DE102019118039A1 - LIDAR testing device and method - Google Patents
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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.Test device (10) for testing an optical measuring device (12) which has a field of view (14) and is designed to emit optical signals (70) and to receive response signals (76), in particular a LIDAR measuring device (12) for vehicle applications, with a screen (30) which is arranged in the field of view (14) of a measuring device (12) to be tested, a matrix (40) of transceiver pairs (46) being arranged in a surface (31) of the screen (30) each having an optical receiving element (42) and an optical transmitting element (44), wherein the optical receiving elements (42) are each designed to receive an optical signal (70) at their respective matrix position, and wherein the optical transmitting elements (44 ) are each designed to emit an optical response signal from their respective matrix position, and a control device (50) that ver with the optical receiving elements (42) and the optical transmitting elements (44) is connected, the control device (50) being designed to control the associated optical transmitting element (44) when an optical signal (70) is received at at least one optical receiving element (42) in order to emit an optical response signal (76).
Description
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 Fahrzeuganwendungen.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 receive response signals, in particular a LIDAR measuring device for vehicle applications.
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.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-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 an fahrzeugbezogenen LIDAR-Systemen.LIDAR measuring devices are generally known. LIDAR ("light detection and ranging") 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 some time to measure a variety of atmospheric parameters, such as pressure, temperature, chemical composition, etc., there has been increased interest in vehicle-related LIDAR systems for several years.
LIDAR-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 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-Systeme können als Flash-LIDAR ausgebildet sein, wobei sendeseitig ein einzelner, sehr starker Puls ausgesandt wird. Andere LIDAR-Systeme verwenden einen mehrstrahligen Aufbau (Multibeam-LIDAR). Schließlich gibt es auch LIDAR-Systeme, die mechanisch gescannt werden (Scan-LIDAR).LIDAR systems can be designed as Flash LIDAR, with a single, very strong pulse being sent on the transmission side. Other LIDAR systems use a multi-beam structure (multibeam LIDAR). Finally, there are also LIDAR systems that are mechanically scanned (scan LIDAR).
Da die LIDAR-Systeme in Fahrzeuganwendungen häufig sicherheitsrelevante Bauteile sind, ist es notwendig, die LIDAR-Systeme auf ihre Funktion hin zu prüfen, und zwar insbesondere auch auf ihre Hardware-Funktion hin.Since the LIDAR systems in vehicle applications are often safety-relevant components, it is necessary to check the LIDAR systems for their function, and in particular for their hardware function.
Da LIDAR-Systeme für Reichweiten von häufig mehr als 100 m, typischerweise 150 bis 250 m eingerichtet sind, ist die Prüfung insbesondere hinsichtlich 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.Since LIDAR systems are set up for ranges of frequently more than 100 m, typically 150 to 250 m, testing, especially with regard to the angular resolution, is not easy to implement, since very large test arrangements are necessary. For example, 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.
In anderen Verfahren zur Messung der Laufzeit können statt eines Pulses amplitudenmodulierte Lichtsignale ausgesandt werden und beispielsweise mit reflektiertem Licht im Detektor korreliert werden (indirekte Laufzeitverfahren).In other methods for measuring the transit time, instead of a pulse, amplitude-modulated light signals can be transmitted and, for example, correlated with reflected light in the detector (indirect transit time method).
Da LIDAR-Systeme künftig in hohen Stückzahlen hergestellt werden sollen, besteht ein Bedarf nach kostengünstigen Prüfanordnungen.Since LIDAR systems are to be manufactured in large numbers in the future, there is a need for cost-effective test arrangements.
Diese Aufgabe wird gelöst durch 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 Fahrzeuganwendungen, mit einem Schirm, der in dem Blickfeld einer zu prüfenden Messeinrichtung angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche des Schirms eine Matrix von Transceiver-Paaren angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement und ein optisches Sendeelement 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.This object is achieved by a test device 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 a screen that is in the field of view of a measuring device to be tested is arranged, wherein a matrix of transceiver pairs is arranged in a surface of the screen, each having an optical receiving element and an optical transmitting element, the optical receiving elements each being 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 which is connected to the optical reception elements and the optical transmission elements, the control device being designed to be i the reception of an optical signal at at least one optical receiving element to control the associated optical transmitting element in order to emit an optical response signal.
