DE102017205265A1

DE102017205265A1 - Sensor device, system and method for detecting a measured variable

Info

Publication number: DE102017205265A1
Application number: DE102017205265.1A
Authority: DE
Inventors: Uwe Wostradowski; Roland Mueller-Fiedler; Robert Roelver
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-10-04
Also published as: FR3064752A1; FR3064752B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1000). Die Sensorvorrichtung (1000) weist einen Kristallkörper (100) mit zumindest einer Fehlstelle auf. Ferner weist die Sensorvorrichtung (1000) eine Lichtquelle (1030) zum Bestrahlen des Kristallkörpers (100) mit Anregungslicht auf. Die Sensorvorrichtung (1000) weist auch eine Hochfrequenzeinrichtung (1040) zum Beaufschlagen des Kristallkörpers (100) mit einem Hochfrequenzsignal auf. Zudem weist die Sensorvorrichtung (1000) eine Detektionseinrichtung (1050) zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines hochfrequenzsignalabhängigen und magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper (100) ansprechend auf das Anregungslicht auf. Die Sensorvorrichtung (1000) weist überdies ein erstes Substrat (1010) und ein zweites Substrat (1020) auf. Dabei ist zumindest die Lichtquelle (1030) in und/oder an dem ersten Substrat (1010) angeordnet. Zumindest die Detektionseinrichtung (1050) ist in und/oder an dem zweiten Substrat (1020) angeordnet. Der Kristallkörper (100) und die Hochfrequenzeinrichtung (1040) sind in und/oder an dem ersten Substrat (1010) oder dem zweiten Substrat (1020) angeordnet. Das erste Substrat (1010) und das zweite Substrat (1020) sind miteinander verbunden.

The invention relates to a sensor device (1000). The sensor device (1000) has a crystal body (100) with at least one defect. Furthermore, the sensor device (1000) has a light source (1030) for irradiating the crystal body (100) with excitation light. The sensor device (1000) also has a high-frequency device (1040) for applying a high-frequency signal to the crystal body (100). In addition, the sensor device (1000) has a detection device (1050) for detecting at least one signal characteristic of a high-frequency signal-dependent and magnetic field-dependent fluorescence signal from the crystal body (100) in response to the excitation light. The sensor device (1000) further comprises a first substrate (1010) and a second substrate (1020). In this case, at least the light source (1030) is arranged in and / or on the first substrate (1010). At least the detection device (1050) is arranged in and / or on the second substrate (1020). The crystal body (100) and the high-frequency device (1040) are arranged in and / or on the first substrate (1010) or the second substrate (1020). The first substrate (1010) and the second substrate (1020) are connected together.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.

Beispielsweise können Stickstoff-Fehlstellen in einem Diamantgitter, auch als NV-Zentren (NV = Nitrogen Vacancy) bezeichnet, auf dem Gebiet der Sensorik angewandt werden. Durch Anregung der NV-Zentren mit Licht und Mikrowellenstrahlung kann eine magnetfeldabhängige Fluoreszenz derselben beobachtet werden.For example, nitrogen defects in a diamond lattice, also referred to as NV centers (NV = Nitrogen Vacancy), can be applied in the field of sensor technology. By exciting the NV centers with light and microwave radiation, a magnetic field-dependent fluorescence of the same can be observed.

Die DE 37 42 878 A1 beschreibt einen optischen Magnetfeldsensor, in dem ein Kristall als magnetempfindliches optisches Bauteil verwendet wird.The DE 37 42 878 A1 describes an optical magnetic field sensor in which a crystal is used as the magnetic-sensitive optical component.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Sensorvorrichtung, ein System, ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, welches das Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a sensor device, a system, a method, furthermore a control device, which uses the method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Gemäß Ausführungsformen können unter Ausnutzung von Kristallkörper-Fehlstellen bzw. Kristallgitter-Fehlstellen insbesondere Magnetfelder oder Hochfrequenzsignale gemessen werden. Beispielsweise können gemäß Ausführungsformen Magnetfeldsensoren und Mikrowellensensoren für Fahrerassistenzsysteme oder dergleichen bereitgestellt werden. Solche Sensoren können zur Messung extrem schwacher Magnetfelder oder Mikrowellenfelder genutzt werden.According to embodiments, in particular magnetic fields or high-frequency signals can be measured by utilizing crystal body defects or crystal lattice defects. For example, according to embodiments, magnetic field sensors and microwave sensors may be provided for driver assistance systems or the like. Such sensors can be used to measure extremely weak magnetic fields or microwave fields.

Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine genaue und berührungslose Messung bzw. Erfassung von Messgrößen unabhängig von Witterungsbedingungen, beispielsweise Lichtverhältnissen, Regen, Nebel oder dergleichen, in Gestalt von Mikrowellensensoren und Magnetfeldsensoren basierend auf Farbzentren bzw. Fehlstellen in Kristallgittern ermöglicht werden. Insbesondere mittels einer Sensorvorrichtung basierend auf Farbzentren in Diamant oder Siliziumcarbid (SiC) können Mikrowellenfelder wie auch Magnetfelder exakt gemessen werden. So können beispielsweise mit farbzentrenbasierten bzw. fehlstellenbasierten Sensorvorrichtungen im Hinblick auf Magnetfelder Empfindlichkeiten von bis zu 1 pT erreicht werden. Da es sich Radiometrie-Sensoren handelt, können absichtliche Emissionen verhindert werden, ein was das Inverkehrbringen und eine Inbetriebnahme solcher Sensoren beispielsweise gegenüber Radar oder dergleichen vereinfachen kann. Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Sensortechnologie besteht unter anderem darin, dass im Hinblick auf Magnetfelder auch bei starken Feldern, beispielsweise bis in den Tesla-Bereich, noch kleinste Änderungen im Pico-Tesla-Bereich detektiert werden können, was einen zuverlässigen und exakten Betrieb auch bei der einer Anwesenheit von hohen Störfeldern ermöglicht.Advantageously, according to embodiments, in particular an accurate and non-contact measurement or detection of variables regardless of weather conditions, such as light conditions, rain, fog or the like, in the form of microwave sensors and magnetic field sensors based on color centers or defects in crystal lattices are made possible. In particular, by means of a sensor device based on color centers in diamond or silicon carbide (SiC) microwave fields as well as magnetic fields can be measured accurately. For example, with color-center-based or defect-based sensor devices with respect to magnetic fields, sensitivities of up to 1 pT can be achieved. Being radiometric sensors, intentional emissions may be prevented, which may facilitate the placing on the market and commissioning of such sensors, for example, radar or the like. Another advantage of the presented sensor technology is that even with strong fields, for example up to the Tesla range, even the smallest changes in the Pico-Tesla range can be detected with regard to magnetic fields, resulting in reliable and exact operation which allows a presence of high interference fields.

Es wird eine Sensorvorrichtung vorgestellt, die zumindest folgende Merkmale aufweist:

einen Kristallkörper mit zumindest einer Fehlstelle;
eine Lichtquelle zum Bestrahlen des Kristallkörpers mit Anregungslicht;
eine Hochfrequenzeinrichtung zum Beaufschlagen des Kristallkörpers mit einem Hochfrequenzsignal;
eine Detektionseinrichtung zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines hochfrequenzsignalabhängigen und magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper ansprechend auf das Anregungslicht;
ein erstes Substrat, wobei zumindest die Lichtquelle in und/oder an dem ersten Substrat angeordnet ist; und
ein zweites Substrat, wobei zumindest die Detektionseinrichtung in und/oder an dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei der Kristallkörper und die Hochfrequenzeinrichtung in und/oder an dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat angeordnet sind, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbunden sind.

A sensor device is presented which has at least the following features:

a crystal body having at least one defect;
a light source for irradiating the crystal body with excitation light;
a high-frequency device for applying a high-frequency signal to the crystal body;
detection means for detecting at least one signal characteristic of a high-frequency-signal-dependent and magnetic-field-dependent fluorescent signal from the crystal body in response to the excitation light;
a first substrate, wherein at least the light source is disposed in and / or on the first substrate; and
a second substrate, wherein at least the detection device is arranged in and / or on the second substrate, wherein the crystal body and the high-frequency device are arranged in and / or on the first substrate or the second substrate, wherein the first substrate and the second substrate are interconnected are.

Die Sensorvorrichtung kann ausgebildet sein, um eine Messgröße zu erfassen. Die Messgröße kann beispielsweise ein externes Magnetfeld, ein Hochfrequenzsignal ein elektrischer Strom, eine Temperatur, eine mechanische Spannung, ein Druck und zusätzlich oder alternativ eine andere Messgröße sein. Der Kristallkörper kann beispielsweise Diamant, Siliziumcarbid (SiC) oder hexagonales Bornitrid (h-BN) sein. Eine Fehlstelle kann beispielsweise eine Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamant, eine Silizium-Fehlstelle in Siliziumcarbid oder ein Fehlstellen-Farbzentrum in hexagonalem Bornitrid sein. Anders ausgedrückt kann eine Fehlstelle eine Gitterfehlstelle bzw. Fehlstelle in einer Gitterstruktur des Kristallkörpers sein. Die Detektionseinrichtung kann ausgebildet sein, um die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper optisch und zusätzlich oder alternativ elektrisch zu erfassen. Die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper kann eine Lichtintensität sein. Somit kann die Detektionseinrichtung ausgebildet sein, um die zumindest eine Signaleigenschaft mittels einer optischen Auswertung über eine Intensität des Fluoreszenzsignals oder mittels einer elektrischen Auswertung über eine sogenannte Photocurrent Detection of Magnetic Resonance (PDMR) zu detektieren. Das Hochfrequenzsignal kann ein Mikrowellensignal oder anderes Hochfrequenzsignal sein. Das erste Substrat und das zweite Substrat können in einem miteinander verbundenen Zustand eine monolithisch integrierte Baugruppe eine gekapselte Baugruppe oder dergleichen repräsentieren. Das erste Substrat und das zweite Substrat können stoffschlüssig miteinander verbunden sein.The sensor device can be designed to detect a measured variable. The measured variable can be, for example, an external magnetic field, a high-frequency signal, an electrical current, a temperature, a mechanical stress, a pressure, and additionally or alternatively another measured variable. The crystal body may be, for example, diamond, silicon carbide (SiC) or hexagonal boron nitride (h-BN). For example, a defect may be a nitrogen defect in a diamond, a silicon defect in silicon carbide, or a vacancy color center in hexagonal boron nitride. In other words, a defect may be a lattice defect in a lattice structure of the crystal body. The detection device can be designed to optically and additionally or alternatively electrically to the at least one signal property of the fluorescence signal from the crystal body to capture. The at least one signal property of the fluorescence signal from the crystal body may be a light intensity. Thus, the detection device can be designed to detect the at least one signal property by means of an optical evaluation via an intensity of the fluorescence signal or by means of an electrical evaluation via a so-called Photocurrent Detection of Magnetic Resonance (PDMR). The high frequency signal may be a microwave signal or other high frequency signal. The first substrate and the second substrate may, in an interconnected state, represent a monolithically integrated package, an encapsulated package, or the like. The first substrate and the second substrate may be bonded together in a material-locking manner.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensorvorrichtung eine Magnetisierungseinrichtung zum Erzeugen eines Referenzmagnetfeldes aufweisen. Das Referenzmagnetfeld kann eine vordefinierte Eigenschaft aufweisen. Dabei kann durch das Referenzmagnetfeld die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals beeinflussbar sein. An die Magnetisierungseinrichtung kann ein Magnetfeldsignal anlegbar sein. Das Magnetfeldsignal kann ein Gleichstromsignal oder ein Wechselstromsignal repräsentieren. Die vordefinierte Eigenschaft des Referenzmagnetfeldes kann eine vordefinierte Variation einer magnetischen Feldstärke repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch das Referenzmagnetfeld eine Erfassung einer Messgröße vereinfacht und genauer gemacht werden kann sowie eine Kalibrierung der Sensorvorrichtung ermöglicht werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann durch das angelegte Referenzmagnetfeld eine Erfassung eines Hochfrequenzsignals als Messgröße ermöglicht werden.According to one embodiment, the sensor device may have a magnetization device for generating a reference magnetic field. The reference magnetic field may have a predefined property. In this case, the at least one signal property of the fluorescence signal can be influenced by the reference magnetic field. A magnetic field signal can be applied to the magnetization device. The magnetic field signal may represent a DC signal or an AC signal. The predefined property of the reference magnetic field may represent a predefined variation of a magnetic field strength. Such an embodiment offers the advantage that a detection of a measured variable can be simplified and made more accurate by the reference magnetic field, and a calibration of the sensor device can be made possible. In addition or as an alternative, detection of a high-frequency signal as a measured variable can be made possible by the applied reference magnetic field.

