeinrichtung, abgestrahlte optische Signale empfangen und hiervon abhängige opti sche Antwortsignale abgestrahlt werden, die wiederum von der optischen Messeinrich tung empfangen werden.
Es ergibt sich also eine geschlossene Schleife. Die Antwortsignale können in der Amplitude variierende Signale sein. Ferner kann über die Matrix von Transceiver- Paaren eine Winkelauflösung der Messeinrichtung geprüft werden. Die Anordnung von Transcei ver-Paaren und deren Auflösung auf dem Schirm (Anzahl der Transceiver-Paare pro Flä cheneinheit) werden in der Regel in Abhängigkeit von der Spezifikation der zu testenden Messeinrichtung realisiert.
Die Matrix kann eine vollständige Matrix sein, kann jedoch auch eine unvollständige Mat rix sein. Im letzteren Fall können beispielsweise in einem zentralen Bereich und in Eckbe reichen mehr Transceiver-Paare angeordnet sein als in Bereichen dazwischen. In den Be reichen dazwischen können ggf. auch gar keine Transceiver-Paare angeordnet sein. Die Prüfvorrichtung ist dazu in der Lage, unterschiedliche Arten von Objekten zu simulie ren, beispielsweise als Funktion der Signalstärken. Ferner kann, wie gesagt, die Winkel auflösung geprüft werden.
In manchen Fällen kann zudem zumindest eine bestimmte Entfernung eines Objektes si muliert werden, die davon abhängt, wie lang die Zeit ist zwischen dem Empfang des opti schen Signals von der Messeinrichtung und dem Absenden des optischen Antwortsignals.
Die Prüfvorrichtung kann kompakt und folglich preiswert realisiert werden und eignet sich insbesondere für den Einsatz in der Produktion von optischen Messeinrichtungen, bei spielsweise im Bereich der Endkontrolle. Die Prüfvorrichtung kann für sequentielle Mes sungen von Signalen und Parametern mit anschließender Simulation eingesetzt werden.
Die optischen Signale, die von der Messeinrichtung abgestrahlt werden, können unter schiedlicher Art sein. Es kann sich bei dem LIDAR um einen Flash-LIDAR handeln, um einen Scan-LIDAR oder auch um einen Multibeam-LIDAR. In der Regel sind hierfür je weils die Anzahl und die Auflösung der Transceiver-Paare in der Matrix anzupassen.
Die Prüfvorrichtung wird vorzugsweise wie folgt eingerichtet: Die zu prüfende optische Messeinrichtung wird vor dem Schirm angeordnet und wird mit einem Steuerrechner kon taktiert, der dazu in der Lage ist, vorab abgespeicherte Prüffolgen durchzuführen, bei de nen die optische Messeinrichtung entsprechend angesteuert wird. Ferner ist der Steuer rechner dazu in der Lage, Antwortsignale, wie sie von der optischen Messeinrichtung er fasst werden, auszuwerten und ggf. zu speichern.
Der Steuerrechner ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung verbun den. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise die erfassten optischen Signale in elektri sche Signale umwandeln und aufbereiten, und zwar zur Weiterleitung an den Steuerrech ner. In dem Steuerrechner können dann vorzugsweise die Testsignale, die in die optische Messeinrichtung eingespeist werden, mit den Empfangssignalen gemeinsam abgespei chert und ggf. korreliert werden, um die Funktionsfähigkeit der optischen Messeinrichtung zu prüfen und/oder zu protokollieren. Gerade die Protokollfunktion, bei der der Steuerrechner die durchgeführten Prüfungen protokolliert und gesichert abspeichert, ist für sicherheitsrelevante Vorrichtungen wie LIDAR-Messeinrichtungen bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen wichtig.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung wenigstens ein einstellbares Verzögerungs glied auf, das einem Transceiver-Paar zugeordnet ist und das zwischen das optische Empfangselement und das optische Sendeelement dieses Transceiver-Paares geschaltet ist, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass nach dem Empfang eines opti schen Signals an dem optischen Empfangselement das zugehörige optische Sendeele ment zeitverzögert angesteuert wird, um eine Entfernung des Schirm von der Messein richtung zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz der Messeinrichtung von dem Schirm.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Prüfvorrichtung insgesamt sehr kompakt aus zubilden.
