DE102022129074A1

DE102022129074A1 - Aktives optisches Sensorsystem mit Wärmeabfuhr

Info

Publication number: DE102022129074A1
Application number: DE102022129074.3A
Authority: DE
Inventors: Lukas Carek; Martin Vanek; Marco Seybold
Original assignee: Valeo Detection Systems GmbH
Current assignee: Valeo Detection Systems GmbH
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024094469A1

Abstract

Ein aktives optisches Sensorsystem (1), welches eine Lichtquelle (5) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Licht an einer Lichtemissionsoberfläche (16) zu erzeugen, und einen optischen Detektor (7), der empfindlich für das Licht ist. Das Sensorsystem (1) weist eine erste Wärmeabfuhrkomponente (6) mit einer ersten Oberfläche (15) auf, welche in wärmeleitendem Kontakt mit der Lichtemissionsoberfläche (16) steht. Die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) ist in einem optischen Emissionspfad des Sensorsystems (1) angeordnet und enthält ein Material, welches durchlässig für das Licht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein aktives optisches Sensorsystem gerichtet, welches eine Lichtquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, Licht an einer lichtemittierenden Oberfläche zu erzeugen, und einen optischen Detektor, der empfindlich für das Licht ist.
Aktive optische Sensorsysteme, wie etwa Lidarsysteme, können an Kraftfahrzeugen montiert sein, um eine große Bandbreite von Funktionen von Fahrerassistenzsystemen, ADAS (englisch: advanced driver assistance systems) oder anderen elektronische Fahrzeugführungssystemen zum autonomen oder teilautonomen Fahren zu implementieren. Diese Funktionen umfassen zum Beispiel Entfernungsmessungen, Abstandsregelungsalgorithmen, Fahrspurhalteassistenz, Objektverfolgungsfunktionen, Trajektorienplanung und so weiter.
Eine besondere Herausforderung bei aktiven optischen Sensorsystemen ist das Wärmemanagement, zum Beispiel der Lichtquelle. Da die Lichtquelle basierend auf einem Halbleiter, zum Beispiel als eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode, implementiert sein kann, muss die Sperrschichttemperatur des Halbleiters auf eine akzeptierbare Höchsttemperatur beschränkt sein. Für Anwendungen im Automobilbereich muss die Funktionalität des aktiven optischen Sensorsystems bei relativ hohen Umgebungstemperaturen, zum Beispiel bis zu 85 °C, sichergestellt sein. Es ist daher wichtig, die von der Lichtquelle erzeugte Wärme abzuführen, um die Sperrschichttemperatur oder allgemein die Temperatur der Lichtquelle, gering genug zu halten. Das Wärmemanagement des aktiven optischen Sensorsystems beschränkt daher effektiv die erreichbare optische Ausgangsleistung des aktiven optischen Sensorsystems, da allgemein zur Erhöhung der optischen Ausgangsleistung auch die elektrische Eingangsleistung und die erzeugte Wärme erhöht werden. Die optische Ausgangsleistung schränkt jedoch effektiv die maximale Detektionsreichweite des aktiven optischen Sensorsystems ein. Eine Verbesserung des Wärmemanagements des aktiven optischen Sensorsystems erhöht daher die maximal erreichbare optische Ausgangsleistung des aktiven optischen Sensorsystems und somit seine maximale Detektionsreichweite.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aktives optisches Sensorsystem mit einem verbesserten Wärmemanagement bereitzustellen, um eine erhöhte mögliche optische Ausgangsleistung und/oder eine erhöhte maximale Detektionsentfernung des aktiven optischen Sensorsystems zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Ausführungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine lichtdurchlässige Wärmeabfuhrkomponente in dem optischen Emissionspfad des Sensorsystems zu platzieren, welche in wärmeleitendem Kontakt mit einer Lichtemissionsoberfläche der Lichtquelle des aktiven optischen Sensorsystems steht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein aktives optisches Sensorsystem bereitgestellt. Das Sensorsystem weist eine Lichtquelle auf, welche dazu eingerichtet ist, Licht an einer Lichtemissionsoberfläche der Lichtquelle zu erzeugen. Das Sensorsystem weist einen optischen Detektor auf, der für das Licht der Lichtquelle empfindlich ist. Das Sensorsystem weist eine erste Wärmeabfuhrkomponente mit einer ersten Oberfläche auf, welche in wärmeleitendem Kontakt mit der Lichtemissionsoberfläche der Lichtquelle steht. Die erste Wärmeabfuhrkomponente ist in einem optischen Emissionspfad des Sensorsystems angeordnet. Die erste Wärmeabfuhrkomponente weist ein Material auf oder besteht aus einem Material, welches durchlässig für das Licht aus der Lichtquelle ist.
Hier und im Folgenden kann „Licht“ derart verstanden werden, dass es elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst. Dementsprechend kann der Ausdruck „optisch“ entsprechend dieser Bedeutung als Licht betreffend verstanden werden.
Definitionsgemäß weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Lichtquelle zur Emission von Licht beziehungsweise Lichtpulsen auf. So kann zum Beispiel die Lichtquelle als eine Leuchtdiode oder ein Laser, insbesondere als ein Infrarotlaser, implementiert sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem definitionsgemäß mindestens einen optischen Detektor zum Detektieren reflektierter Anteile emittierten Lichts auf. Insbesondere ist das aktive optische Sensorsystem, zum Beispiel der mindestens eine optische Detektor, dazu eingerichtet, eines oder mehrere Sensorsignale basierend auf den detektierten Anteilen des Lichts zu erzeugen und die Sensorsignale zu verarbeiten und/oder auszugeben. Für Lidar-Systeme enthält die Lichtquelle einen oder mehrere Laser, insbesondere Halbleiterlaser, zum Beispiel Laserdioden.
