-
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel sowie ein Verkehrsmittel, insbesondere ein Fahrzeug, mit der Sensorvorrichtung.
-
Moderne Verkehrsmittel, wie Fahrzeuge, beispielsweise Bodenfahrzeuge, Luftfahrzeuge, und Wasserfahrzeuge, verwenden eine Erfassungseinrichtung mit einem oder mehreren Sensoren, um für Assistenzsysteme relevante Informationen zu ermitteln. Die Sensoren können jeweils mittels einer Abdeckung abgedeckt werden, damit sie vor Witterungseinflüssen, wie Sonnenstrahlung, Regen, oder Schnee, sowie Steinschlag geschützt sind. Aus dem Stand der Technik bekannte Radarsensoren für Kraftfahrzeuge sind zu dem genannten Zweck üblicherweise hinter einer Abdeckung aus PVC im Bereich der Front des Kraftfahrzeugs angeordnet.
-
Optische Sensoren zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder nahinfraroten Spektralbereich können hingegen zum Schutz mittels klarer, transparenter Abdeckelemente wie einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs abgedeckt werden. Beispielsweise beschreibt das Dokument
DE 10 2017 219 759 A1 in diesem Zusammenhang eine LIDAR-Sensorvorrichtung, mit einem Gehäuse, in dem ein optischer Sensor aufgenommen ist. Ein erstes Abdeckmittel deckt den optischen Sensor samt einer Optik des Sensors hermetisch ab, sodass die innerhalb des Gehäuses befindlichen Elemente (optischer Sensor, Optik sowie Elektronikmittel) vor Feuchtigkeit, Staub und Schmutz geschützt sind.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtete Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel bereitzustellen, bei der die elektromagnetische Strahlung die Erfassung einer weiteren elektromagnetischen Strahlung mittels der Erfassungseinrichtung im Wesentlichen ungestört lässt. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verkehrsmittel bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verkehrsmittel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
-
Die Sensorvorrichtung ist für ein Verkehrsmittel vorgesehen und umfasst eine Erfassungseinrichtung, die zur Erfassung von erster elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer ersten Wellenlänge eingerichtet ist, sowie eine Abdeckvorrichtung für die Erfassungseinrichtung. Die Abdeckvorrichtung hat einen fluoreszenten Abschnitt mit einem Fluoreszenzfarbstoff, der ein Absorptionsspektrum und ein Emissionsspektrum aufweist. Der fluoreszente Abschnitt ist für die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge transparent. Ferner ist der fluoreszente Abschnitt dazu eingerichtet, bei Bestrahlung mit zweiter elektromagnetischer Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge im Absorptionsspektrum des Fluoreszenzfarbstoffs dritte elektromagnetische Strahlung im Emissionsspektrum zu emittieren. Die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge sind unterschiedlich.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei der dritten elektromagnetischen Strahlung um sichtbares Fluoreszenzlicht. Höchst vorzugsweise enthält das Emissionsspektrum einen sichtbaren Teil und der fluoreszente Abschnitt ist entsprechend dazu eingerichtet, die dritte elektromagnetische Strahlung bei der Bestrahlung des fluoreszenten Abschnitts mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in dem sichtbaren Teil des Emissionsspektrums zu emittieren.
-
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erlaubt vorteilhafterweise, die dritte elektromagnetische Strahlung relativ einfach und flexibel direkt aus der Abdeckvorrichtung heraus zu emittieren. Die dritte elektromagnetische Strahlung kann insbesondere aus der Abdeckvorrichtung abgestrahlt werden, ohne dass sie mittels optischer Elemente wie Spiegel oder Streukörper umgelenkt werden muss. Da der fluoreszente Abschnitt der Abdeckvorrichtung für die erste elektromagnetische Strahlung, die von der Erfassungseinrichtung erfasst wird, transparent ist, kann der fluoreszente Abschnitt im Strahlengang der Erfassungseinrichtung positioniert werden, ohne die Erfassung der ersten elektromagnetischen Strahlung durch die Erfassungseinrichtung zu beeinflussen beziehungsweise zu stören.
-
Der Fluoreszenzfarbstoff mit dem Emissionsspektrum kann vergleichsweise einfach mit unsichtbarer (beispielsweise ultravioletter) elektromagnetischer Strahlung angeregt werden und kann sodann die dritte elektromagnetische Strahlung, insbesondere das sichtbare Fluoreszenzlicht, im Strahlengang der Erfassungseinrichtung emittieren. Die dritte elektromagnetische Strahlung wird vorteilhafterweise in einen Halbraum auf der von der Erfassungseinrichtung entgegengesetzten Seite der Abdeckvorrichtung (re-) emittiert. Dies ermöglicht, die Abdeckvorrichtung beleuchtet auszugestalten und gleichzeitig auf synergetische Art und Weise, auf die Erfassungseinrichtung potentiell störende Streustellen oder andersgeartete Umlenkeinrichtungen für (sichtbares) Licht in der Abdeckvorrichtung, insbesondere im Strahlengang der Erfassungseinrichtung, zu verzichten.
