DE102020212225A1

DE102020212225A1 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE102020212225A1
Application number: DE102020212225.3A
Authority: DE
Inventors: Vojtech Rubas; Martin Buchholz; Sebastian Russ; Marian Hurny; Vratislav Tichy; Moritz Humbert; Johannes Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-03-31
Also published as: WO2022069168A1

Abstract

Optischer Sensor, beispielsweise Partikelsensor, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Detektoreinrichtung zur Detektion optischer Strahlung, wobei die Detektoreinrichtung einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen ersten Grundkörper aufweist, wobei ein Detektor für die optische Strahlung in einem ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers angeordnet ist, und wobei eine optische Koppeleinrichtung zur Einkopplung der optischen Strahlung in den ersten Grundkörper in einem zweiten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers angeordnet ist, der dem ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers gegenüberliegt.

Description

Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft einen optischen Sensor
Offenbarung der Erfindung
Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf einen optischen Sensor, beispielsweise Partikelsensor, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Detektoreinrichtung zur Detektion optischer Strahlung, wobei die Detektoreinrichtung einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen bzw. hohlzylindrischen ersten Grundkörper aufweist, wobei ein Detektor für die optische Strahlung in einem ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers angeordnet ist, und wobei eine optische Koppeleinrichtung zur Einkopplung der optischen Strahlung in den ersten Grundkörper in einem zweiten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers angeordnet ist, der dem ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers gegenüberliegt. Dies ermöglicht den Einbau des optischen Sensors gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. im Bereich eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine, ohne dass der Detektor für die optische Strahlung einer zu hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist der Detektor beispielsweise als Fotodiode ausgebildet bzw. weist wenigstens eine Fotodiode auf, beispielsweise eine Einzelphoton-Avalanche-Diode (SPAD, single-photon avalanche diode).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der optische Sensor beispielsweise dazu verwendet werden, optische Strahlung zu detektieren, die von Partikeln, z.B. Rußpartikeln in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, ausgeht, z.B. infolge einer Anregung der Rußpartikel, z.B. mittels Laserstrahlung, beispielsweise gemäß dem Prinzip der laserinduzierten Inkandeszenz (LII).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Detektoreinrichtung dazu ausgebildet, Laserstrahlung von einer außerhalb des ersten Grundkörpers angeordneten Laserquelle zu empfangen und über die optische Koppeleinrichtung auszugeben, beispielsweise in Richtung eines ggf. Partikel aufweisenden Abgasstroms.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist der erste Grundkörper eine Einkoppeleinrichtung zum Empfangen der Laserstrahlung auf, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung in einer Mantelfläche des ersten Grundkörpers angeordnet ist, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung als Öffnung in der Mantelfläche des ersten Grundkörpers ausgebildet ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Detektoreinrichtung eine erste Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der Laserstrahlung, insbesondere innerhalb des ersten Grundkörpers auf, wobei beispielsweise die erste Umlenkeinrichtung so angeordnet ist, dass sie die Laserstrahlung empfängt und/oder in die Richtung der optischen Koppeleinrichtung leitet, insbesondere reflektiert.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die erste Umlenkeinrichtung reflektierend, beispielsweise hochreflektierend (Reflexionsgrad z.B. größer 95 Prozent), für die Wellenlänge(n) der Laserstrahlung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die erste Umlenkeinrichtung transmittierend, beispielsweise hochtransmittierend (Transmissionsgrad z.B. größer 95 Prozent), für die Wellenlänge(n) der optischen Strahlung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist der optische Sensor weiter eine Lasereinrichtung zur Erzeugung einer bzw. der Laserstrahlung auf, wobei insbesondere die Detektoreinrichtung dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung von der Lasereinrichtung zu empfangen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen zweiten Grundkörper auf, wobei eine bzw. die Laserquelle in einem ersten axialen Endbereich des zweiten Grundkörpers angeordnet ist, wobei beispielsweise die Laserquelle als Halbleiterlaser ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Halbleiterlaser aufweist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung wenigstens eine zweite Umlenkeinrichtung, beispielsweise einen Spiegel, zur Umlenkung einer Strahlrichtung der Laserstrahlung auf, wobei beispielsweise die zweite Umlenkeinrichtung in dem zweiten Grundkörper angeordnet ist, beispielsweise in einem zweiten axialen Endbereich des zweiten Grundkörpers, der dem ersten axialen Endbereich des zweiten Grundkörpers gegenüberliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung eine Auskoppeleinrichtung zum Ausgeben der Laserstrahlung auf, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung in einer Mantelfläche des zweiten Grundkörpers angeordnet ist, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung als Öffnung in der Mantelfläche des zweiten Grundkörpers ausgebildet ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Lasereinrichtung so relativ zu der Detektoreinrichtung angeordnet, dass die Auskoppeleinrichtung der Einkoppeleinrichtung gegenüberliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist der zweite Grundkörper parallel zu dem ersten Grundkörper angeordnet.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist bzw. sind die Detektoreinrichtung und die Lasereinrichtung jeweils zumindest teilweise in einem ersten Gehäuse angeordnet und/oder gehalten.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse ein Kunststoffmaterial auf.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ragt ein bzw. der zweite axiale Endbereich der Detektoreinrichtung zumindest teilweise aus dem ersten Gehäuse heraus, wobei beispielsweise ein bzw. der zweite axiale Endbereich der Lasereinrichtung nicht aus dem ersten Gehäuse herausragt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist a) die Detektoreinrichtung erste elektrische Kontakte an einer Stirnseite im ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers auf, und/oder b) die Lasereinrichtung zweite elektrische Kontakte an einer Stirnseite im ersten axialen Endbereich des zweiten Grundkörpers auf.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen liegen die ersten elektrischen Kontakte und die zweiten elektrischen Kontakte, insbesondere zumindest in etwa, in einer selben virtuellen Ebene, was bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine klein bauende Konfiguration und/oder eine effiziente elektrische Kontaktierung ermöglicht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist a) wenigstens ein erstes, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontakte vorgesehen, und/oder b) wenigstens ein zweites, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement zur Kontaktierung der zweiten elektrischen Kontakte.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist das erste und/oder zweite Kontaktelement als Schaltungsträgerplatte ausgebildet, beispielsweise jeweils als einseitig mit jeweiligen elektrischen Funktionsstrukturen (z.B. Leiterbahnen) versehene Schaltungsträgerplatte.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse a) einen ersten Aufnahmebereich zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs des ersten Grundkörpers und/oder b) einen zweiten Aufnahmebereich zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs des zweiten Grundkörpers auf, wobei beispielsweise a) der erste Aufnahmebereich den ersten axialen Endbereich des ersten Grundkörpers zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des ersten Grundkörpers und/oder b) der zweite Aufnahmebereich den ersten axialen Endbereich des zweiten Grundkörpers zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des zweiten Grundkörpers umgibt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist ein bzw. das erste Gehäuse a) erste Gehäusekontakte auf, wobei insbesondere die ersten Gehäusekontakte mittels des ersten Kontaktelements elektrisch mit den ersten elektrischen Kontakten verbindbar sind, und/oder b) das erste Gehäuse weist zweite Gehäusekontakte auf, wobei insbesondere die zweiten Gehäusekontakte mittels des zweiten Kontaktelements elektrisch mit den zweiten elektrischen Kontakten verbindbar sind.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist eine Kühleinrichtung, beispielsweise ein Kühlkörper, vorgesehen, wobei die Kühleinrichtung in thermischem Kontakt mit dem Detektor und/oder mit der Laserquelle steht, wobei beispielsweise die Kühleinrichtung gleichzeitig in thermischem Kontakt mit dem Detektor und mit der Laserquelle steht, was eine effiziente Temperierung, beispielsweise Kühlung, beider Komponenten ermöglicht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Kühleinrichtung eine erste Oberfläche auf, wobei die erste Oberfläche wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Kontaktelements und/oder des zweiten Kontaktelements aufweist. Dadurch ergibt sich eine klein bauende Konfiguration mit gesteigertem thermischem Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktelement und der Kühleinrichtung sowie eine effiziente Halterung des jeweiligen Kontaktelements.