DE102004017775A1

DE102004017775A1 - Sonnensensor

Info

Publication number: DE102004017775A1
Application number: DE200410017775
Authority: DE
Inventors: Markus Gilch; Manfred Glehr; Andreas Ott
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: DE102004017775B4

Abstract

Ein Sonnensensor (1) weist einen Lichtleiter (3) mit einer Eintrittsfläche (9) auf, in der eine Reflexionsfläche (11) ausgebildet ist, die horizontal einfallende Lichtstrahlen (12) in Richtung eines Photodetektors (7) lenkt. Der Sonnensensor (1) weist auch bei einem Sonnenstand mit niedrigem Elevationswinkel eine hohe Empfindlichkeit auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnensensor mit einer Vielzahl von Photodetektoren und einem Lichtlenkkörper, der die Strahlungsleistung des einfallenden Lichts in Abhängigkeit vom Sonnenstand auf die Photodetektoren verteilt.

Ein derartiger Sonnensensor ist aus der JP 9-311 070 A bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist eine haubenförmige Abdeckung auf, die sich über ein Halbleiterbauelement mit zwei photoempfindlichen Bereichen erstreckt. Die haubenförmige Abdeckung wirkt für einfallendes Sonnenlicht als Linse, durch die das einfallende Sonnenlicht zu den photoempfindlichen Bereichen des Halbleiterbauelements gelenkt wird. Die Strahlungsleistung des einfallenden Sonnenlichts wird dabei in Abhängigkeit vom Sonnenstand auf die beiden photoempfindlichen Bereiche des Halbleiterbauelements verteilt. Die photoempfindlichen Bereiche erzeugen bei einfallendem Sonnenlicht elektrische Signale, aus denen die Strahlungsleistung und die Richtung des einfallenden Sonnenlichts bestimmt werden können.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass bei einem Sonnenstand mit geringem Elevationswinkel das einfallende Sonnenlicht nur unzureichend erfasst wird. Die bei geringen Elevationswinkeln unzureichende Empfindlichkeit des bekannten Sonnensensors ist kritisch, da die Strahlungsleistung bei einem niedrigen Sonnenstand wenigstens um einen Faktor 100 kleiner als die Strahlungsleistung bei Sonnenhöchststand ist. Um die Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung auch bei niedrigem Sonnenstand bestimmen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Sonnensensor auch auf Sonnenlicht empfindlich ist, das nahezu horizontal einfällt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sonnensensor mit einer für einen niedrigen Sonnenstand günstigen Empfangscharakteristik zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Sonnensensor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.

Der Sonnensensor weist einen Lichtlenkkörper auf, der eine Vielzahl von entlang einer Längsachse angeordneten Teillenkkörpern umfasst. Die Teillenkkörper weisen jeweils ein einem Photodetektor zugeordnetes Detektorende und ein Eintrittsende auf, dem jeweils eine Reflexionsfläche zugeordnet ist, die quer zur Längsachse auf den Sonnensensor einfallendes Licht zum jeweiligen Photodetektor lenkt.

Wenn die Längsachse des Sonnensensors auf den Zenit ausgerichtet ist, bewirken die Reflexionsflächen, dass auch nahezu horizontal einfallendes Licht in ausreichendem Maße zu den Photodetektoren gelenkt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reflexionsflächen in den Teillenkkörpern ausgebildet. Dadurch entsteht eine besonders kompakte Bauweise.

Beispielsweise können die Reflexionsflächen die Seitenflächen von Ausnehmungen sein, die in die Teillenkkörper eingebracht sind. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Grundkörper nachträglich mit einer bestimmten Empfangscharakteristik versehen werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Reflexionsfläche eine gekrümmte Grenzfläche eines Teillenkkörpers, durch den einfallendes Licht nach Art eines Lichtleiters zum Photodetektor gelenkt wird. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für die Fertigung in einem Spritzgussverfahren, in dem der Lichtlenkkörper einstückig in einem Spritzgusswerkzeug gefertigt und nachträglich vergossen wird.

Die Eintrittsfläche der Teillenkkörper für horizontal einfallendes Licht kann unterschiedlich ausgeführt werden. Vorzugsweise ist die Eintrittsfläche gegenüber dem im rechten Winkel zur Längsachse einfallenden Licht geneigt, so dass das einfallende Licht beim Eintritt in den Teillenkkörper bereits in Richtung auf den Photodetektor abgelenkt wird. Die Reflexionsfläche braucht in diesem Fall nicht beschichtet zu werden, da die durch die Eintrittsfläche hindurch getretenen Lichtstrahlen an der Reflexionsfläche totalreflektiert werden können.