Auch kann die Sensorvorrichtung eine optische Filtereinrichtung zwischen dem Kristallkörper und der Detektionseinrichtung aufweisen. Hierbei kann die Filtereinrichtung ausgebildet sein, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung durchzulassen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Detektieren der zumindest einen Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals einfacher, genauer und zuverlässiger erfolgen kann.The sensor device may also have an optical filter device between the crystal body and the detection device. In this case, the filter device can be designed to filter out excitation light and to transmit the fluorescence signal to the detection device. Such an embodiment offers the advantage that the detection of the at least one signal property of the fluorescence signal can be made simpler, more accurate and more reliable.

Es wird ferner ein System zum Erfassen einer Messgröße vorgestellt, wobei das System zumindest folgende Merkmale aufweist:

zumindest ein Exemplar einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung; und
eine Ausführungsform eines nachfolgend genannten Steuergerätes, wobei das Steuergerät signalübertragungsfähig mit der zumindest einen Sensorvorrichtung verbindbar oder verbunden ist.

A system for detecting a measured variable is also presented, wherein the system has at least the following features:

at least one example of an embodiment of the aforementioned sensor device; and
an embodiment of a control unit mentioned below, wherein the control unit is connected to the at least one sensor device connectable or connected signal transmitting capability.

Bei dem System kann somit zumindest ein Exemplar einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung eingesetzt oder verwendet werden, um in Verbindung mit einer Ausführungsform eines nachfolgend genannten Steuergerätes eine Messgröße zu erfassen. Das System kann ein Assistenzsystem eines Fahrzeugs repräsentieren oder einem Assistenzsystem eines Fahrzeugs zugeordnet sein.In the system, at least one example of an embodiment of the above-mentioned sensor device can thus be used or used in order to detect a measured variable in conjunction with an embodiment of a control device mentioned below. The system may represent an assistance system of a vehicle or be associated with an assistance system of a vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform kann das System auch eine Empfangsantenne zum Empfangen des Hochfrequenzsignals von einer Umgebung der Sensorvorrichtung oder des Systems aufweisen. Hierbei kann die Hochfrequenzeinrichtung signalübertragungsfähig mit der Empfangsantenne verbindbar oder verbunden sein. Dabei kann die Hochfrequenzeinrichtung als eine Einkopplungsantenne zum Einkoppeln des empfangenen Hochfrequenzsignals in den Kristallkörper ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein externes Hochfrequenzsignal als Messgröße erfasst werden kann und somit ein das Hochfrequenzsignal emittierendes Objekt erkannt werden kann.In one embodiment, the system may also include a receive antenna for receiving the radio frequency signal from an environment of the sensor device or the system. In this case, the radio-frequency device can be connected or connected to the receiving antenna in a signal-transmitting manner. In this case, the high-frequency device can be designed as a coupling-in antenna for coupling the received high-frequency signal into the crystal body. Such an embodiment has the advantage that an external high-frequency signal can be detected as a measured variable and thus an object emitting the high-frequency signal can be detected.

Ferner kann das System eine Verstärkereinrichtung zum Verstärken des empfangenen Hochfrequenzsignals aufweisen. Dabei kann die Verstärkereinrichtung signalübertragungsfähig zwischen die Empfangsantenne und die Hochfrequenzeinrichtung schaltbar oder geschaltet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch sehr schwache externe Hochfrequenzsignale mittels der zumindest einen Sensorvorrichtung ausgewertet werden können.Further, the system may include amplifier means for amplifying the received radio frequency signal. In this case, the amplifier device signal transmission capability between the receiving antenna and the high-frequency device can be switched or switched. Such an embodiment offers the advantage that even very weak external high-frequency signals can be evaluated by means of the at least one sensor device.

Hierbei kann die Empfangsantenne als eine Richtantenne zum Empfangen des Hochfrequenzsignals aus zumindest einer vordefinierten Raumrichtung ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die Einschränkung eines Empfangsbereichs der Empfangsantenne bereits vorab eine geografische bzw. richtungsmäßige oder örtliche Vorauswahl von möglichen Positionen von Signalquellen vorgenommen werden kann.In this case, the receiving antenna can be designed as a directional antenna for receiving the high-frequency signal from at least one predefined spatial direction. Such an embodiment offers the advantage that a geographical or directional or local pre-selection of possible positions of signal sources can be carried out beforehand by restricting a receiving range of the receiving antenna.

Es wird auch ein Verfahren zum Erfassen einer Messgröße vorgestellt, wobei das Verfahren in Verbindung mit zumindest einem Exemplar einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung oder einer Ausführungsform des vorstehend genannten Systems ausführbar ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:

Bestrahlen des Kristallkörpers mit Anregungslicht;
Beaufschlagen des Kristallkörpers mit dem Hochfrequenzsignal, wobei eine Frequenz des Hochfrequenzsignals variiert wird, oder mit einem Referenzmagnetfeld, wobei eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds variiert wird;
Auswerten des hochfrequenzsignalabhängigen und magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper ansprechend auf das Anregungslicht, das Referenzmagnetfeld und zusätzlich oder alternativ das Hochfrequenzsignal, um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und zusätzlich oder alternativ zumindest eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals eine vordefinierte Bedingung erfüllt; und
Bestimmen der Messgröße unter Verwendung der zumindest einen Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und zusätzlich oder alternativ der zumindest einen Feldstärke des Referenzmagnetfelds.

A method for detecting a measured variable is also presented, the method being used in conjunction with at least one example of an embodiment of the abovementioned sensor device or an embodiment of the present invention executable system, the method comprising at least the following steps:

Irradiating the crystal body with excitation light;
Subjecting the crystal body to the high-frequency signal, wherein a frequency of the high-frequency signal is varied, or to a reference magnetic field, wherein a field strength of the reference magnetic field is varied;
Evaluating the high frequency signal dependent and magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in response to the excitation light, the reference magnetic field and additionally or alternatively the high frequency signal to determine at least one excitation frequency of the high frequency signal and additionally or alternatively at least one field strength of the reference magnetic field at least one detected signal characteristic of the fluorescence signal predefined condition met; and
Determining the measured variable using the at least one excitation frequency of the high-frequency signal and additionally or alternatively the at least one field strength of the reference magnetic field.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren auch einen Schritt des Vergleichens von mittels einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen bestimmten Messgrößen aufweisen, um einen Gradienten der Messgrößen zwischen der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen festzustellen, um eine Position einer Quelle eines externen Magnetfelds und zusätzlich oder alternativ des Hochfrequenzsignals relativ zu der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen zu ermitteln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache, zuverlässige und von Umgebungsbedingungen unabhängige Positionsbestimmung einer Magnetfeldquelle oder Signalquelle realisiert werden kann, insbesondere im Sinne einer Vektormagnetometrie.According to an embodiment, the method may also comprise a step of comparing measured quantities determined by a plurality of sensor devices to determine a gradient of the measured quantities between the plurality of sensor devices, a position of a source of an external magnetic field and additionally or alternatively the high-frequency signal relative to the To determine a plurality of sensor devices. Such an embodiment has the advantage that a simple, reliable and independent of environmental conditions position determination of a magnetic field source or signal source can be realized, in particular in the sense of a vector magnetometry.

Ferner können im Schritt des Auswertens Korrelationsdaten hergeleitet werden. Hierbei können die Korrelationsdaten eine Korrelation zwischen einer Ausrichtung der zumindest einen Fehlstelle relativ zu mindestens einer Kristallachse des Kristallkörpers und der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und zusätzlich oder alternativ der zumindest einen ermittelten Feldstärke des Referenzmagnetfelds repräsentieren. Dabei kann im Schritt des Bestimmens die Messgröße unter Verwendung der Korrelationsdaten bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass aufgrund einer Ausrichtung von Fehlstellen entlang der Kristallachse im Kristallkörper über eine Verschiebung von zu diesen Kristallachsen gehörenden bzw. in Korrelation stehenden Fluoreszenzsignalmerkmalen beispielsweise auch insbesondere eine Richtung eines externen Magnetfelds bestimmt werden kann.Furthermore, correlation data can be derived in the step of the evaluation. In this case, the correlation data may represent a correlation between an orientation of the at least one defect relative to at least one crystal axis of the crystal body and the at least one determined excitation frequency of the radio-frequency signal and additionally or alternatively the at least one determined field strength of the reference magnetic field. In this case, in the step of determining the measured variable can be determined using the correlation data. Such an embodiment offers the advantage that, due to an alignment of defects along the crystal axis in the crystal body, a direction of an external magnetic field can also be determined, for example, in particular by a displacement of fluorescence signal features belonging to or correlated with these crystal axes.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des hier vorgestellten Verfahrens zum Erfassen in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit which is designed to carry out, to control or to implement the steps of the method presented here for detecting in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM, eine optische Speichereinheit oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM, an optical storage unit or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung zumindest einer Sensorvorrichtung oder Sensorvorrichtungseinheit, genauer gesagt der Lichtquelle, der Detektionseinrichtung und der Hochfrequenzeinrichtung sowie optional der Magnetisierungseinrichtung einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise zumindest auf das Fluoreszenzsignal von der Detektionseinrichtung zugreifen. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Lichtquelle, die Magnetisierungseinrichtung und zusätzlich oder alternativ die Hochfrequenzeinrichtung mittels Steuersignalen anzusteuern. In an advantageous embodiment, the control unit performs a control of at least one sensor device or sensor device unit, more precisely the light source, the detection device and the high-frequency device and optionally the magnetization device of an embodiment of the aforementioned sensor device. For this purpose, the control unit can, for example, at least access the fluorescence signal from the detection device. The control unit can be designed to control the light source, the magnetization device and additionally or alternatively the high-frequency device by means of control signals.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer, einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer, a control device or a device.

Es wird zudem eine Verwendung zumindest einer gemäß einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens erfassten Messgröße zum Ansteuern mindestens eines Assistenzsystems eines Fahrzeugs vorgestellt.In addition, a use of at least one measured variable registered according to an embodiment of the aforementioned method for driving at least one assistance system of a vehicle is presented.

