Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung für eine Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren, ein System zum automatisierten Fahren, das eine solche Prüfanordnung umfasst, sowie ein Verfahren zum Prüfen einer Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren.

Moderne Kraftfahrzeuge sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, welche den Betrieb von diversen Fahrerassistenzfunktionen oder automatisierten Fahrfunktionen unterstützen. Beispielsweise nutzen Systeme zum automatisierten Fahren für die Erfassung eines Fahrzeugumfelds häufig Kameras und/oder Lidar-Sensoren. Derartige Sensorkomponenten umfassen üblicherweise jeweils ein oder mehrere optische Bauteile. Die Leistungsfähigkeit der Sensorkomponente kann dabei empfindlich von einer sehr genauen Anordnung der optischen Elemente in der Sensorkomponente abhängen. So kann z.B. ein Lidar-System diversen Optiken, wie z.B. Linsen, Spiegel, und optischen Fasern, aufweisen, deren korrekter mechanischer Einbau erhalten bleiben muss, damit eine erforderliche Winkelgenauigkeit des Laserstrahls, etwa mit Abweichungen von höchstens einem Zehntel Winkelgrad, gewährleistet ist. Dabei ist wichtig, dass die Anordnung hinreichend robust ist, um über die Lebensdauer der Sensorkomponente bzw. des Fahrassistenzsystems eine gute Performance gewährleisten zu können. In diesem Zusammenhang kann sich der Begriff Performance etwa auf eine Reichweite oder - beispielsweise im Fall eines Lidars - auf eine Winkelpräzision der Sensorik oder beziehen.

Es ist wünschenswert, dass Sensoren, wie z.B. Lidar-Systeme, Störungen ihrer Funktionsfähigkeit, die über die Lebenszeit des Sensors auftreten können, wenn optische Bauteile sich lösen oder verschieben, selbst detektieren können. Dadurch können insbesondere im Fall von sicherheitsrelevanten automatisierten Fahrfunktionen in Reaktion auf eine frühzeitig erkannte Störung der Funktionsfähigkeit des Sensors automatisch geeignete Maßnahmen ergriffen werden, wie etwa das Ausgeben einer Warnung oder das Degradieren oder Abschalten der automatisierten Fahrfunktion.

Bei im Stand der Technik bekannten Lösungen werden Abweichungen von einer korrekten Positionierung oder Ausrichtung der einzelnen optischen Elemente einer Sensorkomponente nur indirekt erkannt, beispielsweise anhand eines Qualitätsverlusts der erzeugten Kamera- oder Lidar-Daten. Mit anderen Worten erfolgt ein Überwachen optischer Elemente der Sensorkomponente hinsichtlich ihrer korrekten mechanischen Lage herkömmlich auf Basis von Signalen, die nur indirekt auf Veränderungen der Position oder Ausrichtung der optischen Elemente hinweisen. Dabei ist es in der Regel erforderlich, mehrere indirekt gewonnene Signale miteinander zu kombinieren, um eine verlässliche Überwachung zu realisieren. Dies stellt ein vergleichsweise aufwändiges Verfahren dar.

Hiervon ausgehend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Prüfanordnung für eine Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren sowie ein entsprechendes Prüfverfahren anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein eine Prüfanordnung für eine Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren.

Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ wird im Rahmen des Dokuments Fahren mit automatisierter Längs- und/oder Querführung verstanden. Beim automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind assistiertes, teilautomatisiertes, bedingt automatisiertes, hochautomatisiertes und vollautomatisiertes Fahren (mit jeweils zunehmendem Automatisierungsgrad). Die vorstehend genannten fünf Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 5 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering) gemäß dem Stand vom 30. April 2021. Beim assistierten Fahren (SAE-Level 1) führt das System die Längs- oder Querführung in bestimmten Fahrsituationen durch. Beim teilautomatisierten Fahren (SAE-Level 2) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim bedingt automatisierten Fahren (SAE-Level 3) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung auf Anforderung durch das System zu übernehmen. Beim hochautomatisierten Fahren (SAE- Level 4) übernimmt das System die Fahrzeugführung in bestimmten Fahrsituationen, selbst wenn der Fahrer auf eine Anforderung zum Eingreifen nicht reagiert, so dass der Fahrer als Rückfallebene entfällt. Beim vollautomatisierten Fahren (SAE-Level 5) können vom System alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter jeder Fahrbahn- und Umgebungsbedingung durchgeführt werden, welche auch von einem menschlichen Fahrer beherrscht werden.

Das System zum automatisierten Fahren kann insbesondere ein System zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs sein. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein straßengebundenes Kraftfahrzeug, wie z.B. ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug, handeln.

Bei der Sensorkomponente kann es sich insbesondere um eine optische Sensorkomponente, wie beispielsweise eine Lidar-Komponente, eine Kamera, eine Wärmebildkamera oder dergleichen, handeln.