-
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann der Begriff „transparent“ gemäß seiner allgemeinen Definition „für elektromagnetische Wellen durchlässig“ bedeuten. Insbesondere kann transparent nicht transluzent und, dies versteht sich von selbst, nicht opak bedeuten. Transparent kann insbesondere im Wesentlichen nicht streuend bedeuten. Transparenz bedingt vorzugsweise, dass die Ausbreitungsrichtung oder/und die Intensität der ersten elektromagnetischen Strahlung bei Durchgang durch die Abdeckvorrichtung/den fluoreszenten Abschnitt im Wesentlichen unverändert bleibt/bleiben. Im Wesentlichen bedeutet im Kontext dieser Offenbarung eine maximale Abweichung von höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Dies kann also in Zusammenhang mit der Ausbreitungsrichtung eine Abweichung zwischen Einfallswinkel und Ausfallswinkel an der Abdeckvorrichtung von höchstens der genannten maximalen Abweichung und in Zusammenhang mit der Intensität der ersten elektromagnetischen Strahlung bei diesem Durchgang eine Abnahme der Intensität entlang der optischen Achse von höchstens der genannten maximalen Abweichung bedeuten. Ein Transmissionsgrad des fluoreszenten Abschnitts für die erste elektromagnetische Strahlung beträgt vorzugsweise mindestens 90 % oder mindestens 95 % oder mindestens 98 %.
-
Im vorliegenden Kontext kann mit dem Begriff „Licht“ (insbesondere „Fluoreszenzlicht“) stets sichtbares Licht, d.h., sichtbare elektromagnetische Strahlung gemeint sein. Die Wellenlänge dieser sichtbaren elektromagnetischen Strahlung kann zwischen ca. 380 nm und ca. 780 nm liegen. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist sichtbar als für den Menschen sichtbar zu verstehen.
-
Die Abdeckvorrichtung ist bevorzugt dazu angeordnet, die Erfassungseinrichtung zumindest abschnittsweise abzudecken, sodass insbesondere ein Strahlengang der Sensorvorrichtung durch die Abdeckvorrichtung, insbesondere durch den fluoreszenten Abschnitt mit dem Fluoreszenzfarbstoff, hindurch verläuft. Vorzugsweise ist die Erfassungseinrichtung derart in der Sensorvorrichtung angeordnet, dass sie die erste elektromagnetische Strahlung erfasst, nachdem sich letztere aus der Umgebung der Sensorvorrichtung durch die Abdeckvorrichtung, insbesondere durch den fluoreszenten Abschnitt sowie den Fluoreszenzfarbstoff, hindurch in Richtung der Erfassungseinrichtung ausgebreitet hat und auf die Erfassungseinrichtung aufgetroffen ist. Die Erfassungseinrichtung kann einen Erfassungswinkelbereich aufweisen, in dem zumindest ein Teil des fluoreszenten Abschnitts (samt dem Fluoreszenzfarbstoff) angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Fluoreszenzfarbstoff über den gesamten fluoreszenten Abschnitt verteilt.
-
Die Erfassungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die dritte elektromagnetische Strahlung nicht zu erfassen, um bei der Erfassung der ersten elektromagnetischen Strahlung nicht gestört zu werden. Mit anderen Worten, ein Erfassungs-Wellenlängenband der Erfassungseinrichtung kann gegenüber dem Emissionsspektrum überlappungsfrei sein. Hierzu kann die Erfassungseinrichtung unsensitiv für die erste elektromagnetische Strahlung und/oder mit einem entsprechenden Filtermittel zum Herausfiltern der dritten elektromagnetischen Strahlung versehen sein. Das Filtermittel kann elektronisch (z.B. mittels mehrerer Farbkanäle) oder als optisches Element (beispielsweise als Bandpassfilter oder Bandstopfilter) realisiert sein. Die von der Erfassungseinrichtung selektiv zu erfassende erste elektromagnetische Strahlung kann frei von (sichtbarem) Licht sein; die gesamte erste elektromagnetische Strahlung kann unsichtbar sein. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung auf die Erfassung der ersten elektromagnetischen Strahlung beschränkt sein. Vorteilhafterweise ist die erste elektromagnetische Strahlung Teil eines Spektralbereichs zwischen 800 nm und 5 µm, höchstvorzugsweise eines Spektralbereichs zwischen 800 nm und 3 µm. Entsprechend kann die erste Wellenlänge mindestens 800 nm und/oder höchstens 5 µm, höchstvorzugsweise mindestens 800 nm und/oder höchstens 3 µm betragen.
-
Die Erfassungseinrichtung kann einen optischen Sensor und/oder einen Radarsensor enthalten, die zusammen zur Erfassung der ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet sein können. Der optische Sensor kann dabei zur selektiven Erfassung von ausschließlich einem ersten Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung und der Radarsensor kann dabei zur selektiven Erfassung von ausschließlich einem zweiten Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung ausgelegt sein. Bei dem ersten Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung kann es sich um Infrarotstrahlung, insbesondere Nahinfrarotstrahlung (bevorzugt im Wellenlängenbereich zwischen 880 nm und 930 nm), handeln. Der zweite Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung kann Radarwellen, beispielsweise mit Wellenlängen zwischen 1cm und 10 cm, enthalten. Bei dem optischen Sensor kann es sich insbesondere um eine Kamera mit einem Kamera-Bildsensor (beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor) oder um einen LIDAR-Sensor („Light Detection And Ranging“ Sensor) handeln. Der optische Sensor kann in einer weiteren Variante einen Kamerasensor sowie einen LIDAR-Sensor enthalten.
