-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lidareinrichtung sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Lidareinrichtung bzw. eines solchen Kraftfahrzeugs.
-
Eine möglichst genaue, zuverlässige und robuste Umgebungs- und Objekterkennung kann in vielerlei verschiedenen Anwendungsbereichen nützlich sein, beispielsweise in verschiedenen industriellen Anwendungen ebenso wie im Straßenverkehr. Dabei bestehen verschiedene Herausforderungen, wie etwa wechselnde Umgebungen, Objektarten und Objektentfernungen, sodass nach wie vor Bedarf für Verbesserungen gegeben ist.
-
Als einen Anwendungsfall beschreibt die
DE 11 2012 004 255 T5 ein dreidimensionales Laserscannergerät zur Erfassung von dreidimensionalen geometrischen Daten einer Szene. Das Laserscannergerät weist dabei ein Beleuchtungssystem zum Erzeugen eines Lichtstrahls und zum Abtasten eines Beleuchtungspunkts des Lichtstrahls durch die Szene auf. Weiter weist das Laserscannergerät ein Lichterkennungssystem mit einem Lichtdetektor und ein optisches System zum Abbilden von Licht, das in der Szene gestreut oder von dieser auf das Lichterkennungssystem reflektiert wird, auf. Das Lichterkennungssystem weist ein steuerbares Filterelement zur dynamischen Unterscheidung von Licht, das aus ausgewählten Bereichen der Szene auftrifft, auf. Das Filterelement wird dabei im Betrieb des Scannergerätes derart gesteuert, dass nur Licht, das von einem ausgewählten, räumlich begrenzten Bereich um den Beleuchtungspunkt in der Szene auftrifft, auf den Lichtdetektor geleitet wird.
-
Als eine Anwendung im Verkehrsbereich beschreibt die
EP 2 936 193 B1 eine optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Diese weist eine Sendeeinheit zum Aussenden eines Sendelichtstrahl auf, die ihrerseits einen steuerbaren Mikrospiegel, mittels welchem der Sendelichtstrahl in einer Schwenkrichtung verschwenkbar ist, und eine Sendelinse auf. Die Sendelinse ist dabei hinter dem Mikrospiegel angeordnet und ist entlang der Schwenkrichtung als Konkav-Konvex-Linse ausgebildet. Damit soll ein größerer Öffnungswinkel der Erfassungseinrichtung in der Schwenkrichtung selbst dann erzielt werden, wenn die Auslenkung des Mikrospiegels entsprechend begrenzt ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte lidarbasierte Umgebungserkennung zu ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
-
Die erfindungsgemäße Lidareinrichtung kann insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet bzw. ausgelegt sein. Ebenso kann die vorliegende Erfindung jedoch in anderen Anwendungsbereichen einsetzbar sein. Die erfindungsgemäße Lidareinrichtung weist einen Laser zum Aussenden eines Laserstrahls, eine im Strahlengang des Laserstrahls angeordnete Optik zur Strahlformung des Laserstrahls und einen Detektor zum Detektieren von Laserstrahlreflektionen auf. Die Optik kann also zum Formen bzw. Einstellen oder Anpassen einer oder mehrerer Eigenschaften des Laserstrahls angeordnet und ausgestaltet sein. So kann die Optik beispielsweise eine oder mehrere Linsen und/oder einen Spiegel und/oder ein Konversionselement und/oder dergleichen mehr umfassen. Mittels der Optik kann beispielsweise ein Fokus oder Fokuspunkt oder -bereich bzw. eine Divergenz und/oder ein Strahlprofil bzw. Strahlquerschnitt des Laserstrahls gemäß einer entsprechenden Vorgabe oder Auslegung erzeugbar oder einstellbar sein. Ebenso kann dem Detektor beispielsweise eine Abbildungsoptik zum Abbilden eingehender Laserstrahlreflektionen auf den Detektor bzw. eine lichtempfindliche Detektions- oder Sensorfläche vorgeschaltet oder vorangestellt sein.
-
Erfindungsgemäß weist die Optik zur Strahlformung des ausgesendeten Laserstrahls wenigstens ein variables optisches Element auf. Dieses optische Element kann also beispielsweise direkt oder mittels einer entsprechenden Verstelleinrichtung verstellbar und/oder steuerbar und/oder anpassbar sein, insbesondere automatisiert bzw. elektrisch oder motorisch. Erfindungsgemäß ist die Lidareinrichtung dazu eingerichtet, in ihrem Betrieb mittels des variablen optischen Elements, also beispielsweise durch Ansteuern bzw. Einstellen oder Anpassen des optischen Elements und/oder einer damit gekoppelten Lagerung oder Verstelleinrichtung, wenigstens eine inhärente Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls dynamisch zu variieren, also zu verändern oder einzustellen. Eine solche inhärente Stahleigenschaft kann dabei eine Eigenschaft des Laserstrahls sein, die insbesondere für unabhängig ist von der Strahlrichtung, also einem Abstrahl- oder Ablenkwinkel des Laserstrahls. Mit anderen Worten kann die inhärente Strahleigenschaft also lokal an dem ausgesendeten Laserstrahls selbst ermittelbar sein unabhängig von umgebenden Bauteilen oder einem umgebenden verwendeten Koordinatensystem oder dergleichen. Solche inhärenten Strahleigenschaft können insbesondere das Strahlprofil oder die Divergenz bzw. der Fokus des ausgesendeten Laserstrahls sein oder dies betreffen.