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist ein Dichtelement zwischen der Kühleinrichtung und einer der Kühleinrichtung zugewandten Kontaktfläche des ersten Gehäuses vorgesehen. Dadurch ist das erste Gehäuse in dem Bereich der Kühleinrichtung, beispielsweise hermetisch, gegenüber der Umgebung abdichtbar.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse eine Nut zur Aufnahme eines ersten Verbindungsbereichs eines ersten Verbindungselements auf. Dadurch ist bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine formschlüssige Verbindung mit dem ersten Verbindungselement herstellbar, das z.B. zur Befestigung an einem weiteren Bauteil verwendbar ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist ein zweites Verbindungselement vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, die Kühleinrichtung, beispielsweise federnd, an dem ersten Gehäuse zu fixieren, wobei beispielsweise das zweite Verbindungselement dazu ausgebildet ist, eine Federkraft in axialer Richtung des ersten Grundkörpers und/oder des zweiten Grundkörpers auszuüben.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist ein zweites Gehäuse vorgesehen, das das erste Gehäuse zumindest bereichsweise umgibt, wobei beispielsweise ein bzw. das erste Verbindungselement zumindest bereichsweise auf einer Kontaktfläche des zweiten Gehäuses aufliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das zweite Gehäuse ein metallisches Material auf bzw. ist aus einem metallischen Material gebildet.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des optischen Sensors gemäß den Ausführungsformen für wenigstens eines der folgenden Element: a) Bestrahlen von Partikeln, beispielsweise eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine, mit einer bzw. der Laserstrahlung, b) Ermitteln von Informationen über eine bzw. die optische Strahlung, wobei beispielsweise die optische Strahlung durch mittels der Laserstrahlung beaufschlagte Partikel emittiert wird, c) Ermitteln einer Anzahl und/oder Konzentration und/oder Größe und/oder Konzentrationsverteilung von Partikeln, beispielsweise Rußpartikeln, beispielsweise in einem Abgasstrom, beispielsweise mittels eines Verfahrens basierend auf laserinduzierter Inkandeszenz.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch eine Seitenansicht eines optischen Sensors gemäß beispielhaften Ausführungsformen,
2 schematisch eine Seitenansicht eines optischen Sensors in teilweisem Querschnitt gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
3 schematisch eine Seitenansicht eines optischen Sensors in teilweisem Querschnitt gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Details eines optischen Sensors gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
5 schematisch eine perspektivische Ansicht des optischen Sensors gemäß 4,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht von Details eines optischen Sensors gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
7A schematisch eine perspektivische Ansicht von Details eines optischen Sensors gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
7B schematisch eine perspektivische Ansicht von Details des optischen Sensors gemäß 7A, und
8 schematisch Aspekte von Verwendungen gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines optischen Sensors 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Der optische Sensor 100 ist beispielsweise als Partikelsensor verwendbar, insbesondere für eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor 100 weist eine Detektoreinrichtung 110 zur Detektion optischer Strahlung OS auf, wobei die Detektoreinrichtung 110 einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen bzw. hohlzylindrischen ersten Grundkörper 111 aufweist, wobei ein Detektor 112 für die optische Strahlung OS in einem ersten axialen Endbereich 111a des ersten Grundkörpers 111 angeordnet ist, und wobei eine optische Koppeleinrichtung 113 zur Einkopplung der optischen Strahlung OS z.B. aus einer Umgebung U in den ersten Grundkörper 111 bzw. in den Innenraum I des ersten Grundkörpers 111 in einem zweiten axialen Endbereich 111b des ersten Grundkörpers 111 angeordnet ist, der dem ersten axialen Endbereich 111a des ersten Grundkörpers 111 gegenüberliegt. Dies ermöglicht den Einbau des optischen Sensors 100 gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. im Bereich eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine, ohne dass der Detektor 112 für die optische Strahlung OS einer zu hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist der Detektor 112 beispielsweise als Fotodiode ausgebildet bzw. weist wenigstens eine Fotodiode auf, beispielsweise eine Einzelphoton-Avalanche-Diode (SPAD, single-photon avalanche diode).