Die Prüfvorrichtung beinhaltet folglich einen Schirm, der eine Matrix von Transceiver-Paaren aufweist. Folglich können von der Messeinrichtung, beispielsweise einer LIDAR-Messeinrichtung, abgestrahlte optische Signale empfangen und hiervon abhängige optische Antwortsignale abgestrahlt werden, die wiederum von der optischen Messeinrichtung empfangen werden.The test apparatus thus includes a screen having an array of pairs of transceivers. Consequently, 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.
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 Transceiver-Paaren und deren Auflösung auf dem Schirm (Anzahl der Transceiver-Paare pro Flächeneinheit) werden in der Regel in Abhängigkeit von der Spezifikation der zu testenden Messeinrichtung realisiert.So there is a closed loop. The response signals can be signals which vary in amplitude. Furthermore, 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 (number of transceiver pairs per unit area) are usually implemented depending on the specification of the measuring device to be tested.
Die Matrix kann eine vollständige Matrix sein, kann jedoch auch eine unvollständige Matrix sein. Im letzteren Fall können beispielsweise in einem zentralen Bereich und in Eckbereichen mehr Transceiver-Paare angeordnet sein als in Bereichen dazwischen. In den Bereichen dazwischen können ggf. auch gar keine Transceiver-Paare angeordnet sein.The matrix can be a complete matrix, but it can also be an incomplete matrix. In the latter case, for example, more transceiver pairs can be arranged in a central area and in corner areas than in areas in between. If necessary, no transceiver pairs at all can be arranged in the areas in between.
Die Prüfvorrichtung ist dazu in der Lage, unterschiedliche Arten von Objekten zu simulieren, beispielsweise als Funktion der Signalstärken. Ferner kann, wie gesagt, die Winkelauflösung geprüft werden.The test device is able to simulate different types of objects, for example as a function of the signal strengths. Furthermore, as mentioned, the angular resolution can be checked.
In manchen Fällen kann zudem zumindest eine bestimmte Entfernung eines Objektes simuliert werden, die davon abhängt, wie lang die Zeit ist zwischen dem Empfang des optischen Signals von der Messeinrichtung und dem Absenden des optischen Antwortsignals.In some cases, at least a certain distance to an object can also be simulated, which depends on how long the time is between receiving the optical signal from the measuring device and sending the optical response signal.
Die Prüfvorrichtung kann kompakt und folglich preiswert realisiert werden und eignet sich insbesondere für den Einsatz in der Produktion von optischen Messeinrichtungen, beispielsweise im Bereich der Endkontrolle. Die Prüfvorrichtung kann für sequentielle Messungen von Signalen und Parametern mit anschließender Simulation eingesetzt werden.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.
Die optischen Signale, die von der Messeinrichtung abgestrahlt werden, können unterschiedlicher 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 jeweils die Anzahl und die Auflösung der Transceiver-Paare in der Matrix anzupassen.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.
Die Prüfvorrichtung wird vorzugsweise wie folgt eingerichtet: Die zu prüfende optische Messeinrichtung wird vor dem Schirm angeordnet und wird mit einem Steuerrechner kontaktiert, der dazu in der Lage ist, vorab abgespeicherte Prüffolgen durchzuführen, bei denen die optische Messeinrichtung entsprechend angesteuert wird. Ferner ist der Steuerrechner dazu in der Lage, Antwortsignale, wie sie von der optischen Messeinrichtung erfasst werden, auszuwerten und ggf. zu speichern.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. Furthermore, the control computer is able to evaluate and, if necessary, store response signals as they are recorded by the optical measuring device.