Während LIDAR-Systeme häufig auch für größere Entfernungen von mehr als 100 m ge testet werden müssen, kann die vorliegende Prüfvorrichtung in vielen Fällen mit Abmes sungen von kleiner 1 m sowohl in Tiefen-, in Höhen- und in Breitenrichtung aufgebaut werden. Das Verzögerungsglied ist dabei beispielsweise in der Lage, die Zeitverzögerung zwischen dem Empfang des optischen Signals und dem Senden des optischen Antwort signals in einem Bereich von Pikosekunden bis Nanosekunden einzustellen. Hierdurch können Impulslaufzeiten und somit Entfernungen in den üblichen Bereichen simuliert wer den.
Vorzugsweise ist es dabei auch möglich, durch das Hinterlegen von Mustern, die eine zeitliche Abfolge des Aussendens von Antwortsignalen definieren, eine Bewegung zu si mulieren. Durch spezielle Funktionen und eine Synchronisation in der Firmware der opti schen Messeinrichtung können bestimmte Parameter, wie Strahlungsleistung und der emittierte Raumwinkel als "Ausleuchtungsbereich" genauer ermittelt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu aus gebildet, eine Empfangs-Signalstärke eines Empfangssignals des optischen Emp fangselementes zu erfassen und das zugehörige optische Sendeelement so anzusteuern, dass es ein optisches Antwortsignal mit einer Sende-Signalstärke abstrahlt, die eine Funktion der Empfangs-Signalstärke ist.
Generell ist es bevorzugt, die Empfangs-Signalstärke eines Empfangssignals zu erfassen, um festzustellen, ob eine Sendeleistung der optischen Messeinrichtung (beispielsweise eine Amplitude eines LIDAR-Pulses) richtig ist. Beispielsweise können auch unterschiedli che Amplituden des optischen Signals der Messeinrichtung eingestellt werden, um das Funktionsspektrum hinsichtlich der Sende- und Empfangsleistung prüfen zu können.
Durch die Ansteuerung des optischen Sendeelementes eines Transceiver-Paares so, dass ein optisches Antwortsignal eine Sende-Signalstärke hat, die eine Funktion der Emp fangs-Signalstärke ist, kann auf vergleichsweise einfache Weise eine Rückkopplung erfol gen. Denn ein Empfangsarray der optischen Messeinrichtung kann dieses Antwortsignal dann erfassen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Steuereinrichtung einen Micro-Controller auf, der dazu ausgebildet ist, die Empfangssignalstärke eines Empfangssignals des optischen Empfangselementes zu erfassen und zu speichern.
Die Speicherung kann dabei auch das Weiterleiten des Empfangssignals an einen Steuer rechner beinhalten, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise auf einer Leiterplatte ausgebildet, die parallel zu dem Schirm angeordnet ist.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise auf einer der zu prüfenden optischen Messeinrichtung abgewandten Seite des Schirms angeordnet. Durch die parallele Ausrichtung können bei spielsweise Verzögerungsglieder, die z.B. durch programmierbare Logiken (PLL) realisiert sein können, räumlich nahe an den jeweils zugeordneten Transceiver- Paaren angeordnet werden. Hierdurch können einheitliche Laufzeiten gewährleistet werden.
Generell ist es denkbar, dass der Schirm als großer Schirm, beispielsweise in der Größe einer Kinoleinwand, ausgebildet ist, so dass ein Fahrzeug mit einem daran bereits instal lierten LIDAR-Messsystem vor den Schirm gefahren wird (beispielsweise im Rahmen ei ner Fahrzeug-Endabnahme).
Während der Schirm der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung folglich im Freien angeord net sein kann, ist es bevorzugt, wenn der Schirm mit der Matrix von Transceiver- Paaren in einem Innenraum eines Gehäuses festgelegt ist, wobei in dem Innenraum ferner eine Messeinrichtungs-Aufnahme ausgebildet ist, um eine zu prüfende Messeinrichtung in dem Gehäuse aufzunehmen und in Bezug auf den Schirm zu positionieren.
Das Gehäuse kann dabei ein großer Raum sein, in welchem der Schirm angeordnet ist und in den beispielsweise ein Fahrzeug mit einem bereits installierten LIDAR-System ein fahrbar ist.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Gehäuse ein kompaktes Gehäuse mit Ab messungen in allen Richtungen von kleiner 1 m ist. In diesem Fall ist die Prüfvorrichtung vorzugsweise ausschließlich zum Prüfen der optischen Messeinrichtung nach deren Pro duktion ausgebildet, also bevor die Prüfvorrichtung in ein Fahrzeug oder eine andere An wendung verbaut wird.
Das Gehäuse ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass es zur Prüfung einer Messein richtung schließbar ist.