-
Ein dynamisches Variieren der inhärenten Strahleigenschaft des Laserstrahls kann insbesondere bedeuten oder umfassen, dass diese zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfrei während des Betriebs der Lidareinrichtung veränderbar ist, insbesondere ohne manuellen Eingriff eines Nutzers oder Anwenders und/oder ohne bauliche Veränderung der Lidareinrichtung.
-
Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass bisherige Lidareinrichtungen in ihrer Reichweite typischerweise nicht sensitivitätsbegrenzt, sondern auflösungsbegrenzt sind. So sind zwar am Markt verschiedene Lidare verfügbar, die typische Auflösungen von beispielsweise 0,1°x0,1° bis zu 0,05°x0,05° und damit gegebenenfalls unterschiedliche effektive Reichweiten aufweisen können. Mitunter ist auch eine digital begrenzte oder abgeschnittene Maximalreichweite von beispielsweise 250 m fest eingestellt. Dabei sind aber die darin eingebauten optischen Komponenten für die Strahlformung rein statische Komponenten, sodass sich entsprechend fixe Eigenschaften der Lidare ergeben und beispielsweise eine Strahlcharakteristik nicht dynamisch änderbar ist.
-
Auch unterhalb der theoretischen Maximalreichweite sind heutige Lidare in einem ungünstigen Szenario (worst Case), also beispielsweise für das Detektieren relativ kleiner und dunkler Objekte, nicht durch die Detektorsensitivität begrenzt, sondern durch die jeweilige Auflösung bzw. das jeweilige Abtastvermögen. Abhängig von der Strahldivergenz und gegebenenfalls auch der Abbildung der Strahlgeometrie des ausgesendeten Laserstrahls auf den Detektor bzw. eine entsprechende Detektorgeometrie ergibt sich für einen gegebenen Laserstrahl bzw. eine gegebene Lidareinrichtung und ein gegebenes Objekt typischerweise die Situation, dass mit zunehmender Entfernung die Fläche des Objekts zunächst größer, dann genauso groß und dann kleiner ist als der Strahlquerschnitt des Laserstrahls und die entsprechende Abbildung auf den Detektor, also einen Empfänger. Als Resultat können sich damit zunächst, also bei entsprechend geringerer Entfernung, mehrere einzelne Detektionen bzw. Pixel für das Objekt bzw. auf dem Objekt, bei der sogenannten Pixelfülldistanz (englisch: pixel filling distance) genau eine Detektion bzw. genau ein Pixel für das Objekt und bei größeren Entfernungen höchstens ein Pixel oder weniger als ein vollständiger Pixel für das Objekt ergeben. Füllt in letzterem Fall also das Objekt nicht den gesamten Querschnitt des ausgesendeten Laserstrahls aus, so kann dies zu einer signifikanten Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses führen, sodass dann gegebenenfalls keine stabile Objektdetektion mehr möglich ist. Dies kann zwar für genügend große Objekte unproblematisch oder irrelevant sein, in der Praxis sollen aber häufig kleinere Objekte detektiert werden. Aufgrund der erläuterten Beschränkungen ist dies mit herkömmlichen statischen Lidaren nur bis zu einer relativ begrenzten Entfernung oder Reichweite zuverlässig und stabil möglich, obwohl die Lidar- und Sensortechnik an sich größere Detektionsreichweiten zulassen würde.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch die flexible Variierbarkeit der wenigstens einen inhärenten Stahleigenschaft eine entsprechende Anpassung des ausgesendeten Laserstrahls und damit mittels einer einzigen Lidareinrichtung eine genaue, flexible und robuste bzw. stabile Detektion auch relativ kleiner Objekte in unterschiedlichen Entfernungen. Insbesondere ist dies sowohl für Entfernungen möglich, die sind als ein entsprechendes Reichweiten- oder Detektionslimit herkömmlicher Lidare, als auch für Entfernungen, die größer als dieses Reichweiten- oder Detektionslimit sind. Damit kann auf effektive und effiziente Weise ein Anwendungsspektrum von Lidareinrichtungen vergrößert und je nach Anwendungsfall beispielsweise eine verbesserte Sicherheit erreicht werden. Letzteres kann beispielsweise durch eine frühzeitigere Detektion auch relativ kleiner Objekte und/oder dadurch ermöglicht werden, dass zum Detektieren eines relativ kleinen Objekts in relativ großer Entfernung durch entsprechende Anpassung des Fokuspunkts oder der Fokuslänge, insbesondere des Strahlquerschnitts im Bereich des zu detektierenden Objekts, eine geringere Sende- oder Laserleistung verwendet werden, also ausreichend sein kann als bei herkömmlichen Lidaren, ohne dass sich dadurch wie bei herkömmlichen Lidaren ein zu schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis ergeben würde. Dies ist der Fall, da durch den reduzierten Strahlquerschnitt zumindest ein größerer Anteil des Laserstrahls bzw. der entsprechenden Photonen von dem jeweiligen zu detektierenden Objekt selbst reflektiert und nicht an diesem vorbeigestrahlt und dann von anderen Objekten oder einem Hintergrund reflektiert wird.