Der Steuerrechner ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise die erfassten optischen Signale in elektrische Signale umwandeln und aufbereiten, und zwar zur Weiterleitung an den Steuerrechner. In dem Steuerrechner können dann vorzugsweise die Testsignale, die in die optische Messeinrichtung eingespeist werden, mit den Empfangssignalen gemeinsam abgespeichert und ggf. korreliert werden, um die Funktionsfähigkeit der optischen Messeinrichtung zu prüfen und/oder zu protokollieren.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. In the control computer, the test signals that are fed into the optical measuring device can then be stored together with the received signals and, if necessary, correlated in order to check and / or log the functionality of the optical measuring device.
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.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.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.The task is thus completely solved.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung wenigstens ein einstellbares Verzögerungsglied auf, das einem Transceiver-Paar zugeordnet ist und das zwischen das optische Empfangselement und das optische Sendeelement dieses Transceiver-Paares geschaltet ist, so dass nach dem Empfang eines optischen Signals an dem optischen Empfangselement das zugehörige optische Sendeelement zeitverzögert ansteuerbar ist, um eine Entfernung des Schirm von der Messeinrichtung zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz der Messeinrichtung von dem Schirm.According to a preferred embodiment, 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, so that after receiving an optical signal at the optical receiving element the associated optical transmission element can be controlled with a time delay 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.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Prüfvorrichtung insgesamt sehr kompakt auszubilden.This measure makes it possible to make the test device very compact overall.
Während LIDAR-Systeme häufig auch für größere Entfernungen von mehr als 100 m getestet werden müssen, kann die vorliegende Prüfvorrichtung in vielen Fällen mit Abmessungen 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 Antwortsignals in einem Bereich von Pikosekunden bis Nanosekunden einzustellen. Hierdurch können Impulslaufzeiten und somit Entfernungen in den üblichen Bereichen simuliert werden.While LIDAR systems often have to be tested for greater distances of more than 100 m, the present test device can in many cases be set up with dimensions of less than 1 m both in depth, in height and in width direction. 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 enables pulse transit times and thus distances to be simulated in the usual areas.
Vorzugsweise ist es dabei auch möglich, durch das Hinterlegen von Mustern, die eine zeitliche Abfolge des Aussendens von Antwortsignalen definieren, eine Bewegung zu simulieren. Durch spezielle Funktionen und eine Synchronisation in der Firmware der optischen Messeinrichtung können bestimmte Parameter, wie Strahlungsleistung und der emittierte Raumwinkel als „Ausleuchtungsbereich“ genauer ermittelt werden.In this case, it is preferably also possible to simulate a movement by storing patterns which define a time sequence for the transmission of response signals. With special functions and a synchronization in the firmware of the optical measuring device, certain parameters, such as radiated power and the emitted solid angle, can be determined more precisely as the "illumination area".
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine Empfangs-Signalstärke eines Empfangssignals des optischen Empfangselementes 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.According to a further preferred embodiment, the control device is designed to detect a received signal strength of a received signal of the optical receiving element and to control the associated optical transmitting element so that it emits an optical response signal with a transmitted signal strength that is a function of the received signal strength .
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 unterschiedliche Amplituden des optischen Signals der Messeinrichtung eingestellt werden, um das Funktionsspektrum hinsichtlich der Sende- und Empfangsleistung prüfen zu können.In general, it is preferred to detect the received signal strength of a received signal in order to determine whether a transmission power of the optical measuring device (for example an amplitude of a LIDAR pulse) is correct. For example, 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 transmitted and received power.
Durch die Ansteuerung des optischen Sendeelementes eines Transceiver-Paares so, dass ein optisches Antwortsignal eine Sende-Signalstärke hat, die eine Funktion der Empfangs-Signalstärke ist, kann auf vergleichsweise einfache Weise eine Rückkopplung erfolgen. Denn ein Empfangsarray der optischen Messeinrichtung kann dieses Antwortsignal dann erfassen.By controlling the optical transmission element of a transceiver pair in such a way that an optical response signal has a transmission signal strength that is a function of the reception signal strength, feedback can take place in a comparatively simple manner. This is because a receiving array of the optical measuring device can then record this response signal.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinrichtung einen Micro-Controller auf, der dazu ausgebildet ist, die Empfangssignalstärke eines Empfangssignals des optischen Empfangselementes zu erfassen und zu speichern.According to a further preferred embodiment, the 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.