Daneben ist es möglich, die Reflexionsfläche in Richtung der Längsachse krümmungsfrei auszubilden, um einen möglichst großen Transmissionsgrad beim Einfall des im rechten Winkel zur Längsachse einfallenden Lichts zu erzielen.

Schließlich ist es auch möglich, die Reflexionsflächen von den Teillenkkörpern getrennt anzuordnen. Bei einer weiteren Ausführungsform des Sonnensensors sind zum Beispiel Reflexionswände zwischen den Teillenkkörpern vorgesehen, die im rechten Winkel zur Längsachse einfallendes Licht zu den Teillenkkörpern diffus reflektieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Sonnensensor;
2 eine Aufsicht auf den Sonnensensor aus 1;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Transmission von Lichtstrahlen an einer Halbkugel;
4 ein Diagramm, in dem der Transmissionsgrad in Abhängigkeit vom Elevationswinkel und vom Breitengrad des Auftreffpunkts eines Lichtstrahls auf eine Halbkugel eingetragen ist;
5 einen Querschnitt durch einen abgewandelten Sonnensensor mit kegelstumpfförmiger Eintrittsfläche;
6 eine Aufsicht auf den Sonnensensor aus 5;
7 einen Querschnitt durch einen abgewandelten Sonnensensor, der nach Art eines Lichtleiters einfallendes Licht zu den Photodetektoren leitet;
8 eine Aufsicht auf den Sonnensensor aus 7;
9 eine perspektivische Ansicht eines Sonnensensors mit drei Lichtleitstäben, die am Eintrittsende abgeschrägte Reflexionsflächen aufweisen;
10 einen Querschnitt durch einen Lichtleitstab des Sonnensensors aus 9;
11 einen Querschnitt durch einen abgewandelten Lichtleitstab für einen Sonnensensors nach Art des Sonnensensors aus 9;
12 einen Querschnitt durch einen weiteren abgewandelten Lichtleitstab für einen Sonnensensor nach Art des Sonnensensors aus 9;
13 eine perspektivische Ansicht eines weiteren abgewandelten Sonnensensors, bei dem eine Vielzahl von Lichtleitkammern durch eine über das Eintrittsende der Lichtleitkammern hervorstehende sternförmige Blende getrennt sind;
14 einen Querschnitt durch einen Lichtleiter des Sonnensensors aus 13;
15 eine Querschnittsansicht eines miniaturisierten Sonnensensors; und
16 eine Aufsicht auf den Sonnensensor aus 15.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Sonnensensor 1, der in eine Karosserie 2 eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist. Der Sonnensensor 1 umfasst einen Lichtleiter 3, der in einzelne Lichtleitsegmente 4 unterteilt ist. Die Lichtleitsegmente 4 sind durch reflektierende Trennwände 5 voneinander getrennt.
Den Lichtleitsegmenten 4 ist an Detektorenden 6 jeweils ein Photodetektor 7 zugeordnet. Die Photodetektoren 7 können beispielsweise Photodioden oder auch bolometrische Photodetektoren sein.
An einem dem Detektorende 6 gegenüberliegenden Eintrittsende 8 bilden die Lichtleitsegmente 4 eine kugelsegmentförmige Eintrittsfläche 9, in die ein kegelstumpfförmiger Schlitz 10 eingedreht ist. Die äußere Seitenwand des Schlitzes 10 bildet eine Reflexionsfläche 11, an der ein horizontal einfallender Lichtstrahl 12 nach einer Brechung an der Eintrittsfläche 9 totalreflektiert wird und nach unten zum Photodetektor 7 gelenkt wird.
Der Lichtleiter 3 ist bei dem in den 1 und 2 dargestellten Sonnensensor 1 im Bereich zwischen dem Detektorende 6 und dem Eintrittsende 8 entlang einer Längsachse 13 konusförmig ausgebildet. Eine derartige Gestaltung hat den Vorteil, dass das einfallende Licht auf den Photodetektor 7 kon zentriert wird. Ohne den Schlitz 10 würde allerdings horizontal einfallendes Licht den Photodetektor 7 nicht erreichen, sondern entsprechend dem in 1 gestrichelt eingezeichneten Strahlengang 14 aus dem Lichtleiter 3 herausreflektiert werden. Durch die Reflexionsflächen 11 wird daher die Empfangscharakteristik für Lichtstrahlen, die unter großen Winkeln zur Längsachse 13 einfallen, wesentlich verbessert.
Darüber hinaus schwächen die Schlitze 10 das Sonnenlicht ab, das unter kleinem Winkel zur Längsachse 13 auf den Lichtleiter einfällt. Denn die Schlitze 10 verkleinern die effektiv wirksame Eintrittsfläche des Lichtleiters 3. Durch die Schlitze 10 wird somit die Empfangscharakteristik im Sinne einer möglichst gleichmäßigen Empfindlichkeit für alle Elevationswinkel homogenisiert.
Neben dem Öffnungswinkel α des konusförmigen Lichtleiters 3 und dem Öffnungswinkel β des Schlitzes 10 steht auch die Auswahl der Breitengrade θ₁ der kugelsegmentförmigen Eintrittsfläche 9 und der Breitengrad θ₂ des Schlitzes für die Optimierung der Empfangscharakteristik des Sonnensensors 1 zur Verfügung. Dies sei nachfolgend anhand 3 und 4 näher erläutert.