-
Die Variation der mindestens einen inhärenten Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls mittels des variablen optischen Elements im Strahlengang des Lasers stellt dabei eine typischerweise sehr viel kostengünstigere und bauraumsparendere Lösung als beispielsweise die Verwendung von zwei oder mehr unterschiedlichen statischen Lidareinrichtungen mit unterschiedlichen, aber statischen Optiken bzw. Strahleigenschaften dar.
-
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Lidareinrichtung dazu eingerichtet, als die inhärente Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls dessen Divergenz - bzw. die damit zusammenhängende Entfernung des Fokuspunkts des Laserstrahls von der Lidareinrichtung - und/oder das Strahlprofil, also die Strahlform bzw. den Strahlquerschnitt, des ausgesendeten Laserstrahls zu variieren. Damit kann besonders einfach und effektiv der ausgesendete Laserstrahl zum Abtasten und Detektieren von unterschiedlich großen Objekten und/oder von Objekten in unterschiedlichen Entfernungen angepasst werden. So kann beispielsweise durch eine reduzierte Divergenz ein reduzierter Strahlquerschnitt in größerer Entfernung erreicht oder eingestellt werden, was wiederum einen robusteres Detektieren kleinerer Objekte in größeren Entfernungen ermöglichen kann. Eine Veränderung einer Form des Strahlquerschnitts bzw. Strahlprofils kann beispielsweise eine Optimierung zum Detektieren von primär horizontal oder primär vertikal ausgedehnten Objekten ermöglichen. Auch damit kann also flexibel eine besonders zuverlässige, robuste und langreichweitige Detektion unterschiedlicher Objekte ermöglicht bzw. hinsichtlich eines Reichweiten- oder Detektionslimits bei gegebenem minimalem Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das variable optische Element beweglich gelagert, wobei durch entsprechende Verlagerung des optischen Elements die wenigstens eine inhärente Strahleigenschaft variierbar ist. Zum Verlagern, also Bewegen des optischen Elements kann die Lidareinrichtung beispielsweise einen entsprechenden Stellenmotor und/oder eine magnetische Halterung oder Anordnung, beispielsweise mit einer das optische Element umgebenden Spule, und/oder dergleichen mehr aufweisen. Das optischen Element kann also insbesondere elektrisch bzw. elektrisch gesteuert verlagerbar sein. Dies kann eine besonders genaue bzw. besonders genau steuerbare Verlagerung ermöglichen. Insbesondere kann das optische Element in Strahlrichtung bzw. Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls, also beispielsweise entlang oder in Richtung einer optischen Achse der Optik bzw. des variablen optischen Elements beweglich gelagert, also verlagerbar sein. Durch das hier vorgeschlagene Bewegen oder Verlagern, also eine physische Positionsveränderung des variablen optischen Elements kann die wenigstens eine inhärente Stahleigenschaft besonders einfach variiert und damit die vorliegende Erfindung vergleichsweise kostengünstig und mit herkömmlichen, einfach verfügbaren Bauteilen realisierbar sein.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das variable optische Element zum Variieren der wenigstens einen inhärenten Stahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls elektrisch in seiner Form und/oder wenigstens einer optischen Eigenschaft veränderbar. Eine solche optische Eigenschaft kann beispielsweise ein Brechungsindex oder dergleichen sein. Dieser kann je nach Ausgestaltung oder Materialwahl des optischen Elements elektrisch, also beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes oder einer elektrischen Spannung, variierbar, also einstellbar sein. In der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung kann das variable optische Element beispielsweise als flüssige oder gelartige Linse oder dergleichen ausgestaltet sein. Es kann dann beispielsweise eine Hülle, die das flüssige oder gelartige Material der Linse umfasst, elektrisch bewegbar oder in seiner Form oder beispielsweise in seiner mechanischen Spannung oder Straffheit oder dergleichen veränderbar sein.