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die optische Koppeleinrichtung 113 beispielsweise als Linse ausgebildet und kann somitneben ggf. weiteren beispielhaft vorgesehenen Linsen - zur Feldformung z.B. der optischen Strahlung OS, beispielsweise zur Bündelung der optischen Strahlung auf den Detektor 112, genutzt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der optische Sensor 100 beispielsweise dazu verwendet werden, optische Strahlung OS zu detektieren, die von Partikeln P, z.B. Rußpartikeln in einem Abgasstrom AGS einer Brennkraftmaschine, ausgeht, z.B. infolge einer Anregung der Rußpartikel P, z.B. mittels Laserstrahlung LS, beispielsweise gemäß dem Prinzip der laserinduzierten Inkandeszenz (LII).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Detektoreinrichtung 110 dazu ausgebildet, Laserstrahlung LS von einer außerhalb des ersten Grundkörpers 111 angeordneten Laserquelle 122 zu empfangen und über die optische Koppeleinrichtung 113 auszugeben, beispielsweise in Richtung des ggf. Partikel P aufweisenden Abgasstroms AGS. Dadurch kann bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen zumindest ein Teil des Innenraums I des ersten Grundkörpers 111 zur Führung sowohl der z.B. von Partikeln P ausgehenden optischen Strahlung OS als auch zur Führung der in Richtung der Partikel P auszugebenden Laserstrahlung LS genutzt werden, wodurch sich eine klein bauende Konfiguration ergibt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist der erste Grundkörper 111 eine Einkoppeleinrichtung 113' zum Empfangen der Laserstrahlung LS auf, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung 113' in einer Mantelfläche 111c des ersten Grundkörpers 111 angeordnet ist, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung 113' als Öffnung in der Mantelfläche 111c des ersten Grundkörpers 111 ausgebildet ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Detektoreinrichtung 110 eine erste Umlenkeinrichtung 114 zur Umlenkung der Laserstrahlung LS, insbesondere innerhalb des ersten Grundkörpers 111 auf, wobei beispielsweise die erste Umlenkeinrichtung 114 so angeordnet ist, dass sie die Laserstrahlung LS empfängt und/oder in die Richtung der optischen Koppeleinrichtung 113 leitet, insbesondere reflektiert.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die erste Umlenkeinrichtung 114 reflektierend, beispielsweise hochreflektierend (Reflexionsgrad z.B. größer 95 Prozent), für die Wellenlänge(n) der Laserstrahlung LS.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die erste Umlenkeinrichtung 114 transmittierend, beispielsweise hochtransmittierend (Transmissionsgrad z.B. größer 95 Prozent), für die Wellenlänge(n) der optischen Strahlung OS, z.B. um deren Einstrahlung auf den Detektor 112 nicht zu beeinträchtigen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. die Konfiguration 100a gemäß 2, weist der optische Sensor 100a weiter eine Lasereinrichtung 120 zur Erzeugung einer bzw. der Laserstrahlung LS auf, wobei insbesondere die Detektoreinrichtung 110 dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung LS von der Lasereinrichtung 120 zu empfangen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung 120 einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen zweiten Grundkörper 121 auf, wobei eine bzw. die Laserquelle 122 in einem ersten axialen Endbereich 121a des zweiten Grundkörpers 121 angeordnet ist, wobei beispielsweise die Laserquelle 122 als Halbleiterlaser ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Halbleiterlaser aufweist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung 120 wenigstens eine zweite Umlenkeinrichtung 123, beispielsweise einen Spiegel, zur Umlenkung einer Strahlrichtung der Laserstrahlung LS auf, wobei beispielsweise die zweite Umlenkeinrichtung 123 in dem zweiten Grundkörper 121 angeordnet ist, beispielsweise in einem zweiten axialen Endbereich 121b des zweiten Grundkörpers 121, der dem ersten axialen Endbereich 121 a des zweiten Grundkörpers 121 gegenüberliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Lasereinrichtung 120 eine Auskoppeleinrichtung 124 zum Ausgeben der Laserstrahlung LS auf, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung 124 in einer Mantelfläche 121c des zweiten Grundkörpers 121 angeordnet ist, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung 124 als Öffnung in der Mantelfläche 121c des zweiten Grundkörpers 121 ausgebildet ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Lasereinrichtung 120 so relativ zu der Detektoreinrichtung 110 angeordnet, dass die Auskoppeleinrichtung 124 der Einkoppeleinrichtung 113' gegenüberliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist der erste Grundkörper 111 parallel zu dem zweiten Grundkörper 121 angeordnet.