Die Sensorkomponente umfasst ein oder mehrere optische Funktionselemente, wie z.B. Spiegel, Linsen, optische Fasern, optische Plättchen (z.B. aus Glas), Strahlteiler, Polarisatoren, optische Bandpassfilter oder dergleichen.

Die Prüfanordnung ist eingerichtet, Licht in einen definierten optischen Pfad einzukoppeln, welcher bei bestimmungsgemäßer Anordnung des optischen Elements oder der optischen Elemente in der Sensorkomponente durch das wenigstens eine optische Element hindurch verläuft. Zum Bereitstellen des Lichts, das nachfolgend mitunter auch als Kontroll-Licht bezeichnet wird, kann die Prüfanordnung eine Lichtquelle, wie z.B. eine Laserdiode, umfassen.

Das Einkoppeln des Lichts in den optischen Pfad kann z.B. mittels eines Freistrahlkopplers erfolgen, welcher an einem Befestigungsabschnitt der Sensorkomponente angeordnet ist, wobei der Befestigungsabschnitt eines oder mehrere der optischen Elemente der Sensorkomponente hält.

Die Prüfanordnung ist weiter eingerichtet, das Licht nach Durchlaufen des optischen Pfades zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Prüfanordnung einen Lichtdetektor, wie z.B. eine Fotodiode, aufweisen. Dabei kann ein Freistrahlkoppler verwendet werden, um das Licht, welches das optische Elemente durchlaufen hat, z.B. mittels eines Faser-Lichtleiters dem Lichtdetektor zuzuführen. Der Freistrahlkoppler an einem Befestigungsabschnitt, der eines oder mehrere der optischen Elemente hält, angeordnet sein.

Die Prüfanordnung ist ferner eingerichtet, eine Veränderung wenigstens einer Eigenschaft des erfassten Lichts im Vergleich zu einer Referenzmessung, die in einem Referenzzustand der Sensorkomponente durchgeführt wurde, zu erkennen. Der Referenzzustand kann beispielsweise einem Neuzustand unmittelbar nach einer Montage des optischen Elements oder der optischen Elemente der Sensorkomponente sein. Mit anderen Worten kann es sich z.B. um einen Zustand vor Beginn einer Nutzung der Sensorkomponente im Feld handeln, bei welchem davon ausgegangen werden kann, dass die Position des optischen Elements oder der optischen Elemente, insbesondere bezüglich ihrer mechanischen Halterung innerhalb der Sensorkomponente, korrekt ist. Ferner kann davon ausgegangen werden, dass in dem Referenzzustand die Funktion des optischen Elements oder der optischen Elemente an sich einwandfrei ist.

Die wenigstens eine Eigenschaft des erfassten Lichts, deren Veränderungen die Prüfanordnung erkennt, kann z.B. ein oder mehrere Elemente aus der folgenden Auflistung umfassen: eine Amplitude, wie z.B. eine Intensität, des erfassten Lichts; eine Polarisation des erfassten Lichts; eine Richtung des erfassten Lichts; ein Spektrum oder eine spektrale Eigenschaft des erfassten Lichts; eine Laufzeit des Lichts durch den optischen Pfad; ein Differenzsignal (mit Bezug auf ein Referenzsignal) im Fall einer interferenzbasierten Messung. Im Falle einer interferenzbasierten Messung kann die Eigenschaft z.B. auch ein Differenzsignal zu einem Referenzsignal im Rahmen der Interferenzmessung betreffen.

Eine Veränderung der wenigstens einen Eigenschaft des Lichts, welche die Prüfanordnung erkennt, kann z.B. aus einer Veränderung einer Position und/oder einer Ausrichtung des wenigstens einen optischen Elements im Vergleich zu dem Referenzzustand resultieren. In diesem Zusammenhang kann mit der Position und der Ausrichtung eine Position oder Ausrichtung mehrerer optischer Elemente relativ zueinander oder eine Position oder Ausrichtung eines oder mehrerer optischen Elemente relativ zu einem Gehäuse oder relativ zu mechanischen Stützstrukturen, wie z.B. Befestigungsabschnitten, an denen die jeweiligen Optiken angeordnet sind, gemeint sein. Mit anderen Worten kann es sich um Veränderungen eines optomechanischen Aufbaus der Sensorkomponente handeln.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, mittels einer optomechanischen Prüfanordnung eine Sensorkomponente hinsichtlich der korrekten Anordnung ihrer optischen Elemente, wie z.B. hinsichtlich einer korrekten Positionierung der optischen Elemente in ihren jeweiligen mechanischen Halterungen, zu überwachen und auf diese Weise mögliche Abweichungen, die über die Lebenszeit der Sensorkomponente auftreten können, zuverlässig zu erkennen.

Des Weiteren kann die vorgeschlagene Prüfanordnung dafür verwendet werden, eine Alterung der Optik(en) einer Sensorkomponente, die sich z.B. in einer Trübung der Optik bemerkbar macht, zu überwachen. Dadurch würden sich sowohl eine Amplitude als auch eine Polarisationsreinheit des erfassten Kontroll-Lichts ändern.