-
Ebenso kann beispielsweise das Material des optischen Elements beispielsweise magnetische oder metallische Partikel aufweisen, also enthalten und dadurch auf anliegende magnetische und/oder elektrische Felder reagieren, insbesondere mit einer Bewegung bzw. Formveränderung.
-
Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Lidareinrichtung besonders kompakt realisierbar sein. Zudem kann beispielsweise durch entsprechend komplexe elektrische und/oder magnetische Feldkonfigurationen eine besonders genaue und/oder besonders flexible Einstellung des variablen optischen Elements realisiert werden. So können beispielsweise komplexe Freiformen des optischen Elements realisierbar sein, wodurch beispielsweise das Strahlprofil entsprechend flexibel und komplex einstellbar sein kann. Somit kann also die inhärente Stahleigenschaft ebenfalls entsprechend flexibel und komplex variiert werden bzw. eine gleichzeitige oder unabhängige Variation mehrerer inhärenter Strahleigenschaften des Laserstrahls ermöglicht werden.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das variable optische Element eine Linse ist bzw. umfasst. Das Steuern, also beispielsweise Bewegen oder Verlagern, einer solchen Linse kann gegebenenfalls einfacher und/oder präziser bzw. robuster möglich sein als beispielsweise eine präzise und zuverlässige Verstellung oder Formveränderung eines Spiegels. Insbesondere kann eine variable oder verstellbare Linse heutzutage typischerweise kostengünstiger realisierbar sein als beispielsweise eine Variation der inhärenten Stahleigenschaft mittels eines entsprechend genau in seiner Form einstellbaren Spiegels. Die Verwendung eines solchen in seiner Form gesteuert veränderbaren Spiegels als variables optisches Element, also zum Variieren der wenigstens einen inhärenten Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls wäre aber als Alternative oder ergänzende Ausgestaltungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich - zumindest sofern geeignete Hardware zur Verfügung steht.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das die erfindungsgemäße Lidareinrichtung zur Umgebungserfassung, also zum Detektieren von Objekten in einer jeweiligen Umgebung des Kraftfahrzeugs aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lidareinrichtung genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen. Die Anwendung oder Verwendung der erfindungsgemäßen Lidareinrichtung in einem Kraftfahrzeug kann besonders nutzbringend sein, da im Verkehrsgeschehen eine Vielzahl unterschiedlicher Situationen und Umgebungskonfigurationen auftreten kann, in denen unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich große Objekte in unterschiedlichen Entfernungen detektiert werden sollen. Da dies durch die erfindungsgemäße Lidareinrichtung ermöglicht oder unterstützt wird, kann somit eine besonders zuverlässige und genaue Umgebungserkennung und damit letztlich eine entsprechend verbesserte Sicherheit beim Führen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. allgemein im Verkehrsgeschehen ermöglicht werden.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Lidareinrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Dabei werden im Betrieb der Lidareinrichtung automatisch deren variables optisches Element bzw. deren variable optische Elemente und/oder eine damit gekoppelte Verstelleinrichtung angesteuert und dadurch die wenigstens eine inhärente Strahleigenschaft des von der Lidareinrichtung ausgesendeten Laserstrahls variiert. Weitere im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lidareinrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug genannte Abläufe, Maßnahmen oder Vorgänge können weitere, gegebenenfalls optionale, Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden.
-
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die wenigstens eine inhärente Stahleigenschaft automatisch jeweils situationsangepasst, also in jeder Situation jeweils auf diese abgestimmt, eingestellt. Dabei wird also das variable optische Element bzw. die entsprechende Verstelleinrichtung jeweils situationsangepasst angesteuert oder eingestellt. Dieses situationsangepasste Einstellen oder Anpassen erfolgt dabei in Abhängigkeit von einer jeweils aktuellen Geschwindigkeit des mit der Lidareinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von erfassten Daten aus anderen Quellen, welche eine jeweilige Umgebungssituation beschreiben bzw. in Abhängigkeit von einer entsprechenden, insbesondere auf solchen Daten beruhenden, Umgebungseinstufung.
