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DE102019118039A1 - LIDAR testing device and method - Google Patents

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DE102019118039A1
DE102019118039A1 DE102019118039.2A DE102019118039A DE102019118039A1 DE 102019118039 A1 DE102019118039 A1 DE 102019118039A1 DE 102019118039 A DE102019118039 A DE 102019118039A DE 102019118039 A1 DE102019118039 A1 DE 102019118039A1
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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 der 1 gemäß der Ansicht II-II von 1;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung der 1; und
  • 4 Zeitablaufdiagramme von optischen und elektrischen Signalen in der Steuereinrichtung der 3.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of a test device according to the invention;
  • 2 a plan view of a screen of the test device of 1 according to view II-II of 1 ;
  • 3 a schematic block diagram of a control device of the test apparatus of FIG 1 ; and
  • 4th Timing diagrams of optical and electrical signals in the control device of FIG 3 .

In 1 ist in schematischer Form eine Prüfvorrichtung dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.In 1 a test device is shown in schematic form and is generally designated by 10.

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 Antwortsignale zu empfangen.The testing device 10 is used to test an optical measuring device 12, which can be, for example, a LIDAR measuring device that has a field of view 14th and is designed to emit optical signals and to receive optical response signals.

In 1 ist eine derartige optische Messeinrichtung 12 mit einem vertikalen Blickfeldwinkel 15 dargestellt.In 1 is such an optical measuring device 12th with a vertical field of view angle 15th shown.

Die optische Messeinrichtung 12 weist eine Vorderseite auf, an der die optischen Signale abgestrahlt und empfangen werden. An einer Rückseite weist die optische Messeinrichtung 12 eine Kontaktanordnung 16 auf, über die die optische Messeinrichtung 12 angesteuert werden kann.The optical measuring device 12th has a front on which the optical signals are emitted and received. The optical measuring device has on a rear side 12th a contact arrangement 16 on which the optical measuring device 12th can be controlled.

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 Signale zu absorbieren bzw. zu empfangen und zu messen und gezielt in der Zeit zu verzögern, wobei optische Antwortsignale zeitverzögert und ggf. in der Amplitude variierend zurückgesendet werden. Die Testtiefe kann durch spezielle Funktionen und Synchronisation in der Firmware des Sensors erhöht werden.The testing device 10 serves to test an optical measuring device for functionality after it has been manufactured (hardware tests). The test device can carry out a function test of such optical measuring devices or optical sensors in production. The test device is used in particular 10 in addition, from the optical measuring device 12th to absorb or to receive and measure transmitted optical signals and to delay them in a targeted manner in time, 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.

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 Grundplatte 22 ist eine Messeinrichtungsaufnahme 26 ausgebildet, auf der eine optische Messeinrichtung 12 angeordnet werden kann, die zu prüfen ist.More precisely, the test device 10 a housing 20th with a base plate 22nd on, for example, on a base 24 mounted or arranged. On the base plate 22nd is a measuring device recording 26th formed on which an optical measuring device 12th can be arranged to be examined.

Das Gehäuse 20 weist eine Haube 28 auf, die von der Grundplatte 22 abgenommen werden kann, um eine Messeinrichtung 12 in das Gehäuse 20 aufzunehmen, und die anschließend wieder geschlossen werden kann, um einen Innenraum 29 lichtdicht gegenüber der Umgebung abzuschließen.The case 20th has a hood 28 on that from the base plate 22nd can be removed, a measuring device 12th in the housing 20th and which can then be closed again to create an interior 29 to close light-tight against the environment.

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 Messeinrichtung 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.The testing device 10 has an umbrella 30th on that in the interior 29 is arranged. The screen 30th is on the baseplate 22nd fixedly mounted, preferably aligned vertically, such that a surface 31 the screen to the optical measuring device 12th shows. The optical measuring device 12th is in the measuring device recording 26th recorded so that between the measuring device 12th and the surface 31 of the screen 30th a distance 32 is set up. 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.