Mit anderen Worten ist das Gehäuse so ausgebildet, dass es geöffnet werden kann, um eine Messeinrichtung aufzunehmen, und anschließend wieder geschlossen werden kann, so dass die Messeinrichtung vorzugsweise allseits von dem Gehäuse umgeben ist. Mit anderen Worten ist insbesondere der Zwischenraum zwischen der optischen Messeinrichtung und dem Schirm gegenüber der Umgebung lichtdicht (Im Infrarotwellen längenbereich des LI DAR Systems) abgeschlossen.
Hierdurch kann vermieden werden, dass die Prüfung mittels der Prüfvorrichtung durch Umgebungslicht gestört wird.
Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn eine Innenseite des Gehäuses zumindest in einem Bereich benachbart zu dem Schirm eine Beschichtung mit einem niedrigen Reflexi onskoeffizienten als Streustrahlungsunterdrückung aufweist.
Hierdurch können auch Fehler während der Prüfung aufgrund von reflektierten und ge streuten Signalen weitgehend vermieden werden.
Es ist insgesamt vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Schirms eine Beschichtung mit ei nem niedrigen Reflexionskoeffizienten aufweist.
Unter einem niedrigen Reflexionskoeffizienten wird vorliegend vorzugsweise verstanden, dass mehr als 50 % des Lichts in dem Wellenlängenbereich der optischen Signale (z.B. Infrarot) von der Beschichtung absorbiert wird, also weniger als 50 % der darauf auftref fenden optischen Signale reflektiert werden. Vorzugsweise liegt dieser Faktor bei kleiner 25 %, insbesondere kleiner 10 %.
Die Beschichtung kann dabei auch gewisse Rauigkeit aufweisen, um diffus zu reflektie ren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 10, zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung, die ein Blickfeld aufweist und dazu ausgebildet ist, opti sche Signale abzustrahlen und Antwortsignale zu empfangen, insbesondere einer LIDAR- Messeinrichtung für Fahrzeuganwendungen, mit den Schritten Anordnen einer zu prüfen den Messeinrichtung vor einem Schirm, so dass der Schirm in dem Blickfeld der zu prü fenden Messeinrichtung angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche des Schirms eine Mat rix von Transceiver- Paaren angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement und ein optisches Sendeelement aufweisen, wobei die optischen Empfangselemente je weils dazu ausgebildet sind, ein optisches Signal an ihrer jeweiligen Matrixposition zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal von ihrer jeweiligen Matrixposition abzustrahlen; Ansteuern der Messeinrichtung, so dass diese ein optisches Signal in Richtung auf den Schirm abstrahlt; und Empfangen des optischen Signals an wenigstens einem optischen Empfangselement und Erfassen der Signalstärke des optischen Signals.
Eine zugehörige Prüfvorrichtung kann für den Fall der Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens so ausgebildet sein, dass sie eine Matrix nur mit optischen Empfangsele menten aufweist. Bevorzugt ist die Prüfvorrichtung jedoch als erfindungsgemäße Prüfvor richtung mit einer Matrix von Transceiver- Paaren ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn in Antwort auf den Emp fang eines optischen Signals an dem wenigstens einen optischen Empfangselement das zugehörige optische Sendeelement angesteuert wird, um ein optisches Antwortsignal ab zustrahlen, und wobei das von dem optischen Sendeelement abgestrahlte optische Ant wortsignal von der Messeinrichtung empfangen und verarbeitet wird.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das optische Antwortsignal gegenüber dem Empfang des optischen Signals zeitlich verzögert wird, um eine Entfernung des Schirms von der Mess einrichtung zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz der Messeinrichtung von dem Schirm.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläutern den Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in ande ren Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorlie genden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvor richtung;
Figur 2 eine Draufsicht auf einen Schirm der Prüfvorrichtung der Fig. 1 ge mäß der Ansicht ll-ll von Fig. 1 ;
Figur 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Prüf vorrichtung der Fig. 1 ; und
Figur 4 Zeitablaufdiagramme von optischen und elektrischen Signalen in der Steuereinrichtung der Fig. 3.
In Fig. 1 ist in schematischer Form eine Prüfvorrichtung dargestellt und generell mit 10 be zeichnet.
Die Prüfvorrichtung 10 dient zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung12, bei der es sich beispielsweise um eine LIDAR-Messeinrichtung handeln kann, die ein Blickfeld 14 aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale abzustrahlen und optische Antwortsig nale zu empfangen.
In Fig. 1 ist eine derartige optische Messeinrichtung 12 mit einem vertikalen Blickfeldwin kel 15 dargestellt.
Die optische Messeinrichtung 12 weist eine Vorderseite auf, an der die optischen Signale abgestrahlt und empfangen werden. An einer Rückseite weist die optische Messeinrich tung 12 eine Kontaktanordnung 16 auf, über die die optische Messeinrichtung 12 ange steuert werden kann.