-
Solche anderen Datenquellen können beispielsweise vorherige, insbesondere während der jeweils aktuellen Fahrt des Kraftfahrzeugs auf dem jeweils aktuellen Streckenabschnitt erzeugte, Umgebungsdaten, beispielsweise einer Umgebungserkennungseinrichtung des Kraftfahrzeugs, welche die jeweilige Umgebung semantisch beschreiben, und/oder andere Sensoren und/oder Kartendaten und/oder ein Wetterinformationsdienst und/oder andere Fahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer und/oder eine Verkehrsüberwachungs- oder Verkehrsleitinfrastruktur und/oder eine fahrzeugexterne zentrale Servereinrichtung, also beispielsweise ein Backend oder ein Cloudserver, und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Entsprechende Daten aus externen Datenquellen können beispielsweise über eine jeweilige Car2X-Datenverbindung und/oder über eine Mobilfunkverbindung und/oder über eine WLAN-Verbindung und/oder dergleichen mehr erfasst werden.
-
Beispielsweise könnte hier als eine Situation eine Fahrt des Kraftfahrzeugs auf einer Autobahn, insbesondere mit wenigstens einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit, beispielsweise wenigstens 80 km/h oder wenigstens 100 km/h oder dergleichen, bei freier Sicht bzw. unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegender Verkehrsdichte und/oder einer vorgegebenen Mindestgröße eines in Fahrtrichtung vorausliegenden hindernisfreien Freibereichs, gegeben sein. Eine solche Situation kann relativ gut vorhersehbar oder einschätzbar sein, beispielsweise hinsichtlich eines Eintretens von Hindernissen in einen Erfassungsbereich der Lidareinrichtung und/oder hinsichtlich einer störungsfrei einsetzbaren Laserleistung und/oder dergleichen mehr. In einer solchen Situation kann es vorgesehen bzw. wünschenswert sein, relativ kleine Objekte in möglichst großer Distanz zu detektieren. Um dies zu ermöglichen oder zu unterstützen kann das variable optische Elemente derart eingestellt, verstellt oder angepasst werden, dass sich als inhärente Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls ein entsprechend weit entfernter bzw. in Fahrtrichtung weit vorausliegender Fokuspunkt oder Fokusbereich des ausgesendeten Laserstrahls ergibt.
-
Im Vergleich dazu kann in einer anderen Situation eine geringere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder eine höhere Verkehrsdichte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs gegeben sein. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem innerstädtischen Bereich befindet. In einer solchen Situation kann eine Detektion von Objekten in entsprechend großen Entfernungen weniger relevant und stattdessen eine Detektion von Objekten in einem Nahbereich bzw. in geringeren Entfernungen relevanter als in der zuerst geschilderten Situation sein. Ebenso kann in einer solchen Situation eine erhöhte Gefahr oder Wahrscheinlichkeit für eine Blendung oder Störung oder sonstige Beeinträchtigung von anderen Verkehrsteilnehmern oder Einrichtungen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den ausgesendeten Laserstrahl bestehen. Dementsprechend kann in einer solchen Situation beispielsweise das optische Element derart angesteuert, eingestellt oder angepasst werden, dass sich als inhärente Stahleigenschaft ein näher an dem Kraftfahrzeug bzw. der Lidareinrichtung liegender Fokuspunkt oder Fokusbereich des ausgesendeten Laserstrahls ergibt.
-
Diese Situationen sind hier beispielhaft zu verstehen, verdeutlichen aber, dass durch eine entsprechend situationsangepasste Variation des ausgesendeten Laserstrahls der Lidareinrichtung eine entsprechende Optimierung für unterschiedliche Situationen ermöglicht werden kann.
-
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Lidareinrichtung in einem Kraftfahrzeug zum Detektieren von Objekten in einer jeweiligen dem Kraftfahrzeug, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne bzw. jeweils in Fahrtrichtung, vorausliegenden, Umgebung verwendet, also betrieben. Dabei wird in Situationen, in denen die jeweilige Umgebung mit weniger als einer vorgegebenen Mindestgenauigkeit und/oder Mindestkonfidenz bekannt ist bzw. eingestuft werden kann, zur Umgebungsabtastung, also zur Objektdetektion in einem vordefinierten Nahbereich ausgehend von dem Kraftfahrzeug bzw. der Lidareinrichtung mit zunehmender Entfernung die Leistung des Lasers der Lidareinrichtung erhöht, solange kein Hindernis, also beispielsweise zumindest kein für die sichere Fahrzeugführung relevantes Objekt, detektiert wird. Anschaulich ausgedrückt kann sich also die Lidareinrichtung bzw. die Umgebungsabtastung entsprechend vorsichtig in größere Entfernungen vortasten, solange keine Objekte detektiert werden. Dadurch kann eine Blendung, Störung oder sonstige Beeinträchtigung von anderen Verkehrsteilnehmern oder Einrichtungen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zumindest begrenzt werden. Gleichzeitig wird aber weiterhin eine zuverlässige Umgebungserkennung bzw. Objektdetektion ermöglicht, da zur Detektion von Objekten in geringeren Entfernungen typischerweise geringere Laserleistungen benötigt werden bzw. ausreichend sind.