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Detektoreinrichtung 110 wenigstens ein weiteres optisches Element 113", z.B. eine Linse, aufweisen, die z.B. mit der Linse 113 zusammenwirken kann, z.B. zur Bündelung der optischen Strahlung OS auf den Detektor 112.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Lasereinrichtung 120 wenigstens ein weiteres optisches Element 123', z.B. eine Linse, aufweisen, z.B. zur Bündelung der Laserstrahlung LS.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 3, ist bzw. sind die Detektoreinrichtung 110 und die Lasereinrichtung 120 jeweils zumindest teilweise in einem ersten Gehäuse 130 angeordnet und/oder gehalten. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse 130 ein Kunststoffmaterial auf.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ragt ein bzw. der zweite axiale Endbereich 111b der Detektoreinrichtung 110 zumindest teilweise aus dem ersten Gehäuse 130 heraus, wobei beispielsweise ein bzw. der zweite axiale Endbereich 121b der Lasereinrichtung 120 nicht aus dem ersten Gehäuse 130 herausragt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist ein zweites Gehäuse 170 vorgesehen, das das erste Gehäuse 130 zumindest bereichsweise umgibt, wobei beispielsweise ein erstes Verbindungselement 150 zumindest bereichsweise auf einer Kontaktfläche 172 des zweiten Gehäuses 170 aufliegt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das zweite Gehäuse 170 ein metallisches Material auf bzw. ist aus einem metallischen Material gebildet.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist das zweite Gehäuse 170 über eine optionale Befestigungseinrichtung 10 z.B. mit einem Abgasrohr 11 verbunden, das eine Abgasströmung AGS führt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. die perspektivische Detaildarstellung von 4, weist a) die Detektoreinrichtung 110 erste elektrische Kontakte 115 (ein oder mehrere, vorliegend z.B. drei Kontakte) an einer Stirnseite 115a im ersten axialen Endbereich 111a (vgl. auch 2) des ersten Grundkörpers 111 auf.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. z.B. 2, weist die Lasereinrichtung 120 zweite elektrische Kontakte 125 (ein oder mehrere) an einer Stirnseite 125a im ersten axialen Endbereich 121a des zweiten Grundkörpers 121 auf.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen liegen die ersten elektrischen Kontakte 115 und die zweiten elektrischen Kontakte 125, insbesondere zumindest in etwa, in einer selben virtuellen Ebene E, was bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine klein bauende Konfiguration und/oder eine effiziente elektrische Kontaktierung ermöglicht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 4, 5 (4 zeigt ein Detail D aus 5), ist a) wenigstens ein erstes, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement 116 zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontakte 115 vorgesehen, und/oder b) wenigstens ein zweites, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement 126 zur Kontaktierung der zweiten elektrischen Kontakte 125 (2).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist das erste und/oder zweite Kontaktelement 116, 126 als Schaltungsträgerplatte ausgebildet, beispielsweise jeweils als einseitig mit jeweiligen elektrischen Funktionsstrukturen FS (z.B. Leiterbahnen, vgl. 4) versehene Schaltungsträgerplatte.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 3, weist das erste Gehäuse 130 a) einen ersten Aufnahmebereich 131 zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs 111 a des ersten Grundkörpers 111 und/oder b) einen zweiten Aufnahmebereich 132 zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs 121a des zweiten Grundkörpers 121 auf, wobei beispielsweise a) der erste Aufnahmebereich 131 den ersten axialen Endbereich 111a des ersten Grundkörpers 111 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des ersten Grundkörpers 111 und/oder b) der zweite Aufnahmebereich 132 den ersten axialen Endbereich 121a des zweiten Grundkörpers 121 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des zweiten Grundkörpers 121 umgibt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 4, weist das erste Gehäuse 130 a) erste Gehäusekontakte 133 auf, wobei insbesondere die ersten Gehäusekontakte 133 mittels des ersten Kontaktelements 116 elektrisch mit den ersten elektrischen Kontakten 115 verbindbar sind, und/oder b) das erste Gehäuse 130 weist zweite Gehäusekontakte 134 (5) auf, wobei insbesondere die zweiten Gehäusekontakte 134 mittels des zweiten Kontaktelements 126 elektrisch mit den zweiten elektrischen Kontakten 125 verbindbar sind. Beispielsweise kann bei 4 das erste Kontaktelement 116 mit seinen vorliegend drei Leiterbahnen FS so auf die Kontakte 115, 133 gelegt werden, dass mittels der Leiterbahnen FS eine galvanische Verbindung der einzelnen Kontaktelemente der Kontakte 115, 133 untereinander hergestellt wird. Für das zweite Kontaktelement 126 gilt Vergleichbares entsprechend.