-
Die Abdeckvorrichtung (sog. Sensorcover) und insbesondere der fluoreszente Abschnitt können aus einem vorzugsweise transparenten Kunststoff (beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA)) hergestellt sein. Das Absorptionsspektrum und das Emissionsspektrum sind dabei vorzugsweise keine intrinsischen Spektren des Kunststoffmaterials, sodass die hier genannte dritte elektromagnetische Strahlung / das hier genannte Fluoreszenzlicht kein Licht auf Basis von Autofluoreszenz enthält. Vielmehr ist der Fluoreszenzfarbstoff vorzugsweise extrinsisch und in den fluoreszenten Abschnitt eingebettet. Der Fluoreszenzfarbstoff ist vorzugsweise so gewählt, dass er mittels ultravioletter und/oder violetter Strahlung zur Fluoreszenz angeregt werden kann und (zumindest teilweise) im sichtbaren Spektralbereich emittiert. Der Fluoreszenzfarbstoff ist vorteilhafterweise langzeitstabil und/oder in Form von Pigmenten vorgesehen. Er kann aus einer der folgenden Familien von Fluoreszenzfarbstoffen ausgewählt sein: Alexa Fluor, Cyanin, DyLight, Fluorescein, FITC, TRITC, Rhodamin. Der Fluoreszenzfarbstoff kann beispielsweise Alexa Fluor™ 350 des Herstellers Thermo Fischer Scientific, Waltham, MA USA sein.
-
In einer besonders bevorzugten Variante enthält der Fluoreszenzfarbstoff des fluoreszenten Abschnitts Quantenpunkte, insbesondere metallische (z.B. Gold-) Quantenpunkte, höchstvorzugsweise aber halbleiterbasierte Quantenpunkte. Insbesondere bei der letzteren Kategorie von Quantenpunkten liegt kein diskreter anzuregender Übergang zwischen Energieniveaus vor, sondern ein vergleichsweise breites Kontinuum. Das Emissionsspektrum diese Quantenpunkte ist unabhängig davon schmalbandiger als das Absorptionsspektrum und kann spezifisch angepasst werden. Bei den Quantenpunkten kann es sich um Cadmium-Selenid/Zink-Selenid (CdSe/ZnS) Quantenpunkte handeln. Solche Quantenpunkte sind im Handel beispielsweise unter dem Handelsnamen Lumidot™ der Firma SigmaAldrich / Merck erwerblich. Sie absorbieren elektromagnetische Strahlung insbesondere zwischen dem nahen UV und etwa 650 nm. Das Emissionsspektrum dieser Quantenpunkte hat ein Maximum bei 640 nm und eine Halbwertsbreite von weniger als 40 nm. Die Quantenpunkte weisen vorzugsweise eine Größe von zwischen 5 und 8 nm, insbesondere zwischen 6 und 7 nm auf.
-
Die Quantenpunkte können insbesondere aus der Gruppe der halbleiterbasierten Kern-Schale Quantenpunkte ausgewählt sein (engl. „Core-Shell Quantumdots“). Das Emissionsspektrum dieser Quantenpunkte kann vorteilhafterweise einfach durch Auswahl der Größe des jeweiligen Quantenpunktes sowie des Materials des Quantenpunktes an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Durch Anpassen des Brechungsindex des Materials des fluoreszenten Abschnitts (insbesondere der Matrix, in die die Quantenpunkte eingefasst sind) lassen sich de facto die Abstände zwischen den Energieniveaus der Elektronen modifizieren, sodass die Energie eines jeweils bei dem Übergang zwischen diesen Energieniveaus emittierten Photons entsprechend angepasst wird. Da die Energieniveaus indirekt proportional zum Brechungsindex sind, gehen größere Brechungsindices mit betraglich geringeren Energien der Energieniveaus einher. Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann somit das Emissionsspektrum effizient und einfach festgelegt werden.
-
Um den fluoreszenten Abschnitt zum Fluoreszieren anzuregen, kann die Sensorvorrichtung ferner eine Beleuchtungseinrichtung enthalten, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, den fluoreszenten Abschnitt mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen. Die Beleuchtungseinrichtung enthält hierfür vorzugsweise eine oder mehrere Strahlungsquellen, die insbesondere auf den fluoreszenten Abschnitt und den Fluoreszenzfarbstoff gerichtet sein können. Jede Strahlungsquelle kann dabei auf derselben Seite der Abdeckvorrichtung angeordnet sein wie die Erfassungseinrichtung. Dies ermöglicht, die Sensorvorrichtung vergleichsweise kompakt und integriert auszugestalten, sodass auch die Beleuchtungseinrichtung mittels der Abdeckvorrichtung gegen Witterungseinflüsse und Steinschlag geschützt ist. Die Strahlungsquellen können Laser, insbesondere Laserdioden, oder Leuchtdioden enthalten. Darüber hinaus kann die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die zweite elektromagnetische Strahlung über die Abdeckvorrichtung zu scannen.
