WO2019137584A1

WO2019137584A1 - Reflektor für elektromagnetische wellen und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: WO2019137584A1
Application number: PCT/DE2019/100034
Authority: WO
Inventors: Norbert H. L. Koster; Thomas Kaiser
Original assignee: Id4Us Gmbh
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-07-18
Also published as: DE112019000406A5; DE102018111691A1

Abstract

Reflektor (13) zum Reflektieren einfallender elektromagnetischer Wellen (14, 16), wobei der Reflektor (13) als Retroreflektor für elektromagnetische Wellen (14) mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs, insbesondere Wellenlängen im Radarbereich, und als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellen (16) mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs, insbesondere Wellenlängen im Bereich infraroten bis ultravioletten Lichts, insbesondere sichtbaren Lichts, wirkt.

Description

REFLEKTOR FÜR ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN

UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DESSELBEN TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für elektromagnetische Wellen zum

Reflektieren einfallender elektromagnetischer Wellen wie er insbesondere im Straßenverkehr zur Erhöhung der Verkehrssicherheit z.B. an Fahrrädern verwendet wird. Die Erfindung betrifft auch verschiedene Verfahren zur Herstellung eines solchen Reflektors sowie die Verwendung eines superelastischen Metalls zur Herstellung eines solchen Reflektors.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fahrassistenzsysteme, darunter insbesondere radargestützte

Fahrassistenzsysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sie tragen in Form von unterschiedlichsten Annäherungssensoren nicht nur zur Erhöhung der

Verkehrssicherheit bei, sondern ermöglichen auch ein sogenanntes autonomes

Fahren, bei dem ein menschlicher Fahrer nur in Ausnahmesituationen in das Lenk- und Bremsgeschehen eingreifen muss.

Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und ihrer Unabhängigkeit von Sichtverhältnissen haben sich radargestützte Fahrassistenzsysteme, d.h. Systeme, die bei den hier in

Frage stehenden Anwendungen typischerweise elektromagnetische Wellen mit Frequenzen im Bereich von etwa 10 bis 130 GHz aussenden, nachfolgend kurz Radarwellen genannt, gegenüber Systemen die zum Beispiel auf der Auswertung von Kamerabildern beruhen, zur schnellen und zuverlässigen Erkennung von Verkehrsszenarien bewährt.

Bei radargestützten Systemen besteht allerdings das Problem der Erkennung von Radfahrern und insbesondere Fußgängern, da diese ausgestrahlte Radarwellen typischerweise nicht in der gleichen Weise reflektieren wie Personen- und

Lastkraftwagen. So wird von der Automobilindustrie im Zusammenhang mit Fahrerassistenzsystemen derzeit neben weiteren Sensorsystemen eine

Kombination von verschiedenen Radarsystemen verwendet. Dabei wird bei den Radarsystemen unter anderem zwischen einem Fernbereichsradar, dem

sogenannten Long Range Radar, abgekürzt LRR, und einem Nahbereichsradar, dem sogenannten Short Range Radar, abgekürzt SDR, unterschieden. Das LRR besitzt einen typischen azimutalen Abstrahlwinkel von etwa 40° und reicht etwa 150 m weit. Das SDR besitzt einen typischen azimutalen Abstrahlwinkel von etwa 100° und ist für Distanzen bis 30 m vorgesehen. Dadurch soll der gesamte

Geschwindigkeitsbereich von 30 km/h bis 250 km/h abgesichert werden. Fährt ein solches Auto mit z.B. 100 km/h auf einer Landstraße und nähert sich beispielsweise ein Fahrradfahrer von rechts einer 50 m entfernten Kreuzung, so wird er vom LRR nicht mehr erfasst. Wenn ihn dann das SDR detektiert, reicht der Bremsweg bei dieser Geschwindigkeit nicht mehr aus und es kommt zur Kollision, wenn nicht ein aufmerksamer Fahrzeugführer oder die zusätzlichen Sicherheitssysteme basierend auf Ultraschall, Lidar und Kamera dies verhindern. Diese Problematik gewinnt insbesondere im Zusammenhang mit autonom betriebenen Fahrzeugen an

Bedeutung.

Um dennoch die Vorteile radargestützter Systeme auch bei der Erkennung von Verkehrsteilnehmern wie Fußgängern und Radfahrern verwenden zu können, wurden bereits verschiedene Vorschläge und Untersuchungen gemacht.

In Steffen Heuei: "Fußgängererkennung im Straßenverkehr mit 24 GHz

Radarsensoren", Cuvillier Verlag Göttingen, 2013, wird eine rechenaufwändige Auswertung von Radarmessungen vorgestellt, die es zumindest unter

Laborbedingungen ermöglicht, mittels Radarwellen, im speziellen Fall Wellen mit einer Frequenz von 24 GHz, auch Fußgänger zu erkennen. Bei komplexen

Verkehrsszenarien mit unterschiedlichsten Verkehrsteilnehmern und Störeinflüssen scheitert eine solche allein auf der Reflexion von Radarwellen von einem solche Wellen nur in geringem Maße reflektierenden Fußgänger beruhende Erkennung, und ergänzende Systeme, wie zum Beispiel eine Erkennung mittels

Wärmesensoren wie in der DE 10 2007 061 952 A2 vorgeschlagen, sind notwendig, wenn Fußgänger automatisch erkannt werden sollen. Zur zuverlässigen Erkennung insbesondere von Radarwellen nicht oder nur wenig reflektierenden Verkehrsteilnehmern wie insbesondere Fußgängern wurde deshalb verschiedentlich vorgeschlagen, diese mit aktiven Sendern auszurüsten, die permanent oder nach Aktivierung zum Beispiel durch ein von einem Fahrzeug ausgesandtes Radarsignal eine Kennung gegebenenfalls mit weiteren

Informationen übermitteln (zum Beispiel Bewegungsdaten zur Ermittlung einer möglichen künftigen Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des sendenden Verkehrsteilnehmers), wie in der DE 198 30 626 A1 und der DE 100 41 714 A1 vorgeschlagen.

Gemäß der DE 10 2008 035 942 A1 sollen von Radfahrern und Fußgängern mitgeführte Sender bei Empfang eines von einem Fahrzeug ausgestrahlten

Radarsignals aktiviert werden, wobei sie - wie von RFID-Tags bekannt - die zum Aussenden eines Signals notwendige Energie entweder von einer Batterie oder über eine Induktionsspule erhalten können.

Die bekannten Sender sind allerdings technisch sehr aufwändig und besitzen das Problem, dass von ihnen ausgesandte Signale von Fahrzeugen empfangen werden können, für die das jeweilige Signal ohne Relevanz ist, was zu unnötigem

Rechenaufwand und dem bekannten Problem des Informationsüberflusses führt.

Dieses Problem tritt nicht nur bei ständig sendenden Sendern auf, sondern auch bei solchen, die erst durch Empfang eines von einem Fahrzeug ausgestrahlten Signals aktiviert werden, da es zum Beispiel durch Reflexionen eines von einem ersten Fahrzeug, das sich nicht in der Richtung auf den Sender bewegt, ausgesandten Signals an Häuserwänden oder an anderen Fahrzeugen dazu kommen kann, dass ein Sender aktiviert wird und dann Informationen sendet, die von Fahrzeugen empfangen werden, für die die Information überhaupt nicht relevant sind.

Die US 006 120 154 A lehrt eine Kombination aus zwei jeweils streuend

reflektierenden Reflektoren, nämlich einem ersten streuenden Reflektor für sichtbares Licht und einem zweiten streuenden Reflektor für Radarstrahlen. Der zweite streuende Reflektor besitzt eine Einbautiefe von wenigstens etwa 11 cm und soll z.B. bei Motorrädern dazu dienen, deren Erkennbarkeit für Radaranlagen in bestimmten Verkehrssituationen zu erhöhen. Derart wuchtige Reflektoren eigenen sich nicht für Fahrräder oder das Mitführen am Körper. Um eine einfache und zuverlässige Ortung mittels radargestützter Systeme zu ermöglichen, sollten Objekte, die sich im gewünschten Erfassungsbereich, in den von einem Fahrzeug ein Radarsignal eingestrahlt wird, befinden, weder permanent noch temporär eigene Signale aussenden, sondern genau das eingestrahlte Signal ausreichend stark reflektieren, so dass es von einem entsprechenden Empfänger in dem aussendenden Fahrzeug empfangen und ausgewertet werden kann. Diese Vorgehensweise hat sich in der Schifffahrt bereits seit vielen Jahren bewährt, weshalb kleinere Boote mit Radarreflektoren in Form sogenannter Retroreflektoren ausgerüstet werden, die darauf ausgelegt sind, die in der Schifffahrt typischerweise verwendeten Radarsignale mit Frequenzen im Bereich unterhalb von 10 GHz zu reflektieren.