6 zeigt einen Teil des Sensors 100a, wobei die beiden Kontaktelemente 116, 126 entsprechend positioniert sind.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 3, ist eine Kühleinrichtung 140, beispielsweise ein mehrere Kühlrippen aufweisender Kühlkörper, vorgesehen, wobei die Kühleinrichtung 140 in thermischem Kontakt mit dem Detektor 112 und/oder mit der Laserquelle 122 steht, wobei beispielsweise die Kühleinrichtung 140 gleichzeitig in thermischem Kontakt mit dem Detektor 112 und mit der Laserquelle 122 steht, was eine effiziente Temperierung, beispielsweise Kühlung, beider Komponenten 112, 122 ermöglicht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Kühleinrichtung 140 eine erste Oberfläche 141 (3) auf, wobei die erste Oberfläche 141 wenigstens eine Ausnehmung 142 zur Aufnahme des ersten Kontaktelements 116 und/oder des zweiten Kontaktelements 126 aufweist. Dadurch ergibt sich eine klein bauende Konfiguration mit gesteigertem thermischem Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktelement 116, 126 und der Kühleinrichtung 140 sowie eine effiziente Halterung des jeweiligen Kontaktelements 116, 126.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist ein Dichtelement 145 zwischen der Kühleinrichtung 140 und einer der Kühleinrichtung 140 zugewandten Kontaktfläche des ersten Gehäuses 130 vorgesehen. Dadurch ist das erste Gehäuse 130 in dem Bereich der Kühleinrichtung 140, beispielsweise hermetisch, gegenüber der Umgebung abdichtbar.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse 130 eine Nut 135 zur Aufnahme eines ersten Verbindungsbereichs 151 eines ersten Verbindungselements 150 auf. Dadurch ist bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine formschlüssige Verbindung mit dem ersten Verbindungselement 150 herstellbar, das z.B. zur Befestigung an einem weiteren Bauteil wie z.B. dem zweiten Gehäuse 170 verwendbar ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 3, 7B, ist ein zweites Verbindungselement 160 vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, die Kühleinrichtung 140, beispielsweise federnd, an dem ersten Gehäuse 130 zu fixieren, wobei beispielsweise das zweite Verbindungselement 160 dazu ausgebildet ist, eine Federkraft in axialer Richtung des ersten Grundkörpers 111 und/oder des zweiten Grundkörpers 121 auszuüben. Dadurch werden z.B. auch die Kontaktelemente 116, 126 in Kontaktposition zu den Kontakten 115, 133 bzw. 125, 134 gehalten.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist das erste Gehäuse 130 weitere Kontakte 133' (5) auf, z.B. zum Anschluss der Komponenten 112, 122 (über die Kontaktelemente 116, 126) an ein (externes) Steuergerät (nicht gezeigt).
Weitere beispielhafte Ausführungsformen, vgl. 8, beziehen sich auf eine Verwendung 200 des optischen Sensors 100, 100a gemäß den Ausführungsformen für wenigstens eines der folgenden Elemente: a) Bestrahlen 202 von Partikeln P, beispielsweise eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine, mit einer bzw. der Laserstrahlung LS, b) Ermitteln 204 von Informationen über eine bzw. die optische Strahlung OS, wobei beispielsweise die optische Strahlung OS durch mittels der Laserstrahlung LS beaufschlagte Partikel P emittiert wird, c) Ermitteln 206 einer Anzahl und/oder Konzentration und/oder Größe und/oder Konzentrationsverteilung von Partikeln P, beispielsweise Rußpartikeln, beispielsweise in einem Abgasstrom, beispielsweise mittels eines Verfahrens basierend auf laserinduzierter Inkandeszenz.