Somit kann unter Verwendung zumindest einer gemäß einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens erfassten Messgröße erreicht werden, dass ein Fahrerassistenzsystem unabhängig von Radar, Kamera, Ultraschall, Lidar oder dergleichen andere Verkehrsteilnehmer oder Objekte erkennen und so auch bei schlechten Witterungs- und Lichtverhältnissen insbesondere hochautomatisiertes Fahren sicherer machen und Gefahrensituationen zuverlässiger erkennen kann.Thus, using at least one measured variable determined according to one embodiment of the aforementioned method, it is possible for a driver assistance system to recognize other road users or objects independently of radar, camera, ultrasound, lidar or the like, thus making safer, in particular highly automated, driving even in poor weather and light conditions and can recognize dangerous situations more reliably.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamantgitter;
2 bis 7 Energieschemata und Diagramme zu Fluoreszenzeigenschaften gemäß Ausführungsbeispielen;
8 eine schematische Darstellung einer Ausrichtung einer Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamantgitter;
9 ein Mikrowellenfrequenz-Fluoreszenz-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Fahrzeuganwendung;
12 ein Ablaufdiagramm einer Vektormagnetometrie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine schematische Darstellung einer Mikrowellenspektroskopie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine schematische Darstellung einer Mikrowellenspektroskopie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erfassen einer Messgröße gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel

Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 a schematic representation of a nitrogen defect in a diamond lattice;
2 to 7 Energy schemes and diagrams of fluorescence properties according to embodiments;
8th a schematic representation of an alignment of a nitrogen defect in a diamond lattice;
9 a microwave frequency fluorescence diagram according to an embodiment;
10 a schematic sectional view of a sensor device according to an embodiment;
11 a schematic representation of a plurality of sensor devices according to an embodiment in a vehicle application;
12 a flow chart of a vector magnetometry according to an embodiment;
13 a schematic representation of a microwave spectroscopy according to an embodiment;
14 a schematic representation of a microwave spectroscopy according to an embodiment;
15 a schematic representation of a system for detecting a measured variable according to an embodiment; and
16 a flowchart of a method for detecting according to an embodiment

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Ferner werden nachfolgend Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft anhand von Stickstoff-Fehlstellen in einem Diamantgitter bzw. Diamant beschrieben.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted. Furthermore, exemplary embodiments are described below by way of example only with reference to nitrogen defects in a diamond lattice or diamond.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stickstoff-Fehlstelle 105 in einem Diamantgitter 100 bzw. Diamant 100. Die Stickstoff-Fehlstelle 105 kann auch als ein Nitrogen-Vacancy-Zentrum 105 bzw. NV-Zentrum 105 bezeichnet werden. Ein Kohlenstoffatom ist hierbei durch ein Stickstoff-Atom 110 ersetzt, wobei ein direkt benachbartes Kohlenstoff-Atom im Diamantgitter 100 fehlt und sich somit die Stickstoff-Fehlstelle 105 ergibt. 1 shows a schematic representation of a nitrogen defect 105 in a diamond lattice 100 or diamond 100 , The nitrogen defect 105 can also act as a nitrogen vacancy center 105 or NV center 105 be designated. A carbon atom is here by a nitrogen atom 110 replaced, with a directly adjacent carbon atom in the diamond lattice 100 is missing and thus the nitrogen defect 105 results.

2 bis 7 zeigen Energieschemata und Diagramme zu Fluoreszenzeigenschaften gemäß Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigt 2 ein Energieschema 200 ohne Hochfrequenzsignalanregung bzw. Mikrowellenanregung und ohne Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, ein Fluoreszenzsignal 220 und drei Zustände ³A, ³E und ¹A sowie jeweilige von Elektronen besetzbare Energieniveaus m_S=0 und m_S=±1 für die Zustände³A und ³E Elektronen dargestellt sind. 2 to 7 show energy schemes and diagrams to fluorescence properties according to embodiments. This shows 2 an energy scheme 200 without high-frequency signal excitation or microwave excitation and without magnetic field excitation, excitation light hv 210, a fluorescence signal 220 and three states ³ A, ³ E, and ¹ A, and respective electron-occupy energy levels m _S = 0 and m _S = ± 1 for states ³ A and ³ E electrons.

3 zeigt ein Diagramm 300 zu dem Energieschema aus 2. In dem Diagramm 300 ist an der Abszissenachse 302 beispielhaft eine Mikrowellenfrequenz in Megahertz bzw. MHz oder Gigahertz bzw. Ghz aufgetragen und ist an der Ordinatenachse 304 eine Fluoreszenz in beliebigen Einheiten aufgetragen, wobei ein zur Ordinatenachse 304 paralleler Pfeil 306 ein ansteigendes Magnetfeld B symbolisiert. Ferner sind in 3 beispielhaft vier Kennlinien bzw. Graphen 310, 312, 314 und 316 dargestellt, die einen Fluoreszenzverlauf für unterschiedlich starke Magnetfelder repräsentieren. Ein erster Graph 310 repräsentiert ein Magnetfeld mit der Stärke 0, B=0; ein zweiter Graph 312 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 2,8 mT; ein dritter Graph 314 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 5,8 mT; ein vierter Graph 360 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 8,3 mT. Minima einer Fluoreszenz sind lediglich beispielhaft für den zweiten Graphen 312 mit ω₁ und ω₂ bezeichnet. Eine Markierung 320 auf dem ersten Graphen 310 repräsentiert den Sachverhalt aus dem Energieschema von 2, d. h. ohne Magnetfeld (B=0) und ohne Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz f≠2,9GHz. 3 shows a diagram 300 to the energy scheme 2 , In the diagram 300 is at the abscissa axis 302 for example, a microwave frequency in megahertz or MHz or gigahertz or Ghz and is plotted on the ordinate axis 304 a fluorescence is plotted in arbitrary units, one to the ordinate axis 304 parallel arrow 306 a rising magnetic field B symbolizes. Furthermore, in 3 four characteristic curves or graphs, for example 310 . 312 . 314 and 316 represented, which represent a fluorescence course for different strength magnetic fields. A first graph 310 represents a magnetic field with the strength 0 , B = 0; a second graph 312 represents, for example, a magnetic field with the magnitude of 2.8 mT; a third graph 314 represents, for example, a magnetic field with the magnitude of 5.8 mT; a fourth graph 360 For example, it represents a magnetic field of 8.3 mT. Minima of fluorescence are merely exemplary of the second graph 312 denoted by ω ₁ and ω ₂ . A mark 320 on the first graph 310 represents the facts from the energy scheme of 2, d , H. without magnetic field (B = 0) and without microwave excitation or a microwave frequency f ≠ 2.9 GHz.

4 zeigt ein Energieschema 400 mit Mikrowellenanregung und ohne Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, ein Hochfrequenzsignal 430 bzw. Mikrowellenstrahlung 430 und drei Zustände ³A, ³E und ¹A sowie jeweilige Energieniveaus m_S=0 und m_S=±1 für die Zustände³A und ³E hinsichtlich Elektronen dargestellt sind. 4 shows a power scheme 400 with microwave excitation and without magnetic field excitation, where excitation light hv 210, a high frequency signal 430 or microwave radiation 430 and three states ³ A, ³ E and ¹ A and respective energy levels m _S = 0 and m _S = ± 1 for the states ³ A and ³ E are represented with respect to electrons.

5 zeigt ein Diagramm 500 zu dem Energieschema aus 4. Das Diagramm 500 in 5 entspricht hierbei dem Diagramm aus 3 mit Ausnahme dessen, dass eine Markierung 520 auf dem ersten Graphen 310 den Sachverhalt aus dem Energieschema von 4 repräsentiert, d. h. ohne Magnetfeld (B=0) und mit Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz f=2,9GHz. Die Markierung 520 ist hierbei in einem Bereich eines Minimums bzw. Fluoreszenzminimums des ersten Graphen 310 angeordnet. 5 shows a diagram 500 to the energy scheme 4 , The diagram 500 in 5 corresponds to the diagram 3 except that a mark 520 on the first graph 310 the facts from the energy scheme of 4 represents, ie without magnetic field (B = 0) and with microwave excitation or a microwave frequency f = 2.9 GHz. The mark 520 is here in a range of a minimum or minimum fluorescence of the first graph 310 arranged.

6 zeigt ein Energieschema 600 mit Mikrowellenanregung und mit Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, Mikrowellenstrahlung 430 und drei Zustände ³A, ³E und ¹A sowie jeweilige Energieniveaus m_S=0 und m_S=±1 für die Zustände³A und ³E hinsichtlich Elektronen dargestellt sind. Somit weisen die Zustände ³E hier ein weiteres Energieniveau bzw. zwei getrennte Energieniveaus ms=+1 und ms=-1 auf. 6 shows a power scheme 600 with microwave excitation and with magnetic field excitation, excitation light hv 210, microwave radiation 430 and three states ³ A, ³ E and ¹ A and respective energy levels m _S = 0 and m _S = ± 1 for the states ³ A and ³ E are represented with respect to electrons. Thus, states ³ E here have another energy level or two separate energy levels ms = + 1 and ms = -1.

7 zeigt ein Diagramm 700 zu dem Energieschema aus 6. Das Diagramm 700 in 7 entspricht hierbei dem Diagramm aus 3 bzw. 5 mit Ausnahme dessen, dass zwei Markierungen 720 und 725 auf dem zweiten Graphen 312 den Sachverhalt aus dem Energieschema von 6 repräsentieren, d. h. mit einem Magnetfeld (B≠0) und mit variabler Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz. Die Markierungen 720 und 725 sind jeweils in einem Bereich jeweils eines Minimums bzw. Fluoreszenzminimums des zweiten Graphen 312 angeordnet. Beispielsweise ist eine erste Markierung 720 im Bereich eines ersten Minimums ω₁ angeordnet und ist eine zweite Markierung 725 im Bereich eines zweiten Minimums ω₂ angeordnet. 7 shows a diagram 700 to the energy scheme 6 , The diagram 700 in 7 corresponds to the diagram 3 respectively. 5 except that two marks 720 and 725 on the second graph 312 the facts from the energy scheme of 6 represent, ie with a magnetic field (B ≠ 0) and with variable microwave excitation or a microwave frequency. The marks 720 and 725 are each in a range of a minimum or minimum fluorescence of the second graph 312 arranged. For example, a first mark 720 arranged in the region of a first minimum ω ₁ and is a second mark 725 arranged in the region of a second minimum ω ₂ .

Unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 sind mit anderen Worten und zusammenfassend ausgedrückt Energieschemata und Diagramme hinsichtlich einer Funktionsweise einer Magnetfeldmessung über eine Fluoreszenzmessung bei zusätzlicher Mikrowellenanregung bzw. ein Beispiel für eine Messung von Magnetfeldern gezeigt. Stickstoff-Fehlstellen in Diamant weisen das in dem in 2 dargestellten Diagramm bzw. Energieschema 200 gezeigte Energiespektrum bei Raumtemperatur auf. Im Normalzustand, d. h. ohne Mikrowellen und ohne Magnetfeld, zeigt eine Stickstoff-Fehlstelle bei optischer Anregung eine Fluoreszenz im roten Wellenlängenbereich bzw. bei einer Wellenlänge von 630 nm. Strahlt man zusätzlich zu der optischen Anregung durch das Anregungslicht 210 noch Mikrowellenstrahlung 430 bzw. das Hochfrequenzsignal 430 ein, kommt es bei 2,88 GHz zu einem Einbruch der Fluoreszenz, da die Elektronen in diesem Fall von dem Niveau m_S=±1 des Zustandes ³A auf das Niveau m_S=±1 des Zustandes ³E gehoben werden und von dort nichtstrahlend rekombinieren. Bei einem externen Magnetfeld kommt es zu einer Aufspaltung des Niveaus m_S=±1 (Zeeman-Splitting) und es zeigen sich bei Auftragung der Fluoreszenz über die Frequenz der Mikrowellenanregung zwei Minima, beispielsweise w₁ und w₂ oder ω₁ und ω₂, im Fluoreszenzspektrum, deren Frequenzabstand proportional zur magnetischen Feldstärke B ist. Eine Magnetfeldsensitivität wird dabei durch eine minimal auflösbare Frequenzverschiebung definiert und kann bis 1 pT/√Hz erreichen.With reference to the 2 to 7 In other words and in summary terms, energy schemes and diagrams are shown for operation of a magnetic field measurement via a fluorescence measurement with additional microwave excitation or an example of a measurement of magnetic fields. Nitrogen defects in diamond exhibit this in the 2 represented diagram or energy scheme 200 shown energy spectrum at room temperature. In the normal state, ie without microwaves and without a magnetic field, a nitrogen defect exhibits optical fluorescence in the red wavelength range or at a wavelength of 630 nm in the case of optical excitation. In addition to the optical excitation, radiation by the excitation light radiates 210 still microwave radiation 430 or the high-frequency signal 430 At 2,88 GHz, the fluorescence drops, since in this case the electrons are lifted from the level m _S = ± 1 of the state ³ A to the level m _S = ± 1 of the state ³ E and from there non-radiative recombine. In the case of an external magnetic field, there is a splitting of the level m _S = ± 1 (Zeeman splitting) and two minima, for example w ₁ and w ₂ or ω ₁ and ω ₂ , are shown when fluorescence is plotted over the frequency of the microwave excitation. in the fluorescence spectrum whose frequency spacing is proportional to the magnetic field strength B. A magnetic field sensitivity is defined by a minimum resolvable frequency shift and can reach up to 1 pT / √Hz.