Die Prüfanordnung kann als ein optomechanisches Analogen eines elektrischen Interlock- Schaltkreises verstanden werden, wobei hier anstelle eines Prüfstroms durch einen elektrische Schaltkreis ein Kontroll-Lichtsignal an einer bestimmten Eintrittsstelle in einen definierten optischen Pfad ein eingekoppelt, über einen oder mehrere optische Funktionselemente geführt, anschließend an einem Austrittspunkt ausgekoppelt und mittels eines Lichtdetektors erfasst wird. Auf diese Weise kann eine optische Interlock- Kette realisiert werden, die analog einem elektrischen Interlock permanent und präzise einzelne oder mehrere Optiken gleichzeitig überwachen kann. Wenn in einer oder mehreren Eigenschaften des an dem Endpunkt erfassten Lichts eine Abweichung gegenüber einem Referenzzustand (z.B. dem Neuzustand der Sensorkomponente) festgestellt wird, deutet dies auf einen Fehler der Sensorkomponente hin, der z.B. auf eine mechanische Verschiebung einer Optik in der Sensorkomponente zurückgehen kann.

Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist, dass durch die direkte Überwachung der Anordnung der Optiken eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann. Somit muss nicht auf eine aufwändige und in der Regel weniger aussagekräftige Kombination mehrerer indirekter Signale, die auf eine Degradation oder ein Fehler der Sensorkomponente hindeuten könnten, zurückgegriffen werden. Eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Überwachung der korrekten Funktion einer Sensorkomponente im Rahmen eines Systems zum automatisierten Fahren kann somit verbessert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft der optische Pfad durch mehrere optische Elemente der Sensorkomponente hindurch. Es kann also vorgesehen sein, dass der optische Pfad durch wenigstens zwei, wie z.B. drei oder mehr, optische Elemente der Sensorkomponente hindurchgeführt wird. Beispielsweise kann Licht von einer Lichtquelle, wie z.B. einer Laserquelle, in den optischen Pfad eingekoppelt werden und durch mehrere optische Funktionselemente „durchgeschleift“ werden, wobei das Licht nach Durchlaufen der mehreren optischen Elemente an einem Lichtdetektor erfasst wird. Bei einer solchen Ausführungsform kann in dem Referenzzustand sichergestellt sein, dass ein Lichtsignal sämtliche optische Elemente durchläuft und mit ausreichender Güte, d.h. einem hinreichenden, von null verschiedenen Signalpegel, in den Detektor einfällt. Wenn sich im Laufe der Lebenszeit der Sensorkomponente eine Änderung, wie z.B. eine Verminderung des erfassten Signalpegels, ergibt, kann dies als ein Hinweis auf einen Fehler in der Positionierung der eines oder mehrerer der optischen Elemente oder auf einen

Funktionsfehler oder eine Funktionsdegradation (wie z.B. eine altersbedingte Trübung) eines oder mehrerer der optischen Elemente an sich hindeuten.

Beispielsweise kann der optische Pfad gemäß einer Ausführungsform eine einzige große optische Schlaufe definieren, welche durch alle zu überprüfenden zu überwachenden optischen Elemente der Sensorkomponente hindurch verläuft. Alternativ können mehrere Unterschlaufen, die jeweils mit einer eigenen Lichtquelle und/oder einem eigenen Lichtdetektor ausgestattet sein können, vorgesehen sein. Es sind also z.B.

Ausführungsformen möglich, bei denen eine Verkettung von Laser-basierten „Lichtschlaufen“ durch optische Elemente der Sensorkomponente gelegt wird, wobei die Lichtschlaufen an mechanischen Stützstrukturen für die optischen Elemente angebracht werden und als Ganzes die Lage- und Positionsveränderungen der Bauteile überwachen.

Gemäß einer Ausführungsform durchläuft der optische Pfad das optische Element oder die optischen Elemente - jedenfalls in dem Referenzzustand der mit der Prüfanordnung versehenen Sensorkomponente, wobei der Referenzzustand einer bestimmungsgemäßen Anordnung der optischen Komponente(n) entspricht - in einer Richtung, die von einer Nutzrichtung, in welcher Licht das optische Element bei funktionsgemäßem Gebrauch der Sensorkomponente durchläuft, abweicht.

Beispielsweise kann der optische Pfad das optische Element oder die optischen Elemente senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer solchen (jeweiligen) Nutzrichtung der optischen Elemente durchlaufen. Damit ist z.B. gemeint, dass die Richtung des optischen Pfades durch eine Linse von einer optischen Achse der Linse abweichen kann und beispielsweise sogar senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse verlaufen kann. Dadurch kann z.B. vermieden, dass der Prüf- Lichtstrahl in unerwünschter Weise fokussiert oder defokussiert wird. Ferner kann durch das senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Durchstrahlen der optischen Elemente mit dem Kontroll-Licht im Rahmen der Prüfanordnung eine (nichtlineare) Interaktion mit dem eigentlichen Nutzlicht der Sensorkomponente ausgeschlossen werden.