Die Prüfvorrichtung 10 dient dazu, eine optische Messeinrichtung nach deren Herstellung auf Funktionsfähigkeit zu testen (Hardwaretests). Die Prüfvorrichtung kann einen Funktionstest von solchen optischen Messeinrichtungen bzw. optischen Sensoren in der Produktion realisieren. Insbesondere dient die Prüfvorrichtung 10 dazu, von der optischen Messeinrichtung 12 aus gesendete, optische Signalen zu absorbieren bzw. zu empfangen und zu messen und gezielt in der Zeit zu verzögern, wobei optische Antwortsignale zeit verzögert und ggf. in der Amplitude variierend zurückgesendet werden. Die Testtiefe kann durch spezielle Funktionen und Synchronisation in der Firmware des Sensors erhöht wer den.
Genauer gesagt weist die Prüfvorrichtung 10 ein Gehäuse 20 mit einer Grundplatte 22 auf, die beispielsweise auf einem Sockel 24 montiert oder angeordnet ist. Auf der Grund platte 22 ist eine Messeinrichtungsaufnahme 26 ausgebildet, auf der eine optische Mess einrichtung 12 angeordnet werden kann, die zu prüfen ist.
Das Gehäuse 20 weist eine Haube 28 auf, die von der Grundplatte 22 abgenommen wer den kann, um eine Messeinrichtung 12 in das Gehäuse 20 aufzunehmen, und die an schließend wieder geschlossen werden kann, um einen Innenraum 29 lichtdicht gegen über der Umgebung abzuschließen.
Die Prüfvorrichtung 10 weist einen Schirm 30 auf, der in dem Innenraum 29 angeordnet ist. Der Schirm 30 ist auf der Grundplatte 22 fest montiert, und zwar vorzugsweise vertikal ausgerichtet, derart, dass eine Oberfläche 31 des Schirms hin zu der optischen Messein richtung 12 weist. Die optische Messeinrichtung 12 ist in der Messeinrichtungsaufnahme 26 so aufgenommen, dass zwischen der Messeinrichtung 12 und der Oberfläche 31 des Schirms 30 eine Distanz 32 eingerichtet ist. Die Distanz 32 kann beispielsweise in einem Bereich von 5 cm bis 200 cm liegen, liegt jedoch vorzugsweise in einem Bereich von 10 cm bis 80 cm.
In einem Bereich zwischen der Messeinrichtung 12 und dem Schirm 30 ist eine Innen wand des Gehäuses (der Haube 28) mit einer reflexionsarmen Beschichtung 34 ausgebil det. Auch die Oberfläche 31 des Schirms 30 ist vorzugsweise mit einer reflexionsarmen Beschichtung versehen. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Schirm 30 eine Höhe 36 und eine Breite 38 auf. Die Höhe 36 des Schirms ist vorzugsweise kleiner als 100 cm, insbesondere kleiner als 50 cm. Die Breite 38 ist vorzugsweise kleiner als 120 cm, vorzugsweise kleiner als 60 cm.
In der Oberfläche 31 des Schirms 30 ist eine Matrix 40 von Transceiver- Paaren 46 ausge bildet, die jeweils ein optisches Empfangselement 42 und ein optisches Sendeelement 44 beinhalten.
Die Matrix 40 weist vorliegend n Zeilen und m Spalten auf. In der Darstellung der Fig. 2 ist n = 11 , und M = 12. Diese Werte sind jedoch rein beispielhaft zu verstehen. Die Anzahl der Transceiver-Paare pro Flächeneinheit (die Auflösung) ist variabel und wird in der Re gel für einen bestimmten Typ von optischer Messeinrichtung 12 gewählt. Mit anderen Worten ist jeder Schirm 30 vorzugsweise auf einen bestimmten Typ von optischer Mess einrichtung 12 abgestimmt.
Die optischen Empfangselemente 42 und optischen Sendeelemente 44 jedes Transcei ver-Paars 46 sind vorzugsweise in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet, wie es auch in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Matrix 40 kann eine vollständige Matrix sein. In vielen Fällen ist es jedoch zur Durch führung eines Funktionstests hinreichend, wenn die Matrix als unvollständige Matrix aus gebildet ist, die beispielsweise in Eckbereichen Transceiver-Paare 46 aufweist, und auch in Randbereichen und in einem Mittelbereich. In dazwischen liegenden Bereichen kann die Matrix 40 auch ohne Transceiver-Paare 46 ausgebildet sein. Dies ist in Fig. 2 dadurch zu erkennen, dass die tatsächlich vorhandenen Transceiver-Paar in fetten Linien darge stellt sind, wohingegen die nicht vorhandenen Transceiver-Paare 46 der Matrix in dünnen Linien dargestellt sind.