-
Die Beleuchtungseinrichtung kann derart relativ zur Abdeckvorrichtung/dem fluoreszenten Abschnitt angeordnet sein, dass die Abdeckvorrichtung bei aktiver Beleuchtungseinrichtung eine Lichtaustrittsfläche bildet, die die Erfassungseinrichtung optisch kaschiert. Mit anderen Worten kann die Sensorvorrichtung derart ausgestaltet sein, dass die Erfassungseinrichtung von einer zur Erfassungseinrichtung entgegengesetzten Seite der Abdeckvorrichtung her unsichtbar hinter der Abdeckvorrichtung versteckt ist, wenn die dritte elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Vorteilhafterweise ist die Beleuchtungseinrichtung dabei relativ zum fluoreszenten Abschnitt so ausgerichtet, dass sie den fluoreszenten Abschnitt (insbesondere im Erfassungswinkelbereich der Erfassungseinrichtung) bestrahlt.
-
Falls erforderlich, kann die Sensorvorrichtung außerdem ein bevorzugt undurchsichtiges Gehäuse aufweisen, wobei die Abdeckvorrichtung Teil des Gehäuses sein kann, und wobei die Erfassungseinrichtung und gegebenenfalls die Beleuchtungseinrichtung im Gehäuse angeordnet sein können. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass ein Betrachter der Sensorvorrichtung nicht an der Abdeckvorrichtung vorbei sehen kann. Alternativ kann die Abdeckvorrichtung bündig mit einer Oberfläche, insbesondere einer Außenoberfläche, des Verkehrsmittels abschließen.
-
In einer besonders effizient herstellbaren Sensorvorrichtung ist die Abdeckvorrichtung mehrschichtig ausgebildet. Der fluoreszente Abschnitt kann dabei eine Schicht der Abdeckvorrichtung bilden. Darüber hinaus kann die Abdeckvorrichtung eine oder mehrere beliebige der folgenden Teile bzw. Schichten enthalten, die, beginnend auf einer der Erfassungseinrichtung zugewandten Seite der Abdeckvorrichtung vorzugsweise in der folgenden Reihenfolge aufeinander ausgebildet sind: eine erste Antireflexschicht; ein bevorzugt als Substratschicht ausgestaltetes Trägerelement; eine Maskierschichtanordnung; eine Heizschicht; eine zweite Antireflexschicht; und/oder eine Schutzschicht. Beliebige, insbesondere alle, diese Teile/Schichten können insbesondere stoffschlüssig mit einem oder beiden jeweils benachbarten Teilen/Schichten verbunden sein.
-
Die erste Antireflexschicht kann dazu eingerichtet sein, Reflexionsverluste für die erste elektromagnetische Strahlung an der der Erfassungseinrichtung zugewandten Oberfläche der Abdeckvorrichtung zu reduzieren. Insbesondere kann ein Reflexionsgrad (Reflektivität) der ersten elektromagnetischen Strahlung an der der Erfassungseinrichtung zugewandten Oberfläche der Abdeckvorrichtung weniger als 15 % oder weniger als 10 % oder weniger als 5 % betragen. Die erste Antireflexschicht ist vorzugsweise direkt auf dem Trägerelement / der Substratschicht ausgebildet. Das Trägerelement ist vorzugsweise dicker und/oder steifer als die erste Antireflexschicht und/oder als der fluoreszente Abschnitt. Somit kann das Trägerelement der Abdeckvorrichtung mechanische Stabilität verleihen. Das Trägerelement kann aus einem Kunststoff (beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat) oder aus Glas ausgebildet sein. Auf einer der ersten Antireflexschicht entgegengesetzten Seite des Trägerelements ist vorzugsweise der fluoreszente Abschnitt ausgebildet. Der fluoreszente Abschnitt kann als Lack auf das Trägerelement aufgetragen oder an das Trägerelement angeschlossen sein.
-
Die Maskierschichtanordnung kann auf dem fluoreszenten Abschnitt ausgebildet sein. Sie kann mit einem oder mehreren transluzenten oder lichtundurchlässigen ersten Bereichen versehen sein. Die ersten Bereiche der Maskierschichtanordnung können durch einen oder mehrere zweite (beispielsweise transparente) Bereiche begrenzt sein, die gegenüber den ersten Bereichen optisch kontrastiert ausgestaltet sind. Die ersten Bereiche können dabei eine erste Schicht der Maskierschichtanordnung bilden; die zweiten Bereiche können eine zweite Schicht der Maskierschichtanordnung bilden. Die ersten Bereiche können zusammen ein Muster, ein Logo / Emblem oder ein Bild vor dem durch die zweiten Bereiche gebildeten Hintergrund darstellen.