Ein senkrechtes oder im Wesentlichen senkrechtes Durchstrahlen der optischen Komponente mit dem Kontroll-Licht lässt sich vorteilhaft mit weiter unten beschriebenen Ausführungsformen kombinieren, bei denen eine oder mehrere optische Koppler der Prüfanordnung an einem oder mehreren Befestigungsabschnitten einer mechanischen Halterung der Optik(en) angebracht sind.

Im Falle eines Spiegels kann der optische Pfad z.B. seitlich durch den Spiegel, d.h. parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Spiegelfläche des Spiegels durch den Spiegel hindurchgeführt werden. Ein Vorteil eines optischen Pfades, der nicht in Nutzrichtung des Spiegels, d.h. beispielsweise quer zum Spiegel durch ein Substrat des Spiegels verläuft, kann darin liegen, dass Spiegel, die nicht für eine Reflexion einer Wellenlänge, die des Prüflichts gemacht sind, entlang einer Nutzrichtung (d.h. in Richtung einer Richtung, in welcher der Spiegel reflektiert) mittels des Prüfstrahls nicht überwacht werden können. Darüber hinaus kann es u.U. aus Bauraumgründen vorteilhaft sein, den optischen Pfad quer zu einer eigentlichen Nutzungsrichtung des Spiegels verlaufen zu lassen.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den optischen Pfad senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf einen Spiegel zu bzw. von dem Spiegel weg zu führen, sodass der optische Strahl wenigstens teilweise von dem Spiegel reflektiert wird.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Prüfanordnung einen oder mehrere Faser- Lichtleiter, wie z.B. Glasfaser-Lichtleiter. Dabei kann der optische Pfad durch einen oder mehrere solcher Faser-Lichtleiter an hindurch verlaufen. Faser-Lichtleiter sind biegbar und ermöglichen es, mehrere zu überwachende Komponenten direkt miteinander zu verbinden, ohne weitere optische Komponenten, wie z.B. Spiegel, zu nutzen, die dann ihrerseits wieder hinsichtlich ihrer korrekten Position überwacht werden müssten. Zudem haben insbesondere Glasfaser-Lichtleiter vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer sehr großen Konstanz einer Lichtlaufzeit. Darüber hinaus lässt sich eine Detektion von glasfasergeführtem Licht mittels an sich bekannter Standardkomponenten, wie z.B. Freistrahlkoppler zum Auskoppeln des Lichts, gut bewerkstelligen. Bevorzugt werden die der oder die Faser-Lichtleiter(n) im Rahmen der Prüfanordnung in der Weise geführt, dass sie möglichst geringe Krümmungsradien der Leiterfasern erlauben. Beispielsweise können der oder die Faser-Lichtleiter(n) in der Weise gewählt werden, dass der minimal unterstützte Krümmungsradius in der Größenordnung 3 cm - 5 cm liegt.

Vorzugsweise werden Single-Mode-Fasern verwendet, die die Lichtpolarisation erhalten. Dies bildet die beste Voraussetzung um faserbedingte Störungen der Kontroll-Lichtsignals der Prüfanordnung zu vermeiden.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Prüfanordnung wenigstens einen optischen Koppler, wie z.B. einen Freistrahlkoppler an sich bekannter Art, zum Ein- und/oder Auskoppeln des Lichts in das wenigstens eine optische Element hinein bzw. aus dem wenigstens einen optischen Element heraus oder in einen Faser- Lichtleiter der Prüfanordnung hinein bzw. aus einem Faser-Lichtleiter der Prüfanordnung heraus auf.

Dabei kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass der wenigstens eine optische Koppler an einem Befestigungsabschnitt der Sensorkomponente angeordnet ist, wobei das wenigstens eine optische Element an dem Befestigungsabschnitt befestigt ist. Bei dem Befestigungsabschnitt kann sich z.B. um einen Abschnitt eines Gehäuses der Sensorkomponente oder um eine mechanische Stützstruktur innerhalb der Sensorkomponente handeln. Darunter, dass das optische Element an dem Befestigungsabschnitt befestigt ist, soll verstanden werden, dass das optische Element mittelbar oder unmittelbar, jedenfalls aber mit einer bestimmten definierten vorgesehenen ortsfesten Beziehung zu dem Befestigungsabschnitt, angeordnet ist. Das wenigstens eine optische Element kann von dem Befestigungsabschnitt gehalten oder gestützt werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine optische Element unmittelbar an dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Freistrahlkoppler zum Einkoppeln- und/oder Auskoppeln des Lichts in das wenigstens eine optische Element hinein bzw. aus dem wenigstens einen optischen Element heraus nicht direkt an den betreffenden optischen Element, sondern an einem Befestigungsabschnitt für das wenigstens eine optische Element angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Kontroll-Licht, welches im Rahmen der Prüfanordnung in den optischen Pfad ein gekoppelt wird, Laserlicht. Insbesondere kann es sich um gepulstes Laserlicht handeln. Gemäß einer Ausführungsform ist das in der Prüfanordnung verwendete Kontroll-Licht linear polarisiertes Licht, wie z.B. linearpolarisiertes (gepulstes oder kontinuierliches) Laserlicht.