Retroreflektoren für elektromagnetische Wellen reflektieren zumindest innerhalb bestimmter Winkelbereiche eingestrahlte elektromagnetische Wellen mit einem minimalen Ortsversatz in genau der Richtung, aus der sie gekommen sind.

Retroreflektoren für die Nautik sind als Rundumreflektoren z.B. kreiszylinderförmig ausgebildet, so dass sie entlang der Mantelfläche des Zylinders praktisch aus beliebigen radialen Richtungen angestrahlt werden können und das Signal immer zum Sender zurückwerfen. Bauartbedingt eignen sich solche Reflektoren allerdings nicht für den Straßenverkehr und insbesondere nicht zur Mitführung durch

Fußgänger oder Radfahrer.

Aus der GB 2 369 248 A und der DE 10 2006 026 950 A1 sind flach bauende Retroreflektoren bekannt, um Radarwellen bei geringer Bauteiltiefe zu

retroreflektieren. Allerdings wirken die dabei verwendeten Tripelspiegelstrukturen nicht nur für Radarwellen, sondern auch für Licht als Retroreflektoren. Licht, das z.B. von einem Fahrzeugscheinwerfer auf einen Reflektor an einem Fahrrad geworfen wird, soll aber gerade nicht zum Scheinwerfer zurückreflektiert, sondern gestreut werden, damit der Fahrer des Fahrzeugs den hell erscheinenden Reflektor leicht bemerken kann.

Bislang werden daher von Fußgängern und Radfahrer typischerweise lediglich streuende, fälschlicherweise im Handel manchmal auch als Retroreflektoren bezeichnete Reflektoren verwendet, die tatsächlich zur streuenden Reflexion sichtbaren Lichts ausgebildet und in Deutschland für Fahrräder z.B. in Form von sogenannten Speichenreflektoren vorgeschrieben sind. Da sich die Augen eines Fahrzeugführers bei den meisten Fahrzeugen typischerweise deutlich oberhalb der Scheinwerfer des Fahrzeugs befinden, sollen die im Bereich des sichtbaren Lichts arbeitenden Reflektoren für Radfahrer und Fußgänger das Licht nicht exakt zum Scheinwerfer zurückwerfen, sondern leicht streuen, typischerweise in einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von etwa 40°. Sie werden in der Regel aus

transluzentem, meist orange oder rot eingefärbtem Kunststoff hergestellt, dessen optische Dichte so hoch ist, dass es an einer einer Lichteintrittsfläche gegenüber liegenden Fläche vorgesehenen Reflexionsstruktur zu einer inneren Totalreflexion kommt und in den Reflektor eingestrahltes Licht in der gewünschten Weise leicht streuend reflektiert wird. Wie aus der DE 10 2011 115 952 A1 bekannt, kann ein solcher Reflektor auch als Abdeckscheibe zur verdeckten Anbringung eines aktiven Radar-Sende-Empfängers einer Radaranlage z.B. an einem Kraftfahrzeug verwendet werden.

Strukturen zur streuenden Reflexion von Licht mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich, d.h. etwa 400 - 800 nm, reflektieren elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im sog. Radarbereich typischerweise so gut wie nicht. Dabei sei an dieser Stelle betont, dass zwar für unterschiedlichste Radar-Geräte

elektromagnetische Wellen mit stark unterschiedlichen Frequenzen eingesetzt werden, nämlich von etwa 3 MHz bis hin zu etwa 130 GHz, entsprechend

Wellenlängen von etwa 10 m bis zu etwa 2 mm, dass aber bei den hier in Frage stehenden Anwendungen zur Ortung und ggf. Ermittlung von Daten wie

Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung von Verkehrsteilnehmern und Objekten im Straßenverkehr typischerweise Wellenlängen im Millimeterbereich, also elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz über 10 bis etwa 130 GHz, z.B. 77 GHz verwendet werden.

Eine einfache Skalierung der für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich bekannten Reflexionsstrukturen derart, dass sie auch elektromagnetische Wellen im Bereich von einigen Millimetern reflektieren, ist aus mehreren Gründen nicht möglich. So geht der für diese Strukturen typischerweise verwendete Kunststoff keine Wechselwirkung mit Strahlung im Millimeterbereich ein. Zudem wäre die bei Reflektoren für Wellen mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich gewünschte streuende Reflexion für Radarreflektoren gerade nachteilig, da sich bei Fahrzeugen der Sender der Radarwellen typischerweise auf derselben Höhe wie der Empfänger befindet bzw. es sich sogar um ein und dasselbe Bauteil handelt. Würden Radarwellen in der gleichen Weise wie sichtbares Licht vom Reflektor gestreut, ergäbe sich gerade kein deutliches Empfangssignal.

Zudem zeigt die Lebenserfahrung, dass Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer nur schwer dazu zu bewegen wären, neben Reflektoren für sichtbares Licht zusätzliche separate Reflektoren für elektromagnetische Wellen mit

Wellenlängen im Radarbereich mit sich zu führen, so dass das das von Schiffen bekannte Vorsehen spezieller Radarreflektoren für Fußgänger und Radfahrer aus optischen, praktischen und Kostengründen unrealistisch ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Erkennbarkeit von Verkehrsteilnehmern wie Radfahrern und Fußgängern, die Radarwellen nur mäßig reflektieren, durch radarbasierte Fahrassistenzsysteme deutlich zu erhöhen, ohne die entsprechenden Verkehrsteilnehmer dabei zu zwingen, zusätzlich zu den bekannten Reflektoren für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich separate Reflektoren oder gar aktive Sender mit sich zu führen. Dazu soll ein Reflektor geschaffen werden, der es bei äußerst kompakter, leichter und kostengünstiger Bauweise erlaubt, z.B. für Wellen mit Wellenlängen im

Radarbereich als Retroreflektor zu arbeiten, d.h. einen wesentlichen Teil eintreffender Wellen quasi unabhängig von der Einfallsrichtung in selbige zurückzustrahlen, und für Wellen mit Wellenlängen in einem anderen Bereich, insbesondere im Bereich sichtbaren Lichts, als streuender Reflektor zu arbeiten, d.h. große Teile der eintreffender Wellen in verschiedene Richtungen zu reflektieren. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur kostengünstigen Herstellung entsprechender Reflektoren anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst von einem Reflektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2, sowie von Verfahren zur Herstellung solchen Reflektoren mit den

Merkmalen der Ansprüche 21 oder 22. Der nebengeordnete Anspruch 24 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reflexionselementes für elektromagnetische Wellen. Der nebengeordnete Anspruch 25 betrifft die Verwendung einer Platte aus superelastischem Metall zur Herstellung eines Reflexionselements für einen erfindungsgemäßen Reflektor. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist der Reflektor zum Reflektieren einfallender elektromagnetischer Wellen als Retroreflektor für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs und als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines zweiten

Wellenlängenbereichs ausgebildet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der Reflektor wenigstens ein Reflexionselement, das eine wellenlängenabhängige Reflexionscharakteristik derart aufweist, dass der Raumwinkel der bewirkten Rückstrahlung mit abnehmender Wellenlänge kontinuierlich zunimmt. Ist ein solches Reflexionselement vorgesehen, kann es so ausgebildet sein, dass es einfallende elektromagnetische Wellen mit

Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retro reflektiert und einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen in einem zweiten

Wellenlängenbereich streuend reflektiert, also kegelförmig großflächig verteilt reflektiert.