-
Sobald ein Objekt in einer gewissen Entfernung detektiert wird, kann beispielsweise die dabei gegebene Laserleistung auch zur Umgebungsabtastung in noch größeren Entfernungen beibehalten werden.
-
Der vordefinierte Nahbereich kann hier beispielsweise ein an das Kraftfahrzeug bzw. die Lidareinrichtung anschließender Umgebungsbereich, beispielsweise bis zu einer vorgegebenen Entfernung sein.
-
Weiter ist hier vorgesehen, dass in entsprechenden Situationen außerhalb des Nahbereichs, also in größeren Entfernungen bzw. ab einer vorgegebenen Mindestentfernung von dem Kraftfahrzeug bzw. der Lidareinrichtung eine Fokusschärfe oder Fokusgröße des Laserstrahls im Vergleich zur Umgebungsabtastung innerhalb des Nahbereichs reduziert wird. Es kann dann also in entsprechenden Situationen und Entfernungen eine Größe oder Härte oder Intensität des Fokuspunkts oder Fokusbereichs des ausgesendeten Laserstrahls reduziert werden, insbesondere bis unter ein technisch mittels der jeweiligen Lidareinrichtung erreichbares oder einstellbares Maximum bzw. im Vergleich zu einer Fokusgröße oder Fokusschärfe oder Intensität, die in dem Nahbereich und/oder in genauer und/oder besser bekannten Situationen verwendet oder eingestellt wird, sofern dies dort jeweils sicher, insbesondere unter Einhaltung von vorgegebenen Anforderungen an die Augensicherheit, möglich ist. Durch diese reduzierte Fokusgröße können bestimmte Objekte, die innerhalb des Nahbereichs auch mit größerer Fokusgröße, also weniger scharfem Fokus robust und zuverlässig detektiert werden können, auch in größeren Entfernungen entsprechend zuverlässig und robust detektiert werden. Das hier vorgeschlagene situations- und entfernungsabhängige Verändern der Fokusgröße als inhärente Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls kann wie beschrieben durch entsprechendes Ansteuern, Einstellen oder Anpassen des wenigstens einen variablen optischen Elements der Lidareinrichtung realisiert werden.
-
In einer anderen möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden im Betrieb der Lidareinrichtung bzw. des Kraftfahrzeugs automatisch unterschiedliche Werte der wenigstens einen inhärenten Strahleigenschaft des ausgesendeten Laserstrahls in einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge regelmäßig zyklisch wiederholt eingestellt. Mit anderen Worten wird also eine entsprechende Abfolge von entsprechenden Einstellungen oder Positionen des variablen optischen Elements und/oder der entsprechenden Verstelleinrichtung automatisch entsprechend zyklisch durchlaufen. Dies kann in konkreten bzw. diskreten Schritten von einem Wert bzw. einer Einstellung oder Position zum bzw. zur nächsten oder aber kontinuierlich erfolgen. Das hier vorgeschlagene automatische Variieren der inhärenten Strahleigenschaft in einem vorgegebenen Schema bzw. in einem vorgegebenem zeitlichen Ablauf kann besonders einfach zu implementieren sein. Gleichzeitig ermöglicht es, insbesondere bei auf den jeweiligen Einsatzzweck oder Anwendungsfall abgestimmten ausreichend schnellem Durchlaufen der Abfolge, in unterschiedlichen Situationen eine Umgebungsabtastung bzw. Objektdetektion mit jeweils zumindest einem Wert bzw. eine Einstellung oder Position, der bzw. die für die jeweilige Situation geeignet oder optimal ist. Dies kann insbesondere ohne typischerweise aufwändigere oder verzögerungsbehaftete Erkennung oder Einstufung der jeweiligen Situation und damit besonders einfach, zuverlässig und konsistent erreicht werden. Ebenso kann das hier vorgeschlagene automatische Variieren der inhärenten Strahleigenschaft nach der vorgegebenen Abfolge als Rückfalllösung verwendet werden. Dies kann beispielsweise dann angewendet werden, wenn die jeweilige Situation nicht oder nicht mit einer vorgegebenen Mindestkonfidenz erkannt oder eingestuft werden kann oder dergleichen. Dadurch kann insgesamt eine verbesserte Robustheit und Zuverlässigkeit der Lidareinrichtung bzw. von deren Betrieb erreicht werden.
-
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung einer Objektdetektion mittels eines Lidars mit variabler Optik.