-
In einer bevorzugten Variante enthalten die ersten Bereiche Farbpigmente, die vorteilhafterweise einen Teil der dritten elektromagnetichen Strahlung / des Fluoreszenzlichts absorbieren. Wenn die Maskierschichtanordnung in den zweiten Bereichen beispielsweise klar transparent sind, kann ein visuell wahrnehmbarer Farbwechsel erzeugt werden, indem die Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet wird. In diesem Fall kann die dritte elektromagnetiche Strahlung / das Fluoreszenzlicht (insbesondere wenn der Rest der Abdeckvorrichtung farbneutral ist) in den zweiten Bereichen unverändert und in den ersten Bereichen durch Absorption eines spektralen Anteils der dritten elektromagnetichen Strahlung beziehungsweise des Fluoreszenzlichts modifiziert aus der Abdeckvorrichtung emittiert werden. Dies ermöglicht, das Muster/Logo/Bild anzuzeigen und auszublenden, indem die Beleuchtungseinrichtung aktiviert bzw. deaktiviert wird. Wenn die ersten Bereiche hingegen lichtundurchlässig (opak/spiegelnd) sind, können die zweiten Bereiche einen an- und ausschaltbaren Hintergrund darstellen.
-
Die Heizschicht ist vorzugsweise auf einer der Erfassungseinrichtung entgegengesetzten Seite des fluoreszenten Abschnitts und somit vorteilhafterweise möglichst nah zu einer Außenoberfläche der Sensorvorrichtung angeordnet. Sie ist bevorzugt für die erste elektromagnetische Strahlung und optional für die dritte elektromagnetiche Strahlung durchlässig. Besonders bevorzugt ist die Heizschicht dazu eingerichtet, einen Teil der zweiten elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 1,5 µm und 2,2 µm zu absorbieren. In diesem Fall ist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise dazu ausgelegt, insbesondere auch die Heizschicht mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen. Auf diese Weise kann die Abdeckvorrichtung beheizt werden, sodass Eis/Schnee auf der Abdeckvorrichtung geschmolzen oder Tau auf der Abdeckvorrichtung verdampft werden kann. Die vorstehend genannte Absorption des Teils der zweiten elektromagnetischen Strahlung kann beispielsweise durch in die Heizschicht aufgenommene Quantenpunkte mit entsprechendem Absorptionsspektrum realisiert sein.
-
Die zweite Antireflexschicht ist bevorzugt analog zur ersten Antireflexschicht ausgestaltet und kann insbesondere zur Reduktion von Reflexionsverlusten für die erste elektromagnetische Strahlung auf einer zur Erfassungseinrichtung entgegengesetzten Seite der Heizschicht dienen. An einer zur Erfassungseinrichtung entgegengesetzten Oberfläche der Abdeckvorrichtung kann schließlich die Schutzschicht ausgebildet sein. Diese Schutzschicht ist vorzugsweise hydrophob, um zur einfachen Reinigung der Abdeckvorrichtung einen Lotusblüteneffekt bereitzustellen. Auch die Schutzschicht ist bevorzugt breitbandig, insbesondere für die erste, zweite und dritte elektromagnetische Strahlung transparent.
-
In Bezug auf die erste elektromagnetische Strahlung kann die Abdeckvorrichtung, insbesondere sämtliche Teile/Schichten der Abdeckvorrichtung, die vorstehend beschriebenen optischen Eigenschaften des fluoreszenten Abschnitts entsprechend aufweisen. Insbesondere kann die Abdeckvorrichtung als Ganzes für die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge transparent sein, sodass die erste elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen ungestört mittels der Erfassungseinrichtung erfasst werden kann. Ein Transmissionsgrad der gesamten Abdeckvorrichtung für die erste elektromagnetische Strahlung kann mindestens 90 %, vorzugsweise mindestens 95 % betragen. Es kann auch vorgesehen sein, dass Grenzflächen zwischen einzelnen Teilen/Schichten der Abdeckvorrichtung zumindest an den Stellen, an denen sich die erste elektromagnetische Strahlung durch die Abdeckvorrichtung hindurch ausbreitet, im Wesentlichen glatt sind und insbesondere eine Rauheit von Ra < 500 µm aufweisen.
-
Das hier vorgeschlagene Verkehrsmittel umfasst eine vorstehend im Detail beschriebene Sensorvorrichtung. Bei dem Verkehrsmittel kann es sich um ein Fahrzeug insbesondere ein Bodenfahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, handeln. Vorzugsweise ist die Sensorvorrichtung im Bereich eines Exterieurs des Verkehrsmittels angeordnet. Außerdem ist der fluoreszente Abschnitt bevorzugt so ausgestaltet, dass die dritte elektromagnetische Strahlung beziehungsweise das Fluoreszenzlicht zumindest teilweise in einer Richtung von der Erfassungseinrichtung weg emittiert wird. Die Abdeckvorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die dritte elektromagnetische Strahlung nach außen in die Umgebung des Verkehrsmittels auszustrahlen. In einer besonders bevorzugten Variante ist die Sensorvorrichtung im Bereich der Front des Verkehrsmittels angeordnet, sodass die dritte elektromagnetische Strahlung / das Fluoreszenzlicht relativ zum Verkehrsmittel nach vorne emittiert werden kann. Auf diese Weise kann die Sensorvorrichtung Teil der Verkehrsmittel-Außenbeleuchtung sein, damit das Verkehrsmittel vorteilhafterweise bei schlechter Witterung und/oder in der Dunkelheit besser sichtbar ist.
