DE102020214038A1

DE102020214038A1 - Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020214038A1
Application number: DE102020214038.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmalz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2022096622A2; WO2022096622A3

Abstract

Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements (3) eines optischen Sensors (2) für ein Fahrzeug, wobei das Frontelement (3) des optischen Sensors (2) bereitgestellt (S11) wird und sodann eine Heizeinrichtung (7) an eine Oberfläche (9) des Frontelements (4) herangeführt (S12) wird und das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise einer Wärmebehandlung (S13) unterzogen wird sowie Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements (3) eines optischen Sensors (2) für ein Fahrzeug, wobei das Frontelement (3) des optischen Sensors (2) bereitgestellt (S21) wird und sodann das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise mit Lichtstrahlen (13) einer Lichtquelle beleuchtet (S22) wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors für ein Fahrzeug.
Für optische Distanzmessungen, insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen, wird meist ein scannender Sensor, beispielsweise ein LIDAR (light detection and ranging) Sensor, eingesetzt, der periodisch Pulse aussendet. Die Pulse, insbesondere Lichtpulse, werden von Objekten reflektiert und der reflektierte Puls detektiert. Aus der Bestimmung der Laufzeit der Pulse von dem Sensor zum Objekt und zurück kann mittels der Lichtgeschwindigkeit auf die Distanz bzw. die Entfernung zu dem Objekt geschlossen werden.
Beispielsweise ist aus dem Dokument DE 10 2017 222 971 A1 eine LIDAR Empfangseinheit für ein LIDAR-Messsystem bekannt, bei dem mehrere Sensorelemente in Makrozellen angeordnet sind und jedes Sensorelement einzeln aktiviert und deaktiviert werden kann oder in Gruppen von Sensorelementen aktiviert und deaktiviert werden können.
LIDAR-Sensoren, insbesondere die auf dem Focal-Plane-Array Detektionsverfahren beruhen, oder andere optoelektronische Sensoren für Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge, können unter starken Leistungsverlusten leiden. Zurückzuführen ist das insbesondere aufgrund der mangelnden Qualität der Frontscheibe (lichtdurchlässiges Frontelement), durch welche hindurch der Sensor die Umgebung detektiert. Während des Herstellungsprozesses von Frontscheiben lassen sich induzierte Wellenfrontfehler nicht vermeiden, so dass bei Transmission des Laserlichts durch die Frontscheibe eine ungewollte Ablenkung des Laserlichts erfolgt und damit die Genauigkeit des Sensors negativ beeinflusst wird. Darüber hinaus können produktionsbedingte Schwankungen der Material- und/oder Oberflächengüte der Frontscheibe auftreten. Eine sehr stark ausschussbehaftete Vorsortierung von Frontscheiben ist die Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes lichtdurchlässiges Frontelement bzw. Frontscheibe eines optischen Sensors für ein Fahrzeug strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Behandlung, beispielsweise Nachbehandlung, eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors für ein Fahrzeug, kann das Frontelement des optischen Sensors bereitgestellt werden. Der optische Sensor mit Frontelement, insbesondere der vollständig bestückte optische Sensor mit Frontelement, kann bereitgestellt werden. Das Bereitstellen kann mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie Bewegungs- und/oder Haltevorrichtung, erfolgen.
Das Frontelement kann aus Glas oder Kunststoff, beispielsweise ein Polymere, sein. Das Frontelement kann eine Scheibe, wie Glasscheibe oder Kunststoffscheibe, sein. Das Frontelement kann eine Sensorfrontscheibe sein.