Es ist ein besonderes Verdienst der Erfindung, erkannt zu haben, dass die

Akzeptanz von Reflektoren für radarbasierte Fahrassistenzsysteme seitens

Verkehrsteilnehmern wie Fußgängern und Radfahrern massiv erhöht werden kann, wenn es gelingt, solche Reflektoren in bereits bekannte Reflektoren für Wellen mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich zu integrieren. Dazu kann der Reflektor vorteilhaft so ausgebildet sein, dass er für elektromagnetische Wellen mit

Wellenlängen im Radarbereich als Retroreflektor und für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich infraroten bis ultravioletten, insbesondere sichtbaren Lichts, als streuender Reflektor arbeitet. Als realer Reflektor werden dabei natürlich, physikalisch bedingt, nie 100% aller einfallenden Wellen nur retroreflektiert oder nur streuend reflektiert. Dies hat aber für die praktische

Anwendung keine Auswirkungen.

Wie bereits erwähnt, sind unterschiedlichste Radaranwendungen bekannt, die elektromagnetische Wellen unterschiedlichster Wellenlängen verwenden. Für die hier in Frage stehenden Anwendungen im Straßenverkehr bewegen sich die Wellenlängen typischerweise im Bereich von etwa 2 bis 20 mm, insbesondere etwa 2,4 bis 12 mm, und entsprechend werden hier unter dem Begriff "Wellenlängen im Radarbereich" solche Wellenlängen verstanden, die der Fachmann für solche Anwendungen vorsehen würde, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre.

Ein besonders typischer Einsatzbereich der Erfindung liegt bei Radarwellen mit Wellenlängen im Bereich um von etwa 3 bis 5 mm.

Erfindungsgemäße Reflektoren können insbesondere als flache, scheibenförmige Reflektoren ausgebildet werden, wie sie in Form von Speichenreflektoren bekannt sind, und können z.B. rund sein. Typische Durchmesser reichen von etwa 2 bis etwa 6 cm. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass bereits relativ kleine Reflektoren von etwa der Größe und Form einer 1- oder 2-Euro-Münze die

Erkennbarkeit des Trägers für Fahrassistenzsysteme erheblich verbessern können. Kleine Reflektoren werden erfahrungsgemäß eher an Jacken u.dgl. getragen als große. Die Reflektoren können vorteilhaft in Form sog. "Buttons" vorgesehen werden, also flacher Ansteckplaketten, oder in Form von Anhängern, wobei beide Ausführungen leicht an Taschen, Jacken, Rucksäcken etc. befestigt werden können.

Wenn der Reflektor wenigstens ein Reflexionselement umfasst, was er sowohl gemäß dem ersten als auch dem zweiten Aspekt tun kann, da beide Aspekte einheitliche Varianten zur Lösung desselben technischen Problems sind und sich selbigem lediglich aus unterschiedlichen Blickwinkeln nähern, kann das

Reflexionselement auf wenigstens einer Seite mit einer Reflexionsstruktur mit einer

Vielzahl von zur Retroreflexion von elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Radarbereich ausgebildeten Tripelspiegeln versehen sein. Besonders vorteilhaft können dann die Tripelspiegel von im Wesentlichen quadratischen Flächen gebildet werden, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel abgerundet sind. Die abgerundeten Ecken können vorteilhaft einen

Krümmungsradius aufweisen, der im Bereich von etwa 10 bis 30 %, vorzugsweise etwa 15 bis 25 %, insbesondere etwa 20 % der Seitenlänge der quadratischen Flächen liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die quadratischen Flächen eine Seitenlänge von etwa 2 bis 32 mm, vorzugsweise etwa 8 bis 24 mm besitzen. Wenn der Reflektor wenigstens ein Reflexionselement umfasst, kann selbiges auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit jeweils einer Reflexionsstruktur versehen sein und sich somit hervorragend z.B. zur gewichtssparenden

Verwendung als Speichenreflektor bei Fahrrädern eignen, da ein Reflektor in zwei gegenüberliegende Richtungen wirken kann.

Das wenigstens eine Reflexionselement kann aus einer superelastischen

Metalllegierung bestehen und/oder kunststoffummantelt sein. Bei einer derzeit besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein und dasselbe

Reflexionselement sowohl zur Retroflexion einfallender elektromagnetischer Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs als auch als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines zweiten

Wellenlängenbereichs ausgebildet. Dies erlaubt es, den Reflektor besonders kompakt zu bauen, da nur ein einziges Reflexionselement vorgesehen werden muss, um beide technische Effekte, Retroreflexion z.B. von Radarwellen, und Streuung z.B. von Licht, zu bewirken. Ein solches Reflexionselement kann monolithisch, als einheitliche, nicht trennbare Einheit ausgeführt sein.

Das Reflexionselement kann auch aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, der zumindest auf seiner mit der Reflexionsstruktur versehenen Seite mit einer z.B. durch CVD (Chemical Vapor Deposition) oder PVD (Physical Vapor Deposition) aufgebrachten metallischen Schicht versehen ist.

Das Reflexionselement kann auch aus einem Keramikmaterial bestehen, auf seiner der Seite mit der Reflexionsstruktur gegenüberliegenden Seite im Wesentlichen plan und dazu ausgebildet sein, von der planen Seite eintretende

elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Radarbereich nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion zu retro reflektieren. In diesem Fall kann der Reflektor dann ein zweites Reflexionselement umfassen, das aus Kunststoff besteht, auf einer ersten Seite im Wesentlichen plan oder mit einer Fresnel-Struktur versehen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite mit einer

Reflexionsstruktur derart versehen ist, dass von der ersten Seite eintretende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich sichtbaren Lichts nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion streuend reflektiert werden, was durch eine unregelmäßige und geringfügige Abweichung der jeweiligen Ausrichtung der Reflexionsflächen von bis zu etwa 10° bewirkt werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Reflektor dazu ausgebildet, elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich infraroten bis ultravioletten

Lichts, insbesondere sichtbaren Lichts, in einem Streukegel mit einem

Öffnungswinkel von etwa 20 bis 60°, vorzugsweise etwa 35 bis 45°, insbesondere etwa 40° zu reflektieren. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Reflektors für elektromagnetische Wellen wird ein Reflexionselement durch Einprägen einer Reflexionsstruktur in eine zuvor erwärmte Platte aus einer superelastischen Metalllegierung, wobei die Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen quadratischen Flächen umfasst, hergestellt, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel derart abgerundet sind, dass auf die Reflexionsstruktur einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retro reflektiert werden und Wellen mit

Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs streuend reflektiert werden. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Reflektors wird ein Reflexionselement durch Formgießen einer Platte mit einer

Reflexionsstruktur aus thermoplastischem Kunststoff und Beschichten zumindest der Reflexionsstruktur mit einer metallischen Schicht hergestellt, wobei die

Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen

quadratischen Flächen umfasst, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel derart abgerundet sind, dass auf die mit der metallischen Schicht versehene Reflexionsstruktur einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retro reflektiert werden und Wellen mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs streuend reflektiert werden.

Beide Verfahren können vorteilhaft einen Schritt des Eingießens des

Reflexionselementes in eine Schutzumhüllung aus transluzentem Kunststoff umfassen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Reflexionselementes für elektromagnetische Wellen kann das Sintern einer Platte mit einer

Reflexionsstruktur aus keramischem Material in einer Sinterform umfassen, wobei die Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen quadratischen Flächen umfasst und die Platte auf ihrer der Seite mit der

Reflexionsstruktur gegenüberliegenden Seite im Wesentlichen plan und die Reflexionsstruktur derart ausgebildet ist, dass von der planen Seite in die Platte eintretende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Radarbereich an der Reflexionsstruktur nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion retroreflektiert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden, rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der 16 Figuren umfassenden Zeichnung.

Kurze BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine typische Straßenszene.

Fig. 2 zeigt eine Reflexionsstruktur gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 3 zeigt stark schematisiert ein Ablaufdiagramm zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reflektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 zeigt schematisiert die Reflexionsstruktur eines

erfindungsgemäßen Reflektors gemäß der ersten Ausführungsform.

Fig. 5 ist eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Standes der Technik.

Fig. 6 ist eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektors.

Fig. 8 ist eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Reflektors.

Fig. 9 ist ein stark schematisiertes Ablaufdiagramm mit Schritten zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reflektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 10 zeigt stark schematisiert Schritte zur Herstellung eines

Reflexionselementes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 11 zeigt einen Reflektor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 12 zeigt einen Reflektor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 13 zeigt schematisch Anwendungen erfindungsgemäßer Reflektoren bei einem Fahrrad.