Eine bekannte Ausgestaltung von Lidar-Systemen sind sogenannte Laserscanner, bei denen ein Laserstrahl mittels einer Lichtablenkanordnung abgelenkt wird, so dass unterschiedliche Ablenkwinkel des Laserstrahls realisiert werden. Die Lichtablenkanordnung kann zum Beispiel einen oder mehrere drehbar montierte Spiegel enthalten. Alternativ kann die Lichtablenkanordnung ein Spiegelelement mit einer neigbaren und/oder schwenkbaren Oberfläche beinhalten. Das Spiegelelement kann zum Beispiel als ein mikroelektromechanisches System, MEMS, eingerichtet sein. In der Umgebung können die emittierten Laserstrahlen teilweise reflektiert werden, und die reflektierten Anteile können wiederum auf den Laserscanner, insbesondere die Lichtablenkanordnung, auftreffen, welche sie auf eine Detektoreinheit des Laserscanners leiten kann, die den mindestens einen optischen Detektor enthält. Insbesondere erzeugt jeder optische Detektor der Detektoreinheit ein zugehöriges Detektorsignal basierend auf den von dem jeweiligen optischen Detektor detektierten Anteilen. Basierend auf der räumlichen Anordnung des jeweiligen optischen Detektors, zusammen mit der gegenwärtigen Position der Lichtablenkanordnung, insbesondere ihrer Rotationsposition oder ihrer Neigungs- und/oder Schwenkposition, ist es somit möglich, auf die Einfallsrichtung der detektierten reflektierten Lichtkomponenten zu schließen. Eine Verarbeitungseinheit oder eine Bewertungseinheit des Laserscanners kann zum Beispiel eine Lichtlaufzeitmessung durchführen, um eine Radialentfernung des reflektierenden Objekts zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung verwendet werden, bei dem eine Phasendifferenz zwischen dem ausgesendeten und detektierten Licht ausgewertet wird.
Andere Ausgestaltungen von Lidarsystemen sind Flash-Lidarsysteme. Diese sind nichtabtastende Systeme, die die erwähnte Lichtablenkanordnung nicht benötigen. Dabei wird das von der Lichtquelle erzeugte Laserlicht durch ein optisches Element so zerstreut, dass es über einen breiten Winkel in einem einzigen Lichtblitz ausgestrahlt wird.
Die Lichtquelle ist dazu eingerichtet, das Licht gemäß einem Emissionswellenlängenspektrum zu erzeugen. Das Emissionswellenlängenspektrum kann zum Beispiel im Wesentlichen durch eine einzige Wellenlänge gegeben sein, falls die Lichtquelle als eine Laserlichtquelle implementiert ist. In diesem Fall kann das Emissionswellenlängenspektrum durch einen Peak an der jeweiligen einzigen Wellenlänge mit einer bestimmten Peakbreite gegeben sein. Dass der optische Detektor empfindlich für das Licht ist, kann derart verstanden werden, dass der optische Detektor empfindlich für Licht des Emissionswellenlängenspektrums oder eines Teils des Emissionswellenlängenspektrums ist. Analog dazu ist das Material durchlässig für Licht gemäß dem Emissionswellenlängenspektrum oder einem Teils des Emissionswellenlängenspektrums.
Dass das Material durchlässig für das Licht ist, kann derart verstanden werden, dass zumindest ein Teil des durch die Lichtemissionsoberfläche erzeugten Lichts durch das Material beziehungsweise die Wärmeabfuhrkomponente hindurchtreten kann. Insbesondere kann das Material als transparent für das Licht gemäß dem Emissionswellenlängenspektrum betrachtet werden, was zum Beispiel bedeutet, dass auf makroskopischer Ebene das Snellius'sche Brechungsgesetz erfüllt ist. Offensichtlich bedeutet die Lichtdurchlässigkeit des Materials jedoch nicht, dass der Transmissionskoeffizient für das Licht notwendigerweise gleich 100 % ist. Vielmehr hängt der Transmissionskoeffizient von dem Emissionswellenlängenspektrum und der genauen Wahl der Materialzusammensetzung sowie der Dicke des Materials in dem optischen Emissionspfad und gegebenenfalls von weiteren Einzelheiten der Wärmeabfuhrkomponente ab, zum Beispiel davon, ob sie eine Anti-Reflexionsbeschichtung enthält et cetera.
Der Transmissionskoeffizient kann zum Beispiel als ein umgekehrtes Verhältnis einer Lichtintensität des Lichts, das in das Material beziehungsweise die erste Wärmeabfuhrkomponente eintritt, zu der Intensität des Lichts, das das Material beziehungsweise die erste Wärmeabfuhrkomponente auf einer gegenüberliegenden Seite verlässt, verstanden werden.
Für das Emissionswellenlängenspektrum kann der Transmissionskoeffizient des Materials oder der ersten Wärmeabfuhrkomponente zum Beispiel 50 % oder mehr, zum Beispiel 80 % oder mehr, insbesondere 85 % oder mehr, vorzugsweise 90 % oder mehr betragen.
Derartige Transmissionskoeffizienten können zum Beispiel für Infrarotlicht durch Materialien wie etwa Saphir, insbesondere synthetischen Saphir, Al₂O₃, Kalziumfluorid, CaF₂, oder Magnesiumfluorid, MgF₂, erreicht werden.