Claims

Optischer Sensor (100), beispielsweise Partikelsensor, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Detektoreinrichtung (110) zur Detektion optischer Strahlung (OS), wobei die Detektoreinrichtung (110) einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen ersten Grundkörper (111) aufweist, wobei ein Detektor (112) für die optische Strahlung (OS) in einem ersten axialen Endbereich (111a) des ersten Grundkörpers (111) angeordnet ist, und wobei eine optische Koppeleinrichtung (113) zur Einkopplung der optischen Strahlung (OS) in den ersten Grundkörper (111) in einem zweiten axialen Endbereich (111b) des ersten Grundkörpers (111) angeordnet ist, der dem ersten axialen Endbereich (111a) des ersten Grundkörpers (111) gegenüberliegt.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinrichtung (110) dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung (LS) von einer außerhalb des ersten Grundkörpers (111) angeordneten Laserquelle (122) zu empfangen und über die optische Koppeleinrichtung (113) auszugeben.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 2, wobei der erste Grundkörper (111) eine Einkoppeleinrichtung (113') zum Empfangen der Laserstrahlung (LS) aufweist, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung (113') in einer Mantelfläche (111c) des ersten Grundkörpers (111) angeordnet ist, wobei beispielsweise die Einkoppeleinrichtung (113) als Öffnung in der Mantelfläche (111c) des ersten Grundkörpers (111) ausgebildet ist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Detektoreinrichtung (110) eine erste Umlenkeinrichtung (114) zur Umlenkung der Laserstrahlung (LS), insbesondere innerhalb des ersten Grundkörpers (111), aufweist, wobei beispielsweise die erste Umlenkeinrichtung so angeordnet ist, dass sie die Laserstrahlung (LS) empfängt und/oder in die Richtung der optischen Koppeleinrichtung (113) leitet, insbesondere reflektiert.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine Lasereinrichtung (120) zur Erzeugung einer bzw. der Laserstrahlung (LS), wobei insbesondere die Detektoreinrichtung (110) dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung (LS) von der Lasereinrichtung (120) zu empfangen.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 5, wobei die Lasereinrichtung (120) einen im wesentlichen hülsenförmigen bzw. zylindrischen zweiten Grundkörper (121) aufweist, wobei eine bzw. die Laserquelle (122) in einem ersten axialen Endbereich (121a) des zweiten Grundkörpers (121) angeordnet ist, wobei beispielsweise die Laserquelle (122) als Halbleiterlaser ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Halbleiterlaser aufweist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Lasereinrichtung (120) wenigstens eine zweite Umlenkeinrichtung (123), beispielsweise einen Spiegel, zur Umlenkung einer Strahlrichtung der Laserstrahlung (LS) aufweist, wobei beispielsweise die zweite Umlenkeinrichtung (123) in dem zweiten Grundkörper (121) angeordnet ist, beispielsweise in einem zweiten axialen Endbereich (121b) des zweiten Grundkörpers (121), der dem ersten axialen Endbereich (121a) des zweiten Grundkörpers (121) gegenüberliegt.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Lasereinrichtung (120) eine Auskoppeleinrichtung (124) zum Ausgeben der Laserstrahlung (LS) aufweist, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung (124) in einer Mantelfläche (121c) des zweiten Grundkörpers (121) angeordnet ist, wobei beispielsweise die Auskoppeleinrichtung (124) als Öffnung in der Mantelfläche (121c) des zweiten Grundkörpers (121) ausgebildet ist.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 8, wobei die Lasereinrichtung (120) so relativ zu der Detektoreinrichtung (110) angeordnet ist, dass die Auskoppeleinrichtung (124) der Einkoppeleinrichtung (113) gegenüberliegt.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der zweite Grundkörper (121) parallel zu dem ersten Grundkörper (111) angeordnet ist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Detektoreinrichtung (110) und die Lasereinrichtung (120) jeweils zumindest teilweise in einem ersten Gehäuse (130) angeordnet und/oder gehalten sind.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 11, wobei ein bzw. der zweite axiale Endbereich (111b) der Detektoreinrichtung (110) zumindest teilweise aus dem ersten Gehäuse (130) herausragt, wobei beispielsweise ein bzw. der zweite axiale Endbereich (121b) der Lasereinrichtung (120) nicht aus dem ersten Gehäuse (130) herausragt.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei a) die Detektoreinrichtung (110) erste elektrische Kontakte (115) an einer Stirnseite (115a) im ersten axialen Endbereich (111a) des ersten Grundkörpers (111) aufweist, und/oder b) die Lasereinrichtung (120) zweite elektrische Kontakte (125) an einer Stirnseite (125a) im ersten axialen Endbereich (121a) des zweiten Grundkörpers (121) aufweist.