Fig. 14 zeigt schematisch die Anwendung eines erfindungsgemäßen

Reflektors bei einem Fußgänger.

Fig. 15 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen

Reflexionselementes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 16 zeigt ein Reflexionselement gemäß Fig. 15 in Draufsicht.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Figur 1 zeigt schematisiert ein Verkehrsszenario. Ein autonom gesteuertes Fahrzeug 1 befindet sich auf einer Landstraße und nähert sich einer

Menschenansammlung im Bereich einer ländlichen Straßenkreuzung. Ein unaufmerksamer Fußgänger 2 beschäftigt sich mit seinem Smartphone, während er im Begriff ist, die Straße zu überqueren. Ein Radfahrer 3 kreuzt die Straße mit höherer Geschwindigkeit. Passanten 4 schlendern unschlüssig am Straßenrand und könnten die Straße jederzeit überqueren wollen. Eine eilige Person 5 läuft zügig über die Straße. Ungepflegte Gebüsche 6 verdecken die Sicht von optischen Kamerasystemen und von Ultraschalleinheiten, mit denen das Fahrzeug 1 ausgerüstet ist, auf die Fußgänger. Eine schematisiert angedeutete kultivierte Hecke 7 lässt durch ihre Gewächshöhe das optische Erkennen lediglich des oberen Bereichs von erwachsenen Personen aus dem Blickwinkel des Fahrzeuges 1 zu, während kleine Kinder völlig verdeckt sind.

Kommen jetzt noch Verschmutzungen der optischen Überwachungssysteme des Fahrzeuges wie Kamera und Lidar oder gar wetterbedingte schlecht

Sichtverhältnisse wie Nebel hinzu, so ist das autonom gesteuerte Fahrzeug 1 weitgehend ausschließlich auf seine Radar-Anlagen zur Orientierung und

Kollisionsvermeidung angewiesen. Ein rechtzeitiges sicheres Erkennen anderer

Verkehrsteilnehmer aus für einen eventuellen Bremsvorgang ausreichender Entfernung durch die Radar-Anlagen des autonom gesteuerten Fahrzeuges 1 ist Voraussetzung zur Vermeidung von Unfällen. Während andere Fahrzeuge mit einem Metallchassis eine für die Radar-Anlage des autonom gesteuerten

Fahrzeuges 1 ausreichend hohe und damit gut erkennbare und auswertbares

Rückstreuung erzeugen, ist das für menschliche Personen wegen des signifikant geringeren Radarquerschnitts keineswegs der Fall. Dieser ist nämlich im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Metallchassis typischerweise mehr als Hundert mal geringer, so dass die Auswerteelektronik der Radaranlage des autonom

gesteuerten Fahrzeuges 1 bei der Annäherung kaum unterscheiden kann, ob es sich um ein langsam gehendes Kind oder um ein durch den Wind bewegtes Gebüsch handelt.

Zur sicheren Erkennung anderer Verkehrsteilnehmer und insbesondere von menschlichen Personen ist es daher zweckmäßig, den jeweiligen Radarquerschnitt durch spezielle Retroreflektoren für die Radaranlagen autonom gesteuerter Fahrzeuge 1 , die entweder an der Kleidung, am zur Fortbewegung benutzen Gegenstand wie beispielsweise dem Fahrrad oder an mitgeführten Gegenständen wie beispielsweise ein Trolley, signifikant auf einfache Weise zu erhöhen. Die sichere optische und elektronische Erkennung von Personen und Objekten bereits aus großer Entfernung, also typischerweise aus Entfernungen bis zu 100 Metern wird dank der hier erläuterten Erfindung ermöglicht. Als für Rückstrahler optimale Oberflächenstruktur hat sich eine Struktur aus vielen würfelförmig angeordneten Tripelspiegeln, die sogenannte Perkin-Elmer- Pyramiden-Struktur, erwiesen. Die Figur 2 zeigt eine solche Struktur gemäß dem Stand der Technik. Mehrere Würfel, die jeweils eine als Strukturgröße a

bezeichnete Kantenlänge besitzen, sind aneinander angrenzend angeordnet. Durch die spezielle Anordnung von gleichgroßen Würfeln mit spiegelnden Oberflächen, die jeweils mit einer Ecke zur Einstrahlrichtung hin zeigen, ergeben sich

kontinuierlich drei Spiegelflächen, die jeweils in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Durch dreifache Reflexion an diesen Spiegelflächen wird jeder Lichtstrahl genau in die Richtung zurück reflektiert, aus der er gekommen ist. Eine exakt rechtwinkelige Ausrichtung, wie es bei einem planaren Spiegel notwendig wäre, ist daher nicht notwendig.

Preiswerte Versionen von Rückstrahlern mit Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen verwenden optisch transparente und ggf. eingefärbte Kunststoffe, deren optische Dichte so hoch ist, dass eine Totalreflexion an der Grenzschicht zwischen diesem

Kunststoff und der Luft stattfindet. Dadurch kann auf eine zusätzliche

Verspiegelung der Oberflächen verzichtet werden. Um weitere Produktionskosten zu sparen werden die Strukturgrößen möglichst gering gehalten und für den sichtbaren optischen Wellenlängenbereich gerade noch ausreichende

Strukturgrößen von 2 mm gewählt.

Eine weitere Besonderheit beim Einsatz von Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen für Reflektoren ist die, dass der Fahrer eines Fahrzeuges nicht direkt im Scheinwerfer, sondern deutlich höher auf dem Fahrersitz positioniert ist. Bei exakt gefertigten Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen würde das Licht genau in die Scheinwerfer, jedoch nicht zu den Augen des Autofahrers reflektiert werden und wäre somit nutzlos. Deshalb wird schon bei der Produktion von Rückstrahlern für den

Straßenverkehr eine Streuwirkung für die vom Scheinwerfer ausgesendeten Lichtstrahlen vorgesehen. Dadurch werden eintreffende Strahlen auf Kosten der Helligkeit zurückgeworfen. Diese Streuwirkung kann beispielsweise durch winzige Abweichungen der Ausrichtung der vielen kleinen Flächen von der exakten

Würfelform erzeugt werden, was eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit voraussetzt. Alternativ kann durch Ausnutzen von Beugungseffekten beispielsweise an zusätzlich eingebauten gitterförmigen Strukturen der gewünschte Effekt erreicht werden. Wegen der geringen Strukturgrößen werden Strahlen aus deutlich von der senkrechten abweichenden Anstrahlrichtungen nicht hinreichend gut reflektiert. Daher sind die Flächen bei den aus dem Stand der Technik bekannten

Rückstrahlern in mehrere Teilflächen mit unterschiedlicher Ausrichtung der

Pyramidenflächen aufgeteilt. Dadurch wird vermieden, dass beispielsweise bei schrägem Lichteinfall die gesamte Reflektorfläche ihre Funktion verliert. Alternativ können auch jeweils benachbarte Pyramiden zueinander verdreht werden, damit zumindest eine Fläche funktionsfähig bleibt. Alternativ werden auch Teilflächen leicht abgewinkelt. Es ist physikalisch prinzipiell möglich, diese Reflektoren so zu gestalten, dass sie gleichzeitig sowohl das Licht als auch die elektromagnetischen Radarstrahlen nach dem gleichen physikalischen Prinzip reflektieren. Dazu müssten bei einer für die Anwendung der Erfindung typischen Betriebsfrequenz der Radaranlage von 77,5 GHz zweckmäßigerweise die jeweiligen Kantenlängen der derzeit verwendeten dielektrischen triangulären Winkelreflektoren auf etwa das Dreifache verlängert werden und die Oberflächen müssten metallisiert werden. Um auf Basis von Perkin- Elmer-Pyramiden-Strukturen Retroreflektoren zu konstruieren, die auch für die deutlich größeren Wellenlängen von Radaranlagen hinreichend gut funktionieren, werden also Spiegel benötigt, welche die elektromagnetischen Wellen bei einer Betriebsfrequenz von beispielsweise 77 GHz noch wirkungsvoll reflektieren.

Außerdem sind Strukturgrößen von wenigstens 10 mm oder mehr anzustreben, damit überhaupt eine effektive Reflexion von elektromagnetischer Energie bei einer Wellenlänge von beispielsweise 4 mm stattfinden kann. Mit herkömmlichen

Methoden ist es jedoch außerordentlich aufwendig, solche Spiegel herzustellen. Deshalb sind sie für den Massenmarkt derzeit nicht verfügbar.