In einem Bereich zwischen der Messeinrichtung 12 und dem Schirm 30 ist eine Innenwand des Gehäuses (der Haube 28) mit einer reflexionsarmen Beschichtung 34 ausgebildet. Auch die Oberfläche 31 des Schirms 30 ist vorzugsweise mit einer reflexionsarmen Beschichtung versehen.In an area between the measuring device 12th and the screen 30th is an inner wall of the housing (the hood 28 ) with a low reflection coating 34 educated. The surface too 31 of the screen 30th is preferably provided with a low-reflection coating.

Wie es in 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.Like it in 2 is shown, the screen points 30th a height 36 and a width 38 on. The height 36 of the screen is preferably smaller than 100 cm, in particular smaller than 50 cm. The width 38 is preferably smaller than 120 cm, preferably smaller than 60 cm.

In der Oberfläche 31 des Schirms 30 ist eine Matrix 40 von Transceiver-Paaren 46 ausgebildet, die jeweils ein optisches Empfangselement 42 und ein optisches Sendeelement 44 beinhalten.In the surface 31 of the screen 30th is a matrix 40 of transceiver pairs 46 formed, each having an optical receiving element 42 and an optical transmitter element 44 include.

Die Matrix 40 weist vorliegend n Zeilen und m Spalten auf. In der Darstellung der 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 Regel für einen bestimmten Typ von optischer Messeinrichtung 12 gewählt. Mit anderen Worten ist jeder Schirm 30 vorzugsweise auf einen bestimmten Typ von optischer Messeinrichtung 12 abgestimmt.The matrix 40 in the present case has n rows and m columns. In the representation of the 2 where n = 11 and M = 12. However, these values are to be understood purely as examples. The number of transceiver pairs per unit area (the resolution) is variable and is usually used for a certain type of optical measuring device 12th elected. In other words, everyone is an umbrella 30th preferably to a certain type of optical measuring device 12th Voted.

Die optischen Empfangselemente 42 und optischen Sendeelemente 44 jedes Transceiver-Paars 46 sind vorzugsweise in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet, wie es auch in 2 dargestellt ist.The optical receiving elements 42 and optical transmission elements 44 of each transceiver pair 46 are preferably arranged in close proximity to one another, as is also the case in 2 is shown.

Die Matrix 40 kann eine vollständige Matrix sein. In vielen Fällen ist es jedoch zur Durchführung eines Funktionstests hinreichend, wenn die Matrix als unvollständige Matrix ausgebildet 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 2 dadurch zu erkennen, dass die tatsächlich vorhandenen Transceiver-Paar in fetten Linien dargestellt sind, wohingegen die nicht vorhandenen Transceiver-Paare 46 der Matrix in dünnen Linien dargestellt sind.The matrix 40 can be a complete matrix. In many cases, however, it is sufficient to carry out a function test if the matrix is designed as an incomplete matrix, for example the transceiver pairs in corner areas 46 has, and also in edge areas and in a central area. The matrix can be in areas in between 40 even without transceiver pairs 46 be trained. This is in 2 This can be seen from the fact that the actually existing transceiver pairs are shown in bold lines, whereas the non-existent transceiver pairs 46 of the matrix are shown in thin lines.

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.Although the matrix has 11 x 12 = 132 matrix positions in the resolution shown, the actual number of transceiver pairs in this case is only 22, four transceiver pairs each in the areas of the corners, four transceiver pairs in the area of the middle and two transceiver pairs. Pairs in the area of vertical edges of the screen 30th . The ratio of the number of transceiver pairs to the number of matrix positions is preferably in a range from 1/20 to 1/4.

Wie es in 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 Kontaktanordnung 16 der optischen Messeinrichtung 12 verbunden und kann die optische Messeinrichtung 12 folglich dazu ansteuern, optische Signale abzustrahlen (wie beispielsweise einen LIDAR-Puls), und Antwortsignale zu empfangen und zu verarbeiten.Like it in 1 is shown, the test device 10 a control device 50 on that with the transceiver pairs 46 connected is. The control device is preferably 50 on a circuit board 51 formed parallel to the screen 30th is arranged. The control device 50 is, as shown at A, with a control computer 52 connected to the outside of the housing 20th is arranged. The tax calculator 52 is with the contact arrangement 16 the optical measuring device 12th connected and can the optical measuring device 12th consequently control to emit optical signals (such as a LIDAR pulse), and to receive and process response signals.

