DE102005025606A1

DE102005025606A1 - Sonnensensor und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102005025606A1
Application number: DE102005025606A
Authority: DE
Inventors: Manuel Dr. Schmidt
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-06-04
Also published as: DE102005025606B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sonnensensor zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, mit wenigstens einem photosensitiven Element, das in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat angebracht ist. Eine refraktive Optik ist direkt auf dem photosensitiven Element angebracht. Über der refraktiven Optik ist eine Abschattungseinrichtung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnensensor zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, mit wenigstens einem photosensitiven Element, das in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat angebracht ist.

Kraftfahrzeug-Klimaanlagen werden in zunehmendem Maße automatisch geregelt, wobei als Messwert in erster Linie die Lufttemperatur im Innenraum des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Aufgrund direkter Sonneneinstrahlung kann die von einem Fahrzeuginsassen subjektiv verspürte Temperatur jedoch deutlich höher sein als die tatsächliche Lufttemperatur im Innenraum. Um diesen Unterschied in der Temperaturwahrnehmung für die Regelung der Klimaanlage angemessen berücksichtigen zu können, ist es bekannt, Sonnensensoren zu verwenden, die die Intensität des Sonnenlichts ermitteln und ein entsprechendes Sonnenstand-Messsignal an die Klimaanlagen-Regelungseinrichtung übermitteln. Oftmals wird ein derartiges Sonnenstand-Messsignal für die Fahrerseite und die Beifahrerseite separat ermittelt, da je nach Sonnenstand hierfür sehr unterschiedliche Werte resultieren können.

Eine Schwierigkeit bei derartigen Sonnensensoren besteht darin, über den gesamten Winkelbereich ein der strahlungsbedingten Erwärmung der Fahrzeuginsassen entsprechendes Messsignal zu erhalten. Gerade bei Sonnensensoren mit einem planaren Aufbau des photosensitiven Elements wird nämlich bei einem großen Einstrahlwinkel des einfallenden Sonnenlichts gegenüber dem Zenit – also bei vergleichsweise tief stehender Sonne – nur ein geringes Messsignal erzeugt, obwohl gerade für derar tige große Einstrahlwinkel der subjektive Unterschied zwischen der gefühlten Temperatur und der tatsächlichen Lufttemperatur besonders groß ist und eine Korrektur innerhalb der Klimaanlagenregelung somit besonders wichtig ist. Es ist deshalb bekannt, eine Kombination von zueinander geneigten Photodioden zu verwenden. Ein derartiger Aufbau eines Sonnensensors ist jedoch aufwendig und mit unerwünscht hohen Herstellungskosten verbunden. Es ist auch die Verwendung eines optischen Diffusors bekannt. Hierdurch wird jedoch nicht immer die erwünschte Winkelcharakteristik des Messsignals erzielt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Sonnensensor zu schaffen, der bei kostengünstiger Herstellung eine gute Übereinstimmung zwischen strahlungsbedingter Erwärmung der Fahrzeuginsassen und Messsignal des Sensors erzielt.

Diese Aufgabe wird durch einen Sonnensensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass eine refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist, und dass über der refraktiven Optik eine Abschattungseinrichtung angeordnet ist.

Bei einem derartigen Sonnensensor ist also eine refraktive Optik direkt an dem photosensitiven Element befestigt, d.h. unmittelbar an dem photosensitiven Element oder über eine Schutzschicht und/oder eine Befestigungsschicht. Diese refraktive (strahlbrechende) Optik bewirkt eine Umlenkung von seitlich einfallenden Sonnenlichtstrahlen in Richtung des photosensitiven Elements. Zusätzlich ist oberhalb der refraktiven Optik – und somit oberhalb des photosensitiven Elements – eine Abschattungseinrichtung vorgesehen, die das photosensitive Element teilweise oder vollständig überdeckt. Die Abschattungseinrichtung absorbiert das von oben einfallende Sonnenlicht – also das mit geringem Einstrahlwinkel be züglich des Zenits einfallende Sonnenlicht – zumindest teilweise, während seitlich einfallendes Sonnenlicht unter der Abschattungseinrichtung hindurch über die refraktive Optik zu dem photosensitiven Element gelangen kann.