Obgleich die Matrix in der dargestellten Auflösung 11 x 12 = 132 Matrixpositionen hat, ist die tatsächliche Anzahl der Transceiver-Paare vorliegend nur 22, jeweils vier Transceiver- Paare in den Bereichen der Ecken, vier Transceiver-Paare im Bereich der Mitte und zwei Transceiver-Paare im Bereich von vertikalen Rändern des Schirms 30. Das Verhältnis der Anzahl der Transceiver-Paare zu der Anzahl der Matrixpositionen liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1/20 bis 1/4.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Prüfvorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 50 auf, die mit den Transceiver-Paaren 46 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 50 auf einer Leiterplatte 51 ausgebildet, die parallel zu dem Schirm 30 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 50 ist, wie es bei A gezeigt ist, mit einem Steuerrechner 52 verbunden, der außerhalb des Gehäuses 20 angeordnet ist. Der Steuerrechner 52 ist mit der Kontakt anordnung 16 der optischen Messeinrichtung 12 verbunden und kann die optische Mess einrichtung 12 folglich dazu ansteuern, optische Signale abzustrahlen (wie beispielsweise einen LIDAR-Puls), und Antwortsignale zu empfangen und zu verarbeiten.
Ferner kann der Steuerrechner 52 mit der Steuereinrichtung 50 kommunizieren. Die Steu ereinrichtung 50 kann beispielsweise elektrische Empfangssignale, die die optischen Empfangselemente bei Empfang eines optischen Signales erzeugen, an den Steuerrech ner 52 weiterleiten, um auf diese Weise zu prüfen, ob die optische Messeinrichtung 12 tat sächlich optische Signale innerhalb des Blickfeldes 14 mit einer bestimmten Amplitude abgegeben hat, wenn die optische Messeinrichtung 12 hierzu von dem Steuerrechner 52 angesteuert worden ist.
Die Steuereinrichtung 50 und der Steuerrechner 52 bilden gemeinsam eine Steueranord nung 54.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Steuereinrichtung 50 für jedes Empfangselement 42 eine Signalverarbeitungseinrichtung 60 auf. Die Signalverarbeitungseinrichtung 60 ist mit einer Messwertaufbereitungseinrichtung 62 der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die Messwertaufbereitungseinrichtung 62 ist mit einem Micro-Controller 64 der Steuereinrich tung 50 verbunden.
Die Steuereinrichtung 50 beinhaltet ferner für jedes optische Sendeelement 44 eine An steuerungseinrichtung 68, die ebenfalls mit dem Micro-Controller 64 verbunden ist. Während die Signalverarbeitungseinrichtung 60 eines optischen Empfangselementes 42 zur Signalaufbereitung und -Verteilung dient, hat die Ansteuerungseinrichtung 68 eines optischen Sendeelementes 44 den Zweck, deren Lichtleistung zu steuern und das opti sche Sendeelement 44 anzusteuern.
Das optische Empfangselement 42 und das optische Sendeelement 44 sind jeweils vor zugsweise als Dioden ausgebildet, wobei zumindest das optische Sendeelement 44 vor zugsweise als optische Laserdiode ausgebildet ist.
Zwischen jede Signalverarbeitungseinrichtung 60 und jede Ansteuerungseinrichtung 68 ist ein Verzögerungsglied 66 geschaltet, das dazu eingerichtet ist, nach dem Empfang eines optischen Signals an dem optischen Empfangselement 42 das zugehörige optische Sen deelement 44 zeitverzögert anzusteuern, um eine Entfernung des Schirms 30 von der Messeinrichtung 12 zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz 32 der Mess einrichtung 12 von dem Schirm 30.
Folglich können über das Verzögerungsglied 66 Impulslaufzeiten und somit Entfernungen simuliert werden.
Das Verzögerungsglied 66 kann beispielsweise durch eine programmierbare Logik (PLLP) realisiert sein und kann Verzögerungszeiten im Bereich von Pikosekunden bis Nanose- kunden einrichten. Das Verzögerungsglied 66 ist ebenfalls mit dem Micro-Controller 64 verbunden. Der Micro-Controller 64 kann hierdurch die Verzögerungszeit DT, die von dem Verzögerungsglied 66 eingerichtet wird, einstellen.