-
Die in dieser Offenbarung verwendeten Begriffe „umfassend“, „aufweisend“, „mit“ und Ähnliche sind als nicht abschließend zu verstehen. Insbesondere bedeutet der Begriff „umfassend ein/e“ in diesem Kontext „umfassend mindestens ein/e“. D.h. „umfassend ein/e“ schließt nicht aus, dass weitere entsprechende Elemente vorhanden sind. Vielmehr ist der Plural (umfassend mehrere) hier mitoffenbart. Ferner kann in dieser Offenbarung „zumindest abschnittsweise“ „abschnittsweise oder vollständig“ bedeuten.
-
Bevorzugte Ausführungsformen einer Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel sowie eines Verkehrsmittels werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen, nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen erläutert, wobei
- 1 eine erste Ausführungsform einer Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel zeigt, wobei die Abdeckvorrichtung lediglich den fluoreszenten Abschnitt in Form einer fluoreszenten Schicht aufweist;
- 2 die Abdeckvorrichtung der Sensorvorrichtung aus 1 zeigt;
- 3 die Abdeckvorrichtung einer zweiten Ausführungsform einer Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel zeigt, wobei die Abdeckvorrichtung zusätzlich zum fluoreszenten Abschnitt eine erste Antireflexschicht, eine Substratschicht und eine Maskierschichtanordnung aufweist;
- 4 die Abdeckvorrichtung einer dritten Ausführungsform einer Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel zeigt, wobei die Abdeckvorrichtung zusätzlich zum fluoreszenten Abschnitt eine erste Antireflexschicht, eine Substratschicht, eine Maskierschichtanordnung, eine Heizschicht, eine zweite Antireflexschicht sowie eine Schutzschicht aufweist;
- 5 die Abdeckvorrichtung einer vierten Ausführungsform einer Sensorvorrichtung für ein Verkehrsmittel zeigt, wobei die Abdeckvorrichtung mehrere Schichten aufweist, die einander in unterschiedlichem Umfang überlappen;
- 6 ein Diagramm mit dem Absorptionsspektrum, dem Emissionsspektrum und dem Spektrum der ersten elektromagnetischen Strahlung zeigt;
- 7 ein Absorptionsdiagramm für die Abdeckvorrichtung aus 4 zeigt;
- 8 ein Transmissionsdiagramm für die Abdeckvorrichtung aus 4 zeigt;
- 9 ein Reflexionsdiagramm für die Abdeckvorrichtung aus 4 zeigt; und
- 10 eine Ausführungsform eines Verkehrsmittels mit der Sensorvorrichtung zeigt.
-
Die 1 und 2 zeigen eine Sensorvorrichtung 10 für ein in 10 stark schematisiert gezeigtes Verkehrsmittel 100, bei dem es sich hier beispielhaft um ein Fahrzeug handelt. Die Sensorvorrichtung 10 enthält eine Erfassungseinrichtung 20 mit einem LIDAR-Sensor 22, einem Kamerasensor 24 und einem Radarsensor 26 und ist zur Erfassung von erster elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer ersten Wellenlänge 44 eingerichtet. Darüber hinaus enthält die Sensorvorrichtung 10 eine Abdeckvorrichtung 30, die entlang einer zentralen Erfassungsachse A (optische Achse) der Erfassungseinrichtung 20 vor der Erfassungseinrichtung 20 angeordnet ist. Die Abdeckvorrichtung 30 ist Teil eines einen Innenbereich I der Sensorvorrichtung 10 festlegenden Gehäuses 31 und ist insbesondere im Erfassungsstrahlengang der Erfassungseinrichtung 20 angeordnet. Im Innenbereich I der Sensorvorrichtung 10 ist außerdem eine Beleuchtungseinrichtung 60 mit zwei Strahlungsquellen vorgesehen. Die Strahlungsquellen bestrahlen eine der Erfassungseinrichtung 20 zugewandte, rückseitige Oberfläche 36 der Abdeckvorrichtung 30 mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge 48, wenn sie aktiv sind.
-
Die sich aus der Umgebung der Sensorvorrichtung 10 entlang der Erfassungsachse A zur Erfassung mittels der Erfassungseinrichtung 20 in Richtung der Erfassungseinrichtung 20 ausbreitende erste elektromagnetische Strahlung durchdringt also zunächst einen fluoreszenten Abschnitt 32 der Abdeckvorrichtung 30 samt einem im fluoreszenten Abschnitt 32 vorhandenen extrinsischen Fluoreszenzfarbstoff 34, bevor sie zur Erfassungseinrichtung 20 gelangt. In dieser Variante besteht die Abdeckvorrichtung 30 aus dem fluoreszenten Abschnitt 32. Der Fluoreszenzfarbstoff 34 kann dabei, insbesondere homogen, über den gesamten fluoreszenten Abschnitt 32 verteilt sein. Die Abdeckvorrichtung 30 kann als Platte ausgebildet sein.