3 zeigt einen Querschnitt durch die kugelsegmentförmige Eintrittsfläche 9 des Lichtleiters 3. in 3 fällt ein Lichtstrahl 15 unter dem Winkel γ zur Horizontalen auf der Eintrittsfläche 9 ein. Der Lichtstrahl 15 trifft die Eintrittsfläche 9 in einem Auftreffpunkt 16 und wird dort in einen Lichtstrahl 17 gebrochen. Der Auftreffpunkt 16 liegt auf der Eintrittsfläche 9 auf dem Breitengrad θ. Es ist nun auf einfache Weise möglich, den Transmissionsgrad für verschiedene Breitengrade θ und Einfallswinkel γ mit Hilfe des Snelliusschen Brechungsgesetzes zu berechnen. In 4 ist ein Diagramm dargestellt, in dem der auf die Strahlungsleistung bezogene Transmissionsgrad in Abhängigkeit vom Breitengrad θ und vom Einfallswinkel γ, der gleich dem Elevationswinkel der Sonne ist, aufgetragen ist. Der Transmissionsgrad wurde dabei mit Hilfe des Snelliusschem Brechungsgesetzes in Abhängigkeit vom Breitengrad θ und vom Einfallswinkel γ berechnet. Anhand von 4 ist erkennbar, dass der Transmissionsgrad T für θ = γ ein Maximum 18 aufweist. Bei γ = 0° und θ = 90°, sowie bei γ = 90° und θ = 0° weist der Transmissionsgrad T dagegen ein Minimum auf.
Wenn nun die Eintrittsfläche 9 auf bestimmte Breitengrade θ eingeschränkt wird, kann die Empfangscharakteristik des Sonnensensor 1 gezielt beeinflusst werden. In 1 ist der Breitengrad θ₁ der Breitengrad, mit dem die Eintrittsfläche 9 an die Karosserie 2 grenzt. Der Breitengrad des Schlitzes 10 ist mit θ₂ bezeichnet. Wenn nun wie in 4 dargestellt die Eintrittsfläche 9 auf einen Winkelbereich 19 zwischen den Breitengraden θ₁ und θ₂ eingeschränkt wird, ergibt sich der Prozentsatz der durch die Eintrittsfläche 9 hindurch getretenen Strahlungsleistung durch eine Mittelung des Transmissionsgrads über alle Breitengrade θ im Winkelbereich 19 zwischen θ₁ und θ₂ und über alle Längengrade φ, wobei noch die Größe der Flächenelemente der Eintrittsfläche 9 berücksichtigt werden muss, unter denen diese beim Einfall von Sonnenlicht unter dem Elevationswinkel γ erscheinen.
Da die Reflexionsfläche 11 dafür sorgt, dass das durch die Eintrittsfläche 9 hindurch getretene Licht auch tatsächlich zu den Photodetektoren 7 gelangt, kann näherungsweise davon ausgegangen werden, dass die Empfangscharakteristik der Eintrittsflächen 9 im Winkelbereich 19 im Wesentlichen von der Transmission durch die Eintrittsfläche 9 abhängt. Auch für Breitengrade oberhalb von θ₂ hängt die Empfangscharakteristik des Sonnensensors 1 im Wesentlichen von der Transmission durch die Eintrittsfläche 9 ab. Denn dieser Bereich wird vor allem bei großen Elevationswinkeln γ wirksam. Wenn aber die Sonnenstrahlung mit kleinem Winkel zur Längsachse 13 einfällt, wird das einfallende Licht im konusförmigen Abschnitt des Lichtleiters 3 nicht zurückreflektiert, sondern zum Photodetektor 7 gelenkt.
Durch Wahl des Öffnungswinkels α des Lichtleiters 3 und der Breitengrade θ₁ und θ₂ lässt sich somit die Empfangscharakteristik des Sonnensensors 1 gestalten. Insbesondere ist es möglich, einen mit zunehmendem Elevationswinkel γ monoton ansteigenden Verlauf der Empfindlichkeit zu erzielen.
Unter Empfindlichkeit des Sonnensensors 1 ist dabei der Anteil der Strahlungsleistung der aus einer bestimmten Richtung auf die Eintrittsfläche 9 des Sonnensensors 1 einfallenden Sonnenstrahlung zu verstehen, der zu den Photodetektoren 7 gelangt.
Bei dem in 1 dargestellten Sonnensensor 1 ist der Öffnungswinkel α gleich 29° gesetzt. Für die Breitengrade θ₁ und θ₂ wurden jeweils 30° und 60° gewählt. Vorzugsweise liegt der Öffnungswinkel α zwischen 30° und 40°. Die Breitengrade θ₁ und θ₂ liegen vorzugsweise zwischen 15° und 75°.
Der Sonnensensor 1 kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden. In 5 ist ein weiterer Sonnensensor 20 dargestellt, der eine kegelstumpfförmige Eintrittsfläche 21 aufweist.
Wie bei dem Sonnensensor aus 1 ist bei dem Sonnensensor 20 ein Schlitz 10 in die Eintrittsfläche 21 eingedreht, so dass ein horizontal einfallender Lichtstrahl 22 von der Reflexionsfläche 11 im jeweiligen Lichtleitsegment 4 zum zugehörigen Photodetektor 7 gelenkt wird.
Bei dem Sonnensensor 20 ist der Steigungswinkel ε der kegelstumpfförmigen Eintrittsfläche 21 gleich 60° gewählt. Der Öffnungswinkel β des Schlitzes 10 beträgt wie bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls 60°. Beide Winkel liegen vorzugsweise zwischen 45° und 75°.