Zur Schaffung des wärmeleitenden Kontakts zwischen der ersten Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente und der Lichtemissionsoberfläche der Lichtquelle können die erste Oberfläche und die Lichtemissionsoberfläche in direktem mechanischen Kontakt miteinander stehen. Zum Beispiel können die erste Wärmeabfuhrkomponente und die Lichtquelle mit einer Kraft zusammengedrückt werden, die von einer mechanischen Klemmanordnung erzeugt wird. Bei anderen Ausführungen kann jedoch zur Befestigung der ersten Wärmeabfuhrkomponente an der Lichtquelle eine Wärmepaste oder ein Klebstoff oder ein Kleber benutzt werden. Der Klebstoff oder die Paste sind dann insbesondere auch durchlässig für das Licht der Lichtquelle, mit anderen Worten transparent für das Licht der Lichtquelle. Klebstoffmaterialien, wie sie gewöhnlich zum Zusammenbau faseroptischer Geräte verwendet werden, die zum Beispiel auf Epoxidharzen basieren können, können als ein Klebstoff zur Verbindung der Wärmeabfuhrkomponente mit der Lichtquelle benutzt werden. Die erste Oberfläche der Wärmeabfuhrkomponente und die Lichtemissionsoberfläche der Lichtquelle können zum Beispiel eben oder annähernd eben sein. Unregelmäßigkeiten oder Oberflächenstrukturen können auch durch die Wärmepaste oder den Klebstoff oder einen zusätzlichen lichtdurchlässigen Füllstoff in jeweiligen Ausführungsformen ausgeglichen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystem tritt das Licht, das von der Lichtquelle an der Lichtemissionsoberfläche erzeugt wird, zumindest teilweise durch die erste Wärmeabfuhrkomponente hindurch und wird in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems emittiert. Das emittierte Licht kann teilweise von einem Objekt in der Umgebung reflektiert werden und reflektierte Lichtanteile können wieder in das aktive optische Sensorsystem eintreten und den optischen Detektor erreichen. Abhängig von dem detektierten Licht und dem Sensor- oder Detektorsignal, das basierend auf dem detektierten Licht erzeugt wird, kann die Entfernung des reflektierenden Objekts bestimmt werden, zum Beispiel mittels einer Laufzeitmessung oder durch eine Phasenmodulationstechnik zur indirekten Laufzeitmessung et cetera.
Da die erste Wärmeabfuhrkomponente in wärmeleitendem Kontakt mit der Lichtemissionsoberfläche steht, transportiert sie Wärme, die durch die Lichtquelle erzeugt wird, von der Lichtquelle weg und reduziert folglich die Temperatur der Lichtquelle, zum Beispiel eine Sperrschichttemperatur der Lichtquelle im Fall einer halbleiterbasierten Lichtquelle, verglichen mit einer Anordnung ohne die erste Wärmeabfuhrkomponente. Abhängig von der tatsächlichen Ausgestaltung des aktiven optischen Sensorsystems, zum Beispiel seines Gehäuses, kann die Wärme von der Lichtquelle weg zu einer anderen Wärmeabfuhrkomponente oder einem Gehäuse oder einer Wärmesenke des aktiven optischen Sensorsystems transportiert werden, welche(s) nicht in dem optischen Emissionspfad angeordnet ist. Da diese weiteren Komponenten nicht durchlässig für Licht sein müssen, können folglich herkömmliche Materialien und Techniken zur Wärmeabfuhr benutzt werden, zum Beispiel metallische Strukturen, oder indem ein metallischer Gehäusebereich als Wärmesenke et cetera benutzt wird.
Da das Material der ersten Wärmeabfuhrkomponente durchlässig für das Licht ist, schwächt die erste Wärmeabfuhrkomponente das Licht der Lichtquelle nicht wesentlich ab oder schwächt das von der Lichtquelle erzeugte Licht nur zu einem akzeptierbaren Grad ab. Da andererseits die erste Wärmeabfuhrkomponente die Temperatur der Lichtquelle reduziert, kann die elektrische Leistung zum Versorgen der Lichtquelle erhöht werden, ohne die Temperatur der Lichtquelle zu erhöhen. Folglich wird die erreichbare optische Ausgabeleistung des aktiven optischen Sensorsystems erhöht, was auch die erreichbare maximale Detektionsentfernung des aktiven optischen Sensorsystems erhöht. Andererseits ermöglicht ein unverändertes Beibehalten der optischen Ausgangsleistung eine reduzierte Temperatur der Lichtquelle, was die Lebensdauer der Lichtquelle verlängert.
Vorzugsweise ist das aktive optische Sensorsystem ein Lidarsystem, wobei die Lichtquelle eine Laserlichtquelle, insbesondere eine Laserdiode, ist. Das Lidarsystem kann zum Beispiel ein Laserscanner-Lidarsystem oder ein Flash-Lidarsystem sein.
Vorzugsweise ist das von der Lichtquelle erzeugte Licht Infrarotlicht oder mit anderen Worten liegt das Emissionswellenspektrum in einem Infrarotspektralbereich. Zum Beispiel liegt das Emissionswellenlängenspektrum, insbesondere die Laserwellenlänge im Fall einer Laserlichtquelle, innerhalb des Bereichs [800 nm, 3000 nm]. Im Falle einer Laserlichtquelle können zum Beispiel typische Emissionswellenlängen, wie etwa 905 nm oder 1550 nm benutzt werden.
Der optische Detektor kann zum Beispiel eine Photodiode, insbesondere eine Lawinenphotodiode, APD (englisch: avalanche photo diode), aufweisen. Es ist anzumerken, dass abgesehen von der Lichtquelle und dem optischen Detektor bei manchen Ausführungen das aktive optische Sensorsystem auch eine oder mehrere weitere Lichtquellen und/oder einen oder mehrere weitere optische Detektoren aufweisen kann.
Zusätzlich können bei manchen Ausführungen eine oder mehrere optische Komponenten, wie etwa Linsen, Kollimatoren, Zerstreuer et cetera in dem optischen Emissionspfad des aktiven optischen Sensorsystems angeordnet sein. Die erste Wärmeabfuhrkomponente ist dann zum Beispiel zwischen den optischen Komponenten und der Lichtquelle angeordnet. Analog dazu können eine oder mehrere optische Komponenten, wie etwa Linsen, Kollimatoren et cetera auch in einem optischen Detektionspfad des aktiven optischen Sensorsystems angeordnet sein. Abhängig von der Ausführung des aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere falls das aktive optische Sensorsystem als ein Laserscanner-Lidarsystem ausgestaltet ist, kann es eine Lichtablenkanordnung aufweisen, zum Beispiel einen oder mehrere Spiegel zum Ablenken des Lichts in unterschiedliche Richtungen zur Emission in die Umgebung und/oder zum Ablenken der reflektierten Lichtanteile in Richtung des optischen Detektors.