-
Die erste elektromagnetische Strahlung enthält Wellenlängenbänder (sog. Arbeitsbänder), die jeweils einem oder mehreren der Sensoren der Erfassungseinrichtung zugeordnet sind, d.h., von dem jeweiligen Sensor photoelektrisch erfasst werden können. Ein erstes Wellenlängenband 45 liegt im nahinfraroten Spektralbereich und ist vorzugsweise dem LIDAR-Sensor 22 zugeordnet. Der LIDAR-Sensor 22 kann also in diesem Fall elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Spektrum im ersten Wellenlängenband 45 aussenden und erfassen. Es ist außerdem denkbar, dass das erste Wellenlängenband 45 zusätzlich dem Kamerasensor 24 zugeordnet ist, sodass die Strahlung im ersten Wellenlängenband 45 auch durch den Kamerasensor 24 erfasst werden kann. Das erste Wellenlängenband 45 enthält die erste Wellenlänge 44, bei der es sich hier um eine Peakwellenlänge (Wellenlänge eines globalen Maximums des ersten Wellenlängenbandes 45) handelt. Das erste Spektrum weist eine erste Halbwertsbreite auf. Die erste Wellenlänge 44 beträgt ca. 905 nm und die erste Halbwertsbreite beträgt ca. 50 nm. Die erste Halbwertsbreite kann alternativ geringer sein, beispielsweise 20 nm oder 25 nm betragen. Der Kamerasensor 24 kann also insbesondere Infrarotstrahlung erfassen und/oder Teil einer Infrarotkamera der Sensorvorrichtung 10 sein.
-
Ein zweites Wellenlängenband 47 liegt im sichtbaren Spektralbereich (380 nm bis 780 nm) und ist vorzugsweise dem Kamerasensor 24 zugeordnet. Der Kamerasensor 24 kann in diesem Fall elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Spektrum im zweiten Wellenlängenband 47 erfassen. Das zweite Wellenlängenband 47 erstreckt sich von etwa 700 nm bis etwa 780 nm und das zweite Spektrum weist eine Peakwellenlänge bei ca. 700 nm und eine Halbwertsbreite von ca. 50 nm auf. Alternativ kann die erste elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen unsichtbar sein. Ein in den Figuren nicht dargestelltes drittes Wellenlängenband liegt im Spektralbereich der Mikrowellen (Wellenlänge 1 mm bis 1 m), insbesondere im Spektralbereich der Zentimeterwellen (Wellenlänge 1 cm bis 10 cm) und ist vorzugsweise dem Radarsensor 26 zugeordnet. Der Radarsensor 26 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Radarwellen im dritten Wellenlängenband (insbesondere zwischen 2 cm und 5 cm) auszusenden und zu erfassen.
-
Der Fluoreszenzfarbstoff 34 (hier beispielhaft Alexa Fluor™ 350 der Firma Thermo Fischer Scientific) hat ein Absorptionsspektrum 42 und ein Emissionsspektrum 46. Das Absorptionsspektrum 42 weist ein Maximum bei der zweiten Wellenlänge 48, hier beispielhaft 346 nm, und das Emissionsspektrum 46 weist ein Maximum bei einer dritten Wellenlänge 49 im sichtbaren Spektralbereich (hier bei 444 nm), und somit im sichtbaren Teil 50 des Emissionsspektrums 46, auf. Die Halbwertsbreite des Absorptionsspektrums 42 und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums 46 betragen jeweils ca. 50 nm. Wenn also der fluoreszente Abschnitt 32 mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung im Absorptionsspektrum 42 des Fluoreszenzfarbstoffs 34 bestrahlt wird, emittiert der fluoreszente Abschnitt die dritte elektromagnetische Strahlung, hier in Form von sichtbarem Fluoreszenzlicht, im sichtbaren Teil 50 des Emissionsspektrums 46. Diese dritte elektromagnetische Strahlung wird in 1 insbesondere nach rechts, also auf eine der Erfassungseinrichtung 20 entgegengesetzte Seite der Abdeckvorrichtung 30 emittiert, sodass die Abdeckvorrichtung 30 insbesondere bei Dunkelheit besser sichtbar ist.
-
Eine in der 3 gezeigte Abdeckvorrichtung 30 einer weiteren Sensorvorrichtung 10 unterscheidet sich dadurch von der Abdeckvorrichtung 30 aus 2, dass erstere mehrschichtig ausgebildet ist. Beginnend auf einer der Erfassungseinrichtung 20 zugewandten Seite der Abdeckvorrichtung 30 (in 3 oben) enthält die Abdeckvorrichtung 30 eine erste Antireflexschicht 70 an der den Innenbereich I begrenzenden Oberfläche der Abdeckvorrichtung 30. Die erste Antireflexschicht 70 ist dazu eingerichtet, einen Reflexionsgrad für die erste elektromagnetische Strahlung an der Oberfläche der Abdeckvorrichtung 30 auf einen Wert unter 5 %, insbesondere unter 2 %, zu reduzieren.
-
An die erste Antireflexschicht 70 schließt sich außenseitig ein Trägerelement 72 in Form einer Substratschicht an, die von allen Teilen/Schichten der Abdeckvorrichtung 30 aus 3 die größte Dicke und/oder Steifigkeit aufweisen kann, um als Tragestruktur für den fluoreszenten Abschnitt 32 zu dienen. Die erste Antireflexschicht 70, das Trägerelement 72 sowie die unten näher beschriebene zweite Antireflexschicht 84 für die erste elektromagnetische Strahlung und die Schutzschicht 86 sind vorzugsweise breitbandig, insbesondere über das erste Wellenlängenband, das zweite Wellenlängenband und/oder über ein durch das Absorptionsspektrum und das Emissionsspektrum festgelegtes Wellenlängenband, transparent.