Der optische Sensor kann das lichtdurchlässige Frontelement aufweisen. Der optische Sensor kann ein optoelektronischer Sensor sein. Der optische Sensor kann eine Detektoreinrichtung, insbesondere zum Senden und/oder Empfangen von Lichtstrahlen, für ein Fahrzeug, wie Kraftfahrzeug, sein. Der optische Sensor kann eine Sende- und/oder Empfangseinheit sein oder aufweisen. Das lichtdurchlässige Frontelement kann vor der Sende- und/oder Empfangseinheit angeordnet sein. Das lichtdurchlässige Frontelement kann eine nach außen weisende Fläche (Außenfläche) bzw. Oberfläche aufweisen. Das lichtdurchlässige Frontelement kann eine nach innen, insbesondere zu der Sende- und/oder Empfangseinheit hin weisende Fläche (Innenfläche) bzw. Oberfläche aufweisen. Der optische Sensor kann ein LIDAR-Sensor sein. Der LIDAR-Sensor kann in einer Focal-Plane-Array Anordnung ausgebildet sein. Unter einer Focal-Plane-Array Konfiguration kann eine zweidimensionale Anordnung von Emitterelementen der Sendeeinheit und/oder Empfangselementen der Empfangseinheit in einer Ebene, insbesondere der Brennebene mindestens einer Sendeoptik bzw. Empfangsoptik, verstanden werden. Eine Focal-Plane-Array Konfiguration kann daher eine statische Ausbildung des LIDAR-Sensors und/oder dessen Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit ermöglichen, so dass dieser keine beweglichen Teile umfasst.
Bei dem Verfahren kann eine Heizeinrichtung an eine Oberfläche, insbesondere die Außenfläche bzw. die zu behandelnde Oberfläche, des Frontelements herangeführt werden. Dabei kann die Heizeinrichtung und/oder das Frontelement und/oder der Sensor mit Frontelement beweget, beispielsweise verfahren, werden. Die Heizeinrichtung und das Frontelement bzw. der Sensor mit Frontelement können relativ zueinander bewegt werden. Die Heizeinrichtung kann über die Außenfläche bzw. Oberfläche des Frontelements bewegt werden. Die Heizeinrichtung kann zumindest einen Heizstab aufweisen. Der Heizstab kann ein elektrischer Wärmestab sein. Die Heizeinrichtung kann mehrere Heizstäbe aufweisen. Die Heizstäbe können parallel zueinander ausgerichtet sein oder werden. Die Heizstäbe können im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Frontelements ausgerichtet werden. Die Heizstäbe können jeweils individuell angesteuert werden, insbesondere so, dass jeder Heizstab eine bestimmte, beispielsweise vordefinierte, Temperatur aufweist bzw. abgibt. Die Temperatur der einzelnen Heizstäbe kann unterschiedlich oder gleich sein bzw. eingestellt werden. Eine Gruppe von Heizstäben, beispielsweise eine Gruppe aus zwei, drei, vier oder mehr Heizstäben, kann die gleiche Temperatur aufweisen bzw. so eingestellt werden, dass die Gruppe die gleiche Temperatur aufweist bzw. abgibt. Die Heizstäbe können an die Oberfläche, insbesondere die Außenfläche bzw. die zu behandelnde Oberfläche, des Frontelements herangeführt werden. Die Heizeinrichtung kann eine Wärmequelle aufweisen. Die Heizeinrichtung kann elektrisch betrieben sein oder werden. Die Heizeinrichtung kann eine Wärmestrahlquelle aufweisen, welche entsprechend angesteuert werden kann. Die Heizeinrichtung kann eine Infrarotstrahlungsquelle oder Laserstrahlungsquelle aufweisen, welche entsprechend angesteuert werden kann.
Bei dem Verfahren kann das Frontelement zumindest abschnittsweise einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Die Wärmebehandlung kann mittels der Heizeinrichtung erfolgen. Das Frontelement kann zumindest abschnittsweise, insbesondere an dessen Oberfläche, wie zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche, erwärmt und/oder aufgeschmolzen werden. Die Wärmebehandlung kann lokal an der Oberfläche des Frontelements erfolgen.
Das Material des Frontelements kann zumindest abschnittsweise lokal aufgeheizt und/oder aufgeschmolzen werden, so dass eine plastische und/oder elastische Verformung des Materials erzeugt wird. Beispielsweise kann die Oberfläche, wie zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements zumindest abschnittsweise lokal aufgeheizt und/oder aufgeschmolzen werden. Das Aufschmelzen kann ein Wiederaufschmelzen sein. Es kann ein gezieltes lokalisiertes Wiederaufschmelzen des Materials des Frontelements erfolgen. Die Oberfläche des Frontelements kann durch die Wärmebehandlung und/oder das Aufschmelzen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen geebnet und/oder begradigt werden. Dadurch kann eine homogenere bzw. plane Oberfläche erreicht werden.