Auch der Lichtleiter 3 wurde entsprechend dimensioniert. So beträgt der Öffnungswinkel α des Lichtleiters 3 des Sonnensensors 20 ebenfalls 28°. In 6 ist eine Aufsicht auf den Sonnensensor 20 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Aufsicht aus 6 der Aufsicht auf den Sonnensensor 1 in 2 entspricht.
Dementsprechend ist auch die Empfangscharakteristik des Sonnensensors 20 im Wesentlichen die Gleiche wie die des Sonnensensors 1.
In 7 ist ein Querschnitt durch einen weiteren Sonnensensor 23 dargestellt, bei dem die Lichtleitsegmente 4 als Lichtleiter mit einer gekrümmten inneren Reflexionsfläche 24 ausgebildet sind. Die Reflexionsflächen 24 sind so gestaltet, dass die unter einem Elevationswinkel γ zwischen 0° und 360° einfallende Sonnenstrahlung an den Reflexionsflächen 24 möglichst totalreflektiert wird. Wo dies nicht möglich ist, können die Reflexionsflächen auch verspiegelt werden. Wie in 7 dargestellt werden horizontal einfallende Lichtstrahlen 25 ebenso wie vertikal einfallende Lichtstrahlen 26 von den Lichtleitsegmenten 4 zu den jeweiligen Photodetektoren 7 gelenkt. Die Lichtstrahlen 25 und 26 treten dabei durch eine kugelsegmentförmige Eintrittsfläche 27 hindurch, die auf Breitengrade θ zwischen 30° und 60° beschränkt ist.
Der Zwischenraum zwischen den Lichtleitsegmenten 4 ist bei dem Sonnensensor 23 mit einer opaken Füllung 28 gefüllt. Bei der Füllung 28 kann es sich um eine Vergussmasse handeln, die nach einem Verspiegeln der Reflexionsflächen 24 eingebracht wird.
8 zeigt schließlich eine Aufsicht auf den Sonnensensor 23 aus 7.
Den anhand der 1 bis 8 beschriebenen Sonnensensoren 1, 20 und 23 ist gemeinsam, dass der Sonnenstand durch Aus wertung der von den Photodetektoren 7 aufgenommenen Strahlungsleistung bestimmt werden kann, da die Strahlungsleistung des von den Lichtleitsegmenten 4 erfassten Lichts vom jeweiligen Sonnenstand abhängt. Dazu sind nicht unbedingt vier Lichtleitsegmente 4 erforderlich. Denkbar ist auch eine Ausführung mit drei oder zwei Lichtleitsegmenten.
9 zeigt zum Beispiel eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sonnensensors 29. Dieser Sonnensensor 29 weist einen Lichtleiter 30 auf, der drei parallel zu einer Längsachse 13 ausgerichtete Lichtleitstäbe 31 aufweist. Die Lichtleitstäbe 31 sind untereinander durch dünne Längsstege 32 verbunden, die so schmal ausgeführt sind, dass möglichst wenig Licht von einem zum anderen Lichtleitstab 31 übertritt.
Am Eintrittsende 8 sind die Lichtleitstäbe 31 mit abgeschrägten Eintrittsflächen 33 versehen, die jeweils zur Längsachse 13 hin orientiert sind.
10 zeigt einen Querschnitt durch einen der Lichtleitstäbe 31. Die Eintrittsfläche 33 ist auf einer Unterseite reflektierend ausgebildet, so dass ein horizontal einfallender Lichtstrahl 34 nach dem Eintritt in den Lichtleitstab 31 an der Eintrittsfläche 33 nach Möglichkeit reflektiert und nach unten in Richtung des Photodetektors 7 abgelenkt wird. Eine Oberseite der Eintrittsfläche 33 ist nach Möglichkeit so ausgebildet, dass ein bestimmter Anteil des längs der Längsachse 13 einfallenden Lichts, von dem in 10 ein Lichtstrahl 35 dargestellt ist, durch die Eintrittsfläche 33 hindurch treten kann. Dies wird beispielsweise mit Hilfe einer Beschichtung 36 bewirkt, an der einfallendes Licht gestreut wird.
Die Empfangscharakteristik des Sonnensensors 29 kann durch die geometrische Gestaltung der Eintrittsfläche 33 gezielt beeinflusst werden. In 11 ist ein Ausführungsbeispiel des Lichtleitstabs 31 dargestellt, der am Eintrittsende 8 eine konkave Eintrittsfläche 37 aufweist. An der konkaven Ein trittsfläche 37 wird ein horizontal einfallender Lichtstrahl 38 reflektiert und zum Detektor 7 gelenkt.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Lichtleitstabs 31, der am Eintrittsende 8 eine kammartig ausgebildete Eintrittsfläche 39 aufweist, die nur auf der der Längsachse 13 zugewandten Seite mit einer Beschichtung 40 versehen ist.
Der Sonnensensor 29 zeichnet sich insbesondere durch eine besonders hohe Empfindlichkeit bei geringen Elevationswinkeln aus. Ferner kann die Richtung des einfallenden Sonnenlichts erkannt werden, indem die von den Photodetektoren 7 am Detektorende 6 der Lichtleitstäbe 31 erfassten Intensitäten ausgewertet werden. Vorzugsweise wird dabei eine Schwerpunktberechnung der Strahlungsleistung durchgeführt, aus der dann der Sonnenstand bestimmt werden kann.