-
Der oben im Detail beschriebene, hier als fluoreszente Schicht ausgebildete, fluoreszente Abschnitt ist auf dem Trägerelement 72 angeordnet. Auf einer dem Trägerelement 72 entgegengesetzten Seite des fluoreszenten Abschnitts 32 liegt eine Maskierschichtanordnung 74 mit einer ersten Schicht 77 und einer zweiten Schicht 76 auf. Die erste Schicht 77 ist als Kontrastfarbschicht mit mehreren lichtundurchlässigen Bereichen 78 ausgebildet, während die zweite Schicht 76 als transparente Farbschicht ausgebildet ist, die in diesem Beispiel dazu eingerichtet ist, Licht außerhalb des Emissionsspektrums zu absorbieren.
-
Darüber hinaus weist die gezeigte Abdeckvorrichtung 30 aus 3 alle Merkmale der Abdeckvorrichtung 30 aus 2 auf.
-
Eine in der 4 gezeigte Abdeckvorrichtung 30 einer weiteren Sensorvorrichtung 10 unterscheidet sich dadurch von der Abdeckvorrichtung 30 aus 3, dass erstere (hier außenseitig) auf der Maskierschichtanordnung 74 eine die zweite elektromagnetische Strahlung absorbierende Heizschicht 82 aufweist, die hingegen wie der Rest der Abdeckvorrichtung für die erste elektromagnetische Strahlung sowie für die dritte elektromagnetische Strahlung (das Fluoreszenzlicht) transparent ist. Die Heizschicht 82 ist mit einem Strahlung in einem vierten Wellenlängenband 52 zwischen 1600 nm und 2000 nm absorbierenden Mittel, beispielsweise in Form von geeigneten Quantenpunkten, versehen. Dies ermöglicht, die Abdeckvorrichtung 30 drahtlos mittels elektromagnetischer Strahlung zu erwärmen. Auf einer der Erfassungseinrichtung 20 entgegengesetzten Oberfläche der Heizschicht 82 sind schließlich eine zweite Antireflexschicht 84 für die erste elektromagnetische Strahlung sowie eine wasserabweisende (sogenannte „Easy-To-Clean“) Schutzschicht 86 ausgebildet.
-
Darüber hinaus weist die in 4 gezeigte Abdeckvorrichtung 30 alle Merkmale der Abdeckvorrichtung 30 aus den 2 und 3 auf. Eine weitere Modifikation der Abdeckvorrichtung 30 aus 4 ist in der 5 gezeigt. Bei dieser Modifikation variiert die Erstreckung der Schichten/Elemente der Abdeckvorrichtung 30 senkrecht zur optischen Achse. Vorzugsweise erstrecken sich die Schutzschicht 86 und die zweite Antireflexschicht 84 seitlich über alle anderen Schichten der Abdeckvorrichtung 30 hinaus, um letztere schützend zu bedecken.
-
Die 6 bis 9 zeigen Diagramme der Intensität der elektromagnetischen Strahlung sowie des Absorptionsgrades, des Transmissionsgrades und des Reflexionsgrades der Abdeckvorrichtung 30 aus 4 (außerhalb der lichtundurchlässigen Bereiche 78). Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, dass sich die eingestrahlte erste elektromagnetische Strahlung insbesondere im ersten Wellenlängenband 45 und im zweiten Wellenlängenband 47 nahezu verlust-/dämpfungsfrei durch die Abdeckvorrichtung 30 hindurch ausbreiten kann (vgl. Transmissionsgrad in 8). Selbiges gilt für die dritte elektromagnetische Strahlung, welche vom Fluoreszenzfarbstoff 34 bei Absorption der Strahlung in Absorptionsspektrum (vgl. Peak links in 6) emittiert wird. Die Reflexion ist vermöge der beiden Antireflexschichten 70, 84 niedrig gehalten (vgl. 9).
-
Die 10 zeigt schließlich das Verkehrsmittel 100 (Fahrzeug). Dieses Verkehrsmittel 100 enthält die Sensorvorrichtung 10 im Bereich der Front des Verkehrsmittels 100. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung (beispielsweise stirnseitig) unterhalb der Frontklappe des Verkehrsmittels 100 oder hinter einer Frontscheibe des Verkehrsmittels 100 angeordnet sein. Bevorzugt wird die dritte elektromagnetische Strahlung als das Fluoreszenzlicht in Fahrtrichtung nach vorne emittiert, wenn die Sensorvorrichtung 10 im Bereich eines Exterieurs des Verkehrsmittels 100 angeordnet ist. Es ist jedoch auch denkbar, die Sensorvorrichtung 10 zur Erfassung erster elektromagnetischer Strahlung aus dem Interieur des Verkehrsmittels 100 einzusetzen, wobei die Sensorvorrichtung 10 entsprechend im Bereich des Interieurs angeordnet wäre.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017219759 A1 [0003]