In Fig. 3 ist ferner gezeigt, dass jedes optische Empfangselement 42 ein optisches Signal 70 empfängt, das von der optischen Messeinrichtung 12 abgestrahlt worden ist. Jedes op tische Empfangselement 42 ist dazu ausgebildet, das optische Signal 70 in ein elektri sches Empfangssignal 72 umzuwandeln, das der jeweiligen Signalverarbeitungseinrich tung 60 zugeführt wird. Andererseits erzeugt jede Ansteuerungseinrichtung 68 ein elektrisches Sendesignal 74, das dem jeweiligen optischen Sendeelement 44 zugeführt wird, um ein optisches Antwort signal 76 abzustrahlen.
Fig. 4 zeigt Zeitablaufdiagramme der Signale 70, 72, 74, 76.
Das optische Signal 70, das von der Messeinrichtung 12 abgestrahlt wird, wird an einem optischen Empfangselement 42 als ein Impuls mit einer Signalstärke (Amplitude Pi) emp fangen. Das optische Empfangselement 42 erzeugt hieraus ein elektrisches Empfangssig nal 72, das hinsichtlich Form und Amplitude mit dem optischen Signal 70 korreliert. Bei spielhaft ist eine Amplitude bzw. Signalstärke des Empfangssignals 72 mit P2 angegeben, wobei P2 vorzugsweise proportional ist zu Pi .
Das Empfangssignal 42 wird in der Signalverarbeitungseinrichtung 60 aufbereitet und ver teilt, zum einen an die Messwertaufbereitungseinrichtung 62 und zum anderen an das Verzögerungsglied 66. Dieses hat eine von dem Micro-Controller 64 eingestellte Zeitver zögerung DT, und gibt die Ansteuerungseinrichtung 68 dazu frei, ein elektrisches Sende signal 74 zu erzeugen, dass eine Signalstärke P3 hat, jedoch vorzugsweise hinsichtlich Form (Impuls) ähnlich ausgestaltet ist wie das elektrische Empfangssignal 72.
Das Sendesignal 74 ist um DT gegenüber dem Empfangssignal 72 verzögert. Das opti sche Sendeelement 44 erzeugt aus dem Sendesignal 74 ein optisches Antwortsignal 76, das in Richtung auf die optische Messeinrichtung 12 abgestrahlt wird und eine zeitverzö gerte Antwort auf das optische Signal 70 darstellt, um eine bestimmte Entfernung zwi schen dem Schirm 30 und der Messeinrichtung 12 zu simulieren.
Das Antwortsignal 76 weist in Fig. 4 eine Signalstärke P4 auf.
Es versteht sich, dass die Signalstärke P4 vorzugsweise proportional ist zu der Signal stärke P3. Die Signalstärke P3 ist vorzugsweise eine Funktion der Signalstärke P2 und kann zum Durchführen von unterschiedlichen Tests variiert werden, vorzugsweise mittels des Micro-Controllers. Das Empfangssignal 72 wird über die Signalverarbeitungseinrichtung 60 auch der Mess wertaufbereitungseinrichtung 62 zugeführt, und von dort dem Micro-Controller 64. Der Micro-Controller 64 ist mit dem Steuerrechner 52 verbunden. Folglich kann über den Micro-Controller 64 eine Protokollfunktion der Prüfung der Messeinrichtung 12 realisiert werden.
Das Erzeugen des Sendesignals 74 aus dem Empfangssignal 72 mit der voreingestellten Verzögerung im Verzögerungsglied 66 erfolgt vorzugsweise direkt, d.h. ohne Zwischen schaltung des Micro-Controllers 64. Folglich können sehr kurze Verzögerungszeiten im Bereich von Pikosekunden oder Nanosekunden eingestellt werden.
Insgesamt wird mit der vorliegenden Erfindung eine Prüfvorrichtung bzw. ein Prüfverfah ren für den Funktionstest von optischen Sensoren, z.B. LIDAR, in der Produktion bereitge stellt. Die Prüfvorrichtung nimmt die, von der optischen Messeinrichtung aus gesendeten Signale auf, misst diese und sendet diese gezielt in der Zeit verzögert und in der
Amplitude variierend als Antwortsignale zurück. Die Testtiefe kann durch spezielle Funkti onen und Synchronisation in der Firmware der Messeinrichtung 12 erhöht werden.
Messeinrichtungen 12, wie LIDAR-Sensoren, werden zur optischen Abstands- und Ge schwindigkeitsmessung verwendet und arbeiten häufig in einem Erfassungsbereich von 100 m bis ca. 200 m. Mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist es möglich, Testver fahren an den Messeinrichtungen unabhängig von der Realität durchzuführen und Licht signale abhängig von gesendeten Pulsen zu erzeugen.