Ferner kann der Sonnensensor 29 auf einfache Weise in Spritzgusstechnik hergestellt werden.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sonnensensors 41, der drei längs der Längsachse 13 angeordnete Lichtleitkammern 42 aufweist, die durch eine sternförmige Blende 43 getrennt sind. Die Blende 43 ragt über das Eintrittsende 8 der Lichtleitkammern 42 hinaus und führt bei schräg einfallendem Sonnenlicht 44 zur Ausbildung von Schatten 45 auf Eintrittsflächen 46 der Lichtleitkammern 42.
14 zeigt einen Querschnitt durch eine Lichtleitkammer 42. Die Lichtleitkammer 42 wird vorzugsweise hergestellt, indem in einem massiven Körper eine Bohrung 47 eingebracht wird. Durch die Bohrung 47 wird am Eintrittsende 8 die Wand der Lichtleitkammer 42 soweit geschwächt, dass ein Eintrittsfenster 48 entsteht, durch das das einfallende Sonnenlicht 44 zumindest diffus eintreten kann.
Die Blende 43 ist vorzugsweise aus einem opaken Material hergestellt, das zumindest einen Teil des horizontal einfallenden Sonnenlichts in Richtung des Eintrittsfensters 48 zurückwirft, so dass der Sonnensensor 41 auch bei horizontalem Einfall des Sonnenlichts 44 eine große Empfindlichkeit aufweist. Vorzugsweise wird für die Blende 43 Material mit einem hohen Albedowert verwendet.
Die Blende 43 kann darüber hinaus eine fokussierende Form aufweisen. Beispielsweise können die Wände der Blende 43 konkav ausgebildet sein, so dass das einfallende Licht auf das Eintrittfenster 48 fokussiert oder zumindest konzentriert wird.
Der Sonnenstand wird beim Sonnensensor 41, wie bei dem anhand der 9 bis 11 beschriebenen Sonnensensor 29 durch eine Auswertung der von den Photodetektoren erfassten Intensitäten bestimmt. Insbesondere kann der Sonnenstand durch eine Schwerpunktberechnung der erfassten Intensität bestimmt werden. Die Summe der von den Photodetektoren erfassten Intensitäten bildet dabei ein Äquivalent zur Bestrahlungsstärke des einfallenden Sonnenlichts.
15 zeigt schließlich einen Querschnitt durch einen miniaturisierten Sonnensensor 49, der ein Halbleitersubstrat 50 umfasst. Auf einer Oberseite 51 des Halbleitersubstrats 50 sind Photodetektoren 52 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 50 umfasst ferner eine Funktionsschicht 53, die zum Auslesen der Photodetektoren 52 erforderliche Schaltungen enthält. Ferner sind am Halbleitersubstrat 50 Kontaktflächen 54 ausgebildet, durch die der Sonnensensor 49 mit einer externen Schaltung verbunden werden kann. An den Photodetektoren 52 sind ein innerer Lichtleiter 55 und vier äußere Lichtleiter 56 angebracht. Die äußeren Lichtleiter 56 sind so gekrümmt, dass deren Eintrittsenden 57 zur Seite weisen. Durch die Eintrittsenden 57 wird auch im rechten Winkel zu der Längsachse 13 eintretendes Licht aufgenommen und durch eine gegenüber der Längsachse 13 geneigte Reflexionsfläche 58 der Lichtleiter 56 zum zugehörigen Photodetektor 52 gelenkt.
Besonders vorteilhaft beim Sonnensensor 49 ist dessen geringe Bauhöhe. So ist es möglich, den Sonnensensor 49 ohne großen Aufwand in die Karosserie 2 eines Kraftfahrzeugs zu integrieren, ohne dass das Vorhandensein des Sonnensensors 49 auffällt.
Den hier beschriebenen Sonnensensor 1, 20, 23, 29, 41 und 49 ist gemeinsam, dass die Strahlungscharakteristik durch die Anordnung und Ausrichtung der Reflexionsflächen 11, 24 und 58 sowie der Eintrittsflächen 33, 37 und 39 sowie die Form der Blende 43 flexibel eingestellt werden kann. Außerdem können die Lichtleitsegmente 4, die Lichtleitstäbe 31 und die Lichtleitkammern 42 je nach Anwendung unterschiedlich lang ausgeführt werden, wodurch eine flexible Anpassung an die jeweiligen konstruktiven Anforderungen möglich ist. Die Sonnensensoren 1, 20, 23, 29, 41 und 49 eignen sich insbesondere zur Steuerung von Klimaanlagen. Die Sonnensensoren 1, 20, 23, 29, 41 und 49 können aber auch teilweise die Funktion herkömmlicher Regensensoren übernehmen, in die Umgebungslicht – oder Fahrlichtsensoren mit integriert sind. Diese Zusatzfunktionen der Regensensoren werden bei Anwendung der hier beschriebenen Sonnensensoren nicht mehr erforderlich. Diese Funktionsreduzierung bei Regensensoren oder weiteren Bauteilen mit optischen Bauelementen, insbesondere bei im Rückspiegel integrierten Optiksensoren, erlaubt, diese in Zukunft kostengünstiger herzustellen.