Dieses Verfahren wird auch als ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance; optisch detektiert Magnetresonanz) bezeichnet. Hierbei kommt es bei Übereinstimmung der Mikrowellenfrequenz mit dem Energieabstand zwischen dem Zustand ³A ms=0 und dem Niveau m_S=±1 zu einem Einbruch der Fluoreszenz. Bei externem Magnetfeld spaltet das Niveau m_S=±1 auf und es existieren zwei definierte Mikrowellenfrequenzen, bei denen die Fluoreszenz abnimmt bzw. Minima vorliegen. Der Frequenzabstand ist dabei proportional zum Magnetfeld B.This method is also referred to as ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance). In this case, if the microwave frequency coincides with the energy gap between the state ³ A ms = 0 and the level m _S = ± 1, the fluorescence will break. With an external magnetic field, the level splits m _S = ± 1 and there are two defined microwave frequencies at which the fluorescence decreases or minima are present. The frequency spacing is proportional to the magnetic field B.

Ein ähnlicher Effekt tritt in Silizium-Vakanz-Zentren bzw. SiV-Zentren in Siliziumcarbid (SiC) auf. Auch hier ist eine Zeeman-Aufspaltung einzelner, quantisierter Energieniveaus durch Änderungen in der Fluoreszenz bei bestimmten eingestrahlten Mikrowellenfrequenzen detektierbar. Da der Fluoreszenzunterschied bei SiV-Zentren in SiC zwischen resonanten, mikrowelleninduzierten Übergängen geringer als bei NV-Zentren in Diamant ist, wird die Zahl an der Messung beteiligten Defektzentren N im Vergleich zu NV-Zentren erhöht (die Sensitivität steigt mit √(N) an), um mit SiV-Zentren in SiC ähnlich gute Magnetfeldsensitivitäten wie mit NV-Zentren zu erreichen.A similar effect occurs in silicon vacancy centers or SiV centers in silicon carbide (SiC). Again, a Zeeman splitting of individual, quantized energy levels by changes in the fluorescence at certain irradiated microwave frequencies detectable. Since the fluorescence difference at SiV centers in SiC is lower between resonant, microwave-induced transitions than at NV centers in diamond, the number of defect centers N involved in the measurement is increased compared to NV centers (the sensitivity increases with √ (N) ) with SiV centers in SiC to achieve similar magnetic field sensitivities as with NV centers.

Neben den hier dargestellten beispielhaften Farbzentren bzw. Fehlstellen-Vakanz-Zentren können auch andere Farbzentren in SiC, Diamant oder Bornitrid insbesondere zur Magnetfeldmessung über den Zeeman-Effekt genutzt werden.In addition to the exemplary color centers or vacancy vacancy centers shown here, other color centers in SiC, diamond or boron nitride can be used in particular for measuring the magnetic field via the Zeeman effect.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausrichtung einer Stickstoff-Fehlstelle 105 in einem Diamantgitter 100. Dabei entspricht oder ähnelt das Diamantgitter 100 dem Diamantgitter aus 1. In der Darstellung von 8 sind lediglich beispielhaft vier mögliche Ausrichtungen der Stickstoff-Fehlstelle 105 entlang jeweils einer von vier Kristallachsen 801, 802, 803 und 804 ausgehend von dem Stickstoff-Atom 110 veranschaulicht. So kann die Stickstoff-Fehlstelle 105 von dem Stickstoff-Atom 110 aus betrachtet entlang einer ersten Kristallachse 801, entlang einer zweiten Kristallachse 802, entlang einer dritten Kristallachse 803 oder entlang einer vierten Kristallachse 804 ausgerichtet sein bzw. angeordnet sein. Ferner ist ein externes Magnetfeld B bzw. dessen Richtung durch einen Pfeil symbolisch dargestellt. 8th shows a schematic representation of an alignment of a nitrogen defect 105 in a diamond lattice 100 , The diamond lattice corresponds or resembles this 100 from the diamond grid 1 , In the presentation of 8th By way of example only, four possible orientations of the nitrogen vacancy are 105 along each one of four crystal axes 801 . 802 . 803 and 804 starting from the nitrogen atom 110 illustrated. So can the nitrogen defect 105 from the nitrogen atom 110 viewed from along a first crystal axis 801 , along a second crystal axis 802 , along a third crystal axis 803 or along a fourth crystal axis 804 be aligned or arranged. Furthermore, an external magnetic field B or its direction is symbolically represented by an arrow.

9 zeigt ein Mikrowellenfrequenz-Fluoreszenz-Diagramm 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem Diagramm 900 ist an der Abszissenachse 302 beispielhaft eine Mikrowellenfrequenz aufgetragen und ist an der Ordinatenachse 304 eine Fluoreszenz in beliebigen Einheiten aufgetragen. Dabei ähnelt das Diagramm 900 einem Teilabschnitt eines der vorstehend beschriebenen Diagramme. Ferner sind in dem Diagramm 900 lediglich beispielhaft vier Paare 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima eingezeichnet. Es besteht eine Korrelation zwischen jedem der Paare 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima und einer möglichen Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle entlang einer der vier Kristallachsen aus 8. Dabei besteht eine Korrelation zwischen einem ersten Paar 901 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der ersten Kristallachse, zwischen einem zweiten Paar 902 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der zweiten Kristallachse, zwischen einem Dritten Paar 903 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der dritten Kristallachse und zwischen einem vierten Paar 904 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der vierten Kristallachse. 9 shows a microwave frequency fluorescence diagram 900 according to an embodiment. In the diagram 900 is at the abscissa axis 302 for example, a microwave frequency is plotted and is on the ordinate axis 304 a fluorescence is applied in arbitrary units. The diagram is similar 900 a subsection of one of the diagrams described above. Further, in the diagram 900 for example only four pairs 901 . 902 . 903 and 904 drawn by fluorescence minima. There is a correlation between each of the pairs 901 . 902 . 903 and 904 of fluorescence minima and possible alignment of the nitrogen vacancy along one of the four crystal axes 8th , There is a correlation between a first pair 901 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the first crystal axis, between a second pair 902 of fluorescence minima and an alignment of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the second crystal axis, between a third pair 903 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the third crystal axis and between a fourth pair 904 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom viewed along the fourth crystal axis.

Unter Bezugnahme auf 8 und 9 sei zusammenfassend angemerkt, dass in einer Kristall-Einheitszelle von Diamant bzw. in dem Diamantgitter 100 die Stickstoff-Fehlstelle 105 vier Möglichkeiten hat, um sich in dem Diamantgitter 100 bzw. Kristallgitter anzuordnen bzw. auszurichten. So kommt es bei Anwesenheit eines gerichteten Magnetfelds dazu, dass die im Kristall vorhandenen NV-Zentren 105 je nach Lage im Kristall 100 unterschiedlich stark auf das äußere Magnetfeld reagieren. Da ein Winkel zwischen Magnetfeldrichtung und jeweiliger Kristallachse 801, 802, 803 und 804 für jede Kristallachse 801, 802, 803 und 804 unterschiedlich ist, kommt es zu unterschiedlich starken Frequenzaufspaltungen in den Stickstoff-Fehlstellen 105, abhängig von der jeweiligen Ausrichtung. Dies führt zu den bis zu vier zusammengehörigen Paaren 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima bzw. Fluoreszenzdips im Fluoreszenzspektrum. Durch Auswertung von Form und Lage der Fluoreszenz-Minima zueinander bzw. von Frequenzabständen für jede Ausrichtung lassen sich Magnetfeldrichtung und der Betrag der magnetischen Feldstärke des externen Magnetfeldes B eindeutig extrahieren.With reference to 8th and 9 In summary, it should be noted that in a crystal unit cell of diamond or in the diamond lattice 100 the nitrogen defect 105 has four ways to get in the diamond grid 100 or to arrange or align the crystal lattice. Thus, in the presence of a directional magnetic field, the NV centers 105 present in the crystal, depending on the position in the crystal 100 react differently to the external magnetic field. As an angle between the magnetic field direction and the respective crystal axis 801 . 802 . 803 and 804 for every crystal axis 801 . 802 . 803 and 804 is different, it comes to different strong frequency splittings in the nitrogen vacancies 105 , depending on the respective orientation. This leads to the up to four matched pairs 901 . 902 . 903 and 904 of fluorescence minima or fluorescence dips in the fluorescence spectrum. By evaluating the shape and position of the fluorescence minima to one another or of frequency distances for each orientation, the magnetic field direction and the magnitude of the magnetic field strength of the external magnetic field B can be unambiguously extracted.

10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sensorvorrichtung 1000 weist ein erstes Substrat 1010, ein zweites Substrat 1020, einen Kristallkörper 100, eine Lichtquelle 1030, eine Hochfrequenzeinrichtung 1040 und eine Detektionseinrichtung 1050 auf. Der Kristallkörper 100 bzw. das Diamantgitter entspricht oder ähnelt dem Kristallkörper bzw. Diamantgitter aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung 1000 ferner eine optische Filtereinrichtung 1060 auf. 10 shows a schematic sectional view of a sensor device 1000 according to an embodiment. The sensor device 1000 has a first substrate 1010 , a second substrate 1020 , a crystal body 100 , a light source 1030 , a high-frequency device 1040 and a detection device 1050 on. The crystal body 100 or the diamond lattice corresponds or resembles the crystal body or diamond lattice of one of the figures described above. According to the in 10 illustrated embodiment, the sensor device 1000 Further, an optical filter device 1060 on.

Das erste Substrat 1010 weist gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 1030 auf. Insbesondere ist die Lichtquelle 1030 in dem ersten Substrat 1010 ausgeformt bzw. angeordnet. Die Lichtquelle 1030 ist ausgebildet, um den Kristallkörper 100 mit Anregungslicht zu bestrahlen. Die Lichtquelle 1030 ist beispielsweise als eine LED (Licht emittierende Diode) oder ein VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser; Oberflächenemitter) ausgeführt. Bei dem ersten Substrat 1010 handelt es sich gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel um einen LED-Wafer, wobei die Lichtquelle 1030 als eine LED ausgeführt ist.The first substrate 1010 according to the in 10 embodiment shown, the light source 1030 on. In particular, the light source 1030 in the first substrate 1010 formed or arranged. The light source 1030 is formed to the crystal body 100 to be irradiated with excitation light. The light source 1030 is embodied, for example, as an LED (light-emitting diode) or a VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser). At the first substrate 1010 is it according to the in 10 illustrated embodiment to an LED wafer, wherein the light source 1030 as an LED is executed.

Das zweite Substrat 1020 weist gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel die Detektionseinrichtung 1050 auf. Dabei ist die Detektionseinrichtung 1050 in dem zweiten Substrat 1020 strukturiert, ausgeformt bzw. angeordnet. Die Detektionseinrichtung 1050 ist ausgebildet, um zumindest eine Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper 100 zu detektieren. Das zweite Substrat 1020 ist beispielsweise aus Silizium ausgeformt. Die Detektionseinrichtung 1050 ist als eine Photodiode, insbesondere eine Silizium-Photodiode ausgeführt. Ferner sind gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel an dem zweiten Substrat 1020 der Kristallkörper 100, die Hochfrequenzeinrichtung 1040 und die optische Filtereinrichtung 1060 angeordnet. The second substrate 1020 according to the in 10 shown embodiment, the detection device 1050 on. In this case, the detection device 1050 in the second substrate 1020 structured, shaped or arranged. The detection device 1050 is designed to at least one signal property of a magnetic field-dependent fluorescence signal from the crystal body 100 to detect. The second substrate 1020 is formed of silicon, for example. The detection device 1050 is designed as a photodiode, in particular a silicon photodiode. Furthermore, according to the in 10 illustrated embodiment of the second substrate 1020 the crystal body 100 , the high-frequency device 1040 and the optical filter device 1060 arranged.