Grundsätzlich können im Rahmen der hier vorgeschlagenen Prüfanordnung sämtliche Eigenschaften, die man einer Lichtquelle bzw. einem Lichtsignal mit Bezug auf, der das einen optischen Pfad durchläuft, zuordnen kann, für die Erkennung von optomechanischen Abweichungen in einer Sensorkomponente genutzt werden. Bei Laserlicht ergibt sich der Vorteil, dass eine Nutzung von Eigenschaften wie Polarisation oder Laufzeiten von Laserpulsen besonders gut realisierbar ist.

Bei Lichtpulsen, deren zeitliche Dauer dem Bandbreitenlimit entspricht, ist auch die Dispersion ein möglicher Freiheitsgrad, der im Rahmen der Prüfanordnung genutzt werden kann. Dabei kann z.B. geprüft werden, ob die Lichtpulsdauer am Ende der Überwachungsschleife über die Zeit gleichbleibt oder sich verändert.

Beispielsweise kann eine gepulste Laser-Lichtquelle verwendet werden, welche z.B. mit einer Taktrate im MHz- Be re ich, bevorzugt mit einer Taktrate im GHz-Bereich, kurze Laserpulse, wie z.B. Nano- oder Femtosekundenpulse, erzeugt. Wenn die gepulste Laserquelle sich dabei im Bereich eines Bandbreitenlimits bewegt, d.h. wenn die Laserpulse so kurz werden wie es eine verfügbare Bandbreite gerade noch erlaubt (typischerweise Femtosekundenpulse), so kann man zudem definierte zeitliche/spektrale Phasen des Laserlichts erhalten und diese gezielt im Rahmen der Prüfungsanordnung verwenden. Damit ist gemeint, dass zu einem definierten Zeitpunkt das im Rahmen jedes Impulses zu einem definierten Zeitpunkt eine bestimmte Farbe (Wellenlänge) ausgesendet wird. Mit einem mit einer solchen Lichtquelle ist es demnach in vorteilhafter weise möglich, Eigenschaften des gepulsten Laserlicht nicht nur in einer Zeitdomäne, sondern auch in einer spektralen Domäne, zu verwenden. Beispielsweise kann im Rahmen der Prüfanordnung eine Änderung einer bestimmten optischen Phase (im Vergleich zu einem Referenzzustand) detektiert werden. Hierdurch sind auch sehr kleinen mechanischen Abweichungen im Aufbau der in der Anordnung der optischen Elemente der Sensorkomponente präzise erfassbar.

Es ist auch möglich, einen Faserlaseroszillator zu verwenden, um eine Lichtquelle mit einer zeitlich definierten Phase zu realisieren. Bei einem Faserlaseroszillator zirkuliert Licht in einem ringförmig geschlossenen Lichtfaser, wobei die Länge des Rings eine Pulsrate definiert. Es ist dabei möglich, z.B. mittels Frequency Resolved Optical Gating, zu bestimmen, zu welchen Zeitpunkt innerhalb eines Laserpulses welche Wellenlänge aus dem Faserlaseroszillator austritt. Die Zuordnung einer Wellenlänge zu einem jeweiligen Zeitpunkt ist dabei sehr gut definiert. Somit kann anhand einer Änderung dieser Zuordnung leicht eine auch nur minimale Verschiebung oder sonstige mechanische Beeinflussung der Lichtfaser erkannt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer Änderung des Lichtwegs aufgrund einer mechanischen Änderung die aufgesammelte spektrale Phase geändert ist. Dies führt zu einer Verschiebung des Zeitpunkts im Lichtimpuls, zu der eine Wellenlänge auftritt. Somit ist denkbar, einen solchen Faserlaseroszillator im Rahmen der Prüfanordnung in den optischen Pfad zu integrieren und anhand einer erfassten Änderung einer zeitlichen Zuordnung einer oder mehrerer optischen Phasen oder Wellenlängen eine eingetretene mechanische Veränderung in dem mechanischen Aufbau der optischen Elemente der Sensorkomponente zu detektieren.

Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass Licht aus mehreren verschiedenen Lichtquellen in einen optischen Pfad eingespeist werden kann. Dabei kann das Licht aus den verschiedenen Lichtquellen sich beispielsweise in einer Wellenlänge (Farbe) unterscheiden. In dem optischen Pfad können die unterschiedlichen spektrale Anteile dann beispielsweise in einer charakteristischen Weise auseinanderdividiert werden, die am Ende des optischen Pfades eindeutig detektierbar ist und als Signal für die Prüfung der Korrektheit des mechanischen Aufbaus der Optik(en) in der Sensorkomponente verwendet werden kann.