Anhand der Fig. 3 werden nun Schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reflektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei wird eine Prägevorrichtung verwendet, bei der ein Prägestempel 8 mit einer Kraft P eine Platte 10, die vorzugsweise aus einer superelastischen Metalllegierung besteht, auf eine Prägeform 9 presst und die Platte 10 dadurch verformt. Sowohl der

Prägestempel 8 als auch die Prägeform 9 besitzen als Prägekontur Strukturen ähnlich den bekannten Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen, die auf den jeweiligen Prägewerkzeugen so angeordnet sind, dass sie ohne Zwischenraum exakt aufeinander passen, wenn sich keine Platte 10 dazwischen befindet. Die

dreidimensionale Prägestruktur ist in der Figur 3 zur Vereinfachung der Zeichnung lediglich als eindimensionale dreieckförmige Linie symbolisiert.

Typischerweise besitzt eine Platte 10 vor dem Prägen eine Dicke von 2 mm oder weniger. Da sie aus einer superelastischen Metalllegierung, z.B. einer Aluminium-

Zink-Legierung, besteht, kommt es beim Applizieren der Kraft P nicht zu einem Perforieren der Platte. Geeignete superelastische Legierungen besitzen

typischerweise kubisch-flächenzentrierte Mischkristalle und Mischkristalle in hexagonal-dichtester Kugelpackung in feinkristalliner Form zu etwa jeweils gleichen Anteilen, wodurch sie ein Mikroduplexgefüge mit Korngrößen im Bereich weniger

Mikrometer aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass es beim Prägen einer solchen Platte 10 vorteilhaft ist, den Prägestempel 8 und die Prägeform 9 vor der

Umformung zunächst auf etwa die halbe Schmelztemperatur der Platte zu erhitzen und die Umformgeschwindigkeit im Gegensatz zu herkömmlichen

Prägevorrichtungen gering zu halten. Dann verhalten sich die superelastischen

Metalllegierungen praktisch gummiartig und sind um bis zu 1000 Prozent dehnbar, ohne zu reißen.

Nachdem ein erster Umformvorgang abgeschlossen ist, sich die Platte 10 also bereits formschlüssig zwischen dem Prägestempel und der Prägeform 9 befindet, wird die Kraft P weiter erhöht, wodurch einerseits das Material der umgeformten Platte 10 verdichtet und andererseits die Oberfläche selbiger hochreflektierend wird, wie es beispielsweise aus der Münzprägung bekannt ist. Wie schematisch in Fig. 3 angedeutet, wird dann die umgeformte Platte, die nun ein

Reflexionselement 11 im Sinne der Erfindung darstellt, in ein geeignetes Kunstharz 12 eingegossen und dadurch sowohl mechanisch stabilisiert als auch vor

Umwelteinflüssen geschützt, so dass der Stempelglanz und damit die

Reflexionseigenschaften des Reflexionselementes 11 konserviert werden. Durch die Verwendung von eingefärbten Kunstharz 12 kann eine Farbselektion des reflektierten Lichtes erfolgen, so dass das reflektierte Licht beispielsweise gelb oder rot erscheint.

Wenngleich in der stark schematisierten Zeichnung von Fig. 3 die Ecken von Prägestempel 8 und Prägeform 9 spitz zulaufen, so sind erfindungsgemäß diese

Ecken tatsächlich gerade nicht spitz zulaufend, sondern mit einem Radius oder sogar verschiedenen Radien abgerundet. Wie nachfolgend noch erläutert wird, ergibt sich dadurch die erfindungsgemäße Besonderheit, dass das dargestellte Reflexionselement 11 für bestimmte Wellenlängenbereiche als Retroreflektor, für bestimmte andere Wellenlängenbereiche als streuender Reflektor arbeitet. Dies ist eine bedeutende Modifikation der bekannten Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen. Der Radius R beträgt typischerweise 20 % der Strukturgröße a, dies bedeutet bei einer Strukturgröße von 10 mm beträgt der Krümmungsradius jeder Ecke 2 mm. Dadurch ergeben sich erfindungsgemäß neuartige Tripelspiegelkonturen, die den bekannten Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen zwar ähnlich sehen, im Detail aber für die hier gestellte Aufgabe signifikante Verbesserungen ergeben. Die neuartige Tripelspiegelkontur ist in Figur 4 gezeigt.

Abgesehen von der Reduktion der punktuell wirkenden Kräfte bei der Umformung durch Reduktion des lateralen Anpressdruckes durch die sphärisch vergrößerte

Anpressfläche und die damit verbundene Materialschonung der Platte 10 während des Umformvorganges ergeben sich die nachfolgend erläuterten Vorteile für das Reflexionsverhalten im Bereich des sichtbaren Lichtes. Dabei sollen als

Voraussetzungen gegeben sein, dass die jeweiligen Spiegelflächen aus metallisch leitendem Material bestehen und Strukturgrößen a von mehr als der doppelten

Wellenlänge der niederfrequentesten noch zu reflektierenden elektromagnetischen Strahlung besitzen. In den nachfolgenden Beispielen wird zur vereinfachten Erklärung der Unterschiede zwischen den jeweiligen Oberflächenstrukturen nur der zweidimensionale Fall von zwei im rechten Winkel zueinander montierten Spiegeln erläutert.

Zunächst wird die Figur 5 betrachtet, um den Stand der Technik zu erläutern. Es ist der Bereich eines Retroreflektors 40 gezeigt, der in der Nähe der Verbindungsstelle zweier zueinander rechtwinklig angeordneter Spiegel 42 und 44 gelegen ist. Es wird beispielhaft eine Strukturgröße a von mindestens 10 mm angenommen, um Interferenzen an den Spiegelrändern zu vermeiden. Ein von einer nicht gezeigten Radaranlage ausgesandter Radarstrahl 14 trifft im gezeigten Beispiel unter einem Winkel von 45° auf den ersten Spiegel 42, wo er gemäß dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) unter einem Winkel von ebenfalls 45° auf den zweiten Spiegel 44 gelenkt wird. Da die Spiegel rechtwinklig zueinander angeordnet sind, trifft der Strahl den zweiten Spiegel 44 unter einem Winkel von 45°, wird erneut um 45° umgelenkt und dann als reflektierter Radarstrahl 15 zur Radaranlage zurück gestrahlt, so dass der Radarstrahl 14 also im Ganzen eine Umlenkung um exakt 180° erfährt.

Genau der gleiche Vorgang lässt sich dem einfallenden Lichtstrahl 16 aus dem Scheinwerfer zuordnen. Der Lichtstrahl 16 wird ebenfalls um 180° umgelenkt und mit einem geringen örtlichen Versatz als reflektierter Lichtstrahl 17 exakt zum Scheinwerfer zurück gestrahlt. Ohne die bereits oben erwähnten Maßnahmen würde der Fahrer eines Fahrzeuges, an dem der Scheinwerfer montiert ist, den reflektierten Lichtstrahl 17 nicht erkennen können, da sich die Augen des Fahrers je nach Fahrzeug typischerweise zwischen etwa 50 und 100 cm oberhalb der

Scheinwerfer befinden. Daher können Spiegel mit den bekannten Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen für

Reflektoren im Straßenverkehr nicht verwendet werden. Die erfindungsgemäße Struktur gemäß Figur 4 ermöglicht jedoch genau dies, wie nachfolgend erläutert wird. Die Figur 6 erläutert den signifikanten Unterschied zu den bekannten Strukturen.

Bei einem Radius R von typischerweise 20 % der Strukturgröße a, beträgt somit bei einer Strukturgröße von 10 mm der Krümmungsradius jeder Ecke 2 mm. Es hat sich gezeigt, dass für derzeit im Straßenverkehr verwendete Radaranlagen

Strukturgrößen im Bereich von bis zu etwa 25 mm, vorzugsweise etwa 22 mm, sehr gute Ergebnisse bringen.

Wie in Fig. 6 schematisiert verdeutlicht, trifft ein von einer nicht gezeigten

Radaranlage ausgesandter Radarstrahl 14 auf eine gekrümmt verlaufende

Reflexionsstruktur 46 und wird an den planaren metallischen Oberflächen dieser Struktur ähnlich wie in Fig. 5 zweimal so umgelenkt, so dass er als um 180° umgelenkter reflektierter Radarstrahl 15 wieder zurück zur Radaranlage gelangt.