Das Frontelement kann zumindest abschnittsweise, insbesondere an den wärmebehandelten Stellen, wieder abgekühlt werden. Das Abkühlen kann mittels einer Kühlvorrichtung erfolgen.
Bei dem Verfahren kann eine lokale Verdichtung im Material des Frontelements zumindest abschnittsweise erzeugt bzw. induziert werden. Bei dem Verfahren kann eine lokale Verspannung im Material des Frontelements zumindest abschnittsweise erzeugt bzw. induziert werden. Bei dem Verfahren kann eine lokale Dichteänderung im Material des Frontelements zumindest abschnittsweise erzeugt bzw. induziert werden. Die lokale Verdichtung und/oder Verspannung und/oder Dichteänderung kann durch die Wärmebehandlung und/oder Abkühlung erfolgen. Beispielsweise kann nach Abkühlung und/oder Erstarren des erwärmten bzw. aufgeschmolzenen Materials des Frontelements eine lokale Verspannung und damit eine veränderte Doppelbrechung und/oder veränderter Brechungsindex / Brechungsindexvariation im Material des Frontelements vorhanden sein. Damit kann eine Wellenfrontdeformation des Frontelements gezielt eingestellt bzw. gesteuert werden.
Bei einem Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors für ein Fahrzeug, kann das Frontelement des optischen Sensors bereitgestellt werden und sodann das Frontelement zumindest abschnittsweise mit Lichtstrahlen einer Lichtquelle beleuchtet bzw. bestrahlt werden. Das Bereitstellen kann mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie Bewegungs- und/oder Haltevorrichtung, erfolgen. Die Lichtquelle kann eine Laserstrahlungsquelle, beispielsweise eine UV-Laserquelle, sein. Das Frontelement kann aus einem photosensitiven Material hergestellt sein und/oder dieses aufweisen. Das Frontelement kann zumindest abschnittsweise mit Laserlicht beaufschlagt werden. Die optische Strahlungsenergie des auf das Frontelement einfallenden Laserlichts bzw. Laserstrahls kann in Abhängigkeit des Materials des Frontelements eingestellt und/oder variiert werden. Die Beaufschlagung mit Laserlicht kann pulsweise mit einer vorbestimmten Pulsdauer und/oder Pulsleistung erfolgen.
Bei dem Verfahren kann ein individuell berechnetes Belichtungsmuster erzeugt werden. Das Belichtungsmuster kann individuell für das jeweilige Frontelement berechnet bzw. erzeugt werden. Beispielsweise kann das Belichtungsmuster mittels einem holografischen Beleuchtungsverfahren erzeugt werden. Das Belichtungsmuster kann flächenhaft, d.h., abschnittsweise oder für die gesamte Fläche der Oberfläche bzw. Außenfläche des Frontelements berechnet und/oder erzeugt werden. Das Belichtungsmuster kann durch eine Maske, wie Photomaske, oder einen Wellenfrontformer erzeugt und/oder abgebildet werden. Die Maske oder der Wellenfrontformer kann das Belichtungsmuster aufweisen und/oder ausbilden.
Die Lichtquelle bzw. Laserstrahlungsquelle kann an die Oberfläche, insbesondere die Außenfläche bzw. die zu behandelnde Oberfläche, des Frontelements herangeführt werden. Dabei kann die Lichtquelle bzw. Laserstrahlungsquelle und/oder das Frontelement und/oder der Sensor mit Frontelement beweget, beispielsweise verfahren, werden. Die Lichtquelle bzw. Laserstrahlungsquelle und das Frontelement bzw. der Sensor mit Frontelement können relativ zueinander bewegt werden. Die Lichtquelle bzw. Laserstrahlungsquelle kann über die Außenfläche bzw. Oberfläche des Frontelements bewegt werden.