Es ist auch möglich, unterschiedliche Polarisationsrichtungen (in ein und derselben Faser oder aber in unterschiedlichen Fasern) zu verwenden.

Es ist ferner denkbar, zunächst das Licht einer einzigen Lichtquelle in einen gemeinsamen Abschnitt des optischen Pfades einzuspeisen, und das Licht einer bestimmten Stelle des optischen Pfades beispielsweise mittels eines chromatischen Strahlteilers oder eines Wellenlängensplitters (z.B. basierend auf Wavelength Division Multiplexing - WDM) in separate Phasen aufzuteilen. Die separaten Phasen können sodann wenigstens abschnittsweise durch separate Zweige des optischen Pfades geführt werden, die z.B. durch unterschiedliche optische Elemente oder durch unterschiedliche Abschnitte der eines optischen Elements verlaufen können. In einem gemeinsamen Endpunkt oder aber in unterschiedlichen jeweiligen Endpunkten des optischen Pfades bzw. der separaten Zweige des optischen Pfades kann sodann das ankommende Licht mittels eines Detektors oder mittels jeweiliger Detektoren farbselektiv oder nicht farbselektiv detektiert werden. Hierdurch ist es möglich, zwei oder mehr separate optische Pfade bzw. Pfadabschnitte separat zu überwachen, wobei unter Umständen nur eine einzige Lichtquelle benötigt wird. Wenn der optische Pfad der Prüfanordnung wenigstens zwei separate geführte Zweige (z.B. realisiert mittels zweier Fasern) aufweist, die einen gemeinsamen Startpunkt haben und in einem gemeinsamen Endpunkt wieder zusammengeführt sind, kann auch eine interferenzbasierte Messung ausgeführt werden. Beispielsweise können die beiden Teilpfade, die die unterschiedlichen Zweige umfassen, gleich lang sein oder jedenfalls ein definiertes Längenverhältnis haben, sodass die Lichtsignale, die durch die beiden Zweige geschickt wurden, sich am Endpunkt in einer bestimmten Weise überlagern (interferieren). Am Endpunkt kann also die Interferenz der Lichtsignale, die durch die beiden Teilpfade geschickt wurden, analysiert werden. Ergibt sich eine Veränderung auf einem oder beiden der Lichtwege, würde sich das empfindlich auf das Interferenzergebnis auswirken.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Prüfanordnung eingerichtet, in Abhängigkeit von einer erkannten Veränderung der Eigenschaft des erfassten Lichts im Vergleich zu der Referenzmessung eine Information auszugeben. Dabei kann das Ausgeben der Information kann insbesondere für den Fall vorgesehen sein, dass die erfasste Veränderung ein vorbestimmtes Maß erreicht oder übersteigt.

Beispielsweise kann die Information, etwa in Form einer Fehlermeldung oder Warnung, dem System zum automatisierten Fahren zur Verfügung gestellt werden. Es ist ferner denkbar, dass die Information durch das System zum automatisierten Fahren als Grundlage für eine visuelle oder akustische Warnung verwendet wird. Das System zum automatisierten Fahren kann beispielsweise die Information beim Betreiben einer automatisierten Fahrfunktion, wie z.B. einer Fahrerassistenzfunktion, berücksichtigen, etwa indem es die betreffende Sensorkomponente im Rahmen eines Umfeldmodells vergleichsweise wenig gewichtet oder gar nicht heranzieht. Auch ist denkbar, dass das System zum automatisierten Fahren in Abhängigkeit von der Information eine automatisierte Fahrfunktionen zeitweise degradiert oder (z.B. temporär) unterdrückt bzw. sperrt.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum automatisierten Fahren, wie z.B. ein Fahrerassistenzsystem. Das System umfasst eine Sensorkomponente, eine Prüfanordnung für die Sensorkomponente gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Prüfanordnung wie vorstehend beschrieben eingerichtet, in Abhängigkeit von einer erkannten Veränderung der Eigenschaft des erfassten Lichts im Vergleich zu der Referenzmessung eine Information auszugeben, sowie eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Information eine automatisierte Fahrfunktionen zu betreiben. Dabei kann damit, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die automatisierte Fahrfunktionen in Abhängigkeit von der Information zu betreiben, auch gemeint sein, dass die automatisierte Fahrfunktionen in Reaktion auf die Information gerade nicht betrieben wird oder in bestimmter Weise degradiert wird.

Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen einer Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren, wobei die Sensorkomponente eine oder mehrere optische Elemente umfasst, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einkoppeln von Licht in einen optischen Pfad, der (jedenfalls bei bestimmungsgemäßer Anordnung des oder der optischen Elemente) durch das optische Element oder durch die optischen Elemente führt; Erfassen des Lichts nach Durchlaufen des optischen Pfades; und bestimmen, ob das erfasste Licht in einer oder mehreren Eigenschaften im Vergleich zu einer Referenzmessung die in einem Referenzzustand der Sensorkomponente durchgeführt wurde, verändert ist.