Der Kristallkörper 100 weist zumindest eine Fehlstelle auf. Dabei ist der Kristallkörper 100 gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Diamantgitter ausgeführt und weist zumindest eine Stickstoff-Fehlstelle auf. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 ist ausgebildet, um den Kristallkörper 100 mit einem Hochfrequenzsignal zu beaufschlagen. Die optische Filtereinrichtung 1060 ist ausgebildet, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung 1050 durchzulassen. Die optische Filtereinrichtung 1060 ist hierbei zwischen dem Kristallkörper 100 und der Detektionseinrichtung 1050 angeordnet. Dabei ist die optische Filtereinrichtung 1060 auf die Detektionseinrichtung 1050 aufgebracht, wobei der Kristallkörper 100 auf die optische Filtereinrichtung 1060 aufgebracht ist. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 ist lateral beabstandet zu dem Kristallkörper 100, der optischen Filtereinrichtung 1060 und der Detektionseinrichtung 1050 an dem zweiten Substrat 1020 angeordnet.The crystal body 100 has at least one defect. Here is the crystal body 100 according to the in 10 shown embodiment designed as a diamond lattice and has at least one nitrogen defect. The high-frequency device 1040 is formed to the crystal body 100 to apply a high-frequency signal. The optical filter device 1060 is configured to filter out excitation light and the fluorescence signal to the detection device 1050 pass. The optical filter device 1060 is here between the crystal body 100 and the detection device 1050 arranged. In this case, the optical filter device 1060 on the detection device 1050 applied, wherein the crystal body 100 on the optical filter device 1060 is applied. The high-frequency device 1040 is laterally spaced from the crystal body 100 , the optical filter device 1060 and the detection device 1050 on the second substrate 1020 arranged.

Das erste Substrat 1010 und das zweite Substrat 1020 sind miteinander verbunden. Insbesondere sind das 1010 und das zweite Substrat 1020 stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierbei ist ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle 1030 und dem Kristallkörper 100 angeordnet.The first substrate 1010 and the second substrate 1020 are connected. In particular, the 1010 and the second substrate are 1020 cohesively connected to each other. Here is a gap between the light source 1030 and the crystal body 100 arranged.

Anders ausgedrückt ist die Sensorvorrichtung 1000 als ein monolithisch integrierter Magnetsensor zur Magnetfelderfassung zur berührungslosen Strommessung ausgeführt. Die Lichtquelle 1030 ist als ein LED-Chip oder alternativ ein VCSEL-Laserchip ausgeführt, der auf eine Si-Photodiode als Detektionseinrichtung 1050 gebondet ist. Auf der Detektionseinrichtung 1050 ist die optische Filtereinrichtung 1060 zur Filterung des Anregungslichts angeordnet, darauf eine mit NV-Zentren bzw. Stickstoff-Fehlstellen versetzte Diamantschicht als Kristallkörper 100. Am Rand der Detektionseinrichtung 1050 befindet sich eine Hochfrequenz-Streifenantenne als Hochfrequenzeinrichtung 1040 zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung. 10 zeigt somit eine mögliche Realisierung für die Sensorvorrichtung 1000 als ein monolithisch integriertes Sensorelement basierend auf einem NV-versetzten Diamantkristall als Kristallkörper 100. Zur monolithischen Integration kann das erste Substrat 1010, beispielsweise ein LED-Chip oder VCSEL-Chip, der üblicherweise aus einem III/V-Halbleitermaterial besteht bzw. als ein III/V-Verbindungshalbleiter ausgeführt ist, über Chip-to-Wafer-Bondverfahren oder Chip-to-Chip-Bondverfahren auf das zweite Substrat 1020 gebondet werden, welches die weiteren Elemente der Sensorvorrichtung 1000, d. h. Kristallkörper 100 bzw. Diamantschicht, optische Filtereinrichtung 1060, Detektionseinrichtung 1050 und Hochfrequenzeinrichtung 1040 aufweist. Zur Herstellung der letztgenannten Komponenten kann zunächst die Detektionseinrichtung 1050 in das zweite Substrat 1020 strukturiert werden. Diese weist p-dotierte und n-dotierte Gebiete auf, welche beispielsweise über Ionenimplantation unter Verwendung von Schattenmasken strukturiert werden können. Auf die Detektionseinrichtung 1050 wird dann die optische Filtereinrichtung 1060 bzw. eine optische Filterschicht aufgebracht. Mögliche Ausführungen wären z. B. dielektrische Filter, Microcavities mit semitransparenten Metallspiegeln, Farbstofffilter oder plasmonische Filter. Der Kristallkörper 100 bzw. die NV-dotierte Diamantschicht kann dann als separat hergestelltes Bauteil auf das zweite Substrat 1020 werden alternativ mittels einer integrierten CVD (Chemical Vapour Deposition; chemische Gasphasenabscheidung) einer Diamantschicht abgeschieden werden. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 bzw. Mikrowellenantenne kann als eine metallische Streifenleitung auf dem zweiten Substrat 1020 ausgeführt werden.In other words, the sensor device 1000 designed as a monolithically integrated magnetic sensor for magnetic field detection for non-contact current measurement. The light source 1030 is embodied as an LED chip or, alternatively, a VCSEL laser chip mounted on a Si photodiode as a detection device 1050 is bonded. On the detection device 1050 is the optical filter device 1060 arranged to filter the excitation light, then a with NV centers or nitrogen vacancies offset diamond layer as a crystal body 100 , At the edge of the detection device 1050 is a high-frequency strip antenna as a high-frequency device 1040 for coupling microwave radiation. 10 thus shows a possible realization for the sensor device 1000 as a monolithically integrated sensor element based on a NV offset diamond crystal as a crystal body 100 , For monolithic integration, the first substrate 1010 For example, an LED chip or VCSEL chip, which is usually made of a III / V semiconductor material or is designed as a III / V compound semiconductor, via chip-to-wafer bonding method or chip-to-chip bonding method the second substrate 1020 be bonded, which the other elements of the sensor device 1000 ie crystal bodies 100 or diamond layer, optical filter device 1060 , Detection device 1050 and radio frequency equipment 1040 having. For the production of the latter components, the detection device can first 1050 in the second substrate 1020 be structured. This has p-doped and n-doped regions, which can be patterned, for example, via ion implantation using shadow masks. On the detection device 1050 then becomes the optical filter device 1060 or an optical filter layer applied. Possible embodiments would be z. As dielectric filters, microcavities with semi-transparent metal mirrors, dye filters or plasmonic filters. The crystal body 100 or the NV-doped diamond layer can then as a separately manufactured component on the second substrate 1020 will alternatively be deposited by means of an integrated CVD (Chemical Vapor Deposition) of a diamond layer. The high-frequency device 1040 or microwave antenna can as a metallic stripline on the second substrate 1020 be executed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann Sensorvorrichtung 1000 auch eine Magnetisierungseinrichtung zum Erzeugen eines Referenzmagnetfeldes aufweisen. Hierbei kann das Referenzmagnetfeld eine vordefinierte Eigenschaft aufweisen. Durch das Referenzmagnetfeld ist die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals beeinflussbar. Das Referenzmagnetfeld bzw. die Magnetisierungseinrichtung kann vorgesehen sein, um eine Auswertung von Magnetfeldern zu erleichtern. Die Magnetisierungseinrichtung kann durch eine stromdurchflossene Spule, die beispielsweise in Dünnschicht-Metallisierungstechnik gefertigt ist, oder durch permanentmagnetische Materialien erzeugt bzw. realisiert sein oder werden.According to one embodiment, sensor device 1000 also have a magnetization device for generating a reference magnetic field. In this case, the reference magnetic field may have a predefined property. By the reference magnetic field, the at least one signal property of the fluorescence signal can be influenced. The reference magnetic field or the magnetization device can be provided to facilitate an evaluation of magnetic fields. The magnetization device can be or be produced by a current-carrying coil, which is manufactured, for example, in thin-film metallization technology, or by permanent-magnetic materials.

11 zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Fahrzeuganwendung. Hierbei entsprechen oder ähneln die Sensorvorrichtungen 1000 der Sensorvorrichtung aus 10. 11 sind die Mehrzahl von Sensorvorrichtungen 1000, hier lediglich beispielhaft vier Sensorvorrichtungen 1000, in einem Fahrzeug 1100 angeordnet. Hierbei ist jeweils eine Sensorvorrichtung 1000 an einer von vier Ecken des Fahrzeugs 1100 angeordnet. Somit ist an jeder von vier Ecken des Fahrzeugs 1100 eine Sensorvorrichtung 1000 angeordnet. In 11 ist ferner ein Fremdfahrzeug 1190 gezeigt, von welchem ein Magnetfeld ausgeht, dessen Linien 1195 gleicher oder konstanter Feldstärke ebenfalls in 11 eingezeichnet sind. 11 shows a schematic representation of a plurality of sensor devices 1000 according to an embodiment in a vehicle application. Here, the sensor devices are the same or similar 1000 of the sensor device 10 , 11 are the majority of sensor devices 1000 Here, by way of example only, four sensor devices 1000 in a vehicle 1100 arranged. Here is a respective sensor device 1000 at one of four corners of the vehicle 1100 arranged. Thus, at each of four corners of the vehicle 1100 a sensor device 1000 arranged. In 11 is also a foreign vehicle 1190 shown, from which emanates a magnetic field whose lines 1195 same or constant field strength also in 11 are drawn.

12 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Vektormagnetometrie 1200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vektormagnetometrie 1200 ist hierbei unter Verwendung einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen ausführbar, von denen jede der Sensorvorrichtung aus 10 entspricht oder ähnelt. Anders ausgedrückt ist die Vektormagnetometrie 1200 in Verbindung mit der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen aus 11 oder ähnlichen ausführbar. 12 shows a flow chart of a vector magnetometry 1200 according to an embodiment. The vector magnetometry 1200 is hereby executable using a plurality of sensor devices, each of which is made up of the sensor device 10 corresponds or resembles. In other words, the vector magnetometry 1200 in conjunction with the plurality of sensor devices 11 or similar executable.

Ein erster Block 1210 der Vektormagnetometrie 1200 repräsentiert eine Sensoranzeige der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen. Beispielsweise kann eine erste Sensorvorrichtung an einer ersten Ecke des Fahrzeugs aus 11 als Messgröße ein Magnetfeld von 1 nT erfassen, kann eine zweite Sensorvorrichtung an einer zweiten Ecke des Fahrzeugs aus 11 als Messgröße ein Magnetfeld von 0,92 nT erfassen, kann eine dritte Sensorvorrichtung an einer dritten Ecke des Fahrzeugs aus 11 als Messgröße ein Magnetfeld von 0,9 nT erfassen und kann eine vierte Sensorvorrichtung an einer vierten Ecke des Fahrzeugs aus 11 als Messgröße ein Magnetfeld von 0,88 nT erfassen.A first block 1210 vector magnetometry 1200 represents a sensor indication of the plurality of sensor devices. For example, a first sensor device may be located at a first corner of the vehicle 11 As a measure, capture a magnetic field of 1 nT, a second sensor device at a second corner of the vehicle 11 As a measure, capture a magnetic field of 0.92 nT, a third sensor device at a third corner of the vehicle 11 As a measure, capture a magnetic field of 0.9 nT and can off a fourth sensor device at a fourth corner of the vehicle 11 Measure a magnetic field of 0.88 nT as a measured variable.

Ein zweiter Block 1220 der Vektormagnetometrie 1200 repräsentiert eine Berechnung von Gradienten zwischen den Sensorvorrichtungen bzw. Messgrößen der Sensorvorrichtungen. Ein dritter Block 1230 der Vektormagnetometrie 1200 repräsentiert eine Rückrechnung auf einen Magnetfeldursprung bzw. eine Quelle des Magnetfeldes. Ein vierter Block 1240 der Vektormagnetometrie 1200 repräsentiert eine Bestimmung dahin gehend, dass die Quelle des Magnetfeldes, hier das Landfahrzeug aus 11, bei bestimmten Koordinaten angeordnet ist, beispielsweise x: 0 m, y: 8 m relativ zu dem Fahrzeug mit den Sensorvorrichtungen, unter Verwendung derer die Vektormagnetometrie 1200 ausgeführt wird.A second block 1220 vector magnetometry 1200 represents a calculation of gradients between the sensor devices or measured quantities of the sensor devices. A third block 1230 vector magnetometry 1200 represents a recalculation to a magnetic field origin or a source of the magnetic field. A fourth block 1240 vector magnetometry 1200 represents a determination that the source of the magnetic field, here the land vehicle 11 is located at certain coordinates, for example, x: 0 m, y: 8 m relative to the vehicle with the sensor devices using vector magnetometry 1200 is performed.