Ferner kann der Steuerrechner 52 mit der Steuereinrichtung 50 kommunizieren. Die Steuereinrichtung 50 kann beispielsweise elektrische Empfangssignale, die die optischen Empfangselemente bei Empfang eines optischen Signales erzeugen, an den Steuerrechner 52 weiterleiten, um auf diese Weise zu prüfen, ob die optische Messeinrichtung 12 tatsächlich 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.Furthermore, the control computer 52 with the control device 50 communicate. The control device 50 can for example receive electrical signals, which the optical receiving elements generate when an optical signal is received, to the control computer 52 forward, in this way to check whether the optical measuring device 12th actually optical signals within the field of view 14th with a certain amplitude when the optical measuring device 12th this from the control computer 52 has been controlled.

Die Steuereinrichtung 50 und der Steuerrechner 52 bilden gemeinsam eine Steueranordnung 54.The control device 50 and the tax calculator 52 together form a control arrangement 54 .

Wie es in 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 Steuereinrichtung 50 verbunden.Like it in 3 is shown, the control device 50 for each receiving element 42 a signal processing device 60 on. The signal processing device 60 is with a measured value processing device 62 the control device 50 connected. The measured value processing device 62 is with a micro controller 64 the control device 50 connected.

Die Steuereinrichtung 50 beinhaltet ferner für jedes optische Sendeelement 44 eine Ansteuerungseinrichtung 68, die ebenfalls mit dem Micro-Controller 64 verbunden ist.The control device 50 also includes for each optical transmitter element 44 a Control device 68, also with the micro-controller 64 connected is.

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 optische Sendeelement 44 anzusteuern.While the signal processing device 60 an optical receiving element 42 is used for signal processing and distribution, the control device 68 has an optical transmission element 44 the purpose of controlling their light output and the optical transmission element 44 head for.

Das optische Empfangselement 42 und das optische Sendeelement 44 sind jeweils vorzugsweise als Dioden ausgebildet, wobei zumindest das optische Sendeelement 44 vorzugsweise als optische Laserdiode ausgebildet ist.The optical receiving element 42 and the optical transmission element 44 are each preferably designed as diodes, at least the optical transmitter element 44 is preferably designed as an optical laser diode.

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 Sendeelement 44 zeitverzögert anzusteuern, um eine Entfernung des Schirms 30 von der Messeinrichtung 12 zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz 32 der Messeinrichtung 12 von dem Schirm 30.Between each signal processing device 60 and each control device 68 is a delay element 66 switched, which is set up, after receiving an optical signal at the optical receiving element 42 the associated optical transmission element 44 time-delayed to move to a distance of the screen 30th from the measuring device 12th to simulate that is greater than the actual distance 32 the measuring device 12th from the screen 30th .

Folglich können über das Verzögerungsglied 66 Impulslaufzeiten und somit Entfernungen simuliert werden.Consequently, the delay element 66 Pulse transit times and thus distances can be simulated.

Das Verzögerungsglied 66 kann beispielsweise durch eine programmierbare Logik (PLLP) realisiert sein und kann Verzögerungszeiten im Bereich von Pikosekunden bis Nanosekunden einrichten. Das Verzögerungsglied 66 ist ebenfalls mit dem Micro-Controller 64 verbunden. Der Micro-Controller 64 kann hierdurch die Verzögerungszeit ΔT, die von dem Verzögerungsglied 66 eingerichtet wird, einstellen.The delay element 66 can be implemented, for example, by programmable logic (PLLP) and can set up delay times in the range from picoseconds to nanoseconds. The delay element 66 is also with the micro controller 64 connected. The micro controller 64 can thereby the delay time .DELTA.T, which by the delay element 66 set up.