1: Sonnensensor
2: Karosserie
3: Lichtleiter
4: Lichtleitsegment
5: Trennwand
6: Detektorende
7: Photodetektor
8: Eintrittsende
9: Eintrittsfläche
10: Schlitz
11: Reflexionsfläche
12: Lichtstrahl
13: Längsachse
14: Strahlengang
15: Lichtstrahl
16: Auftreffpunkt
17: Lichtstrahl
18: Maximum
19: Winkelbereich
20: Sonnensensor
21: Eintrittsfläche
22: Lichtstrahl
23: Sonnensensor
24: Reflexionsfläche
25: Lichtstrahl
26: Lichtstrahl
27: Eintrittsfläche
28: Füllung
29: Sonnensensor
30: Lichtleiter
31: Lichtleitstab
32: Längssteg
33: Eintrittsfläche
34: Lichtstrahl
35: Lichtstrahl
36: Beschichtung
37: Eintrittsfläche
38: Lichtstrahl
39: Eintrittsfläche
40: Beschichtung
41: Sonnensensor
42: Lichtleitkammer
43: Blende
44: Sonnenlicht
45: Schatten
46: Eintrittsfläche
47: Bohrung
48: Eintrittsfenster
49: Sonnensensor
50: Halbleitersubstrat
51: Oberseite
52: Photodetektor
53: Funktionsschicht
54: Kontaktfläche
55: Lichtleiter
56: Lichtleiter
57: Eintrittsenden
58: Reflexionsfläche