Die Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen können, beispielsweise mittels einer Optik, so geführt und/oder gelenkt werden, dass diese auf die Oberfläche, insbesondere die Außenfläche bzw. die zu behandelnde Oberfläche, des Frontelements treffen bzw. dort einfallen. Die Optik kann ein Optiksystem sein. Die Optik kann eine Linse, ein Spiegel, ein Ablenkelement, einen Strahlteiler und/oder einen Filter aufweisen. Die Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen können auf die Oberfläche, wie die zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements fokussiert werden. Die Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen können in einen, insbesondere vorbestimmten, Bereich, wie Innenbereich, des Materialkörpers des Frontelements fokussiert werden. Das Material des Frontelements kann im Fokusbereich der Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen lokal aufgeheizt und/oder aufgeschmolzen werden. Es kann, beispielsweise durch die Lichtbestrahlung bzw. Laserbestrahlung, zumindest abschnittsweise eine Änderung des Brechungsindex im Materialkörper des Frontelements erfolgen und/oder induziert werden. Die Photosensitivität des Frontelements kann genutzt werden. Es kann eine lokale photosensitive Behandlung des Frontelements erfolgen. Der Brechungsindex im Materialkörper des Frontelements kann lokal und/oder gezielt, beispielsweise durch die Lichtbestrahlung und/oder Laserbestrahlung, variiert bzw. geändert und/oder manipuliert werden.
Die Maske oder der Wellenfrontformer kann zwischen der Lichtquelle bzw. Laserstrahlungsquelle und der Oberfläche, wie die zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements angeordnet sein oder werden. Die Maske oder der Wellenfrontformer kann zwischen Optik bzw. dem Optiksystem und der Oberfläche, wie die zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements angeordnet sein oder werden. Die Maske oder der Wellenfrontformer kann im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche, wie die zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements angeordnet und/oder ausgerichtet sein oder werden. Die Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen können durch die Maske oder den Wellenfrontformer hindurch, beispielsweise gemäß eines bestimmten Belichtungsmusters, auf die Oberfläche, wie die zu behandelnde Oberfläche, bzw. Außenfläche des Frontelements treffen.
Das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren kann an einem einzelnen Frontelement für einen Sensor, d.h. insbesondere, dass das Frontelement noch nicht am Sensor montiert ist, durchgeführt werden. Das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren kann an einem Frontelement durchgeführt werden, das bereits am Sensor montiert bzw. befestigt wurde bzw. ist. Das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren kann während oder nach der Montage zum teilweisen oder vollständig bestückten Sensor durchgeführt werden. Das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren kann als ein finaler Prozessierungsschritt, insbesondere in der Produktionsline des Sensors und/oder des Frontelements, erfolgen.
Mit der Erfindung können mit hoher Ortsauflösung Oberflächen- und/oder Materialfehler des Frontelements, wie Frontscheibe, eines Sensors korrigiert werden. Die Oberflächengüte des Frontelements kann verbessert werden. Die Wellenfrondeformation des Frontelements kann variiert und/oder eingestellt werden. Wellenfrontfehler des Materials des Frontelements können ausgeglichen werden. Individuelle Abbildungsfehler des Frontelements können daher kompensiert werden. Ungewollte Ablenkungen von Laserlicht können vermieden werden. Die Qualität, insbesondere die optische Qualität, des Frontelements kann verbessert werden. Die Genauigkeit des Sensors kann erhöht werden. Weniger Ausschuss und eine Kostenreduzierung können ermöglicht werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:

1 schematisch den Strahlengang eines optischen Sensors mit einem Frontelement mit schlechten Oberflächen- und Materialeigenschaften;
2 schematisch den Strahlengang eines optischen Sensors mit einem Frontelement mit guten Oberflächen- und Materialeigenschaften;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors mittels einer Wärmebehandlung;
4 schematisch eine Heizeinrichtung bei der Wärmebehandlung eines Frontelements;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements eines optischen Sensors mittels Lichtstahlen; und
6 schematisch die Beaufschlagung eines Frontelements mit Lichtstrahlen.