In 3 ist ferner gezeigt, dass jedes optische Empfangselement 42 ein optisches Signal 70 empfängt, das von der optischen Messeinrichtung 12 abgestrahlt worden ist. Jedes optische Empfangselement 42 ist dazu ausgebildet, das optische Signal 70 in ein elektrisches Empfangssignal 72 umzuwandeln, das der jeweiligen Signalverarbeitungseinrichtung 60 zugeführt wird.In 3 it is also shown that each optical receiving element 42 an optical signal 70 receives that from the optical measuring device 12th has been radiated. Any optical receiving element 42 is designed to the optical signal 70 into an electrical received signal 72 to convert that of the respective signal processing device 60 is fed.

Andererseits erzeugt jede Ansteuerungseinrichtung 68 ein elektrisches Sendesignal 74, das dem jeweiligen optischen Sendeelement 44 zugeführt wird, um ein optisches Antwortsignal 76 abzustrahlen.On the other hand, each driver generates 68 an electrical transmission signal 74 , the respective optical transmission element 44 is supplied to an optical response signal 76 to radiate.

4 zeigt Zeitablaufdiagramme der Signale 70, 72, 74, 76. 4th shows timing diagrams of the signals 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 P1) empfangen. Das optische Empfangselement 42 erzeugt hieraus ein elektrisches Empfangssignal 72, das hinsichtlich Form und Amplitude mit dem optischen Signal 70 korreliert. Beispielhaft ist eine Amplitude bzw. Signalstärke des Empfangssignals 72 mit P2 angegeben, wobei P2 vorzugsweise proportional ist zu P1.The optical signal 70 from the measuring device 12th is emitted, is transmitted to an optical receiving element 42 received as a pulse with a signal strength (amplitude P 1 ). The optical receiving element 42 generates an electrical reception signal from this 72 which in terms of shape and amplitude with the optical signal 70 correlated. An amplitude or signal strength of the received signal is an example 72 indicated by P 2 , where P 2 is preferably proportional to P 1 .

Das Empfangssignal 42 wird in der Signalverarbeitungseinrichtung 60 aufbereitet und verteilt, zum einen an die Messwertaufbereitungseinrichtung 62 und zum anderen an das Verzögerungsglied 66. Dieses hat eine von dem Micro-Controller 64 eingestellte Zeitverzögerung ΔT, und gibt die Ansteuerungseinrichtung 68 dazu frei, ein elektrisches Sendesignal 74 zu erzeugen, das eine Signalstärke P3 hat, jedoch vorzugsweise hinsichtlich Form (Impuls) ähnlich ausgestaltet ist wie das elektrische Empfangssignal 72.The received signal 42 is in the signal processing device 60 processed and distributed, on the one hand to the measured value processing device 62 and on the other hand to the delay element 66 . This one has one from the micro controller 64 set time delay .DELTA.T, and releases the control device 68 to an electrical transmission signal 74 to generate, which has a signal strength P 3 , but is preferably designed in terms of shape (pulse) similar to the electrical received signal 72 .

Das Sendesignal 74 ist um ΔT gegenüber dem Empfangssignal 72 verzögert. Das optische Sendeelement 44 erzeugt aus dem Sendesignal 74 ein optisches Antwortsignal 76, das in Richtung auf die optische Messeinrichtung 12 abgestrahlt wird und eine zeitverzögerte Antwort auf das optische Signal 70 darstellt, um eine bestimmte Entfernung zwischen dem Schirm 30 und der Messeinrichtung 12 zu simulieren.The broadcast signal 74 is by ΔT compared to the received signal 72 delayed. The optical transmission element 44 generated from the transmitted signal 74 an optical response signal 76 pointing towards the optical measuring device 12th is emitted and a delayed response to the optical signal 70 represents a certain distance between the screen 30th and the measuring device 12th to simulate.

Das Antwortsignal 76 weist in 4 eine Signalstärke P4 auf.The response signal 76 points in 4th a signal strength P 4 .