Die Wärmeleitfähigkeit lichtdurchlässiger Materialien kann geringer sein als für typische metallische Materialien wie Aluminium oder Kupfer. Es wurde jedoch festgestellt, dass die erreichbaren Wärmeleitfähigkeiten lichtdurchlässiger Materialien das Wärmemanagement bereits deutlich verbessern können. Zum Beispiel kann die Wärmeleitfähigkeit des Materials in dem Bereich [20 Wm^-1K^-1, 60 Wm^-1K^-1] oder in dem Bereich [30 Wm^-1K^-1, 50 Wm^-1K^-1] bei Normalbedingungen, insbesondere bei einer Temperatur von 20 °C, liegen.
Insbesondere ermöglicht eine Kombination einer Wärmeleitfähigkeit in den genannten Bereichen mit einem Transmissionskoeffizienten von 80 % oder mehr einen günstigen Kompromiss zwischen Lichtabschwächung aufgrund der ersten Wärmeabfuhrkomponente und verbessertem Wärmemanagement oder mit anderen Worten der Temperatur der Lichtquelle.
Bei bevorzugten Ausführungsformen enthält das Material Saphir, insbesondere synthetischen Saphir, oder besteht daraus.
Die empirische chemische Formel für Saphir lautet Al₂O₃. Allerdings können offensichtlich Verunreinigungen oder Spuren anderer chemischer Elemente vorhanden sein. Vorzugsweise enthält das Material einen einzigen synthetischen Saphirkristall oder ist mit anderen Worten ein Einkristall.
Durch Verwendung von Saphir für das Material können die genannten Bereiche für den optischen Transmissionskoeffizienten und die Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Infrarotlicht, erreicht werden. Durch Anpassen der Materialdicke und/oder Versehen der Wärmeabfuhrkomponente mit einer Anti-Reflexionsbeschichtung und/oder Abstimmen der Laserwellenlänge sind optische Transmissionskoeffizienten von deutlich mehr als 80 %, insbesondere mehr als 90 % oder sogar 98 %, erreichbar. Des Weiteren ist synthetischer Saphir ein bewährtes Material für verschiedene Anwendungen, einschließlich zum Beispiel der Verwendung als ein Substrat für Halbleiterbauelement. Aufgrund seiner Härte und Formbarkeit in nahezu beliebige Formen eignet es sich gut als Abdeckungsmaterial für optische Displays et cetera. Diese Eigenschaften sind auch im Zusammenhang der Erfindung von Vorteil.
Gemäß einigen Ausführungen weist das aktive optische Sensorsystem eine zweite Wärmeabfuhrkomponente auf, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer zweiten Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente steht, wobei die zweite Oberfläche verschieden von der ersten Oberfläche, zum Beispiel senkrecht oder annähernd senkrecht zu der ersten Oberfläche, ist.
Die zweite Wärmeabfuhrkomponente ist außerhalb des optischen Emissionspfads angeordnet und/oder kann eine Begrenzung des optischen Emissionspfads definieren. Die zweite Wärmeabfuhrkomponente ist daher nicht notwendigerweise durchlässig für das Licht und ist im Allgemeinen nicht durchlässig oder transparent für das Licht. Die zweite Wärmeabfuhrkomponente kann zum Beispiel ein Metall enthalten oder daraus bestehen. Die zweite Oberfläche und ein entsprechender Kontaktbereich an der zweiten Wärmeabfuhrkomponente können zum Beispiel annähernd eben sein.
Betreffend den wärmeleitenden Kontakt zwischen der zweiten Wärmeabfuhrkomponente und der zweiten Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente, können die obigen Erläuterungen betreffend die erste Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente und der Lichtemissionsoberfläche im Allgemeinen analog angewendet werden. Da die zweite Wärmeabfuhrkomponente nicht in dem optischen Emissionspfad angeordnet ist, können jedoch auch nicht transparente Klebstoffe oder Kleber verwendet werden.
Die zweite Wärmeabfuhrkomponente kann ein Gehäuseteil eines Gehäuses des aktiven optischen Sensorsystems bilden. Die von der Lichtquelle erzeugte Wärme wird daher zum Teil über die erste Wärmeabfuhrkomponente an die zweite Wärmeabfuhrkomponente abgeführt und kann dann an die Teile des aktiven optischen Sensorsystems verteilt werden, wo sie der Leistung des aktiven optischen Sensorsystems nicht schadet oder sie kann an die Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems abgeführt werden.
Bei manchen Ausführungen kann die zweite Wärmeabfuhrkomponente spezifische Wärmeabfuhrstrukturen, wie etwa Kühlrippen, aufweisen oder mit diesen verbunden sein, welche die Oberfläche der Umgebung der zweiten Wärmeabfuhrkomponente zur Verbesserung der Effizienz des Wärmetransports weg von der zweiten Wärmeabfuhrkomponente vergrößern.
Bei manchen Ausführungen weist das aktive optische Sensorsystem eine weitere zweite Wärmeabfuhrkomponente auf, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer weiteren zweiten Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente steht. Die zweite Oberfläche und die weitere zweite Oberfläche der erste Wärmeabfuhrkomponente können zum Beispiel parallel oder annähernd parallel zueinander sein und/oder auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Wärmeabfuhrkomponente angeordnet sein.
Auch die weitere zweite Wärmeabfuhrkomponente kann einen weiteren Gehäuseteil des Gehäuses des aktiven optischen Sensorsystems bilden. Die erste Wärmeabfuhrkomponente kann dann zum Beispiel zwischen der zweiten Wärmeabfuhrkomponente und der weiteren Wärmeabfuhrkomponente eingeklemmt werden, um die Position der ersten Wärmeabfuhrkomponente zu fixieren. Zum Beispiel kann es sein, dass es nicht nötig ist, einen Klebstoff zur Befestigung der ersten Wärmeabfuhrkomponente an der zweiten und der weiteren zweiten Wärmeabfuhrkomponente zu verwenden.