1 zeigt schematisch den Strahlengang 1 eines optischen Sensors 2 mit einem lichtdurchlässigen Frontelement 3. Der optische Sensor 2 ist als LIDAR-Sensor mit einer Focal-Plane-Array Anordnung ausgebildet. Der optische Sensor 2 weist eine Sendeeinheit 4 mit Emitterelementen und eine Empfangseinheit 5 mit Empfangselementen auf. Die Sendeeinheit 4 sendet Laserstrahlen (in 1 durch die Pfeile veranschaulicht) durch das Frontelement 3 hindurch aus, die dann von einem Objekt 6 reflektiert werden. Die reflektierten Strahlen transmittieren bzw. gehen wiederum durch das Frontelement 3 hindurch und treffen dann auf die Empfangseinheit 5.
Das Frontelement 3 ist als Sensorfrontscheibe, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, ausgebildet und weist schlechte Oberflächen- und Materialeigenschaften auf. Aufgrund der schlechten Oberflächen- und Materialeigenschaften des Frontelements 3 werden die reflektierten Strahlen durch das Frontelement 3 zumindest teilweise unkontrolliert abgelenkt. Die reflektierten Strahlen können daher nicht optimal durch das Frontelement 3 transmittieren. Dadurch können Abbildungsfehler entstehen und die Genauigkeit des optischen Sensors 2 leidet.
2 zeigt schematisch den Strahlengang 1 des optischen Sensors 2 mit einem Behandelten Frontelement 3. Das Frontelement 3 wurde, wie vorstehend und/oder nachfolgend beschrieben, einer Wärmebehandlung und/oder einer Bestrahlung unterzogen. Dadurch wurden die Oberflächen- und Materialfehler des Frontelements 3 korrigiert und dessen Oberflächengüte verbessert. Ebenso wurden dadurch die Wellenfrontfehler des Materials des Frontelements 3 ausgeglichen, so dass eine optimale Transmission der reflektierten Strahlen möglich und keine oder zumindest weniger Abbildungsfehler entstehen. Ungewollte Ablenkungen der reflektierten Strahlen werden somit vermieden werden (in 2 durch die Pfeile veranschaulicht).
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements 3 eines optischen Sensors 2 mittels einer Wärmebehandlung.
In einem Schritt S11 wird das Frontelement 3 des optischen Sensors 2 bereitgestellt. Das kann mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie Bewegungs- und/oder Haltevorrichtung, erfolgen.
In einem Schritt S12 wird eine Heizeinrichtung an die Oberfläche des Frontelements 3 herangeführt. Dabei kann die Heizeinrichtung und/oder das Frontelement 3 und/oder der optische Sensor 2 zusammen mit dem Frontelement 3 beweget, beispielsweise verfahren, werden. Die Heizeinrichtung und das Frontelement 3 bzw. der optische Sensor 2 zusammen mit dem Frontelement 3 können dabei relativ zueinander bewegt werden. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung über die Außenfläche bzw. Oberfläche des Frontelements 3 bewegt werden.
In einem Schritt S13 wird das Frontelement 3, beispielsweise die Außenfläche bzw. Oberfläche des Frontelements 3, zumindest abschnittsweise einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung kann mittels der Heizeinrichtung erfolgen.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
4 zeigt schematisch eine Heizeinrichtung 7 bei der Wärmebehandlung des Frontelements 3. Mittels der Heizeinrichtung 7 kann das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren zur Wärmebehandlung, beispielsweise gemäß 3, durchgeführt werden.
Die Heizeinrichtung 7 weist mehrere elektrisch betriebene Heizstäbe 8 auf. Die Heizstäbe 8 sind parallel zueinander und im Wesentlichen senkrecht zu der zu behandelnden Oberfläche 9 des Frontelements 3 ausgerichtet. Wie in 4 zu erkennen ist, sind die Heizstäbe 8 an die zu behandelnde Oberfläche 9 des Frontelements 3 herangeführt. Die Heizstäbe 8 können jeweils individuell angesteuert werden, insbesondere so, dass jeder Heizstab 8 eine bestimmte, beispielsweise vordefinierte, Temperatur aufweist bzw. abgibt. Die Temperatur der einzelnen Heizstäbe 8 kann unterschiedlich oder gleich sein bzw. eingestellt werden. In 4 sind drei Gruppen 10, 11, 12 von Heizstäben 8 dargestellt. Die erste Gruppe 10 weist zwei Heizstäbe 8 auf. Die zweite Gruppe 11 weist vier Heizstäbe 8 auf. Die dritte Gruppe 12 weist 16 Heizstäbe 8 auf. Die Heizstäbe 8 innerhalb einer Gruppe 10, 11, 12 weisen bzw. geben die gleiche Temperatur auf bzw. ab, so dass die jeweilige Gruppe 10, 11, 12 die gleiche Temperatur aufweist bzw. abgibt. Dadurch kann eine an die Oberflächen- und/oder Materialeigenschaften des Frontelements 3 angepasste Wärmebehandlung erfolgen.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 bis 3 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements 3 eines optischen Sensors 2 mittels Lichtstahlen.