Da die refraktive Optik direkt an dem photosensitiven Element angebracht ist, kann die Abschattungseinrichtung in geringem Abstand zu dem photosensitiven Element oberhalb des photosensitiven Elements angeordnet sein. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Kombination einer direkt am photosensitiven Element angebrachten refraktiven Optik und einer darüber angeordneten Abschattungseinrichtung eine besonders günstige Winkelcharakteristik für das Messsignal des photosensitiven Elements erreicht wird. Gerade in dem für die Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung wichtigen Winkelbereich – also für vergleichsweise große Einstrahlwinkel gegenüber dem Zenit – kann hierdurch ein Sonnenstand-Messsignal erzeugt werden, das bezüglich des für geringe Einstrahlwinkel erzeugten Messsignals vergleichsweise groß ist.

Da die refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist, wird eine geringe Bauhöhe erzielt. Zugleich kann ein derartiger Sonnensensor mit einfachen Fertigungsschritten und somit auf kostengünstige Weise hergestellt werden, da die Befestigung der refraktiven Optik ohne besondere mechanische Hilfsmittel möglich ist. Da die refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element befestigt wird, kann hinsichtlich der Ausgestaltung der Optik und deren Lage relativ zu dem photosensitiven Element auch mit vergleichsweise großen Toleranzen gearbeitet werden, ohne dass sich dies in der Serienproduktion auf die Uniformität des Detektionsverhaltens des Sonnensensors auswirkt.

Durch Variierung der Größe bzw. des Umrisses der Abschattungseinrichtung kann außerdem auf einfache Weise die Winkelcharakteristik des Messsignals geändert werden, beispielsweise um den Sensor an unterschiedliche Anwendungen anzupassen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Gehäuse des Sonnensensors – zusätzlich zu dem erforderlichen Schutz gegenüber mechanischen Einwirkungen und Verschmutzung – keine besonderen (optischen) Funktionen erfüllen muss. Das Gehäuse kann somit in flexibler Weise anwendungsspezifisch ausgestaltet werden, insbesondere um eine Anpassung des Sensors an die Gegebenheiten in unterschiedlichen Fahrzeugtypen zu ermöglichen.

Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Sonnensensors wird dadurch ermöglicht, dass die refraktive Optik auf das photosensitive Element direkt aufgespritzt, aufgegossen oder – als vorgefertigtes optisches Bauelement – aufgeklebt ist.

Zur Vermeidung von Lichtverlusten insbesondere bei schrägem Lichteinfall – beispielsweise durch Totalreflexion – ist es bevorzugt, wenn die refraktive Optik flächig mit dem photosensitiven Element verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die refraktive Optik die Form eines Prismas, d.h. eines transparenten Körpers mit wenigstens zwei zueinander geneigten ebenen optischen Grenzflächen. Mit anderen Worten kann die refraktive Optik in der Seitenansicht mehreckig, insbesondere dreieckig, viereckig oder als Trapezoid ausgebildet sein. Es ist bevorzugt, wenn die Lichteintrittsfläche der refraktiven Optik eben ausgebildet und bezüglich der planaren Anordnung des photosensitiven Elements geneigt ist, um hierdurch für große Einstrahlwinkel bezüglich des Zenits eine hin reichende Strahlumlenkung in Richtung des photosensitiven Elements zu bewirken. Dabei können an der Lichteintrittsfläche Abschnitte mit unterschiedlichen optischen Abbildungseigenschaften gebildet werden. Insbesondere kann die Lichteintrittsfläche in mehrere unterschiedlich geneigte Abschnitte unterteilt sein.

Alternativ hierzu kann die refraktive Optik eine konvex oder konkav gewölbte Form besitzen, insbesondere die Form einer Halbkugel oder eines Teils eines Ellipsoids.

Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und Befestigung der refraktiven Optik ergibt sich, wenn diese aus einem Kunststoff an das photosensitive Element angespritzt oder angegossen wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Sonnensensor als Mehrzonen-Sensor mit mehreren photosensitiven Elementen ausgebildet, die verschiedenen vorbestimmten Einstrahlrichtungen zugeordnet sind. Beispielsweise können zwei, drei oder vier separate Photodioden vorgesehen sein.