Unter Bezugnahme insbesondere auf die 11 und 12 sei angemerkt, dass eine Vektormagnetometrie 1200 beispielsweise auch mit anderen genannten Farbzentren in SiC möglich ist. Durch die Vektormagnetometrie 1200 an mehreren örtlich voneinander getrennten Punkten in dem Fahrzeug 1100 können die an den verschiedenen Messpunkten gemessenen Felder miteinander verglichen werden und über die Erfassung des Magnetfeldgradienten auf die Position einer im Umfeld des Fahrzeuges 1100 befindlichen Magnetfeldquelle, hier das Fremdfahrzeug 1190, geschlossen werden.With particular reference to the 11 and 12 It should be noted that a vector magnetometry 1200 For example, with other named color centers in SiC is possible. Through the vector magnetometry 1200 at several locally separated points in the vehicle 1100 For example, the fields measured at the various measuring points can be compared with one another and, via the detection of the magnetic field gradient, the position of one in the surroundings of the vehicle 1100 located magnetic field source, here the other vehicle 1190 , getting closed.

Durch Umkehrung des vorstehend erläuterten Messprinzips lässt sich eine Mikrowellenspektroskopie durchführen und wiederum durch mehrere als Mikrowellensensoren ausgeführte Sensorvorrichtungen in einem Fahrzeug eine Ortung von Mikrowellenquellen realisieren, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die 13 und 14 dargestellt ist.By reversing the measurement principle explained above, a microwave spectroscopy can be carried out and, in turn, by means of a plurality of sensor devices in a vehicle implemented as microwave sensors, realize a location of microwave sources, as described below with reference to FIGS 13 and 14 is shown.

13 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrowellenspektroskopie gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei sind mehrere isoliert arbeitende NV-Sensoren bzw. Sensorvorrichtungen 1000 in einem makroskopischen Magnetfeldgradienten verteilt angeordnet. Eine abnehmende Feldstärke eines von einer symbolisch dargestellten Magnetfeldquelle bzw. Magnetisierungseinrichtung 1370 ausgehenden Magnetfeldes ist ebenfalls symbolisch durch ein Diagramm veranschaulicht, in dem eine Feldstärke B über einem Abstand x von der Magnetisierungseinrichtung 1370 aufgetragen ist. Die Feldstärke B sinkt mit zunehmendem Abstand x. Die Sensorvorrichtungen 1000 sind hierbei durch Energieschemata repräsentiert, welche den Energieschemata aus einer der 2, 4 bzw. 6 ähneln. In den Energieschemata sind jeweils Anregungslicht 210 sowie zwei Hochfrequenzsignale 430 bzw. Mikrowellensignale 430 eingezeichnet. 13 shows a schematic representation of a microwave spectroscopy according to an embodiment. Here are several isolated operating NV sensors or sensor devices 1000 arranged distributed in a macroscopic magnetic field gradient. A decreasing field strength of one of a symbolically represented magnetic field source or magnetization device 1370 outgoing magnetic field is also symbolically illustrated by a diagram in which a field strength B over a distance x from the magnetizing device 1370 is applied. The field strength B decreases with increasing distance x. The sensor devices 1000 are here represented by energy schemes, which the energy schemes from one of 2 . 4 or 6 are similar. In the energy schemes are each excitation light 210 and two high frequency signals 430 or microwave signals 430 located.

Die Sensorvorrichtungen 1000 sind in unterschiedlichen Abständen von der Magnetisierungseinrichtung 1370 angeordnet. Eine erste Sensorvorrichtung 1000 ist in einem ersten Abstand von der Magnetisierungsseinsrichtung 1370 angeordnet, wobei eine zweite Sensorvorrichtung 1000 in einem zweiten Abstand von der Magnetisierungseinrichtung 1370 angeordnet ist, wobei eine dritte Sensorvorrichtung 1000 in einem dritten Abstand von der Magnetisierungseinrichtung 1370 angeordnet ist. Hierbei ist der zweite Abstand größer als der erste Abstand und kleiner als der dritte Abstand.The sensor devices 1000 are at different distances from the magnetizer 1370 arranged. A first sensor device 1000 is at a first distance from the magnetization device 1370 arranged, wherein a second sensor device 1000 at a second distance from the magnetizing device 1370 is arranged, wherein a third sensor device 1000 at a third distance from the magnetizer 1370 is arranged. Here, the second distance is greater than the first distance and smaller than the third distance.

An jede der Sensorvorrichtung 1000 sind beispielsweise zwei Hochfrequenzsignale 430 bzw. Mikrowellensignale 430 angelegt. Die an die erste Sensorvorrichtung 1000 angelegten Mikrowellensignale 430 können beispielsweise Frequenzen von 2 Gigahertz und 4 Gigahertz aufweisen, wobei die an die zweite Sensorvorrichtung 1000 angelegten Mikrowellensignale 430 beispielsweise Frequenzen von 2,5 Gigahertz und 3,5 Gigahertz aufweisen können, wobei die an die dritte Sensorvorrichtung 1000 angelegten Mikrowellensignale 430 beispielsweise Frequenzen von 2,7 Gigahertz und 2,9 Gigahertz aufweisen können.To each of the sensor devices 1000 are for example two high frequency signals 430 or microwave signals 430 created. The to the first sensor device 1000 applied microwave signals 430 For example, frequencies may be 2 gigahertz and 4 gigahertz, with the second sensor device being at frequencies of 2 gigahertz 1000 applied microwave signals 430 For example, frequencies of 2.5 gigahertz and 3.5 gigahertz may have, with the third to the sensor device 1000 applied microwave signals 430 For example, frequencies of 2.7 gigahertz and 2.9 gigahertz may have.

14 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrowellenspektroskopie gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei ist eine einzelne Sensorvorrichtung 1000 mit einem Elektromagneten als Magnetisierungseinrichtung 1470 kombiniert, dessen Magnetfeld B(I) über den im Elektromagnet eingeprägten Strom I während einer Messung variiert wird. Die Sensorvorrichtung 1000 ist hierbei durch ein Energieschema repräsentiert, welches dem Energieschema aus einer der 2, 4, 6 bzw. 13 ähnelt. In dem Energieschema sind das Anregungslicht 210 sowie zwei Hochfrequenzsignale 430 bzw. Mikrowellensignale 430 eingezeichnet, deren Frequenzen eine Funktion des Magnetfeldes B sind. Ferner ist in dem Energieschema durch einen Doppelpfeil 1405 veranschaulicht, dass die Energieniveaus bzw. Energielevel mit der Feldstärke am Elektromagneten variieren. 14 shows a schematic representation of a microwave spectroscopy according to a Embodiment. Here is a single sensor device 1000 with an electromagnet as a magnetization device 1470 combined, whose magnetic field B (I) is varied over the impressed in the electromagnet current I during a measurement. The sensor device 1000 is represented here by an energy scheme, which the energy scheme of one of 2 . 4 . 6 or 13 is similar. In the energy scheme are the excitation light 210 and two high frequency signals 430 or microwave signals 430 drawn whose frequencies are a function of the magnetic field B. Further, in the power scheme, a double arrow is used 1405 illustrates that the energy levels or energy levels vary with the field strength at the electromagnet.

Unter Bezugnahme auf die 13 und 14 sei angemerkt, dass gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel auch eine Kombination der darin genannten Arten der Mikrowellenspektroskopie denkbar sind. Zusammenfassend gesagt können Energieabstände der Elektronenzustände im NV-Zentrum durch die Mikrowellensignale 430 detektiert werden. Trifft ein eingestrahltes Mikrowellensignal 430 exakt den Energieabstand der durch den Zeeman-Effekt aufgespaltenen Energieniveaus, hier im NV-Zentrum die Niveaus m+1 und m-1, schwächt sich das Fluoreszenzsignal 430 aus dem NV-Zentrum ab. Bringt man mehrere räumlich verteilte NV-Zentren in einen Magnetfeldgradienten ein, so reagiert jedes NV-Zentrum je nach dem am Ort des Zentrums herrschenden Magnetfeld auf eine andere Mikrowellenfrequenz mit einer Abnahme der Fluoreszenz. Dabei können Mikrowellenfelder ab einer Leistung von 100 µW detektiert werden. Um eine Mikrowellenspektroskopie durchzuführen, kann z. B. ein Magnetfeld über einen mikroskopischen, NV-dotierten Diamantkristall variiert werden, wobei die über die Fläche des Diamanten variierende Fluoreszenz beispielsweise über eine CCD-Kamera erfasst werden kann.With reference to the 13 and 14 It should be noted that according to another embodiment, a combination of the types of microwave spectroscopy mentioned therein are conceivable. In summary, energy gaps of the electron states in the NV center may be due to the microwave signals 430 be detected. Meets a radiated microwave signal 430 exactly the energy gap of the energy levels split by the Zeeman effect, here in the NV center the levels m + 1 and m-1, weakens the fluorescence signal 430 from the NV center. If one introduces several spatially distributed NV centers in a magnetic field gradient, each NV center responds to a different microwave frequency with a decrease in fluorescence, depending on the magnetic field prevailing at the site of the center. In this case, microwave fields can be detected from a power of 100 μW. To perform a microwave spectroscopy, z. B. a magnetic field over a microscopic, NV-doped diamond crystal can be varied, wherein the varying over the surface of the diamond fluorescence can be detected for example via a CCD camera.

15 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 1500 zum Erfassen einer Messgröße gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System 1500 weist zumindest eine Sensorvorrichtung 1000 auf. Das System 1500 ist beispielsweise als ein Assistenzsystem für ein Fahrzeug einsetzbar oder einem Assistenzsystem für ein Fahrzeug zugeordnet. Gemäß dem in 15 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das System 1500 beispielhaft lediglich eine Sensorvorrichtung 1000 auf. Die Sensorvorrichtung 1000 entspricht oder ähnelt der Sensorvorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Ferner weist das System 1500 ein signalübertragungsfähig mit der Sensorvorrichtung 1000 verbundenes Steuergerät auf, welches in der Darstellung von 15 aus Platzgründen weggelassen ist. 15 shows a schematic representation of a system 1500 for detecting a measured variable according to an embodiment. The system 1500 has at least one sensor device 1000 on. The system 1500 is for example used as an assistance system for a vehicle or assigned to an assistance system for a vehicle. According to the in 15 embodiment shown, the system 1500 by way of example only a sensor device 1000 on. The sensor device 1000 The sensor device corresponds or resembles one of the figures described above. Further, the system rejects 1500 a signal transmitting capability with the sensor device 1000 connected control unit, which in the representation of 15 is omitted for reasons of space.

Von der Sensorvorrichtung 1000 sind in 15 lediglich beispielhaft, schematisch und symbolisch der Kristallkörper 100 bzw. Diamant 100 sowie die Hochfrequenzeinrichtung 1040 gezeigt. Gemäß dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kristallkörper 100 zumindest partiell von der Hochfrequenzeinrichtung 1040 umgeben. Hierbei ist die Hochfrequenzeinrichtung 1040 als eine Einkoppelstruktur ausgeformt.From the sensor device 1000 are in 15 merely by way of example, schematically and symbolically, the crystal body 100 or diamond 100 as well as the high-frequency device 1040 shown. According to the in 15 illustrated embodiment, the crystal body 100 at least partially from the high frequency device 1040 surround. Here is the high-frequency device 1040 formed as a coupling structure.