Gemäß einer Weiterbildung kann als ein weiterer Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass eine Warnung oder Information ausgegeben wird, wenn eine definierte Veränderung der Eigenschaft des erfassten Lichts im Vergleich zu der Referenzmessung festgestellt wurde. Diese Information kann z.B. durch das System zum automatisierten Fahren beim Betreiben einer automatisierten eines Fahrerassistenzsystems oder einer automatisierten Fahrfunktion berücksichtigt werden, wie dies bereits mit Bezug auf das System gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt erläutert wurde.

Die vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen zu der Prüfanordnung nach dem ersten Aspekt der Erfindung können in analoger Weise auch auf das System nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und auf das Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung bezogen werden. Insbesondere sollte beachtet werden, dass an dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens den in der Beschreibung oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform des der erfindungsgemäßen Prüfanordnung entsprechen können und umgekehrt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind die in der Beschreibung genannten und/oder in den Zeichnungen alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Fig. 1A zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt einer Sensorkomponente mit optischen Elementen und einer Prüfanordnung zum Überwachen der Anordnung der optischen Elemente, wobei die Sensorkomponente sich in einem Referenzzustand befindet.

Fig. 1 B zeigt schematisch und beispielhaft einen veränderten Zustand der Sensorkomponente aus Fig. 1A, in welchem ein optisches Element gegenüber seiner bestimmungsgemäßen Ausrichtung verdreht ist.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen einer Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren.

Die Fig. 1A zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt einer Sensorkomponente 2 mit mehreren optischen Elementen 21, 22 und einer Prüfanordnung 1 zum Überwachen der mechanischen Anordnung der optischen Elemente 21, 22. Dabei befindet sich die Sensorkomponente 2 in einem Referenzzustand, in welchem die optischen Elemente 21, 22 in der Sensorkomponente 2 bestimmungsgemäß an Befestigungsabschnitten 23, 24 angeordnet sind.

Beispielsweise kann es sich bei der Sensorkomponente 1 um eine Lidar-Komponente eines Systems zum automatisierten Fahren handeln. Die optischen Elemente 21, 22 können z.B. Kollimatorlinsen sein, welche in einem Strahlengang für einen Laserstrahl des Lidars 2 angeordnet sind, wobei ein bestimmungsgemäßer Strahlengang des Laserstrahls entlang einer optischen Achse der Kollimatorlinsen 21, 22 verläuft. In Fig. 1A ist der bestimmungsgemäß vorgesehene Strahlengang des Lasers durch die Lidar-Komponente 2 durch einen horizontalen gepunkteten Pfeil verdeutlicht.

Die Prüfanordnung 1 ist eingerichtet, Licht L in einen optischen Pfad einzukoppeln, welcher durch die beiden Kollimatorlinsen 21, 22 hindurch verläuft. Dabei wird das Licht L, welches auch als Kontroll-Licht L bezeichnet werden kann, von einer Lichtquelle der Prüfanordnung 1 in Form einer fasergekoppelten Laserdiode 11 erzeugt. Das erzeugte Kontroll-Licht L kann kontinuierliches oder gepulstes Laserlicht sein.

Über einen ersten Glasfaser-Lichtleiter 17 wir das Kontroll-Licht L zu einem ersten Freistrahlkoppler 13 geführt und aus dem ersten Glasfaser-Lichtleiter 17 ausgekoppelt. Der erste Freistrahlkoppler 13 ist an einem ersten Befestigungsabschnitt 24 angeordnet, welcher zusammen mit einem gegenüberliegenden zweiten Befestigungsabschnitt 23 ein Teil einer mechanischen Halterung für die Kollimatorlinsen 21 , 22 bildet. Der erste Freistrahlkoppler 13 ist also nicht direkt an der ersten Kollimatorlinse 21 angeordnet. Das aus dem ersten Freistrahlkoppler 13 austretende durchläuft die erste Kollimatorlinse 21 senkrecht zu ihrer eigentlichen Nutzrichtung, d.h. senkrecht zu ihrer optischen Achse.

Nach dem Durchlaufen der ersten Kollimatorlinse 21 wird das Kontroll-Licht L mittels eines ebenfalls an dem zweiten Befestigungsabschnitt 23 angeordneten zweiten Freistrahlkopplers 14 in einen zweiten Glasfaser-Lichtleiter 18 eingekoppelt und zu einem dritten Freistrahlkoppler 15 geführt. Das Licht aus dem dritten Freistrahlkoppler 15 durchläuft sodann die zweite Kollimatorlinse 22, wobei der optische Pfad des Kontroll-Lichts L durch die zweite Kollimatorlinse 22 in dem in Fig. 1A gezeigten Referenzzustand der Sensorkomponente 2 senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Kollimatorlinse 22 verläuft.

Nach dem Durchlaufen des der zweiten Kollimatorlinse 22 wird das Kontroll-Licht L über einen an dem ersten Befestigungsabschnitt 24 angeordneten vierten Freistrahlkoppler 16 und einen dritten Glasfaser-Lichtleiter 19 zu einem Lichtdetektor in Form einer Fotodiode 12 geleitet. Die Fotodiode 12 erfasst das Kontroll-Licht L, welches den optischen Pfad durch die beiden Kollimatorlinsen 21, 22 durchlaufen hat.