Bei manchen Ausführungen weist das Sensorsystem eine dritte Wärmeabfuhrkomponente auf, welche in wärmeleitendem Kontakt mit einer Bodenfläche der Lichtquelle steht, wobei die Bodenfläche der Lichtquelle gegenüber der Lichtemissionsoberfläche liegt.
Die dritte Wärmeabfuhrkomponente kann zum Beispiel ein Bodenteil des Gehäuses oder Teil eines Trägers für die Lichtquelle sein. Die dritte Wärmeabfuhrkomponente kann zum Beispiel ein Metall enthalten oder daraus bestehen.
Bei derartigen Ausführungen können das Wärmemanagement und die gesamte Wärmeabfuhrrate weg von der Lichtquelle weiter verbessert werden, da die von der Lichtquelle erzeugte Wärme auf der Lichtemissionsoberfläche über die erste Wärmeabfuhrkomponente und auf der gegenüberliegenden Bodenfläche der Lichtquelle über die dritte Wärmeabfuhrkomponente von der Lichtquelle wegtransportiert wird.
Zum Beispiel kann die Lichtquelle als ein Halbleiterchip oder basierend auf einem Halbleiterchip implementiert sein und die Lichtemissionsoberfläche und die Bodenfläche können gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterchips entsprechen.
Die Lichtquelle kann zum Beispiel als ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator, VCSEL (englisch: vertical-cavity surface-emitting laser), implementiert sein.
Gemäß einigen Ausführungen ist das aktive optische Sensorsystem als ein Flash-Lidarsystem ausgestaltet.
Im Gegensatz zu einem Laserscanner-Lidarsystem, beleuchtet in einem Flash-Lidarsystem die Lichtquelle das gesamte Sichtfeld des aktiven optischen Sensorsystems mit einem einzigen Laserpuls, der von einer entsprechenden Optik in dem Lichtemissionspfad divergiert oder zerstreut wird. Das hat zum Beispiel den Vorteil, dass keine bewegliche Komponente für eine Lichtablenkanordnung wie in einem Laserscanner-Lidarsystem nötig ist. Da andererseits die optische Ausgangsleistung beschränkt ist und über das gesamte Sichtfeld für einen einzigen Laserpuls, auch als Lichtblitz (englisch: flash) bezeichnet, verteilt ist, ist die maximale Detektionsreichweite für ein Flash-Lidarsystem potenziell geringer als für ein Laserscanner-Lidarsystem. Flash-Lidarsysteme sind daher besonders nützlich für Nahbereichsanwendungen. Da andererseits die Temperatur der Lichtquelle mittels der Erfindung reduziert werden kann, kann sie besonders nützlich für Flash-Lidarsysteme sein, bei denen eine vergrößerte maximale Detektionsentfernung wünschenswert ist.
Gemäß einigen Ausführungen, insbesondere Ausführungen, bei denen das aktive optische Sensorsystem als ein Flash-Lidarsystem ausgestaltet ist, ist eine dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, dazu ausgestaltet, einen Lichtstrahl des an der Lichtemissionsoberfläche erzeugten und durch die erste Wärmeabfuhrkomponente hindurchtretenden Lichts zu zerstreuen.
Mit anderen Worten ist die erste Wärmeabfuhrkomponente auch als ein Lichtzerstreuungselement ausgestaltet. Sie kann als ein diffraktiver Strahlformer fungieren. Folglich kann es sein, dass keine dedizierten Zusatzkomponenten zu diesem Zweck, wie etwa Zerstreuungslinsen, Mikrolinsenanordnungen oder diffraktive optische Elemente, erforderlich sind. Dadurch wird die Komplexität des aktiven optischen Sensorsystems reduziert, was den Herstellungsaufwand reduziert und die Robustheit des Systems steigert. Das kann besonders vorteilhaft sein, falls Saphir für das Material der ersten Wärmeabfuhrkomponente benutzt wird, da Saphir auch sehr gute optische Eigenschaften hat.
Insbesondere kann die äußere Form der dritten Oberfläche oder eine Struktur der dritten Oberfläche derart angepasst werden, dass die Zerstreuung erreicht wird. Zum Beispiel kann eine konvexe Außenfläche zu einer Zerstreuung führen oder die dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente kann entsprechend mikrostrukturiert sein.
Gemäß weiteren Ausführungen ist das aktive optische Sensorsystem als ein Laserscanner-Lidarsystem ausgestaltet.
Bei einigen Ausführungen, insbesondere Ausführungen, bei denen das aktive optische Sensorsystem als ein Laserscanner-Lidarsystem implementiert ist, ist die dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, dazu ausgestaltet, an der Lichtemissionsoberfläche erzeugtes und durch die erste Wärmeabfuhrkomponente hindurchtretendes Licht zu kollimieren.
Mit anderen Worten ist die erste Wärmeabfuhrkomponente auch als ein Lichtkollimationselement ausgestaltet. Es kann also sein, dass keine dedizierten Zusatzkomponenten für diesen Zweck, wie etwa Kollimationslinsen, erforderlich sind. Dadurch wird die Komplexität des aktiven optischen Sensorsystems reduziert, was den Herstellungsaufwand reduziert und die Robustheit des Systems steigert. Das kann besonders vorteilhaft sein, falls Saphir für das Material der ersten Wärmeabfuhrkomponente benutzt wird, da Saphir auch sehr gute optische Eigenschaften hat.
Insbesondere kann die äußere Form der dritten Oberfläche oder eine Struktur der dritten Oberfläche derart angepasst sein, dass die Kollimation erreicht wird. Zum Beispiel kann eine konkave Außenfläche zu einer Kollimation führen oder die dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente kann entsprechend mikrostrukturiert sein.
Gemäß einigen Ausführungen, insbesondere Ausführungen, bei denen das aktive optische Sensorsystem als ein Laserscanner-Lidarsystem ausgestaltet ist, weist das Sensorsystem eine Lichtablenkanordnung auf und die erste Wärmeabfuhrkomponente ist zwischen der Lichtquelle und der Lichtablenkanordnung angeordnet.