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 72 wird über die Signalverarbeitungseinrichtung 60 auch der Messwertaufbereitungseinrichtung 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.The received signal 72 is via the signal processing device 60 also of the measured value processing device 62 fed, and from there to the micro-controller 64 . The micro controller 64 is with the tax calculator 52 connected. Consequently, via the micro controller 64 a log function of the test of the measuring device 12th will be realized.

Das Erzeugen des Sendesignals 74 aus dem Empfangssignal 72 mit der voreingestellten Verzögerung im Verzögerungsglied 66 erfolgt vorzugsweise direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung des Micro-Controllers 64. Folglich können sehr kurze Verzögerungszeiten im Bereich von Pikosekunden oder Nanosekunden eingestellt werden.The generation of the transmission signal 74 from the received signal 72 with the preset delay in the delay element 66 preferably takes place directly, ie 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.

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 12 erhöht werden.Overall, the present invention provides a test device or a test method for the functional test of optical sensors, for example LIDAR, in production. The test device picks up the signals sent by the optical measuring device, measures them and sends them back as response signals, delayed in time and varying in amplitude. The test depth can be determined by special functions and synchronization in the firmware of the measuring device 12th increase.

Messeinrichtungen 12, wie LIDAR-Sensoren, werden zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung verwendet und arbeiten häufig in einem Erfassungsbereich von 100 m bis ca. 200 m. Mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist es möglich, Testverfahren an den Messeinrichtungen unabhängig von der Realität durchzuführen und Lichtsignale abhängig von gesendeten Pulsen zu erzeugen.Measuring devices 12th , 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 light signals depending on to generate transmitted pulses.

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 46 kann die Winkelauflösung der optischen Messeinrichtung geprüft werden. Die Dimension und die Auflösung (Anzahl der Transceiver-Paare) ist abhängig von der Spezifikation der zu messenden Messeinrichtung.Through the arrangement of the transceiver pairs 46 the angular resolution of the optical measuring device can be checked. The dimension and the resolution (number of transceiver pairs) depend on the specification of the measuring device to be measured.

In der Steuereinrichtung 50 kann durch das Hinterlegen von Mustern, die in einer zeitlichen 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 „Ausleuchtungsbereich“ genauer ermittelt werden.In the control device 50 Movement can also be simulated by storing patterns that are used in a chronological sequence. With 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".

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 height 30th
3838
Breite 30 width 30th
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 from 40
nn
Anzahl von Zeilen von 40 Number of lines from 40

Claims (12)