Das vorliegende Verfahren ist für eine Massenproduktion von optischen Messeinrichtun gen wegen der kompakten Maße der Prüfvorrichtung und der schnellen Messung von Sig nalen sehr geeignet. Das vorliegende Verfahren stellt eine preiswerte Lösung für den Ein satz in der Produktion von optischen Messeinrichtungen, insbesondere LIDAR-Sensoren, dar.
Wegen der kompakten Abmessungen der Prüfvorrichtung, die bei nur wenigen cm Ab stand zwischen Schirm und Messeinrichtung Objekte in einer Entfernung von bis zu mehreren 100 m simulieren kann, eignet sie sich insbesondere für eine End-of-Line-Ab- nahme von hergestellten, jedoch noch nicht in Fahrzeuge eingebauten optischen Mess einrichtungen. Ein besonderer Vorteil ist die Simulation unter Verwendung der von der Messeinrichtung aus gesendeten Signale/Impulse und die gleichzeitige Messung dieser Signale.
Durch die Anordnung der Transceiver- Paare 46 kann die Winkelauflösung der optischen Messeinrichtung geprüft werden. Die Dimension und die Auflösung (Anzahl der Transcei ver-Paare) ist abhängig von der Spezifikation der zu messenden Messeinrichtung.
In der Steuereinrichtung 50 kann durch das Hinterlegen von Mustern, die in einer zeitli chen Abfolge verwendet werden, auch eine Bewegung simuliert werden. Durch spezielle Funktionen und Synchronisation in der Firmware der optischen Messeinrichtung können bestimmte Parameter wie Strahlungsleistung und emittierter Raumwinkel als "Ausleuch tungsbereich" genauer ermittelt werden.
Bezugszeichenliste:
10 Prüfvorrichtung
12 optische Messeinrichtung
14 Blickfeld
15 vertikaler Blickfeldwinkel
16 Kontaktanordnung
20 Gehäuse
22 Grundplatte
24 Sockel
26 Messeinrichtungsaufnahme
28 Haube
29 Innenraum
30 Schirm
31 Oberfläche
32 Distanz
34 reflexionsarme Beschichtung
36 Höhe 30
38 Breite 30
40 Matrix
42 optisches Empfangselement
44 optisches Sendeelement
46 Transceiver-Paare
50 Steuereinrichtung
51 Leiterplatte
52 Steuerrechner
54 Steueranordnung
60 Signalverarbeitungseinrichtung
62 Messwertaufbereitungseinrichtung
64 Micro-Controller
66 Verzögerungsglied
70 optisches Signal (12)
72 elektrisches Sendesignal 76 optisches Antwortsignal m Anzahl Spalten von 40 n Anzahl von Zeilen von 40

Claims

Patentansprüche
1. Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung (12), die ein
Blickfeld (14) aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale (70) abzustrah len und Antwortsignale (76) zu empfangen, insbesondere einer LIDAR- Messeinrichtung (12) für Fahrzeuganwendungen, mit:
- einem Schirm (30), der in dem Blickfeld (14) einer zu prüfenden Messeinrichtung (12) angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Matrix (40) von Transceiver-Paaren (46) angeordnet ist, die jeweils ein optisches Emp fangselement (42) und ein optisches Sendeelement (44) aufweisen, wobei die opti schen Empfangselemente (42) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Signal (70) an ihrer jeweiligen Matrixposition zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente (44) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal von ihrer jeweiligen Matrixposition abzustrahlen, und
- einer Steuereinrichtung (50), die mit den optischen Empfangselementen (42) und den optischen Sendeelementen (44) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei dem Empfang eines optischen Signals (70) an we nigstens einem optischen Empfangselement (42) das zugehörige optische Sende element (44) anzusteuern, um ein optisches Antwortsignal (76) abzustrahlen, wo bei die Steuereinrichtung (50) wenigstens ein einstellbares Verzögerungsglied (66) aufweist, das einem Transceiver-Paar (46) zugeordnet ist und das zwischen das optische Empfangselement (42) und das optische Sendeelement (44) dieses Transceiver-Paares (46) geschaltet ist sind, wobei die Steuervorrichtung (50) so konfiguriert ist, dass nach dem Empfang eines optischen Signals (70) durch das optische Empfangselement (42) das zugehörige optische Sendeelement (44) zeit verzögert angesteuert wird, um eine Entfernung des Schirms (30) von der Mess einrichtung (12) zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz (32) der Messeinrichtung (12) von dem Schirm (30).