Bei einer typischen Wellenlänge von 4 mm ist ein Krümmungsradius von 2 mm für eine intensive Wechselwirkung mit dem einfallenden Radarstrahl zu gering, so dass ein Reflektor mit der Struktur 46 für Radarstrahlen als Retroreflektor wirkt. Ein einfallender Lichtstrahl 16 besitzt jedoch eine signifikant geringere Wellenlänge im

Bereich von etwa 0,00038 mm bis etwa 0,0007 mm für den vom menschlichen Auge erkennbaren Bereich. Daher folgt der einfallende Lichtstrahl 16 der gekrümmten Kontur im sphärischen Teil der Reflexionsstruktur 46 und wird je nach Auftreffpunkt anders reflektiert, weil innerhalb der halbkugeligen Krümmung mit dem Radius R die jeweils lokale Spiegelungsachse von plus 45° über 0° bis hin zu minus 45° variiert. In der Fig. 6 ist ein Beispiel gegeben, wie ein einfallender Lichtstrahl 16 reflektiert wird. Auf diese Weise kann ein Teil des auf den Reflektor einfallenden Lichtstrahls 16 als reflektierter Lichtstrahl 17 das Auge des Fahrers erreichen.

Je nach relativer Position des Auges zum Reflektor sieht der Betrachter einen mäßig hellen Punkt und bei Bewegung einen Ring um das Zentrum der sphärischen Senke. Diese Lichterscheinung findet jedoch in jeder einzelnen Senke dieser verbesserten Struktur statt und lässt in einiger Entfernung somit die gesamte Fläche aufleuchten. Der Fahrer sieht also einen hell erleuchteten Reflektor, weil ein

Teil des Scheinwerferlichtes durch die sphärischen Senken so umgelenkt wird, dass die so modifizierte Struktur das vom Scheinwerfer ausgehende Licht in den gesamten Halbraum vor dem Reflektor reflektiert. In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines z.B. gemäß Fig. 3 erzeugten, in seiner

Gesamtheit mit 48 bezeichneten Reflektors gezeigt, der ein in einem Kunstharz 50 eingegossenes Reflexionselement 52 sowie zwei Halterungen 18 umfasst. Wie durch die Doppelpfeile S angedeutet, ist der Reflektor 48 beidseitig benutzbar, wirkt also von zwei Seiten als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereiches, insbesondere für Licht, und als Retroreflektor für elektromagnetische Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereiches, insbesondere also für Radarwellen. Zusätzliche Streueffekte und eine Farbgebung reflektierten Lichts lassen sich durch zusätzliche Partikel im Kunstharz 50 des Reflektors 48 ermöglichen. Die Figur 8 dient der weiteren Verdeutlichung des Unterschiedes zu bereits bekannten Reflektoren. Ein in Kunstharz 50 eingegossenes geprägtes

Reflexionselement 52 ist mit einer Halterung 18 an einem zu markierenden Objekt befestigt. Ein Fahrer nähert sich in seinem Fahrzeug diesem Objekt.

Das Fahrzeug besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel verschiedene an sich bekannte Fahrerassistenzsysteme, insbesondere durch das elektronische Gerät 19 angedeutete Assistenzsysteme, die nach dem Radarprinzip arbeiten, also ein mikrowellenbasiertes Radarsystem wie Nahbereichsradar (SSR - Short Range Radar), ein Fernbereichsradar (LRR - Long Range Radar) und optisch basierte

Radarsysteme (LI DAR - Light Detection and Ranging, LADAR - Laser Detection and Ranging). Alle diese Systeme besitzen unmittelbar lokal benachbarte Sende- und Empfangsvorrichtungen. Daher ist für einen optimalen Betrieb dieser

Fahrerassistenzsysteme erforderlich, dass ein Retroreflektor die von diesen elektronischen Geräten 19 ausgesendeten Energien möglichst exakt an genau die gleiche Stelle zurück reflektiert, von der sie ausgesendet worden sind. Dies ist in Figur 8 veranschaulicht. Für eine Mikrowellenradaranlage wird der einfallende Radarstrahl 14 an den metallenen Oberflächen des Reflexionselementes 52 exakt so reflektiert, dass der reflektierte Radarstrahl 15 an nahezu der gleichen

Ausgangsstelle wieder zum elektronischen Gerät 19 zurück kommt. Durch die auch optisch wirkende Verspiegelung der Oberfläche des Reflektors 13 gelten die optischen Gesetze auch für Wellenlängen vom Infrarotbereich bis herauf zum ultravioletten Bereich. Damit sind die Bedingungen für die Rückstrahlung auch für LI DAR- bzw. LADAR-Geräte erfüllt, wenngleich ein Teil der eingestrahlten Energie aufgrund der sphärischen Senken in der Oberflächenstruktur des

Reflexionselementes 52 durch teilweise breitwinkelige Abstrahlung an den

Empfangsanlagen vorbei gelenkt wird.

Das Fahrzeug umfasst bei diesem Beispiel ferner Fahrerassistenzsysteme, die auf streubildauswertenden optischen Verfahren beruhen. Tagsüber dient der

Sonnenschein zur Beleuchtung der Umgebung und es gibt keine Probleme bei der Identifikation. Erst bei Dunkelheit müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Dazu wird bei Dunkelheit die nähere Umgebung durch Scheinwerfer 20 beleuchtet. Durch ein Kamerasystem 21 wird das Umgebungsbild insgesamt abgetastet und ausgewertet. Zur Kennzeichnung der Präsenz des markierten Objektes genügt eine lediglich teilweise Reflexion des von einem Scheinwerfer 20 erzeugten Lichtstrahls, weil sonst das zur Auswertung des Umgebungsbildes verwendete Kamerasysteme 21 übersteuert und damit geblendet würde, wenn der auf das Reflexionselement 52 einfallende Lichtstrahl 16 in voller Stärke als reflektierter Lichtstrahl 17 zur Kamera 21 gespiegelt würde. Durch die spezielle

Formgebung erfüllt das Reflexionselement 52 als einzelnes Bauteil auch hierzu bereits sämtliche Erfordernisse. Die vorteilhafte streuende Reflexion bewirkt zudem, dass ein Teil des Lichtes wie durch die Linie 17' angedeutet auch zu den Augen des Fahrers gestreut reflektiert wird, so dass das mit dem Reflektor versehene Objekt auch von ihm leicht bemerkt werden kann.

In der Fig. 9 sind stark schematisiert Schritte zur Herstellung eines

Reflexionselementes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. In einer Vorrichtung zur thermoplastischen Formgebung wird mittels eines

Formstempels 22 mit einer Kraft P eine thermoplastische Granulatmischung 24 auf den Boden eines Formbehälters 23 gepresst. Sowohl der Formstempel 22 als auch der Boden des Formbehälters 23 besitzen als zu formende Kontur modifizierte Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben worden sind. Auch in der Figur 9 ist die

dreidimensionale Formstruktur zur Vereinfachung der Zeichnung lediglich als eindimensionale dreieckförmige Linie symbolisiert. Es handelt sich um exakt die gleiche Struktur wie bereits oben beschrieben worden ist, also eine Struktur mit teilweise sphärisch abgerundeten vorstehenden Ecken und Senken. Die

Granulatmischung wird in dem Formbehälter 23 erhitzt und schmilzt. Durch eine geringfügige Kraft P wird der Formstempel 22 soweit in die geschmolzene

Granulatmischung 24 gepresst, dass sich keine Luftblasen mehr im Zwischenraum zwischen dem Formstempel 22 und dem Formbehälter 23 befinden. Dadurch wird die gewünschte Struktur auf die geschmolzene Granulatmischung 24 übertragen. Nun wird die ganze Anordnung abgekühlt und das erstarrte thermoplastische

Material 25 bildet eine mit einer Reflexionsstruktur versehene Platte, die die gleiche strukturelle Oberfläche wie das Reflexionselement 11 gemäß Figur 3 und Figur 4 aufweist. Mittels einer Bedampfungsvorrichtung oder Sputteranlage 26 wird die erstarrte Platte mit einer spiegelnden und metallisch leitenden Schicht überzogen. Dadurch erhält das so geformte thermoplastische Reflexionselement 27 die gleichen gewünschten elektrischen und optischen Eigenschaften, wie das zuvor

beschriebene geprägte Reflexionselement 11. In der Regel kann auf eine

Versiegelung durch ein Kunstharz 12 wie im Zusammenhang mit Figur 3 erläutert worden ist verzichtet werden, weil die spiegelnden Oberflächen nicht durch Prägung sondern durch Bedampfung bzw. durch Sputtern entstanden sind. Allerdings ist ein zusätzlicher Schutz gegen Korrosion durch ein Kunstharz vorteilhaft.