Claims

Sonnensensor mit einer Vielzahl von Photodetektoren (7, 52) und einem Lichtlenkkörper (3, 30), der einfallendes Licht (12, 15, 17, 22, 25, 26, 34, 35, 38, 44) zu den Photodetektoren (7, 52) lenkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (3, 30) eine Vielzahl von entlang einer Längsachse (13) angeordnete Teillenkkörper (4, 31, 42, 56, 57) umfasst, die jeweils ein Detektorende (6) mit zugeordnetem Photodetektor (7) und ein Eintrittsende (8) mit zugeordneter Reflexionsfläche (11, 24, 33, 37, 39, 43, 58) aufweisen, die quer zur Längsachse (13) auf den Sonnensensor einfallendes Licht (12, 22, 25) zum jeweiligen Photodetektor (7, 52) lenkt.
Sonnensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche im rechten Winkel zur Längsachse (13) auf den Sonnensensor einfallendes Licht (12, 22, 25) zum jeweiligen Photodetektor (7, 52) lenkt.
Sonnensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche (11, 24, 33, 37, 39, 58) zur Längsachse (13) geneigt ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (3) zwischen Eintrittsende (8) und Detektorende (6) konusförmig ausgebildet ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3) eine kugelsegmentförmige Eintrittsfläche (9) aufweist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3) eine kegelstumpfförmige Eintrittsfläche (21) aufweist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtleiter (3) eine kegelstumpfförmige Reflexionsfläche (11) ausgebildet ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teillenkkörper (4, 57) als Lichtleiter mit einer innenliegenden gekrümmten Reflexionsfläche (24, 58) ausgebildet sind.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (30) eine Vielzahl von entlang der Längsachse (13) angeordneten Lichtleitstäben (31) umfasst.
Sonnensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitstäbe (31) am Eintrittsende (8) zur Längsachse (13) orientierte geneigte Eintrittsflächen (33) aufweisen.
Sonnensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitstäbe (31) am Eintrittsende (8) eine gekrümmte zur Längsachse (13) hin abfallende Eintrittsfläche (37) aufweisen.
Sonnensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitstäbe (31) am Eintrittsende (8) eine kammartige Eintrittsfläche (39) aufweisen.
Sonnensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teillenkkörper am Eintrittsende (8) geschlossene Lichtleitkammern (42) sind, zwischen denen sich eine über das Eintrittsende (8) herausragende Blendenanordnung (43) angeordnet ist, die im rechten Winkel zur Längsachse (13) einfallendes Licht zu wenigstens einem Eintrittsfenster (48) der Lichtleitkammern (42) zurückwirft.
Sonnensensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung (43) im rechten Winkel zur Längsachse (13) einfallendes Licht zu wenigstens einem Eintrittsfenster (48) der Lichtleitkammern (42) zurückwirft.
Sonnensensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Lichtleitkammern (42) eine sternförmig ausgebildete Blende (43) befindet.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sonnensensor aufgenommene Strahlungsleistung bei gleich bleibender Bestrahlungsstärke mit zunehmenden Elevationswinkel monoton ansteigt.