Die Lichtablenkanordnung kann dazu angeordnet und eingerichtet sein, das von der Lichtquelle erzeugte Licht, nachdem es durch die erste Wärmeabfuhrkomponente hindurchgetreten ist, in unterschiedliche Richtungen in der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems abzulenken. Optional kann die Ablenkanordnung auch reflektierte Anteile des emittierten Lichts in Richtung des optischen Detektors ablenken. Insbesondere weist die Lichtablenkanordnung einen oder mehrere bewegliche oder drehbare Spiegel auf.
Gemäß einigen Ausführungen weist das Sensorsystem ein Klebstoffmaterial auf, welches zwischen der ersten Oberfläche und der Lichtemissionsoberfläche angeordnet ist und die erste Wärmeabfuhrkomponente an der Lichtquelle befestigt.
Der Klebstoff ist insbesondere transparent oder durchlässig für Licht des Lichtemissionsspektrums. Die Verwendung des Klebstoffs zum Befestigen der ersten Wärmeabfuhrkomponente an der Lichtquelle hat zum Beispiel den Vorteil, dass keine Zusatzkomponenten zur Schaffung einer wärmeleitenden Verbindung eingesetzt werden müssen, was den Herstellungsprozess vereinfacht.
Gemäß einigen Ausführungen weist das Sensorsystem eine Klemmanordnung auf, die eine Kraft auf die erste Wärmeabfuhrkomponente ausübt, die die erste Oberfläche auf die Emissionsoberfläche presst.
Bei derartigen Ausführungen kann es sein, dass zum Beispiel zwischen der ersten Oberfläche und der Lichtemissionsoberfläche kein Klebstoff nötig ist. Somit kann eine optische Auswirkung oder eine Lichtabschwächung eines derartigen Klebstoffs auf das erzeugte Licht, das in die erste Wärmeabfuhrkomponente eintritt, vermieden werden.
Das aktive optische Sensorsystem kann zum Beispiel in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, zum Beispiel einem elektronischen Fahrzeugführungssystem eines Fahrzeugs benutzt werden.
Folglich wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein elektronisches Fahrzeugführungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das elektronische Fahrzeugführungssystem ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem aufweist. Das elektronische Fahrzeugführungssystem weist zumindest eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Detektorsignal eines oder mehrere Steuersignale für einen Aktuator des Fahrzeugs zu erzeugen, das durch den optischen Detektor abhängig von den reflektierten Anteilen des emittierten Lichts erzeugt wird.
Das eine oder die mehreren Steuersignale können zum Beispiel an die Aktuatoren bereitgestellt werden und der Aktuator kann eine Längs- und/oder Quersteuerung des Fahrzeugs automatisch oder teilautomatisch beeinflussen oder ausführen. Die Aktuatoren können bei manchen Ausführungen auch Teil des elektronischen Fahrzeugführungssystems sein.
Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, welches einen Verarbeitungsschaltkreis aufweist. Die Recheneinheit kann daher insbesondere Daten verarbeiten, um Rechenoperationen durchzuführen. Das kann auch Operationen zum Durchführen indizierter Zugriffe auf eine Datenstruktur umfassen, zum Beispiel eine Look-Up-Tabelle, LUT.
Insbesondere kann die Recheneinheit einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder eine oder mehrere integrierte Schaltungen, zum Beispiel eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“), enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, zum Beispiel einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
Bei verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable read-only memory“), als elektrisch löschbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenwechselspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
Ein elektronisches Fahrzeugführungssystem kann als ein elektronisches System verstanden werden, welches dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom und insbesondere, ohne dass ein manuelles Eingreifen oder Steuern durch einen Fahrer oder Benutzer des Fahrzeugs notwendig wäre, zu führen. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie etwa Lenkmanöver, Abbremsmanöver und/oder Beschleunigungsmanöver sowie Überwachung und Aufzeichnung des Straßenverkehrs sowie entsprechende Reaktionen automatisch aus. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus gemäß Stufe 5 der SAE J3016 Klassifikation implementieren. Ein elektronisches Fahrzeugführungssystem kann auch als ein Fahrerassistenzsystem, ADAS, implementiert sein, welches einem Fahrer beim teilautomatischen oder teilautonomen Fahren assistiert. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilautomatischen oder teilautonomen Fahrmodus gemäß den Stufen 1 bis 4 der SAE J3016 Klassifikation implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich SAE J3016 auf den entsprechenden Standard mit Datum vom Juni 2018.
Das wenigstens teilweise automatische Führen des Fahrzeugs kann daher ein Führen des Fahrzeugs gemäß einem vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus nach Stufe 5 der SAE J3016 Klassifikation beinhalten. Das wenigstens teilweise automatische Führen des Fahrzeugs kann auch ein Führen des Fahrzeugs gemäß einem teilautomatischen oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 der SAE J3016 Klassifikation beinhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das Fahrzeug weist ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem, zum Beispiel ein erfindungsgemäßes elektronisches Fahrzeugführungssystem, auf.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können von der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen umfasst sein. Insbesondere können auch Ausführungsformen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst sein, die nicht alle der Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Darüber hinaus können Ausführungsformen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst sein, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder davon abweichen.
Im Folgenden wird die Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungen und jeweilige schematische Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen können identische und funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sein. Die Beschreibung identischer oder funktionsgleicher Elemente wird mit Bezug auf andere Figuren nicht notwendigerweise wiederholt.
Dabei zeigen:

1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
2 schematisch eine Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
3 einen Teil einer Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems;
4 einen Teil einer Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems; und
5 einen Teil einer Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 1. Das aktive optische Sensorsystem 1 kann zum Beispiel Teil eines elektronischen Fahrzeugführungssystems sein, welches auch eine Recheneinheit 2 des Fahrzeugs 10 aufweist.