Die Speicherung kann dabei auch das Weiterleiten des Empfangssignals an einen Steuerrechner beinhalten, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist.The storage can also include the forwarding of the received signal to a control computer that is connected to the control device.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise auf einer Leiterplatte ausgebildet, die parallel zu dem Schirm angeordnet ist.The control device is preferably formed on a printed circuit board which is arranged parallel to the screen.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise auf einer der zu prüfenden optischen Messeinrichtung abgewandten Seite des Schirms angeordnet. Durch die parallele Ausrichtung können beispielsweise 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.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, for example, which can be implemented using programmable logic (PLL), can be arranged spatially close to the respectively assigned transceiver pairs. This way, uniform transit times can be guaranteed.
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 installierten LIDAR-Messsystem vor den Schirm gefahren wird (beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-Endabnahme).In general, it is conceivable that the screen is designed as a large screen, for example the size of a cinema screen, so that a vehicle with a LIDAR measurement system already installed on it is driven in front of the screen (for example as part of a vehicle final inspection).
Während der Schirm der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung folglich im Freien angeordnet 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.While the screen of the test device according to the invention can consequently be arranged outdoors, it is preferred if the screen with the matrix of transceiver pairs is fixed in an interior of a housing, with a measuring device receptacle also being formed in the interior to accommodate a to accommodate the testing measuring device in the housing and to position it in relation to the screen.
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 einfahrbar ist.The housing can be a large space in which the screen is arranged and into which, for example, a vehicle with an already installed LIDAR system can be driven.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Gehäuse ein kompaktes Gehäuse mit Abmessungen in allen Richtungen von kleiner 1 m ist. In diesem Fall ist die Prüfvorrichtung vorzugsweise ausschließlich zum Prüfen der optischen Messeinrichtung nach deren Produktion ausgebildet, also bevor die Prüfvorrichtung in ein Fahrzeug oder eine andere Anwendung verbaut wird.However, it is particularly preferred if the housing is a compact housing with dimensions of less than 1 m in all directions. In this case, the testing device is preferably designed exclusively for testing the optical measuring device after its production, that is to say before the testing device is installed in a vehicle or another application.
Das Gehäuse ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass es zur Prüfung einer Messeinrichtung schließbar ist.The housing is preferably designed so that it can be closed for testing a measuring device.
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 Infrarotwellenlängenbereich des LIDAR Systems) abgeschlossen.In other words, 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. In other words, in particular the space between the optical measuring device and the screen is sealed against the surroundings in a light-tight manner (in the infrared wavelength range of the LIDAR system).
Hierdurch kann vermieden werden, dass die Prüfung mittels der Prüfvorrichtung durch Umgebungslicht gestört wird.This can prevent the test using the test device from being disturbed by ambient light.
Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn eine Innenseite des Gehäuses zumindest in einem Bereich benachbart zu dem Schirm eine Beschichtung mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten als Streustrahlungsunterdrückung aufweist.It is also particularly preferred if an inside of the housing has a coating with a low reflection coefficient to suppress scattered radiation, at least in an area adjacent to the screen.
Hierdurch können auch Fehler während der Prüfung aufgrund von reflektierten und gestreuten Signalen weitgehend vermieden werden.In this way, errors during the test due to reflected and scattered signals can be largely avoided.
Es ist insgesamt vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Schirms eine Beschichtung mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten aufweist.Overall, it is advantageous if the surface of the screen has a coating with a low reflection coefficient.
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 auftreffenden optischen Signale reflektiert werden. Vorzugsweise liegt dieser Faktor bei kleiner 25 %, insbesondere kleiner 10 %.In the present case, 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%.