Eine weitere Alternative zur Herstellung kombinierter Rückstrahler völlig ohne jegliches Metall wird in der Figur 10 gezeigt. Dabei werden keramische Materialien geformt, insbesondere Materialien wie Aluminiumoxidkeramiken oder, mit ähnlich guten Hochfrequenzeigenschaften, Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken (LTCC - Low Temperature Cofired Ceramics). Diese LTCCs sind zur Herstellung von

Schaltungen auf der Basis von gesinterten Keramikträgern bekannt, wobei mit Sintertemperaturen von typischerweise 900 °C gearbeitet wird. Sie erlauben eine Formgebung möglich wie in Figur 10 schematisch dargestellt. Ein Stempel 28 besitzt eine völlig planare Pressfläche. Ein Behälter 29 besitzt auf seinem Boden eine dem Stand der Technik entsprechende Perkin-Elmer-Pyramiden-Strukturen ohne abgerundete Ecken. Im Behälter 29 befindet sich das LTCC-Rohmaterial 30.

Durch die Kraft P wird der Stempel 28 auf das LTCC-Rohmaterial gepresst, welches dadurch die gewünschte Form annimmt. Die ganze Anordnung wird erhitzt und dadurch wird das LTCC-Rohmaterial gesintert. Nach der Abkühlung verbleibt eine Keramikscheibe 31 , die ein Reflexionselement im Sinne der Erfindung bildet, mit einer Perkin-Elmer-Pyramiden-Struktur bei einer Strukturgröße a von wenigstens 10 mm auf der Unterseite und einer völlig planaren Oberseite. Durch einen solchen Herstellungsprozess kann ein Retroreflektor für Mikrowellen hergestellt werden, der analog zu den bekannten optisch wirksamen

Retroreflektoren ohne eine Metallisierung lediglich aufgrund der Totalreflexion beim Übergang der elektromagnetischen Welle an der Grenzfläche vom elektrisch dreimal so dichten Medium der Keramik zur Luft hin ergibt. Um damit einen kombinierten Rückstrahler sowohl für optische Lichtstrahlen als auch für Radarstrahlen aufzubauen sind jedoch zwei Reflektoren notwendig, die gemäß Figur 11 angeordnet sind.

Die Figur 11 zeigt eine Keramikscheibe 31 mit einer Perkin-Elmer-Pyramiden- Struktur mit einer Strukturgröße a von wenigstens 10 mm. Darüber befindet sich eine Kunststoffscheibe 32 mit einer Perkin-Elmer-Pyramiden-Struktur mit einer Strukturgröße a von wenigstens 2 mm.

Wird für die Kunststoffscheibe 32 eine größere Strukturgröße a von 4 mm, 6 mm und mehr gewählt, so eignet sich dieser kombinierte Rückstrahler auch sehr gut als

Retroreflektor für sowohl Radarstrahlen als auch infrarote Lidarstrahlen, welche beide möglichst exakt wieder in die aussendende Quelle zurück reflektiert werden sollen. Wird hingegen für die Kunststoffscheibe 32 eine modifizierte Perkin-Elmer-

Pyramiden-Struktur gemäß Figur 4 verwendet, dann treten auch dort die für optische Rückstrahler erwünschten Streueffekte des Scheinwerferlichtes auf und der so zusammengesetzte Rückstrahler, bestehend aus einer Keramikscheibe 31 und einer darüber angeordneten Kunststoffscheibe 32 bilden dann zusammen einen Reflektor mit unterschiedlichem Streuverhalten, je nachdem, ob sie mit einem

Radargerät oder mit einem Scheinwerfer beleuchtet werden.

Beide Scheiben sind wie in Figur 11 gezeigt angeordnet und arbeiten nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion. Sie befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse 33. Eine Reflexion S kann bei dieser Anordnung jedoch nur von einer

Seite stattfinden.

Soll eine Reflexion S beidseitig stattfinden, so muss die Anordnung mit einer doppelten Anzahl der soeben beschriebenen Reflektoren ausgestattet werden. Insgesamt vier Reflektorscheiben sind gemäß Figur 12 in einem Gehäuse 33 befestigt und ermöglichen so eine Reflexion S nach beiden Seiten.

Erfindungsgemäße beidseitig je nach Wellenlänge der eintreffenden

elektromagnetischen Welle streuend oder retroreflektierend wirkende Reflektoren eignen sich als Speichenreflektoren 34, wie sie beispielsweise bei Fahrrädern verwendet werden. Die Figur 13 zeigt ein solchermaßen ausgestattetes Fahrrad. Zusätzlich sind erfindungsgemäße, wenigstens einseitig wellenlängenabhängig streuend oder retroreflektierend wirkende Reflektoren 35 und 36 an der Front- und Heckseite des Fahrrads angeordnet. Ein solchermaßen ausgestattetes Fahrrad ist von einem Fahrerassistenzsystem auch unter widrigsten Umständen sicher zu erkennen. Insbesondere für autonom gesteuerte Fahrzeuge ist eine solche

Maßnahme zur Erhöhung der Verkehrssicherheit sinnvoll. Eine weitere Möglichkeit ist das Anbringen von kombinierten Reflektoren an der Kleidung. Ein Fußgänger mit einem kombinierten Rückstrahler wie in Figur 14 gezeigt, ist für ein elektronisches Fahrerassistenzsystem unübersehbar.

Die Figuren 15 und 16 sind schematische Skizzen zur Erläuterung einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei der nur die sog. inneren Ecken, das heißt die in Einstrahlrichtung am Boden eines von drei im wesentlichen quadratischen Flächen gebildeten Tripelspiegels vorhandenen Senken, die oben beschriebene starke

Rundung aufweisen.

Während in den Figuren 3 und 9 zunächst ein einheitlicher Radius R sowohl für die der zur beabsichtigten Reflexion S zugewandt liegenden Erhebungen, die sog. äußeren Ecken oder Spitzen, als auch für die der zur beabsichtigten Reflexion S abgewandt liegenden sphärischen Senken (den sog. inneren Ecken) dargestellt worden ist, zeigt die Fig. 15, dass es grundsätzlich möglich ist, unterschiedliche Krümmungsradien zu verwenden. In der Fig. 15 ist schematisch ein Querschnitt durch einen Abschnitt einer strukturiert geformten Thermoplastik gemäß dem in Fig. 9 skizzierten

Herstellungsverfahren vor dem Prozess der Verspiegelung gezeigt. Es sind zwei unterschiedliche Radien R1 und R2 zu erkennen. Die unterschiedlichen Radien erlauben es, die Strukturgröße a zu optimieren, d.h. sie bei insgesamt möglichst flachem Aufbau des Reflektors und bei Erhalt der optischen Streueigenschaften, möglichst groß zu gestalten. Dazu wird der Radius R1 , bei dem es sich um den Krümmungsradius der zur beabsichtigten Reflexion S abgewandt liegenden sphärischen Senke handelt, wie bereits oben erwähnt hinreichend groß gewählt, so dass ein genügend großer Anteil des vom Scheinwerfer ausgestrahlten Lichtkegels streuend reflektiert wird, während der Radius R2, bei dem es sich um die Krümmung der zur beabsichtigten Reflexion S zugewandt liegenden Erhebung handelt, sehr klein gewählt werden kann, da er nur sehr unwesentlich zur Streuung des Scheinwerferlichtes beiträgt. Falls erforderlich, kann gegebenenfalls der Radius R1 etwas vergrößert werden, damit der vom Radius R2 anteilige Beitrag dadurch ausgeglichen wird.