-
1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung eines dynamischen Lidarbetriebs. Dazu ist hier ausschnittweise ein Kraftfahrzeug 1 angedeutet, das mit einem Lidar 2 zur Umgebungserfassung ausgestattet ist. Der Lidar 2 weist dabei einen Laser 3 und eine in Abstrahl- oder Senderichtung von diesem angeordnete Optik 4 auf. Die Optik 4 ist hier schematisch durch eine Linse 5 repräsentiert. Mittels dieser Linse 5 bzw. dieser Optik 4 kann ein von dem Laser 3 ausgesendeter Laserstrahl 6 geformt werden.
-
Im Betrieb kann der Laserstrahl 6 also von dem Laser 3 ausgesendet werden, dann die Optik 4 durchlaufen und dann von dem Kraftfahrzeug 1 bzw. dem Lidar 2 in einer Abstrahlrichtung 7 in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 abgestrahlt werden. Dort kann der Laserstrahl 6 auf ein zu detektierendes Objekt treffen und von diesem reflektiert werden. Zur Veranschaulichung ist hier eine entsprechende Objektebene 8 angedeutet, an der diese Reflektion stattfinden kann. Von dort aus wird der Laserstrahl 6 zumindest teilweise in einer Empfangsrichtung 9 zurück zu dem Lidar 2, insbesondere zu einem Detektor 10 des Lidars 2, reflektiert. Zur Vermeidung von Überlappungen und somit zur besseren Erkennbarkeit ist hier eine lineare Darstellung gezeigt, in welcher der Weg des Laserstrahls 6 in gewisser Weise in dessen eigenem Koordinatensystem veranschaulicht ist. In der Praxis bzw. einer räumlich korrekten Darstellung kann sich natürlich der Detektor 10 ebenfalls in oder an dem Lidar 2, beispielsweise neben dem Laser 3, befinden. Dementsprechend würde real also die Empfangsrichtung 9 der Abstrahlrichtung 7 entgegengesetzt sein und von der Objektebene 8 zurück zu dem Lidar 2 verlaufen.
-
Zur weiteren Veranschaulichung ist hier auch eine im Zentrum des Laserstrahls 6 verlaufende optische Achse 11 der Optik 4 angedeutet.
-
In einem theoretischen Idealfall würde der Laserstrahl 6 über seinen gesamten Weg hinweg parallel bzw. gleichförmig verlaufen, also eine Divergenz von null aufweisen. Dies ist hier durch einen entsprechenden idealen Strahlverlauf 12 angedeutet. In einem solchen Idealfall könnte ein bestimmtes Objekt in beliebiger Entfernung mit gleicher Genauigkeit und Präzision bzw. mit dem gleichen Signal-Rausch-Verhältnis detektiert werden. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall. Vielmehr kann es herkömmlicherweise zu einer Strahlaufweitung kommen. Dies ist hier durch einen herkömmlichen Strahlverlauf 13 veranschaulicht. Es ist dabei deutlich erkennbar, dass ein entsprechender Laserstrahl 6, der bei einer entsprechenden Einstellung der Optik 4 oder mittels einer entsprechenden herkömmlichen statischen Lidareinrichtung ausgesendet wird, gemäß dem herkömmlichen Strahlverlauf 13 in der Objektebene 8 einen geringeren Strahlquerschnitt aufweist als im Bereich der Optik 4 nach der Reflektion an dem jeweiligen Objekt.
-
Zur weiteren Veranschaulichung ist hier an der Objektebene 8 eine Pixelfüllgröße 14 angedeutet. Dabei handelt es sich um diejenige Größe eines von dem ausgesendeten Laserstrahls 6 angestrahlten Objekts, die gerade genau den Laserstrahl 6 ausfüllt, also dessen Querschnitt oder Querschnittsgröße entspricht. Ein solches Objekt mit der entsprechenden Größe in der entsprechenden Entfernung kann auch als Pixel Filling Target bezeichnet werden. Die Entfernung von dem Lidar 2, an der ein bestimmtes Objekt für einen gegebenen Laserstrahl 6 gerade diese Pixelfüllgröße 14 aufweist, kann bei herkömmlichen statischen Lidareinrichtungen deren effektive Reichweite limitieren. Dies kann im praktischen Anwendungsfällen insbesondere für relativ kleine Objekte, wie etwa Getränkedosen, Eimer, Reifen oder dergleichen relevant sein. Bereits dann kann ein gewisser Anteil der Laserstrahlreflektionen von dem jeweiligen Objekt empfängerseitig an der Optik 4 vorbeistrahlen, sodass also nicht sämtliche von dem jeweiligen Objekt reflektierten Photonen tatsächlich in dem Detektor 10 auftreffen bzw. detektiert werden können. Dieser Effekt wird bei kleineren Objekten in derselben Entfernung oder bei dem gleichen Objekt in größerer Entfernung stärker, sodass dann eine stabile Objektdetektion nicht mehr möglich ist.