Die Beschichtung kann dabei auch gewisse Rauigkeit aufweisen, um diffus zu reflektieren.The coating can also have a certain roughness in order to reflect diffusely.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren 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 Fahrzeuganwendungen, mit den Schritten Anordnen einer zu prüfenden Messeinrichtung vor einem Schirm, so dass der Schirm in dem Blickfeld der zu prüfenden Messeinrichtung angeordnet ist, wobei in einer Oberfläche des Schirms eine Matrix von Transceiver-Paaren angeordnet ist, die jeweils ein optisches Empfangselement und ein optisches Sendeelement 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; 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.The present invention further relates to a method 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 the steps of arranging a measuring device to be tested 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 transmitting element, the optical receiving elements each being designed to have a receiving 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.
Eine zugehörige Prüfvorrichtung kann für den Fall der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens so ausgebildet sein, dass sie eine Matrix nur mit optischen Empfangselementen aufweist. Bevorzugt ist die Prüfvorrichtung jedoch als erfindungsgemäße Prüfvorrichtung mit einer Matrix von Transceiver-Paaren ausgebildet.In the event that the method according to the invention is carried out, an associated test device can be designed in such a way that it has a matrix with only optical receiving elements. However, the test device is preferably designed as a test device according to the invention with a matrix of transceiver pairs.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn in Antwort auf den Empfang eines optischen Signals an dem wenigstens einen optischen Empfangselement das zugehörige optische Sendeelement angesteuert wird, um ein optisches Antwortsignal abzustrahlen, und wobei das von dem optischen Sendeelement abgestrahlte optische Antwortsignal von der Messeinrichtung empfangen und verarbeitet wird.In the method according to the invention, it is preferred if, in response to the reception of an optical signal at the at least one optical receiving element, the associated optical transmission element is activated to emit an optical response signal, and the optical response signal emitted by the optical transmission element is received by the measuring device and is processed.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das optische Antwortsignal gegenüber dem Empfang des optischen Signals zeitlich verzögert wird, um eine Entfernung des Schirms von der Messeinrichtung zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz der Messeinrichtung von dem Schirm.It is also preferred if the optical response signal is delayed in time with respect to the reception of the optical signal in order to simulate a distance between the screen and the measuring device which is greater than the actual distance between the measuring device and the screen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung; -
2 eine Draufsicht auf einen Schirm der Prüfvorrichtung der1 gemäß der Ansicht II-II von 1 ; -
3 ein schematisches Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung der1 ; und -
4 Zeitablaufdiagramme von optischen und elektrischen Signalen in der Steuereinrichtung der3 .
-
1 a schematic representation of a test device according to the invention; -
2 a plan view of a screen of the test device of1 according to view II-II of1 ; -
3 a schematic block diagram of a control device of the test apparatus of FIG1 ; and -
4th Timing diagrams of optical and electrical signals in the control device of FIG3 .
In
Die Prüfvorrichtung
In
Die optische Messeinrichtung
Die Prüfvorrichtung
Genauer gesagt weist die Prüfvorrichtung
Das Gehäuse
Die Prüfvorrichtung
In einem Bereich zwischen der Messeinrichtung
Wie es in
In der Oberfläche
Die Matrix
Die optischen Empfangselemente
Die Matrix
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
Wie es in
Ferner kann der Steuerrechner
Die Steuereinrichtung
Wie es in
Die Steuereinrichtung
Während die Signalverarbeitungseinrichtung
Das optische Empfangselement
Zwischen jede Signalverarbeitungseinrichtung
Folglich können über das Verzögerungsglied
Das Verzögerungsglied
In
Andererseits erzeugt jede Ansteuerungseinrichtung
Das optische Signal
Das Empfangssignal
Das Sendesignal
Das Antwortsignal
Es versteht sich, dass die Signalstärke P4 vorzugsweise proportional ist zu der Signalstärke 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.It goes without saying that the signal strength P 4 is preferably proportional to the signal strength P 3 . The signal strength P 3 is preferably a function of the signal strength P 2 and can be varied to carry out different tests, preferably by means of the micro-controller.