In einem Schritt 21 wird das Frontelement 3 des optischen Sensors 2 bereitgestellt. Das kann mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie Bewegungs- und/oder Haltevorrichtung, erfolgen.
In einem Schritt S22 wird das Frontelement 3 zumindest abschnittsweise mit Lichtstrahlen einer Lichtquelle beleuchtet bzw. bestrahlt. Die Lichtquelle kann eine Laserstrahlungsquelle, beispielsweise eine UV-Laserquelle, sein. Das Frontelement 3 kann aus einem photosensitiven Material hergestellt sein und/oder dieses aufweisen. Die Photosensitivität des Frontelements 3 kann so genutzt werden, dass eine lokale photosensitive Behandlung des Frontelements 3 erfolgt und der Brechungsindex im Materialkörper des Frontelements 3 lokal und/oder gezielt durch die Bestrahlung, variiert bzw. geändert und/oder manipuliert wird. Mittels einer Maske, wie Photomaske, oder einen Wellenfrontformer kann ein spezifisches Belichtungsmuster erzeugt und auf das Frontelement 3 abgebildet werden.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 bis 4 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
6 zeigt schematisch die Beaufschlagung eines Frontelements 3 mit Lichtstrahlen 13, wobei das vorstehend und/oder nachfolgend beschriebene Verfahren zur Behandlung mittels Lichtstrahlen 13, beispielsweise gemäß 5, durchgeführt werden kann.
Eine als Laserstrahlungsquelle ausgebildete Lichtquelle (in 6 nicht dargestellt), beispielsweise eine UV-Laserquelle, strahlt Laserlicht 13 aus und beleuchtet das aus einem photosensitiven Material hergestellte Frontelement 3. Das Laserlicht 13 wird mittels einer Optik (in 6 nicht dargestellt), so geführt und gelenkt, dass das Laserlicht 13 auf die zu behandelnde Oberfläche 9 des Frontelements 3 trifft und in den Materialkörper des Frontelements 3 eindringt. Die optische Strahlungsenergie des auf das Frontelement 3 einfallenden Laserlichts 13 kann in Abhängigkeit des Materials des Frontelements 3 eingestellt und/oder variiert werden. Die Beaufschlagung mit Laserlicht 13 kann pulsweise mit einer vorbestimmten Pulsdauer und/oder Pulsleistung erfolgen.
Bevor das Laserlicht 13 auf die zu behandelnde Oberfläche 9 des Frontelements 3 trifft und in den Materialkörper des Frontelements 3 eindringt, wird mittels einer Maske 14, wie Photomaske, oder eines Wellenfrontformers 14 ein auf das Frontelement 3 individuell angepasstes bzw. zuvor berechnete Belichtungsmuster erzeugt, dass dann auf das Frontelement 3 bzw. dessen zu behandelnde Oberfläche 9 abgebildet wird. Zu diesem Zweck ist die Maske 14 oder der Wellenfrontformer 14 zwischen der Laserstrahlungsquelle bzw. Optik und der zu behandelnden Oberfläche 9 des Frontelements 3 angeordnet. Die Maske 14 oder der Wellenfrontformer 14 ist im Wesentlichen parallel zu der zu behandelnden Oberfläche 9 des Frontelements 3 angeordnet und ausgerichtet, so dass das Laserlicht 13 durch die Maske 14 oder den Wellenfrontformer 14 hindurch gemäß des bestimmten Belichtungsmusters auf die zu behandelnden Oberfläche 9 des Frontelements 3 treffen und dort in den Materialkörper des Frontelements 3 eindringen kann.