Die Prüfanordnung 1 ist eingerichtet, eine mögliche Veränderung einer Eigenschaft des an der Fotodiode 12 erfassten Kontroll-Lichts L gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Referenzzustand zu erkennen. Zu diesem Zweck kann die Prüfanordnung 1 z.B. eine in der Fig. 1A nicht gezeigte Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, welche die Signale des Lichtdetektors 12 entsprechend verarbeitet und einen Vergleich mit einer Referenzmessung, die in dem Referenzzustand durchgeführt wurde, vornimmt.

Die Fig. 1B zeigt schematisch und beispielhaft einen gegenüber dem in Fig. 1A dargestellten Referenzzustand veränderten Zustand der Sensorkomponente 2. Dabei ist die zweite Kollimatorlinse 22 im Vergleich zu ihrer im Vergleich zu ihrer in Fig. 1A gezeigten bestimmungsgemäßen Anordnung verdreht. Dies hat zur Folge, dass das Kontroll-Licht L auf dem Abschnitt des optischen Pfades, der durch die zweite Kollimatorlinse 22 hindurch verläuft, in der Weise aus seiner bestimmungsgemäßen Richtung abgelenkt wird, dass es bei dem vierten Freistrahlkoppler 16 gar nicht mehr oder nur mehr mit einer verringerten Intensität ankommt. Somit erfasst die Fotodiode 12 im Vergleich zu dem Referenzzustand Licht mit einer deutlich geringeren Intensität (oder sogar gar kein Licht). Diese erkannte Veränderung in dem erfassten Kontroll-Lichtsignal kann im Rahmen der Prüfanordnung 1 als ein Hinweis auf einen Fehlerfall, der z.B. auf der auf eine mechanische Verschiebung oder Verdrehung einer optischen Komponente in der Sensorkomponente 1 hinweist, interpretiert werden.

Neben der Intensität kommen als weitere mögliche Eigenschaften des erfassten Kontroll- Lichts L, anhand deren eine Veränderung in der mechanischen Anordnung der optischen Elemente 21, 22 der Sensorkomponente 2 erkannt werden können, beispielsweise auch eine Polarisation, eine Richtung oder eine spektrale Eigenschaft des erfassten Kontroll-Lichts in Betracht. Ferner kann eine Veränderung einer Laufzeit des Kontroll-Lichts L durch den optischen Pfad erkannt werden. Im Fall einer interferenzbasierten Messung kann z.B. eine Veränderung ein Differenzsignal (mit Bezug auf ein Referenzsignal) gegenüber dem Referenzzustand detektiert werden.

Die Prüfanordnung 1 kann dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit von einer erkannten Veränderung einer Eigenschaft des erfassten Kontroll-Lichts L im Vergleich zu dem Referenzzustand eine Information an eine Steuervorrichtung eines Systems zum automatisierten Fahren, welches die Sensorkomponente 2 umfasst, auszugeben. Die Steuervorrichtung kann sodann in Abhängigkeit von der Information eine automatisierte Fahrfunktion betreiben. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die automatisierten Fahrfunktion in Abhängigkeit von der Information degradieren oder bei der Steuerung der automatisierten Fahrfunktion Sensordaten von der Sensorkomponente 2 weniger gewichten oder sogar gar nicht berücksichtigen, wenn die Information darauf hindeutet, dass die Sensorkomponente 2 fehlerhaft ist.

Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 3 zum Prüfen einer Sensorkomponente eines Systems zum automatisierten Fahren. Das Verfahren 3 kann der vorstehend beschriebenen Betriebsweise der Prüfanordnung 1 aus den Fig. 1A-B entsprechen. Mit anderen Worten kann das Verfahren 3 mittels der Prüfanordnung 1 ausgeführt werden bzw. die Prüfanordnung 1 kann eingerichtet sein, das Verfahren 3 durchzuführen.

Dementsprechend umfasst das Verfahren insbesondere die folgenden Schritte, die in Fig. 2 schematisch in Form von Blöcken 31, 32, 33 dargestellt sind: Einkoppeln 31 von Licht L in einen optischen Pfad, der durch ein optisches Element 21, 22 oder durch mehrere optische Elemente 21, 22 einer Sensorkomponente 2 eines Systems zum automatisierten Fahren führt; Erfassen 32 des Lichts nach Durchlaufen des optischen Pfades; und Bestimmen 33, ob das erfasste Licht L in einer oder mehreren Eigenschaften im Vergleich zu einer Referenzmessung, die in einem Referenzzustand der Sensorkomponente 2 durchgeführt wurde, verändert ist.

Weitere Einzelheiten und mögliche Ausgestaltungen des Verfahrens 3 entsprechen den oben beschriebenen Erläuterungen zu der Prüfanordnung 1.