Das Empfangssignal
Das Erzeugen des Sendesignals
Insgesamt wird mit der vorliegenden Erfindung eine Prüfvorrichtung bzw. ein Prüfverfahren für den Funktionstest von optischen Sensoren, z.B. LIDAR, in der Produktion bereitgestellt. Die Prüfvorrichtung nimmt die, von der optischen Messeinrichtung aus gesendete 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 Funktionen und Synchronisation in der Firmware der Messeinrichtung
Messeinrichtungen
Das vorliegende Verfahren ist für eine Massenproduktion von optischen Messeinrichtungen wegen der kompakten Maße der Prüfvorrichtung und der schnellen Messung von Signalen sehr geeignet. Das vorliegende Verfahren stellt eine preiswerte Lösung für den Einsatz in der Produktion von optischen Messeinrichtungen, insbesondere LIDAR-Sensoren, dar.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, especially LIDAR sensors.
Wegen den kompakten Abmessungen der Prüfvorrichtung, die bei nur wenigen cm Abstand 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-Abnahme von hergestellten, jedoch noch nicht in Fahrzeuge eingebauten optischen Messeinrichtungen. Ein besonderer Vorteil ist die Simulation unter Verwendung der von der Messeinrichtung aus gesendeten Signale/Impulse und die gleichzeitige Messung dieser Signale.Due to the compact dimensions of the test device, which can simulate objects at a distance of up to several 100 m with a distance of only a few cm between the screen and the measuring device, it is particularly suitable for end-of-line acceptance of manufactured, but not yet in Optical measuring devices built into vehicles. A particular advantage is the simulation using the signals / pulses sent by the measuring device and the simultaneous measurement of these signals.
Durch die Anordnung der Transceiver-Paare
In der Steuereinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- PrüfvorrichtungTesting device
- 1212
- optische Messeinrichtungoptical measuring device
- 1414th
- BlickfeldField of view
- 1515th
- vertikaler Blickfeldwinkelvertical field of view angle
- 1616
- KontaktanordnungContact arrangement
- 2020th
- Gehäusecasing
- 2222nd
- GrundplatteBase plate
- 2424
- Sockelbase
- 2626th
- MesseinrichtungsaufnahmeMeasuring device recording
- 2828
- HaubeHood
- 2929
- Innenrauminner space
- 3030th
- Schirmumbrella
- 3131
- Oberflächesurface
- 3232
- Distanzdistance
- 3434
- reflexionsarme Beschichtunglow reflection coating
- 3636
-
Höhe
30 height30th - 3838
-
Breite
30 width30th - 4040
- Matrixmatrix
- 4242
- optisches Empfangselementoptical receiving element
- 4444
- optisches Sendeelementoptical transmitter element
- 4646
- Transceiver-PaareTransceiver pairs
- 5050
- SteuereinrichtungControl device
- 5151
- LeiterplatteCircuit board
- 5252
- SteuerrechnerTax calculator
- 5454
- SteueranordnungTax arrangement
- 6060
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 6262
- MesswertaufbereitungseinrichtungMeasured value processing device
- 6464
- Micro-ControllerMicro controller
- 6666
- VerzögerungsgliedDelay element
- 7070
-
optisches Signal (
12 )optical signal (12th ) - 7272
- elektrisches Sendesignalelectrical transmission signal
- 7676
- optisches Antwortsignal optical response signal
- mm
-
Anzahl Spalten von
40 Number of columns from40 - nn
-
Anzahl von Zeilen von
40 Number of lines from40
Claims (12)
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Cited By (2)
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DE102021106218A1 (en) | 2021-03-15 | 2022-09-15 | Dspace Gmbh | Test system for a LiDAR sensor and method for testing a LiDAR sensor |
EP4141481A1 (en) * | 2021-08-23 | 2023-03-01 | Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | Lidar target simulation system and method of testing a lidar device |
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DE102009047303A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-01 | Robert Bosch Gmbh | Device for calibrating sensors e.g. two-dimensional laser scanners, in vehicle, has reflector module with matrix-like reflector elements, and faceplate mask arranged at optical path between linear detection and ranging sensor and module |
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-
2019
- 2019-07-04 DE DE102019118039.2A patent/DE102019118039A1/en active Pending
-
2020
- 2020-06-18 WO PCT/DE2020/000032 patent/WO2021000979A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
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Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021000979A1 (en) | 2021-01-07 |
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