Die Photosensitivität des Frontelements 3 kann so genutzt werden, dass durch die Laserbestrahlung 13 eine lokale photosensitive Behandlung des Frontelements 3 erfolgt und der Brechungsindex im Materialkörper des Frontelements 3 lokal und gezielt durch die Laserbestrahlung 13 variiert bzw. geändert und/oder manipuliert wird. Wie in 6 schematisch dargestellt kann die Änderung des Brechungsindex des Materialkörpers des Frontelements 3 gezielt in Bereichen 15 höherer und/oder intensiverer Laserbestrahlung 13 (höhere Strahlungsintensität) erfolgen (in 6 z.B. im rechten Bereich des Frontelements). In Bereichen ohne oder geringerer Laserbestrahlung 13 und/oder in Bereichen mit geringerer Strahlungsintensität (in 6 z.B. im linken Bereich des Frontelements) kann eine Änderung des Brechungsindex verhindert werden.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 bis 5 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden. Die Reihenfolge und/oder Anzahl aller Schritte des Verfahrens kann variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Strahlengang
2: optischer Sensor
3: Frontelement
4: Sendeeinheit
5: Empfangseinheit
6: Objekt
7: Heizeinrichtung
8: Heizstäbe
9: zu behandelnde Oberfläche des Frontelements
10: erste Heizstabgruppe
11: zweite Heizstabgruppe
12: dritte Heizstabgruppe
13: Laserlicht
14: Maske oder Wellenfrontformer
15: Bereiche höherer Laserbestrahlung
S11: Schritt zum Bereitstellen eines Frontelements
S12: Schritt zum Heranführen einer Heizeinrichtung
S13: Schritt zum Wärmebehandeln des Frontelements
S21: Schritt zum Bereitstellen eines Frontelements
S22: Schritt zum Beleuchten bzw. Bestrahlen des Frontelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017222971 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements (3) eines optischen Sensors (2) für ein Fahrzeug, wobei das Frontelement (3) des optischen Sensors (2) bereitgestellt (S11) wird und sodann eine Heizeinrichtung (7) an eine Oberfläche (9) des Frontelements (4) herangeführt (S12) wird und das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise einer Wärmebehandlung (S13) unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere an dessen Oberfläche (9), erwärmt und/oder aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) des Frontelements (3) durch die Wärmebehandlung zumindest abschnittsweise im Wesentlichen geebnet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Frontelements (3) zumindest abschnittsweise lokal aufgeheizt und/oder aufgeschmolzen wird, so dass eine plastische und/oder elastische Verformung des Materials erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise wieder abgekühlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lokale Verdichtung und/oder Verspannung und/oder Dichteänderung im Material des Frontelements (3) zumindest abschnittsweise erzeugt bzw. induziert wird.
Verfahren zur Behandlung eines lichtdurchlässigen Frontelements (3) eines optischen Sensors (2) für ein Fahrzeug, wobei das Frontelement (3) des optischen Sensors (2) bereitgestellt (S21) wird und sodann das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise mit Lichtstrahlen (13) einer Lichtquelle beleuchtet (S22) wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Frontelement (3) zumindest abschnittsweise mit Laserlicht (13) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlungsenergie des auf das Frontelement (3) einfallenden Laserlichts (13) in Abhängigkeit des Materials des Frontelements (3) eingestellt und/oder variiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit Laserlicht (13) pulsweise mit einer vorbestimmten Pulsdauer und/oder Pulsleistung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein individuell berechnetes Belichtungsmuster, insbesondere mittels einem holografischen Beleuchtungsverfahren, erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise eine Änderung des Brechungsindex im Materialkörper des Frontelements erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (2) mit Frontelement (3), insbesondere der vollständig bestückte optische Sensor (2) mit Frontelement (3), bereitgestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frontelement (3) aus Glas oder Kunststoff ist, insbesondere eine Glasscheibe oder Kunststoffscheibe ist.