Das aktive optische Sensorsystem 1 weist eine Lichtquelle 5 und einen optischen Detektor 7 auf (siehe zum Beispiel 2 bis 5), welcher empfindlich ist für Licht 17, das von der Lichtquelle 5 an einer Lichtemissionsoberfläche 16 emittiert wird (siehe zum Beispiel 3). Das aktive optische Sensorsystem 1 weist weiter eine erste Wärmeabfuhrkomponente 6 auf, die ein Material enthält, das durchlässig für das Licht ist, zum Beispiel synthetischen Saphir, oder daraus besteht. Die erste Wärmeabfuhrkomponente 6 ist derart in einem optischen Emissionspfad des optischen Sensorsystems 1 angeordnet, dass Licht 17, welches von der Lichtquelle 5 erzeugt wird, zumindest teilweise durch die erste Wärmeabfuhrkomponente 6 hindurchtritt, bevor es in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems 1 und folglich in eine Umgebung des Fahrzeugs 10 emittiert wird. Reflektierte Anteile 18 (siehe zum Beispiel 2, 4 und 5) des emittierten Lichts 17 sind detektierbar von dem optischen Detektor 7, welcher ein Detektorsignal abhängig von den detektierten Anteilen erzeugen kann und das Detektorsignal an die Recheneinheit 2 bereitstellen kann.
Eine erste Oberfläche 15 (siehe zum Beispiel 3) steht in wärmeleitendem Kontakt mit der Lichtemissionsoberfläche 16. Daher kann Wärme, die von der Lichtquelle 5 erzeugt wird, von der Lichtquelle 5 über die lichtdurchlässige oder mit anderen Worten transparente Wärmeabfuhrkomponente 6 wegtransportiert werden.
Das aktive optische Sensorsystem 1 kann zum Beispiel eine Wärmesenkekomponente 3 aufweisen, die zum Beispiel Teil eines Gehäuses des aktiven optischen Sensorsystems 1 sein kann. Die Wärmesenkekomponente 3 kann aus einem Metall gefertigt sein und kann optional Wärmeabfuhrstrukturen 21, wie etwa Kühlrippen oder ähnliches, aufweisen, um die Wärme in die Umgebungsluft oder an andere Komponenten des aktiven optischen Sensorsystems 1 oder des Fahrzeugs 10 abzuführen.
2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 1, die zum Beispiel in dem elektronischen Fahrzeugführungssystem oder dem Fahrzeug 10 von 1 benutzt werden kann.
In dem Beispiel von 2 ist das aktive optische Sensorsystem 1 als ein Lidarsystem, insbesondere ein Laserscanner-Lidarsystem, ausgestaltet. Die Lichtquelle 5 ist als eine Laserdiode, insbesondere als eine VCSEL ausgestaltet. Die erste Wärmeabfuhrkomponente 6 kann zum Beispiel aus einem synthetischen Saphir bestehen, der zum Beispiel annähernd die Form eines Quaders haben kann. Die Wärmeabfuhrkomponente 6 kann mittels eines Klebstoffs 13 an der Lichtemissionsoberfläche 16 an einer ersten Oberfläche 15 der ersten Wärmeabfuhrkomponente 6 befestigt sein, wie schematisch in 3 gezeigt. Alternativ kann die erste Wärmeabfuhrkomponente 6 mechanisch an der Lichtquelle 5 befestigt sein, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Klemmanordnung (nicht gezeigt).
Zum Beispiel kann das aktive optische Sensorsystem 1 ein Gehäuse aufweisen, wobei 2 beispielhaft vier Gehäusekomponenten 3a, 3b, 3c, 3d zeigt. Die Gehäusekomponenten 3a, 3b, 3c, 3d können als getrennte Teile implementiert sein oder können auch einstückig implementiert sein. Eine erste Gehäusekomponente 3a kann als eine Wärmesenke für die Lichtquelle 5 dienen. Insbesondere kann die Lichtquelle 5 auf der ersten Gehäusekomponente 3a an einer Bodenfläche 19 der Lichtquelle 5 angeordnet sein, wie in 3 gezeigt. Konventionelle Wärmeklebstoffe können benutzt werden, um den wärmeleitenden Kontakt zwischen der Lichtquelle 5 und der ersten Gehäusekomponente 3a zu erreichen. In dem Beispiel von 2 hält eine Leiterplatte 4 die Lichtquelle 5 sowie den optischen Detektor 7. Zum Beispiel kann eine Öffnung in der Leiterplatte 4 bereitgestellt werden, um den Kontakt zwischen der ersten Gehäusekomponente 3a und der Lichtquelle 5 zu schaffen.
Eine zweite Gehäusekomponente 3b, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Gehäusekomponente 3a erstrecken kann, kann auch als eine Wärmesenke dienen. Zu diesem Zweck kann eine laterale Seitenoberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente 6 in wärmeleitendem Kontakt mit der zweiten Gehäusekomponente 3b stehen. Des Weiteren kann eine dritte Gehäusekomponente 3c zwischen der Lichtquelle 5 und dem optischen Detektor 7 angeordnet sein, um zum Beispiel optisches Übersprechen zu reduzieren. Die dritte Gehäusekomponente 3c kann auch als eine Wärmesenke dienen und kann auch mit einer weiteren lateralen Seitenoberfläche der Wärmeabfuhrkomponenten 6 verbunden sein.
Die Gehäusekomponenten 3a, 3b, 3c können zum Beispiel aus Metall gefertigt sein oder ein Metall enthalten, um den Wärmetransport weg von der Lichtquelle 5 zu verbessern. In 2 deuten Pfeile mit durchgehenden Linien schematisch den Wärmefluss weg von der Lichtquelle 5 in die Gehäusekomponente 3a sowie von der Lichtquelle 5 über die Wärmeabfuhrkomponente 6 in die Gehäusekomponenten 3b, 3c an. Wie schematisch in 3 gezeigt, kann die zweite und/oder dritte Gehäusekomponente 3b, 3c mittels weiterer Klebstoffe 14 an der Wärmeabfuhrkomponente 6 befestigt sein.