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.Testing 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, wherein a surface (31) of the screen (30) has a Matrix (40) of transceiver pairs (46) is arranged, each having an optical receiving element (42) and an optical transmitting element (44), wherein the optical receiving elements (42) are each designed to transmit an optical signal (70) their respective matrix position, and wherein the optical transmission elements (44) are each designed to emit an optical response signal from their respective matrix position, and - a control device (50) which is connected to the optical reception elements (42) and the optical transmission elements (44 ) is connected, the control device (50) being designed to transmit the associated optical transmitting element when an optical signal (70) is received at at least one optical receiving element (42) ent (44) to emit an optical response signal (76). Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei 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, so dass nach dem Empfang eines optischen Signals (70) dem optischen Empfangselement (42) das zugehörige optische Sendeelement (44) zeitverzögert ansteuerbar ist, um eine Entfernung des Schirms (30) von der Messeinrichtung (12) zu simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz (32) der Messeinrichtung (12) von dem Schirm (30).Test device according to Claim 1 , the control device (50) having at least one adjustable delay element (66) which is assigned to a transceiver pair (46) and which is connected between the optical receiving element (42) and the optical transmitting element (44) of this transceiver pair (46) are, so that after receiving an optical signal (70) the optical receiving element (42) the associated optical transmitting element (44) can be controlled with a time delay in order to simulate a distance of the screen (30) from the measuring device (12) which is greater is than the actual distance (32) of the measuring device (12) from the screen (30). Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, eine Empfangs-Signalstärke (P2) eines Empfangssignals (72) des optischen Empfangselements (42) zu erfassen und das zugehörige optische Sendeelement (44) so anzusteuern, dass es ein optisches Antwortsignal (76) mit einer Sende-Signalstärke (P4) abstrahlt, die eine Funktion der Empfangs-Signalstärke (P2) ist.Test device according to Claim 1 or 2 , wherein the control device (50) is designed to detect a received signal strength (P 2 ) of a received signal (72) of the optical receiving element (42) and to control the associated optical transmitting element (44) in such a way that it emits an optical response signal (76 ) with a transmission signal strength (P 4 ) that is a function of the reception signal strength (P 2 ). Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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.Test device according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the control device (50) has a micro-controller (64) which is designed to detect and store the received signal strength (P 2 ) of a received signal (72) of the optical receiving element (42). Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Steuereinrichtung (50) auf einer Leiterplatte (51) ausgebildet ist, die parallel zu dem Schirm (30) angeordnet ist.Test device according to one of the Claims 1 to 4th wherein control device (50) is formed on a circuit board (51) which is arranged parallel to the screen (30). 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-Aufnahme (46) ausgebildet ist, um eine zu prüfende Messeinrichtung (12) in dem Gehäuse aufzunehmen (20) und in Bezug auf den Schirm (30) zu positionieren.Test device according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the screen (30) with the matrix of transceiver pairs (46) is fixed in an interior (29) of a housing (20), wherein in the interior (29) a measuring device receptacle (46) is also formed in order to a measuring device (12) to be tested is accommodated (20) in the housing and positioned in relation to the screen (30). Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (20) so ausgebildet ist, dass es zur Prüfung einer Messeinrichtung (12) schließbar ist.Test device according to Claim 6 , wherein the housing (20) is designed so that it can be closed for testing a measuring device (12). 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.Test device according to Claim 6 or 7th wherein an inside of the housing (20) has a coating (34) with a low reflection coefficient at least in an area adjacent to the screen (30). Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Oberfläche (31) des Schirms (30) eine Beschichtung mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten aufweist.Test device according to one of the Claims 1 to 8th wherein the surface (31) of the screen (30) has a coating with a low reflection coefficient. Verfahren 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 für Fahrzeuganwendungen, 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 Messeinrichtung (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) 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 (76) von ihrer jeweiligen Matrixposition 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 (P1) des optischen Signals (70).Method 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 for vehicle applications, with the following steps: Arranging a measuring device (12) to be tested in front of a screen (30), so that the screen (30) is arranged in the field of view (14) of the measuring device (12) to be tested, a surface (31) of the screen (30) having a Matrix of transceiver pairs (46) is arranged, each having an optical receiving element (42) and an optical transmitting element (44), the optical receiving elements (42) each being designed to transmit an optical signal (70) at their respective matrix position to receive, and wherein the optical transmission elements (44) are each designed to emit an optical response signal (76) from their respective matrix position; - controlling the measuring device (12) so that it emits an optical signal 70) in the direction of the screen (30); and - receiving the optical signal (70) at at least one optical receiving element (42) and detecting the signal strength (P 1 ) of the optical signal (70). Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Antwort auf den Empfang eines optischen Signals (70) an dem wenigstens einem optischen Empfangselement (42) das zugehörige optische Sendeelement (44) angesteuert wird, um ein optisches Antwortsignal (76) abzustrahlen, das von der Messeinrichtung (12) empfangen und analysiert werden kann.Procedure according to Claim 10 , wherein in response to the receipt of an optical signal (70) at the at least one optical receiving element (42), the associated optical transmitting element (44) is activated in order to emit an optical response signal (76) received by the measuring device (12) and can be analyzed. 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 simulieren, die größer ist als die tatsächliche Distanz (32) der Messeinrichtung (12) von dem Schirm (30).Procedure according to Claim 11 , the emission of the optical response signal (76) being delayed compared to the time of receipt of the optical signal (70) in order to simulate a distance of the screen (30) from the measuring device (12) which is greater than the actual distance (32 ) the measuring device (12) from the screen (30).
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