Gemäß dem in 15 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das System 1500 ferner eine Empfangsantenne 1542 bzw. Mikrowellenantenne 1542 sowie eine Verstärkereinrichtung 1544 auf. Dabei ist die Empfangsantenne 1542 ausgebildet, um das Hochfrequenzsignal von einer Umgebung der Sensorvorrichtung 1000 bzw. des Systems 1500 zu empfangen. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 und die Empfangsantenne 1542 sind signalübertragungsfähig miteinander verbunden. Hierbei ist die Verstärkereinrichtung 1544 signalübertragungsfähig zwischen die Empfangsantenne 1542 und die Hochfrequenzeinrichtung 1040 geschaltet. Die Verstärkereinrichtung 1544 ist ausgebildet, um das mittels der Empfangsantenne 1542 empfangene Hochfrequenzsignal zu verstärken und an die Hochfrequenzeinrichtung 1040 weiterzuleiten. Insbesondere ist die Empfangsantenne 1542 als eine Richtantenne zum Empfangen des Hochfrequenzsignals aus zumindest einer vordefinierten Raumrichtung ausgeführt.According to the in 15 embodiment shown, the system 1500 a receiving antenna 1542 or microwave antenna 1542 and an amplifier device 1544 on. Here is the receiving antenna 1542 configured to receive the high frequency signal from an environment of the sensor device 1000 or the system 1500 to recieve. The high-frequency device 1040 and the receiving antenna 1542 are connected to each other so that they can communicate. Here is the amplifier device 1544 signal transmitting capability between the receiving antenna 1542 and the high-frequency device 1040 connected. The amplifier device 1544 is designed to be by means of the receiving antenna 1542 amplified received high-frequency signal and to the high-frequency device 1040 forward. In particular, the receiving antenna 1542 as a directional antenna for receiving the high-frequency signal from at least one predefined spatial direction.

Anders ausgedrückt wird, um das Hochfrequenzsignal bzw. Mikrowellensignal an dem Kristallkörper 100 bzw. Diamanten 100 einzuprägen, das Hochfrequenzsignal der Umgebung mit der Empfangsantenne 1542 eingefangen und dann gezielt über eine geeignete Antennenstruktur bzw. Einkoppelstruktur mittels der Hochfrequenzeinrichtung 1040 in den Diamanten 100 eingekoppelt. Dabei ist ein Erfassungsbereich der Empfangsantenne 1542 über deren Struktur eingrenzbar, sodass z. B. nur Mikrowellenquellen aus einer bestimmten Richtung (z. B. in Fahrtrichtung vor einem das System 1500 aufweisenden Fahrzeug) erfasst werden. Um Mikrowellensignale mit kleinerer Leistung, beispielsweise kleiner als 100 µW zu erfassen, ist die Verstärkereinrichtung 1544 bzw. Verstärkerstufe vorgesehen und dazu ausgebildet, ein Mikrowellenfeld bzw. Hochfrequenzsignal proportional zu verstärken, ohne ein Frequenzspektrum zu ändern.In other words, to the high frequency signal or microwave signal to the crystal body 100 or diamonds 100 to memorize the high frequency signal of the environment with the receiving antenna 1542 captured and then targeted via a suitable antenna structure or coupling structure by means of the high-frequency device 1040 in the diamonds 100 coupled. Here is a detection range of the receiving antenna 1542 limited by their structure, so z. B. only microwave sources from a particular direction (eg., In the direction of travel in front of the system 1500 having vehicle). To detect lower power microwave signals, for example less than 100 μW, is the amplifier means 1544 Amplifier stage provided and adapted to amplify a microwave field or high-frequency signal proportional, without changing a frequency spectrum.

Eine Möglichkeit, um eine Effektivität des Systems 1500 als Fahrerassistenzsystem zu erhöhen, ist die Ausstattung von Fahrzeugen mit hinsichtlich Frequenz und Leistung definierten Mikrowellensendern, wodurch eine Ortung und Systemauslegung der Mikrowellensensorik bzw. des Systems 1500 vereinfacht wird. Optional kann auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen mit dem System 1500 sowie mit Mikrowellensender ausgerüsteten Fahrzeugen über den Doppler-Effekt erfasst werden.A way to improve the effectiveness of the system 1500 As a driver assistance system, the equipping of vehicles with frequency and power defined microwave transmitters, which locating and system design of the microwave sensor or the system 1500 is simplified. Optionally, a relative speed between with the system 1500 and vehicles equipped with microwave transmitters are detected by the Doppler effect.

16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1600 zum Erfassen ist ausführbar, um eine Messgröße zu erfassen. Dabei ist das Verfahren 1600 zum Erfassen in Verbindung mit der Sensorvorrichtung aus einer der vorstehend genannten Figuren oder einer ähnlichen Sensorvorrichtung oder in Verbindung mit dem System aus einer der vorstehend genannten Figuren oder einem ähnlichen System ausführbar. 16 shows a flowchart of a method 1600 for detecting according to an embodiment. The procedure 1600 to capture is executable to capture a metric. Here is the procedure 1600 for detecting in conjunction with the sensor device of any of the above figures or a similar sensor device or in conjunction with the system of any of the above figures or a similar system executable.

In einem Schritt 1610 des Bestrahlens wird bei dem Verfahren 1600 zum Erfassen der Kristallkörper mit Anregungslicht bestrahlt. Im Schritt 1620 des Beaufschlagens wird der Kristallkörper mit dem Hochfrequenzsignal oder mit einem Referenzmagnetfeld beaufschlagt. Dabei wird im Schritt 1620 des Beaufschlagens eine Frequenz des Hochfrequenzsignals oder eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds variiert. Der Schritt 1610 des Bestrahlens und der Schritt 1620 des Beaufschlagens können zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden. Der Schritt 1610 des Bestrahlens und der Schritt 1620 des Beaufschlagens können kontinuierlich ausgeführt werden.In one step 1610 the irradiation is in the process 1600 irradiated to detect the crystal body with excitation light. In step 1620 of the impingement, the crystal body is subjected to the high-frequency signal or to a reference magnetic field. It is in the step 1620 the application of a frequency of the high-frequency signal or a field strength of the reference magnetic field varies. The step 1610 of irradiating and the step 1620 the loading can be carried out at least partially simultaneously. The step 1610 of irradiating and the step 1620 the loading can be carried out continuously.

Nachfolgend wird in einem Schritt 1630 des Auswertens das hochfrequenzsignalabhängige und magnetfeldabhängige Fluoreszenzsignal von dem Kristallkörper ansprechend auf das im Schritt 1610 des Bestrahlens erzeugte Anregungslicht und das im Schritt 1620 des Beaufschlagens erzeugte Hochfrequenzsignal /oder Referenzmagnetfeld ausgewertet, um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und/oder zumindest eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals eine vordefinierte Bedingung erfüllt. Nachfolgend wird in einem Schritt 1640 des Bestimmens unter Verwendung der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und/oder der zumindest einen Feldstärke des Referenzmagnetfelds die Messgröße bestimmt. Dabei sind der Schritt 1630 des Auswertens und der Schritt 1640 des Bestimmens zyklisch bzw. sequenziell wiederholbar.The following will be in one step 1630 evaluating the high frequency signal dependent and magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in response to that in the step 1610 the irradiation generated excitation light and in the step 1620 the high-frequency signal or reference magnetic field generated by the application is evaluated in order to determine at least one excitation frequency of the high-frequency signal and / or at least one field strength of the reference magnetic field in which at least one detected signal property of the fluorescence signal fulfills a predefined condition. The following will be in one step 1640 the determination using the at least one determined excitation frequency of the high-frequency signal and / or the at least one field strength of the reference magnetic field determines the measured variable. This is the step 1630 of the evaluation and the step 1640 determining cyclically or sequentially repeatable.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 1600 ferner einen Schritt 1650 des Vergleichens von mittels einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen im Schritt 1640 des Bestimmens bestimmten Messgrößen auf, um einen Gradienten der Messgrößen zwischen der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen festzustellen, um eine Position einer Quelle eines externen Magnetfelds und/oder des Hochfrequenzsignals relativ zu der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen zu ermitteln.According to one embodiment, the method 1600 a further step 1650 comparing by means of a plurality of sensor devices in the step 1640 determining certain metrics to determine a gradient of the metrics between the plurality of sensor devices to determine a position of a source of external magnetic field and / or the high frequency signal relative to the plurality of sensor devices.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden im Schritt 1630 des Auswertens Korrelationsdaten hergeleitet, die eine Korrelation zwischen der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des zwischen einer Ausrichtung der zumindest einen Fehlstelle relativ zu mindestens einer Kristallachse des Kristallkörpers und der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals und/oder der zumindest einen ermittelten Feldstärke des Referenzmagnetfelds repräsentieren. Dabei wird im Schritt 1640 des Bestimmens die Messgröße unter Verwendung der im Schritt 1630 des Auswertens hergeleiteten Korrelationsdaten bestimmt.According to another embodiment, in step 1630 der evaluating derived correlation data representing a correlation between the at least one detected excitation frequency of between an orientation of the at least one defect relative to at least one crystal axis of the crystal body and the at least one detected excitation frequency of the radio frequency signal and / or the at least one detected field strength of the reference magnetic field. It is in the step 1640 of determining the measurand using the in step 1630 of the evaluation derived correlation data.

Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend Ausführungsbeispiele sowie Hintergründe und/oder Vorteile von Ausführungsbeispielen zusammenfassend und mit anderen Worten beschrieben und/oder kurz vorgestellt.With reference to the figures described above, embodiments and background and / or advantages of exemplary embodiments are described in summary and in other words and / or presented briefly.

Aktuelle Fahrerassistenzsysteme, die hochautomatisiertes Fahren ermöglichen, verknüpfen beispielsweise eine Reihe an Sensorsignalen, um ein sicheres Fahren innerhalb der Fahrbahn, in schwierigen Situationen (Wetterbedingungen, Kreuzungen, dichter Verkehr) und unter Berücksichtigung anderer Verkehrsteilnehmer zu ermöglichen. Teile solcher Systeme sind unter anderem optische Kameras mit entsprechender Bildverarbeitungssoftware, die Fahrbahn, Fahrzeuge, Vegetation, Fußgänger usw. automatisch einordnen können, Radarsysteme, die im Abstandsbereich zwischen 0,2 m und 250 m Objekte und die Fahrspur des eigenen Fahrzeugs erkennen können, LIDAR-Systeme, die das Umfeld im Bereich 10 bis 100 m erfassen können, Ultraschallsensoren, die den Bereich bis 10 m erfassen, und dergleichen. Situationen mit schlechten Lichtverhältnissen (z. B. frontales Sonnenlicht) und Auswertungserschwernisse anderer Erkennungssysteme, insbesondere eines Radarsystems, unterstreichen den Bedarf an einem weiteren, absichernden Sensorsystem wie dem System 1500, um insbesondere hochautomatisiertes Fahren auch in schwierigen Situationen sicher zu machen und so aus einer Reihe von unabhängig arbeitenden Systemen die richtigen Fahrentscheidungen zu treffen. Weiterhin kann das System 1500 unabhängig von Witterungs- und Lichtverhältnissen bzw. Verhältnissen, in denen Kamera- und Lidarsysteme Schwierigkeiten haben, zuverlässig und genau Messgrößen erfassen.Current driver assistance systems that enable highly automated driving, for example, link a number of sensor signals to enable safe driving on the road, in difficult situations (weather conditions, intersections, dense traffic) and taking into account other road users. Parts of such systems include optical cameras with appropriate image processing software that can automatically classify lanes, vehicles, vegetation, pedestrians, etc. Radar systems that can detect objects and the lane of their own vehicle in the distance range between 0.2 m and 250 m, LIDAR -Systems that are the environment in the field 10 to 100 m, ultrasonic sensors which detect the range up to 10 m, and the like. Situations with poor lighting conditions (eg frontal sunlight) and evaluation difficulties of other recognition systems, in particular a radar system, underline the need for a further, secure sensor system such as the system 1500 to ensure especially highly automated driving even in difficult situations and to make the right driving decisions from a number of independently operating systems. Furthermore, the system can 1500 Regardless of the weather and light conditions or conditions in which camera and lidar systems have difficulties, reliably and accurately acquire measured quantities.

