DE102005006472B4 - Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bestrahlungsstärke und der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bestrahlungsstärke und der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung für Kraftfahrzeuge Download PDF

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Abstract

Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Bestrahlungsstärke und einer Einfallsrichtung einer Sonnenstrahlung für Kraftfahrzeuge mit mehreren photosensitiven Elementen (1, 2a, 2b), die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung eingerichtet sind, wobei drei als SMD-Bauteile ausgeführte photosensitive Elemente (1, 2a, 2b) auf einem nahe einer Windschutzscheibe (4) und parallel zu einer Scheibenfläche angeordneten Schaltungssubstrat (3) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven Elemente (1, 2a, 2b) Phototransistoren sind, die nebeneinander auf dem Schaltungssubstrat (3) angeordnet sind, wobei das mittlere Element (1) mit einem TOPLED-Gehäuse und mit einem zusätzlichen Tageslichtsperrfilter und die beiden äußeren Elemente (2a, 2b) mit Sidelooker-Gehäusen versehen sind, und dass jeweilige Richtungen einer maximalen Empfindlichkeit bei dem mittleren Element (1) senkrecht und bei den beiden äußeren Elementen (2a, 2b) parallel zu einer Fläche des Schaltungssubstrats (3) ausgerichtet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bestrahlungsstärke und der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung für Kraftfahrzeuge mit mehreren photosensitiven Elementen, die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung eingerichtet sind, wobei drei als SMD-Bauteile ausgeführte photosensitive Elemente auf einem nahe der Windschutzscheibe und parallel zur Scheibenfläche angeordneten Schaltungssubstrat angebracht sind.
  • Derartige Sensoreinrichtungen werden in Kraftfahrzeugen für eine Innenraumtemperaturregelung eingesetzt.
  • Durch die DE 38 21 743 A1 ist beispielsweise eine Sensoreinrichtung bekannt geworden, bei der zwei photosensitive Elemente derart zueinander angeordnet sind, dass eine Erkennung der Einfallsrichtung des Lichtes aus der unterschiedlichen Bestrahlung der Elemente möglich ist. Die photosensitiven Elemente sind dazu entweder winklig zueinander auf einer entsprechenden Halterung angeordnet oder in einer Ebene durch eine lichtundurchlässige Wand voneinander getrennt.
  • Die US 5 181 654 A zeigt eine Sensoreinrichtung, bei der drei photosensitive Elemente vorhanden sind, die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung vorgesehen sind. Die photosensitiven Flächen der Elemente sind zueinander so angeordnet, dass sie die Oberseite und zwei Seitenflächen eines Pyramidenstumpfes bilden, wobei die Oberseite in einer bezogen auf das Fahrzeug horizontalen Ebene liegt.
  • Die US 5 117 744 A zeigt eine Sensoreinrichtung, bei der zur Erfassung von Sonnenstrahlung insgesamt fünf photosensitive Elemente vorhanden sind, die mit ihren Richtungen der maximalen Empfindlichkeit jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind.
  • Die JP S59-15 809 A zeigt eine Sensoreinrichtung, bei der zur Erfassung von Sonnenstrahlung insgesamt mehrere photosensitive Elemente vorhanden sind, wobei zumindest zwei dieser Elemente mit ihren Richtungen der maximalen Empfindlichkeit aufeinander zu gerichtet angeordnet sind.
  • Aus der DE 102 35 368 A1 ist eine Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden, bei der drei photosensitive Elemente vorhanden sind, die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung vorgesehen sind. Die drei photosensitiven Elemente sind als SMD-Bauteile ausgeführt und auf einem nahe der Windschutzscheibe und parallel zur Scheibenfläche angeordneten Schaltungssubstrat angebracht.
  • Die beschriebene Art von Sensoreinrichtungen ist üblicherweise auf der Oberseite des Armaturenbretts eines Kraftfahrzeugs hinter der Windschutzscheibe montiert. Aus dem Verhältnis der die einzelnen Elemente erreichenden Strahlungsanteile kann die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung in Bezug auf das Fahrzeug ermittelt werden.
  • Bei diesen vorbekannten Sensoreinrichtungen werden zur Erreichung der erforderlichen winkligen Anordnung der Elemente zueinander Halterungen eingesetzt, die eine aufwendige Montage der photosensitiven Elemente erforderlich machen und somit insbesondere für eine automatisierte Fertigung ungeeignet sind.
  • Die optoelektronische Sensoreinrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass sie deutlich kostengünstiger und insbesondere unter Verwendung von Standardbauelementen herzustellen ist.