Wird der Radius R2 verschwindend klein gewählt, so erhält die Struktur das in der Figur 16 gezeigte Oberflächenprofil. Die zur beabsichtigten Reflexion S zugewandt liegenden Erhebungen bilden dann spitz zulaufende Kegelstrukturen mit maximaler Fläche für Reflexion der von den Fahrerassistenzsystemen ausgehenden

Abstrahlungen.

Die Verwendung unterschiedlicher Krümmungsradien für die Senken und

Erhebungen erlaubt es vorteilhaft, die zur Retroreflexion von Radarwellen wirksame Fläche zu maximieren, ohne die Gesamtgröße des Reflektors merklich zu verändern und ohne die gewünschte streuende Reflexion von Licht nachteilig zu verschlechtern. Wie sich aus der vorliegenden Offenbarung ergibt, erlaubt es eine geeignete Wahl der Krümmungsradien der Senken und Spitzen, die

Reflexionscharakteristik des Reflektors je nach den benötigten Gegebenheiten einzustellen. Wie dargelegt, ist die für die typische Anwendung im Straßenverkehr die Reflexionscharakteristik so gewählt, dass der Reflektor Radarwellen im

Wesentlichen retroreflektiert, Licht dagegen streuend reflektiert. Es sind jedoch andere Anwendungen denkbar, bei denen durch Modifikation der Strukturgröße und der Krümmungsradien andere Wellenlängenbereiche retroreflektiert bzw. streuend reflektiert werden. Dabei ist, wie sich aus der vorliegenden Beschreibung ergibt, der

Übergang von retroreflektierend zu streuend wellenlängenabhängig kontinuierlich.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1 autonom gesteuertes Fahrzeug

2 unaufmerksamer Fußgänger

3 Fahrradfahrer

4 Passanten

5 eilige Personen ungepflegtes Gebüsch

kultivierte Hecke

Prägestempel

Prägeform

Platte

Reflexionselement

Kunstharz

Reflektor

einfallender Radarstrahl

reflektierter Radarstrahl

einfallender Lichtstrahl

reflektierter Lichtstrahl

' reflektierter Lichtstrahl

Halterung

elektronisches Gerät

Scheinwerfer

Kamera

Formstempel

Formbehälter

Granulatmischung

erstarrtes thermoplastisches Material Sputteranlage

thermoplastischer Reflektor

Stempel

Behälter

LTCC-Rohmaterial

Keramikscheibe

Kunststoffscheibe

gemeinsames Gehäuse

Speichenreflektor

Frontalrückstrahler

Rückstrahler

Retroreflektor

erster Spiegel

zweiter Spiegel 46 Reflexionsstruktur

48 Reflektor

50 Kunststoff

52 Reflexionselement a Strukturgröße

P Kraft

R Radius

R1 innerer Radius

R2 äußerer Radius

S Strahl/Reflexion

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Reflektor zum Reflektieren einfallender elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor als Retroreflektor für

elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs und als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet ist.

2. Reflektor zum Reflektieren einfallender elektromagnetischer Wellen, umfassend wenigstens ein Reflexionselement, dadurch gekennzeichnet, dass das

Reflexionselement eine wellenlängenabhängige Reflexionscharakteristik derart aufweist, dass der Raumwinkel der bewirkten Rückstrahlung mit abnehmender Wellenlänge kontinuierlich zunimmt.

3. Reflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Reflexionselement einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retroreflektiert und einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen in einem zweiten Wellenlängenbereich streuend reflektiert.

4. Reflektor nach einem der Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen von Radarwellen umfasst und der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen infraroten bis ultravioletten Lichts, insbesondere sichtbaren Lichts, umfasst.

5. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dass der Reflektor wenigstens ein Reflexionselement umfasst, das auf wenigstens einer Seite mit einer Reflexionsstruktur mit einer Vielzahl von zur Retroreflexion von

elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Radarbereich ausgebildeten Tripelspiegeln versehen ist.

6. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tripelspiegel von im Wesentlichen quadratischen Flächen gebildet werden, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel abgerundet sind.

7. Reflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tripelspiegel zumindest bestimmte innere Ecken mit einem größeren Krümmungsradius abgerundet sind als die äußeren Ecken.

8. Reflektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundeten Ecken, insbesondere die abgerundeten inneren Ecken, einen Krümmungsradius aufweisen, der im Bereich von etwa 10 bis 30 %, vorzugsweise etwa 15 bis 25 %, insbesondere etwa 20 % der Seitenlänge der quadratischen Flächen liegt.

9. Reflektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Ecken einen anderen Krümmungsradius, insbesondere einen größeren Krümmungsradius als die äußeren Ecken aufweisen.

10. Reflektor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die quadratischen Flächen eine Seitenlänge von etwa 2 bis 32 mm, vorzugsweise etwa 8 bis 24 mm besitzen.

11. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Reflexionselement auf zwei einander

gegenüberliegenden Seiten mit jeweils einer Reflexionsstruktur versehen ist.

12. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Reflexionselement aus einer superelastischen

Metalllegierung besteht.

13. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Reflexionselement kunststoff ummantelt ist.

14. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein und dasselbe Reflexionselement sowohl zur Retroflexion einfallender elektromagnetischer Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs als auch als streuender Reflektor für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet ist.

15. Reflektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das

Reflexionselement monolithisch, als einheitliche, nicht trennbare Einheit ausgeführt ist.

16. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Reflexionselement aus einem thermoplastischen

Kunststoff besteht, der zumindest auf seiner mit der Reflexionsstruktur versehenen Seite mit einer metallischen Schicht versehen ist.

17. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, genau ein Reflexionselement vorgesehen ist.

18. Reflektor nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Reflexionselement

- aus einem Keramikmaterial besteht,

auf seiner der Seite mit der Reflexionsstruktur gegenüberliegenden Seite im Wesentlichen plan ist und

dazu ausgebildet ist, von der planen Seite eintretende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Radarbereich nach dem Prinzip der inneren

Totalreflexion zu retroreflektieren.

19. Reflektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor ein zweites Reflexionselement umfasst, das aus Kunststoff besteht, auf einer ersten Seite im Wesentlichen plan oder mit einer Fresnel-Struktur versehen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite mit einer

Reflexionsstruktur derart versehen ist, dass von der ersten Seite eintretende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich sichtbaren Lichts nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion streuend reflektiert werden.

20. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen mit

Wellenlängen im Bereich infraroten bis ultravioletten Lichts, insbesondere sichtbaren Lichts, in einem Streukegel mit einem Öffnungswinkel von etwa 20 bis 60°, vorzugsweise etwa 35 bis 45°, insbesondere etwa 40° zu reflektieren.

21. Verfahren zur Herstellung eines Reflektors für elektromagnetische Wellen, umfassend Herstellen eines Reflexionselementes durch Einprägen einer

Reflexionsstruktur in eine zuvor erwärmte Platte aus einer superelastischen Metalllegierung, wobei die Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen quadratischen Flächen umfasst, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel derart abgerundet sind, dass auf die Reflexionsstruktur einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retroreflektiert werden und Wellen mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs streuend reflektiert werden.

22. Verfahren zur Herstellung eines Reflektors für elektromagnetische Wellen, umfassend Herstellen eines Reflexionselementes durch Formgießen einer Platte mit einer Reflexionsstruktur aus thermoplastischem Kunststoff und Beschichten zumindest der Reflexionsstruktur mit einer metallischen Schicht, wobei die

Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen

quadratischen Flächen umfasst, wobei zumindest bestimmte innere und/oder äußere Ecken der Spiegel derart abgerundet sind, dass auf die mit der metallischen Schicht versehene Reflexionsstruktur einfallende elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen eines ersten Wellenlängenbereichs retroreflektiert werden und Wellen mit Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs streuend reflektiert werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, ferner umfassend den Schritt des Eingießens des Reflexionselementes in eine Schutzumhüllung aus transluzentem Kunststoff.

24. Verfahren zur Herstellung eines Reflexionselementes für

elektromagnetische Wellen, umfassend Sintern einer Platte mit einer

Reflexionsstruktur aus keramischem Material in einer Sinterform, wobei die Reflexionsstruktur eine Vielzahl von Tripelspiegeln aus im Wesentlichen

quadratischen Flächen umfasst und die Platte auf ihrer der Seite mit der

25. Verwendung einer Platte aus superelastischem Metall zur Herstellung eines Reflexionselements für einen Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15.