-
Um dieser Problematik zu begegnen, ist die strahlformende Optik 4 hier als dynamisch variabel einstellbar ausgelegt. Dazu ist hier beispielsweise die Linse 5 zwischen einer ersten Position oder ersten Einstellung 15 und einer zweiten Position oder zweiten Einstellung 16 verstellbar. Dabei kann beispielsweise die Position der Linse 5 entlang der optischen Achse 11 und/oder beispielsweise eine Form und/oder eine optische Eigenschaft der Linse 5 verändert werden. Eine solche Veränderung kann automatisch beispielsweise zyklisch oder situationsabhängig bzw. situationsangepasst durchgeführt werden, etwa gesteuert von dem Lidar 2.
-
Für ein entsprechendes Steuer- oder Betriebsverfahren kann der Lidar 2 beispielsweise eine entsprechende Steuereinrichtung oder Datenverarbeitungseinrichtung aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine entsprechend eingerichtete Schaltung und/oder eine Prozesseinrichtung mit einem damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher und/oder dergleichen mehr handeln. In einem solchen Datenspeicher kann dann beispielsweise ein entsprechendes Betriebs- oder Computerprogramm gespeichert sein, das die Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe des entsprechenden Verfahrens und/oder entsprechende Steueranweisungen codiert oder implementiert. Dieses Betriebs- oder Computerprogramm kann dann mittels der Prozesseinrichtung, also beispielsweise mittels eines Mikroprozessors, Mikrochips oder Mikrocontrollers oder dergleichen, ausführbar sein, um das entsprechende Verfahren auszuführen oder dessen Ausführung zu bewirken.
-
Durch eine entsprechende dynamische Verstellung oder Anpassung oder Einstellung der Optik 4 bzw. wenigstens eines entsprechend variablen optischen Elements der Optik 4, das hier beispielhaft in Form der Linse 5 repräsentiert ist, kann beispielsweise die Divergenz des ausgesendeten Laserstrahls 6 und damit dessen Fokus bzw. dessen Strahlquerschnitt in einer bestimmten Entfernung verändert bzw. vorgegeben, also eingestellt werden. Beispielhaft ist hier ein entsprechender angepasster Strahlverlauf 17 angedeutet. Es ist erkennbar, dass hier der Laserstrahl 6 gemäß diesem beispielhaften angepassten Strahlverlauf 17 im Bereich der Objektebene 8 einen im Vergleich zu dem herkömmlichen Streitverlauf 13 geringeren Strahlquerschnitt aufweist. Dadurch kann sämtliches von dem jeweiligen Objekt zurück zu der Optik 4 reflektiertes Licht in dem Detektor 10 auftreffen bzw. detektiert werden. Dadurch kann das entsprechende Objekt zuverlässiger oder beispielsweise auch in größerer Entfernung als mittels des herkömmlichen Strahlverlauf 13 detektiert werden. Ebenso können durch anderen Einstellungen oder Anpassungen der Optik 4 bzw. der variablen Linse 5 eine Vielzahl anderer angepasster Strahlverläufe 17 dynamisch im Betrieb des Lidars 2 eingestellt, also erzeugt werden.
-
Somit kann eine - zumindest im Vergleich zu herkömmlichen statischen Lidareinrichtungen in größerem Maße - abstandsunabhängige Pixelfüllgröße 14 realisiert werden - zumindest über mehrere nacheinander mit unterschiedlichen Einstellungen oder Anpassungen der Optik 4 ausgesendeten Laserpulsen hinweg. Mit anderen Worten kann also in einer gegebenen Entfernung das Abtastvermögen bzw. die Auflösung des Lidars 2 verbessert bzw. jeweils bedarfsgerecht eingestellt werden bzw. durch Verringerung des Strahlquerschnitts mit zunehmender Entfernung aufrechterhalten werden oder zumindest im Vergleich zu herkömmlichen statischen Lidareinrichtungen mit zunehmender Entfernung weniger stark oder weniger schnell abnehmen.
-
Die gezeigten Effekte und Korrekturen oder Veränderungen können sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung auftreten.
-
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Lidareinrichtung mit beweglichem Fokus realisiert werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Lidar
- 3
- Laser
- 4
- Optik
- 5
- Linse
- 6
- Laserstrahl
- 7
- Abstrahlrichtung
- 8
- Objektebene
- 9
- Empfangsrichtung
- 10
- Detektor
- 11
- optische Achse
- 12
- idealer Strahlverlauf
- 13
- herkömmlicher Strahlverlauf
- 14
- Pixelfüllgröße
- 15
- erste Einstellung
- 16
- zweite Einstellung
- 17
- angepasster Strahlverlauf
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 112012004255 T5 [0003]
- EP 2936193 B1 [0004]