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebil det ist, eine Empfangs-Signalstärke (P2) eines Empfangssignals (72) des opti schen Empfangselements (42) zu erfassen und das zugehörige optische Sende element (44) so anzusteuern, dass es ein optisches Antwortsignal (76) mit einer Sende-Signalstärke (P4) abstrahlt, die eine Funktion der Empfangs-Signalstärke (P2) ist.
3. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Steuereinrichtung (50) einen Micro-Controller (64) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Empfangs- Signalstärke (P2) eines Empfangssignals (72) des optischen Empfangselements (42) zu erfassen und zu speichern.
4. Prüfvorrichtung (10) zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung (12), die ein Blickfeld (14) aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale (70) abzustrah len und Antwortsignale (76) zu empfangen, insbesondere einer LIDAR- Messeinrichtung (12) für Fahrzeuganwendungen, mit:
- einem Schirm (30), der in dem Blickfeld (14) einer zu prüfenden Messein richtung (12) angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Matrix (40) von Transceiver- Paaren (46) angeordnet ist, die je weils ein optisches Empfangselement (42) und ein optisches Sendeele ment (44) aufweisen, wobei die optischen Empfangselemente (42) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Signal (70) an ihrer jeweiligen Matrix position zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente (44) je weils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal von ihrer jeweili gen Matrixposition abzustrahlen, und
- einer Steuereinrichtung (50), die mit den optischen Empfangselementen (42) und den optischen Sendeelementen (44) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei dem Empfang eines opti schen Signals (70) an wenigstens einem optischen Empfangselement (42) das zugehörige optische Sendeelement (44) anzusteuern, um ein optisches Antwortsignal (76) abzustrahlen, wobei die Steuereinrichtung (50) einen Micro-Controller (64) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Empfangs-Signalstärke (P2) eines Empfangssignals (72) des optischen Empfangselements (42) zu erfassen und zu speichern.
5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Steuereinrichtung (50) auf einer Leiterplatte (51) ausgebildet ist, die parallel zu dem Schirm (30) angeord net ist.
6. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schirm (30) mit der Matrix von Transceiver- Paaren (46) in einem Innenraum (29) eines Gehäuses (20) festgelegt ist, wobei in dem Innenraum (29) ferner eine Messeinrichtungs-Auf nahme (46) ausgebildet ist, um eine zu prüfende Messeinrichtung (12) in dem Ge häuse aufzunehmen (20) und in Bezug auf den Schirm (30) zu positionieren.
7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (20) so ausgebildet ist, dass es zur Prüfung einer Messeinrichtung (12) schließbar ist.
8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Innenseite des Gehäuses (20) zumindest in einem Bereich benachbart zu dem Schirm (30) eine Beschichtung (34) mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten aufweist.
9. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Beschichtung mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten auf weist.
10. Verfahren zum Prüfen einer optischen Messeinrichtung (12), die ein Blickfeld (14) aufweist und dazu ausgebildet ist, optische Signale (70) abzustrahlen und Antwort signale (76) zu empfangen, insbesondere einer LIDAR-Messeinrichtung für Fahr zeuganwendungen, mit den Schritten: - Anordnen einer zu prüfenden Messeinrichtung (12) vor einem Schirm (30), so dass der Schirm (30) in dem Blickfeld (14) der zu prüfenden Messein richtung (12) angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Matrix von Transceiver-Paaren (46) angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement (42) und ein optisches Sendeelement (44) auf weisen, wobei die optischen Empfangselemente (42) jeweils dazu ausgebil det sind, ein optisches Signal (70) an ihrer jeweiligen Matrixposition zu empfangen, und wobei die optischen Sendeelemente (44) jeweils dazu ausgebildet sind, ein optisches Antwortsignal (76) von ihrer jeweiligen Mat rixposition abzustrahlen;
- Ansteuern der Messeinrichtung (12), so dass diese ein optisches Signal 70) in Richtung auf den Schirm (30) abstrahlt; und
- Empfangen des optischen Signals (70) an wenigstens einem optischen Empfangselement (42) und Erfassen der Signalstärke (Pi) des optischen Signals (70).
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Antwort auf den Empfang eines optischen Signals (70) an dem wenigstens einem optischen Empfangselement (42) das zu gehörige optische Sendeelement (44) angesteuert wird, um ein optisches Antwort signal (76) abzustrahlen, das von der Messeinrichtung (12) empfangen und analy siert werden kann.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Abstrahlen des optischen Antwortsignals (76) gegenüber dem Zeitpunkt des Empfangs des optischen Signals (70) verzögert wird, um eine Entfernung des Schirms (30) von der Messeinrichtung (12) zu simu lieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz (32) der Messeinrichtung (12) von dem Schirm (30).
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