  • Dies ist dadurch ermöglicht, dass die photosensitiven Elemente Phototransistoren sind, die nebeneinander auf dem Schaltungssubstrat angeordnet sind, wobei das mittlere Element mit einem TOPLED-Gehäuse und mit einem zusätzlichen Tageslichtsperrfilter und die beiden äußeren Elemente mit Sidelooker-Gehäusen versehen sind, und dass die jeweiligen Richtungen der maximalen Empfindlichkeit bei dem mittleren Element senkrecht und bei den beiden äußeren Elementen parallel zur Fläche des Schaltungssubstrats ausgerichtet sind.
  • Vorteilhaft können optisch wirksame Elemente zwischen den photosensitiven Elementen und der Windschutzscheibe vorgesehen sein, welche strahlungsbeeinflussende, also z.B. brechende, beugende, absorbierende oder reflektierende Strukturen bzw. Stoffe enthalten, die die Winkel- sowie die spektrale Charakteristik der eigentlichen photosensitiven Elemente verändern. In einer bevorzugten Ausführungsform können solche Strukturen oder Stoffe in entsprechenden Bereichen eines einer optoelektronischen Regensensoreinrichtung zugehörigen Strahlenleitkörpers eingebracht sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben und werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Dabei zeigt
    • 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung
    • 2 die Sensoreinrichtung aus 1 integriert in einer optoelektronischen Regensensoreinrichtung in einer senkrecht zur Scheibenfläche geschnittenen Darstellung
  • Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine zur Erfassung der Bestrahlungsstärke und der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung vorgesehene Sensoreinrichtung im wesentlichen aus einem hier als Leiterplatte ausgebildeten Schaltungssubstrat 3, auf dem drei photosensitive Elemente 1, 2a, 2b angeordnet sind. Es handelt sich bei diesen photosensitiven Elementen um Phototransistoren, die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung vorgesehen sind. Dazu ist der mittlere 1 der drei Phototransistoren 1, 2a, 2b mit einem sog. TOPLED Gehäuse versehen, dessen Lichteintrittsöffnung so ausgerichtet ist, daß die Richtung der maximalen Empfindlichkeit des Elements senkrecht zu der Leiterplattenebene ausgerichtet ist. Dieser Phototransistor 1 ist zudem mit einem sog. Tageslichtsperrfilter versehen, der im sichtbaren Spektralbereich des Lichtes undurchlässig und im Bereich des nahen Infrarot durchlässig ist. Zusammen mit der spektralen Empfindlichkeit des Halbleiterchips ergibt sich damit eine spektrale Empfangscharakteristik, deren Empfindlichkeit bei etwa 900 nm maximal ist und die sowohl unterhalb von 700 nm als auch oberhalb von 1100 nm praktisch gleich null ist. Die beiden anderen Phototransistoren 2a, 2b sind jeweils seitlich neben diesem ersten Phototransistor 1 angeordnet. Sie sind jeweils mit einem sog. Sidelooker Gehäuse versehen. Diese Gehäuseform ist dazu vorgesehen, das Element in einer gegenüber der zuvor beschriebenen TOPLED Ausführung um 90° gekippten Stellung auf der Leiterplatte 3 anzuordnen. Die Richtung der maximalen Empfindlichkeit dieser Elemente ist somit parallel zu der Leiterplattenebene. Die beiden äußeren Phototransistoren 2a, 2b sind dabei so angeordnet, dass ihre jeweiligen Richtungen der maximalen Empfindlichkeit parallel zueinander auf einer gedachten Linie durch den mittleren Phototransistor 1 ausgerichtet sind. In der vorgesehenen Montageposition der Sensoreinrichtung, bei der die Leiterplatte 3 parallel zur Windschutzscheibe 4 des Fahrzeugs angebracht ist, ist diese gedachte Linie parallel zu Oberkante der Windschutzscheibe 4 ausgerichtet, wodurch sich für die drei Photodioden 1, 2a, 2b jeweils unterschiedliche „Sichtbereiche“ ergeben, dergestalt, dass die mittlere Photodiode 1 hauptsächlich Licht aus einem in Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegenden Bereich empfängt, während die beiden äußeren Photodioden 2a, 2b jeweils Licht aus dem rechten bzw. linken Seitenbereich des Fahrzeugs empfangen. Aus den von den drei Photodioden 1, 2a, 2b gemessenen Werten der jeweiligen Strahlungsleistungen kann im Wege der Berechnung auch der horizontale Winkel des Sonnenstandes, sowie die Intensität der Sonnenstrahlung, die auf einen mit der Richtung seiner maximalen Empfindlichkeit senkrecht ausgerichteten Empfänger träfe ermittelt werden.
  • Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann, wie in 2 dargestellt, vorteilhaft in eine optoelektronische Regensensoreinrichtung integriert werden. Eine solche Regensensoreinrichtung, bei der in bekannter Weise Strahlensender und Strahlenempfänger 5 einem mit zur Parallelisierung der von den Strahlensendern ausgesandten, divergenten Strahlenbündeln bzw. zur Fokussierung der an der äußeren Oberfläche einer Windschutzscheibe 4 eines Kraftfahrzeuges reflektierten, parallelen Strahlenbündel auf die Strahlenempfänger vorgesehenen Linsen versehenen Strahlenleitkörper 6 zugeordnet sind, wird beispielsweise mittels eines optischen Klebers 7 auf der nicht dem Niederschlag ausgesetzten, inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 4 befestigt. Die in einem Gehäuse 8 angeordnete Sensoreinrichtung wird dabei an exponierter, d.h. die Sicht nicht beeinträchtigender, jedoch für die Erfassung des Niederschlages prädestinierter Stelle der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 4 positioniert. Diese Stelle ist für die erfindungsgemäße Erfassung der Bestrahlungsstärke und der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung ebenso prädestiniert wie für die Erfassung des Niederschlages, so dass die Integration einer entsprechenden Einrichtung hier sinnvoll ist. Die Strahlensender und die Strahlenempfänger 5 der Regensensoreinrichtung sind als SMD-Bauteile auf einer Hauptleiterplatte 9 angeordnet, die ihrerseits bezüglich des Strahlenleitkörpers 6 über entsprechende Bohrungen in der Hauptleiterplatte 9 und damit kooperierende Dome am Strahlenleitkörper 6 positioniert wird. Das Schaltungssubstrat 3 der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist in dem gleichen Gehäuse 8 aufgenommen und näher an der Windschutzscheibe 4 angeordnet als die Hauptleiterplatte 9, mit der es über Anschlussstifte 10 elektrisch verbunden ist. Es kann auf seiner der Windschutzscheibe 4 abgewandten Seite vorteilhafterweise zusätzlich Elemente einer Heizeinrichtung zur Entfernung einer ggf. störenden Betauung auf der Scheibenaußenseite bzw. zur Einstellung einer definierte Betriebstemperatur der gesamten Einrichtung tragen. Bei diesen Elementen handelt es sich z.B. um ein als aufgedruckte Dickschichtstruktur realisiertes Widerstandselement oder auch um SMD-Widerstände 11 kleiner Bauform.

Claims (6)

  1. Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Bestrahlungsstärke und einer Einfallsrichtung einer Sonnenstrahlung für Kraftfahrzeuge mit mehreren photosensitiven Elementen (1, 2a, 2b), die jeweils zur Erfassung eines aus einer festgelegten Richtung einfallenden Anteils der Sonnenstrahlung eingerichtet sind, wobei drei als SMD-Bauteile ausgeführte photosensitive Elemente (1, 2a, 2b) auf einem nahe einer Windschutzscheibe (4) und parallel zu einer Scheibenfläche angeordneten Schaltungssubstrat (3) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven Elemente (1, 2a, 2b) Phototransistoren sind, die nebeneinander auf dem Schaltungssubstrat (3) angeordnet sind, wobei das mittlere Element (1) mit einem TOPLED-Gehäuse und mit einem zusätzlichen Tageslichtsperrfilter und die beiden äußeren Elemente (2a, 2b) mit Sidelooker-Gehäusen versehen sind, und dass jeweilige Richtungen einer maximalen Empfindlichkeit bei dem mittleren Element (1) senkrecht und bei den beiden äußeren Elementen (2a, 2b) parallel zu einer Fläche des Schaltungssubstrats (3) ausgerichtet sind.
  2. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Elemente (2a, 2b) mit ihren Richtungen der maximalen Empfindlichkeit aufeinander zu weisend angeordnet sind.
  3. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass optisch wirksame Elemente zwischen den photosensitiven Elementen (1, 2a, 2b) und der Windschutzscheibe (4) vorhanden sind, welche strahlungsbeeinflussende Strukturen und/oder Stoffe enthalten, die eine Winkel- und /oder eine spektrale Charakteristik der photosensitiven Elemente (1, 2a, 2b) verändern.
  4. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungssubstrat (3) mit den photosensitiven Elementen (1, 2a, 2b) in einem Gehäuse (8) einer zur Erfassung einer Benetzung der Windschutzscheibe (4) mit Niederschlag eingerichteten optoelektronischen Regensensoreinrichtung integriert ist.
  5. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungssubstrat (3) mit einer Hauptleiterplatte (9) der optoelektronischen Regensensoreinrichtung über Anschlussstifte (10) elektrisch verbunden ist.
  6. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile einer Auswerteelektronik der optoelektronischen Sensoreinrichtung auf der Hauptleiterplatte (9) der optoelektronischen Regensensoreinrichtung vorhanden sind.
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