Dabei können zwei Sachverhalte für die Erkennung von anderen Verkehrsteilnehmern (z. B. Fahrzeugen) ausgenutzt werden. Der erste Sachverhalt ist eine hochgenaue Messung eines lokalen externen Magnetfeldes an mehreren Punkten eines hochautomatisiert fahrenden Fahrzeugs, beispielsweise des Fahrzeugs 1100, mittels zumindest einer Sensorvorrichtung 1000 bzw. dem System 1500. Da jedes Fahrzeug ein Magnetfeld erzeugt, beispielsweise durch die verbauten Elektromotoren, bewegte Teile aus Stahl im Motor oder Fahrwerk, das Stahlblech der Karosserie, kann über eine Veränderung des Magnetfelds durch andere Verkehrsteilnehmer auf deren Anwesenheit in der Nähe geschlossen werden. Die Magnetfelder eines Fahrzeugs liegen beispielsweise im Bereich von 5 nT in 50 m Entfernung. Der zweite Sachverhalt hinsichtlich einer Lokalisierung anderer Verkehrsteilnehmer ist eine frequenzaufgelöste Messung von Mikrowellenfeldern mittels Farbzentren-Sensoren Sensorvorrichtungen 1000 wiederum an mehreren Punkten des Fahrzeugs 1100. Da inzwischen viele Neufahrzeuge mit einem Mobilfunksender ausgestattet sind, können aufgrund der bekannten Mobilfunkfrequenzen solche Sender durch das System 1500 identifiziert und ggf. geortet werden, was wiederum auf die Position des Senders in Relation zum Fahrzeug 1100 schließen lässt. Weiterhin kann eine flächendeckende Ausstattung von Fahrzeugen mit entsprechenden eindeutig erkennbaren Mikrowellensendern in Erwägung gezogen werden. Es könnten auch andere Verkehrsteilnehmer wie z. B. Fußgänger, die ein Mobilfunkgerät bei sich tragen, geortet werden. Die vorstehend beschriebenen Wirkprinzipien lassen sich auch auf die anderen erwähnten Farbzentren-Systeme und weitere übertragen.Two facts can be exploited for the detection of other road users (eg vehicles). The first issue is a highly accurate measurement of a local external magnetic field at multiple points of a highly automated vehicle, such as the vehicle 1100 , by means of at least one sensor device 1000 or the system 1500 , There Each vehicle generates a magnetic field, for example by the built-in electric motors, moving parts made of steel in the engine or chassis, the steel sheet of the body, can be closed by a change in the magnetic field by other road users on their presence in the vicinity. The magnetic fields of a vehicle are for example in the range of 5 nT in 50 m distance. The second issue with regard to locating other road users is a frequency-resolved measurement of microwave fields by means of color sensor sensors 1000 again at several points of the vehicle 1100 , Since many new vehicles are now equipped with a mobile radio transmitter, due to the known mobile radio frequencies, such transmitters can be used by the system 1500 be identified and possibly located, which in turn to the position of the transmitter in relation to the vehicle 1100 close. Furthermore, a nationwide equipment of vehicles with corresponding clearly identifiable microwave transmitters can be considered. It could also other road users such. B. pedestrians who carry a mobile device with him, to be located. The principles of action described above can also be applied to the other mentioned color center systems and others.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3742878 A1 [0003]DE 3742878 A1 [0003]

Claims

Sensorvorrichtung (1000), die zumindest folgende Merkmale aufweist: einen Kristallkörper (100) mit zumindest einer Fehlstelle (105); eine Lichtquelle (1030) zum Bestrahlen des Kristallkörpers (100) mit Anregungslicht (210); eine Hochfrequenzeinrichtung (1040) zum Beaufschlagen des Kristallkörpers (100) mit einem Hochfrequenzsignal (430); eine Detektionseinrichtung (1050) zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines hochfrequenzsignalabhängigen und magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals (220) von dem Kristallkörper (100) ansprechend auf das Anregungslicht (210); ein erstes Substrat (1010), wobei zumindest die Lichtquelle (1030) in und/oder an dem ersten Substrat (1010) angeordnet ist; und ein zweites Substrat (1020), wobei zumindest die Detektionseinrichtung (1050) in und/oder an dem zweiten Substrat (1020) angeordnet ist, wobei der Kristallkörper (100) und die Hochfrequenzeinrichtung (1040) in und/oder an dem ersten Substrat (1010) oder dem zweiten Substrat (1020) angeordnet sind, wobei das erste Substrat (1010) und das zweite Substrat (1020) miteinander verbunden sind.Sensor device (1000), which has at least the following features: a crystal body (100) having at least one defect (105); a light source (1030) for irradiating the crystal body (100) with excitation light (210); radio frequency means (1040) for applying a high frequency signal (430) to the crystal body (100); a detection device (1050) for detecting at least one signal property of a high frequency signal dependent and magnetic field dependent fluorescence signal (220) from the crystal body (100) in response to the excitation light (210); a first substrate (1010), wherein at least the light source (1030) is disposed in and / or on the first substrate (1010); and a second substrate (1020), wherein at least the detection device (1050) is arranged in and / or on the second substrate (1020), the crystal body (100) and the radio-frequency device (1040) in and / or on the first substrate (1010 ) or the second substrate (1020), wherein the first substrate (1010) and the second substrate (1020) are interconnected.

Sensorvorrichtung (1000) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Magnetisierungseinrichtung (1370; 1470) zum Erzeugen eines Referenzmagnetfeldes, wobei das Referenzmagnetfeld eine vordefinierte Eigenschaft aufweist, wobei durch das Referenzmagnetfeld die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals (220) beeinflussbar ist.Sensor device (1000) according to Claim 1 , characterized by a magnetization device (1370, 1470) for generating a reference magnetic field, wherein the reference magnetic field has a predefined property, wherein the at least one signal property of the fluorescence signal (220) can be influenced by the reference magnetic field.

Sensorvorrichtung (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine optische Filtereinrichtung (1060) zwischen dem Kristallkörper (100) und der Detektionseinrichtung (1050), wobei die Filtereinrichtung (1060) ausgebildet ist, um Anregungslicht (210) herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal (220) zu der Detektionseinrichtung (1050) durchzulassen.Sensor device (1000) according to one of the preceding claims, characterized by an optical filter device (1060) between the crystal body (100) and the detection device (1050), wherein the filter device (1060) is designed to filter out excitation light (210) and to emit the fluorescence signal (10). 220) to the detection means (1050).

System (1500) zum Erfassen einer Messgröße, wobei das System (1500) zumindest folgende Merkmale aufweist: zumindest eine Sensorvorrichtung (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und ein Steuergerät gemäß einem der nachfolgenden Ansprüche, wobei das Steuergerät signalübertragungsfähig mit der zumindest einen Sensorvorrichtung (1000) verbindbar oder verbunden ist.System (1500) for detecting a measured variable, wherein the system (1500) has at least the following features: at least one sensor device (1000) according to one of Claims 1 to 3 ; and a control device according to one of the subsequent claims, wherein the control device is capable of signal transmission with the at least one sensor device (1000) connected or connected.

System (1500) gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Empfangsantenne (1542) zum Empfangen des Hochfrequenzsignals (430) von einer Umgebung der Sensorvorrichtung (1000) oder des Systems (1500), wobei die Hochfrequenzeinrichtung (1040) signalübertragungsfähig mit der Empfangsantenne (1542) verbindbar oder verbunden ist.System (1500) according to Claim 4 characterized by a receive antenna (1542) for receiving the radio frequency signal (430) from an environment of the sensor device (1000) or the system (1500), the radio frequency device (1040) being signalably connectable or connectable to the receive antenna (1542).

System (1500) gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (1544) zum Verstärken des empfangenen Hochfrequenzsignals (430), wobei die Verstärkereinrichtung (1544) signalübertragungsfähig zwischen die Empfangsantenne (1542) und die Hochfrequenzeinrichtung (1040) schaltbar oder geschaltet ist.System (1500) according to Claim 5 characterized by amplifier means (1544) for amplifying the received radio frequency signal (430), said amplifier means (1544) being switchably connected between the receive antenna (1542) and the radio frequency device (1040).

System (1500) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne (1542) als eine Richtantenne zum Empfangen des Hochfrequenzsignals (430) aus zumindest einer vordefinierten Raumrichtung ausgeführt ist.System (1500) according to one of Claims 5 to 6 characterized in that the receiving antenna (1542) is implemented as a directional antenna for receiving the high frequency signal (430) from at least one predefined spatial direction.

Verfahren (1600) zum Erfassen einer Messgröße, wobei das Verfahren (1600) in Verbindung mit zumindest einer Sensorvorrichtung (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder dem System (1500) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7 ausführbar ist, wobei das Verfahren (1600) zumindest folgende Schritte aufweist: Bestrahlen (1610) des Kristallkörpers (100) mit Anregungslicht (210); Beaufschlagen (1620) des Kristallkörpers (100) mit dem Hochfrequenzsignal (430), wobei eine Frequenz des Hochfrequenzsignals (430) variiert wird, oder mit einem Referenzmagnetfeld, wobei eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds variiert wird; Auswerten (1630) des hochfrequenzsignalabhängigen und magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals (220) von dem Kristallkörper (100) ansprechend auf das Anregungslicht (210), das Referenzmagnetfeld und/oder das Hochfrequenzsignal (430), um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals (430) und/oder zumindest eine Feldstärke des Referenzmagnetfelds zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals (220) eine vordefinierte Bedingung erfüllt; und Bestimmen (1640) der Messgröße unter Verwendung der zumindest einen Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals (430) und/oder der zumindest einen Feldstärke des Referenzmagnetfelds.A method (1600) for detecting a measured variable, wherein the method (1600) in conjunction with at least one sensor device (1000) according to one of Claims 1 to 3 or the system (1500) according to one of Claims 4 to 7 The method (1600) comprises at least the following steps: irradiating (1610) the crystal body (100) with excitation light (210); Applying (1620) the crystal body (100) to the high-frequency signal (430), wherein a frequency of the high-frequency signal (430) is varied, or a reference magnetic field, wherein a field strength of the reference magnetic field is varied; Evaluating (1630) the high frequency signal dependent and magnetic field dependent fluorescence signal (220) from the crystal body (100) in response to the excitation light (210), the reference magnetic field and / or the high frequency signal (430) by at least one excitation frequency of the high frequency signal (430) and / or at least determine a field strength of the reference magnetic field, wherein at least one detected signal property of the fluorescence signal (220) satisfies a predefined condition; and determining (1640) the measurand using the at least one excitation frequency of the high frequency signal (430) and / or the at least one field strength of the reference magnetic field.

Verfahren (1600) gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Schritt (1650) des Vergleichens von mittels einer Mehrzahl von Sensorvorrichtungen (1000) bestimmten Messgrößen, um einen Gradienten der Messgrößen zwischen der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen (1000) festzustellen, um eine Position einer Quelle eines externen Magnetfelds und/oder des Hochfrequenzsignals (430) relativ zu der Mehrzahl von Sensorvorrichtungen (1000) zu ermitteln.Method (1600) according to Claim 8 characterized by a step (1650) of comparing measured quantities determined by a plurality of sensor devices (1000) to determine a gradient of the measured quantities between the plurality of sensor devices (1000), a position of a source of an external magnetic field and / or the high frequency signal (430) relative to the plurality of sensor devices (1000).

Verfahren (1600) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1630) des Auswertens Korrelationsdaten hergeleitet werden, wobei die Korrelationsdaten eine Korrelation zwischen einer Ausrichtung der zumindest einen Fehlstelle (105) relativ zu mindestens einer Kristallachse (801, 802, 803, 804) des Kristallkörpers (100) und der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals (430) und/oder der zumindest einen ermittelten Feldstärke des Referenzmagnetfelds repräsentieren, wobei im Schritt (1640) des Bestimmens die Messgröße unter Verwendung der Korrelationsdaten bestimmt wird. Method (1600) according to one of Claims 8 to 9 characterized in that in the step (1630) of the evaluation, correlation data are derived, the correlation data having a correlation between an orientation of the at least one defect (105) relative to at least one crystal axis (801, 802, 803, 804) of the crystal body (100) and the at least one determined excitation frequency of the high-frequency signal (430) and / or the at least one determined field strength of the reference magnetic field, wherein in step (1640) of determining the measured variable is determined using the correlation data.

Steuergerät, das eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (1600) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 in entsprechenden Einheiten auszuführen.A controller adapted to perform steps of the method (1600) according to any one of Claims 8 to 10 in appropriate units.

Verwendung zumindest einer nach dem Verfahren (1600) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 erfassten Messgröße zum Ansteuern mindestens eines Assistenzsystems eines Fahrzeugs (1100).Use of at least one according to the method (1600) according to one of Claims 8 to 10 detected measured variable for driving at least one assistance system of a vehicle (1100).