Des Weiteren kann das aktive optische Sensorsystem 1 eine oder mehrere optische Komponenten zur Strahlbildung oder Führung des Lichts in die Umgebung oder aus der Umgebung in Richtung des optischen Detektors aufweisen. Zum Beispiel kann ein Lichtkollimator 8 auf einer Seite der Wärmeabfuhrkomponente 6 gegenüber der Lichtquelle 5 angeordnet sein und kann von einer fokussierenden Linse 9 gefolgt sein. Auf diese Weise kann ein fokussierter Laserstrahl aus dem emittierten Licht 17 erzeugt und kann auf einen rotierenden Spiegel 12 gerichtet werden, der das Licht 17 in unterschiedliche Richtungen in der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems 1 ablenkt. Die reflektierten Anteile 18 des emittierten Lichts 17 können von demselben rotierenden Spiegel 12 oder einem weiteren Spiegel oder einer weiteren Ablenkvorrichtung in Richtung des optischen Detektors 7 geführt sein. Dabei können weitere optische Komponenten 11, insbesondere Linsen, in dem optischen Empfangspfad angeordnet sein.
4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 1. Die Ausführung von 4 basiert auf der Ausführung von 2, wobei jedoch der Lichtkollimator 8 ein integrierter Bestandteil der Wärmeabfuhrkomponente 6 ist. Insbesondere kann die Oberfläche der Wärmeabfuhrkomponente 6, die von der Lichtquelle 5 abgewandt ist, derart geformt sein, dass die Strahlkollimation erreicht wird, kann zum Beispiel eine konkave Form haben.
Auf diese Weise wird nicht nur die Komplexität des Systems 1 reduziert, sondern auch die Größe der Wärmeabfuhrkomponente 6 potenziell vergrößert, was die Wärmeabfuhrrate weiter verbessert.
5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 1. Das aktive optische Sensorsystem 1 gemäß 5 ist zum Beispiel als ein Flash-Lidarsystem implementiert. Die rotierenden Spiegel 12 sind daher in diesem Fall nicht nötig. Des Weiteren weist das aktive optische Sensorsystem 1 ein Lichtzerstreuungselement 20 statt des Strahlkollimators 8 auf. Das Lichtzerstreuungselement 20 kann einstückig integriert mit der Wärmeabfuhrkomponente 6 ausgebildet sein, wie analog für den Strahlkollimator 8 in der Ausführungsform von 4 beschrieben. Alternativ kann das Lichtzerstreuungselement 20 getrennt von der Wärmeabfuhrkomponente 6 implementiert sein.
Wie insbesondere mit Bezug auf die Figuren beschrieben, ermöglicht die Erfindung ein verbessertes Wärmemanagement eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere seiner Lichtquelle, indem eine Wärmeabfuhrkomponente in dem optischen Emissionspfad bereitgestellt wird, die für das Licht durchlässig ist, das von der Lichtquelle erzeugt wird. Folglich kann die Temperatur der Lichtquelle reduziert werden, was zu einer potenziell erhöhten optischen Ausgangsleistung und folglich zu einer vergrößerten maximalen Detektionsentfernung des aktiven optischen Sensorsystems führt.

Claims

Aktives optisches Sensorsystem (1), welches eine Lichtquelle (5) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Licht an einer Lichtemissionsoberfläche (16) zu erzeugen, und einen optischen Detektor (7), der empfindlich für das Licht ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Sensorsystem (1) eine erste Wärmeabfuhrkomponente (6) mit einer ersten Oberfläche (15) aufweist, welche in wärmeleitendem Kontakt mit der Lichtemissionsoberfläche (16) steht; und - die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) in einem optischen Emissionspfad des Sensorsystems (1) angeordnet ist und ein Material enthält, welches durchlässig für das Licht ist.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Saphir enthält.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (1) eine zweite Wärmeabfuhrkomponente (3a, 3c) aufweist, welche in wärmeleitendem Kontakt mit einer zweiten Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente (6) steht.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmeabfuhrkomponente (3a, 3c) ein Gehäuseteil des Sensorsystems (1) bildet.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator ist.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Lichtquelle (5) dazu eingerichtet ist, das Licht gemäß einem Emissionswellenlängenspektrum zu erzeugen; und - ein Transmissionskoeffizient des Materials bezüglich des Emissionswellenlängenspektrums mindestens 80% oder mindestens 85% oder mindestens 90% beträgt.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente (6), welche gegenüber der ersten Oberfläche (15) liegt, dazu ausgestaltet ist, einen Lichtstrahl des an der Lichtemissionsoberfläche (16) erzeugten und durch die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) hindurchtretenden Lichts zu zerstreuen.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive optische Sensorsystem (1) als ein Flash-Lidarsystem ausgestaltet ist.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Oberfläche der ersten Wärmeabfuhrkomponente (6), welche gegenüber der ersten Oberfläche (15) liegt, dazu ausgestaltet ist, an der Lichtemissionsoberfläche (16) erzeugtes und durch die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) hindurchtretendes Licht zu kollimieren.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive optische Sensorsystem (1) als ein Laserscanner-Lidarsystem ausgestaltet ist.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (1) eine Lichtablenkvorrichtung (12) aufweist und die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) zwischen der Lichtquelle (5) und der Lichtablenkvorrichtung (12) angeordnet ist.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (1) eine dritte Wärmeabfuhrkomponente (3b) aufweist, welche in wärmeleitendem Kontakt mit einer Bodenfläche (19) der Lichtquelle (5) steht, die gegenüber der Lichtemissionsoberfläche (16) liegt.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmeabfuhrkomponente (3b) ein weiteres Gehäuseteil des Sensorsystems (1) bildet.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (1) ein Klebstoffmaterial (13) aufweist, welches zwischen der ersten Oberfläche (15) und der Lichtemissionsoberfläche (16) angeordnet ist und die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) an der Lichtquelle (5) befestigt.
Aktives optisches Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (1) eine Klemmanordnung aufweist, welche eine Kraft auf die erste Wärmeabfuhrkomponente (6) ausübt, die die erste Oberfläche (15) auf die Lichtemissionsoberfläche (16) presst.