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 13, wobei die ersten elektrischen Kontakte (115) und die zweiten elektrischen Kontakte (125), insbesondere zumindest in etwa, in einer selben virtuellen Ebene (E) liegen.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei a) wenigstens ein erstes, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement (116) zur Kontaktierung der ersten elektrischen Kontakte (115) vorgesehen ist, und/oder b) wenigstens ein zweites, beispielsweise zumindest in etwa plattenförmig ausgebildetes, Kontaktelement (126) zur Kontaktierung der zweiten elektrischen Kontakte (125) vorgesehen ist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das erste Gehäuse (130) a) einen ersten Aufnahmebereich (131) zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs (111a) des ersten Grundkörpers (111) und/oder b) einen zweiten Aufnahmebereich (132) zur zumindest teilweisen Aufnahme des ersten axialen Endbereichs (121a) des zweiten Grundkörpers (121) aufweist, wobei beispielsweise a) der erste Aufnahmebereich (131) den ersten axialen Endbereich (111a) des ersten Grundkörpers (111) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des ersten Grundkörpers (111) und/oder b) der zweite Aufnahmebereich (132) den ersten axialen Endbereich (121a) des zweiten Grundkörpers (121) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entlang einer Umfangsrichtung des zweiten Grundkörpers (121) umgibt.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei ein bzw. das erste Gehäuse (130) a) erste Gehäusekontakte (133) aufweist, wobei insbesondere die ersten Gehäusekontakte (133) mittels des ersten Kontaktelements (116) elektrisch mit den ersten elektrischen Kontakten (115) verbindbar sind, und/oder b) wobei das erste Gehäuse (130) zweite Gehäusekontakte (134) aufweist, wobei insbesondere die zweiten Gehäusekontakte (134) mittels des zweiten Kontaktelements (126) elektrisch mit den zweiten elektrischen Kontakten (125) verbindbar sind.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kühleinrichtung (140), beispielsweise ein Kühlkörper, vorgesehen ist, wobei die Kühleinrichtung (140) in thermischem Kontakt mit dem Detektor (112) und/oder mit der Laserquelle (122) steht.
Optischer Sensor (100) nach Anspruch 18, rückbezogen auf wenigstens einen der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Kühleinrichtung (140) eine erste Oberfläche (141) aufweist, wobei die erste Oberfläche (141) wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Kontaktelements (116) und/oder des zweiten Kontaktelements (126).
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 19, rückbezogen auf wenigstens einen der Ansprüche 11 bis 17, wobei ein Dichtelement (145) zwischen der Kühleinrichtung (140) und einer der Kühleinrichtung (140) zugewandten Kontaktfläche (132) des ersten Gehäuses (130) vorgesehen ist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei das erste Gehäuse (130) eine Nut (135) zur Aufnahme eines ersten Verbindungsbereichs (151) eines ersten Verbindungselements (150) aufweist.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei ein zweites Verbindungselement (160) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, die Kühleinrichtung (140), beispielsweise federnd, an dem ersten Gehäuse (130) zu fixieren, wobei beispielsweise das zweite Verbindungselement (160) dazu ausgebildet ist, eine Federkraft in axialer Richtung des ersten Grundkörpers (111) und/oder des zweiten Grundkörpers (121) auszuüben.
Optischer Sensor (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei ein zweites Gehäuse (170) vorgesehen ist, das das erste Gehäuse (130) zumindest bereichsweise umgibt, wobei beispielsweise ein bzw. das erste Verbindungselement (150) zumindest bereichsweise auf einer Kontaktfläche (172) des zweiten Gehäuses aufliegt.
Verwendung (200) des optischen Sensors (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für wenigstens eines der folgenden Element: a) Bestrahlen (202) von Partikeln, beispielsweise eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine, mit einer bzw. der Laserstrahlung (LS), b) Ermitteln (204) von Informationen über eine bzw. die optische Strahlung (OS), wobei beispielsweise die optische Strahlung (OS) durch mittels der Laserstrahlung (LS) beaufschlagte Partikel emittiert wird, c) Ermitteln (206) einer Anzahl und/oder Konzentration und/oder Größe und/oder Konzentrationsverteilung von Partikeln, beispielsweise Rußpartikeln, beispielsweise in einem Abgasstrom, beispielsweise mittels eines Verfahrens basierend auf laserinduzierter Inkandeszenz.