Hinsichtlich dieser Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn für jedes der mehreren photosensitiven Elemente eine eigene refraktive Optik vorgesehen ist, wobei zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken wenigstens eine Trennwand angeordnet ist. In diesem Fall kann die Abschattungseinrichtung vorteilhafterweise mittels der Trennwand an dem Trägersubstrat befestigt und/oder abgestützt sein. Hierdurch ist eine besonders einfache Anbringung der Abschattungseinrichtung ohne zusätzliche Befestigungselemente möglich, und die Abschattungseinrichtung kann sehr nahe an der refraktiven Optik bzw. unmittelbar oberhalb hiervon angeordnet sein.

Eine besonders einfache Anbringung der Trennwand an dem Trägersubstrat wird dadurch ermöglicht, dass die Trennwand zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken der mehreren photosensitiven Elemente seitlich gefangen ist, so dass die Trennwand – zumindest während des Fertigungsprozesses – von den benachbarten refraktiven Optiken seitlich abgestützt wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die genannte Trennwand innerhalb der aufgespritzten oder aufgegossenen refraktiven Optik eingeschlossen wird, d.h. von dieser umspritzt oder umgossen wird.

Die Befestigung der Trennwand an dem Trägersubstrat kann auf einfache Weise durch Aufkleben erfolgen.

Die genannte Abschattungseinrichtung ist vorzugsweise lichtundurchlässig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abschattungseinrichtung lediglich teilweise lichtundurchlässig ausgebildet ist, insbesondere als Grau- oder Farbfilter, und/oder als optisches Streuelement. Auch die vorstehend oder nachstehend noch genannte Trennwand kann vollständig oder teilweise lichtundurchlässig ausgebildet sein.

Eine besonders vorteilhafte Winkelcharakteristik des Sonnenstand-Messsignals des photosensitiven Elements wird erzielt, wenn die Abschattungseinrichtung unmittelbar über der refraktiven Optik angeordnet ist, insbesondere wenn sich die Abschattungseinrichtung an die an dem photosensitiven Element angebrachte refraktive Optik anschließt.

Die Abschattungseinrichtung ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich parallel zu der Erstreckungsebene der planaren Anordnung der photosensitiven Elemente.

Ein besonders kostengünstiger Aufbau des Sonnensensors wird erzielt, wenn die Abschattungseinrichtung und die Trennwand einstückig ausgebildet sind, beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff. Hierdurch werden die Funktion der Abschattung, die Funktion der Anbringung bzw. Abstützung der Abschattungseinrichtung, und die Funktion der optischen Trennung der verschiedenen refraktiven Optiken mittels eines einzigen Bauelements verwirklicht.

Alternativ zu der erläuterten Befestigung der Abschattungseinrichtung mittels einer Trennwand kann die Abschattungseinrichtung auch direkt an der refraktiven Optik befestigt sein, beispielsweise durch Aufkleben. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn der Sonnensensor lediglich ein einziges photosensitives Element besitzt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Sonnensensor zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, mit wenigstens einem photosensitiven Element, das in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat angebracht ist, wobei eine refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist.

Die vorstehenden Erläuterungen zu der oder den refraktiven Optiken und der optionalen Trennwand eines Sonnensensors mit Abschattungseinrichtung gelten auch für den vorgenannten Sonnensensor ohne Abschattungseinrichtung.

Insbesondere wird durch die direkt an dem photosensitiven Element angebrachte refraktive Optik und die hierdurch bewirkt Umlenkung der einfallenden Lichtstrahlen in Richtung des photosensitiven Elements eine günstige Winkelcharakteristik für das Messsignal des photosensitiven Elements erreicht. Da die refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist, kann eine geringe Bauhöhe des Sensors erzielt werden. Zugleich kann ein derartiger Sonnensensor mit einfachen Fertigungsschritten und somit auf kostengünstige Weise hergestellt werden, da die Befestigung der refraktiven Optik ohne besondere mechanische Hilfsmittel möglich ist. Da die refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element befestigt wird, kann hinsichtlich der Ausgestaltung der Optik und deren Lage relativ zu dem photosensitiven Element auch mit vergleichsweise großen Toleranzen gearbeitet werden, ohne dass sich dies in der Serienproduktion auf die Uniformität des Detektionsverhaltens des Sonnensensors auswirkt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Gehäuse des Sonnensensors keine besonderen (optischen) Funktionen erfüllen muss. Das Gehäuse kann somit in flexibler Weise anwendungsspezifisch ausgestaltet werden, insbesondere um eine Anpassung des Sensors an die Gegebenheiten in unterschiedlichen Fahrzeugtypen zu ermöglichen.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sonnensensors zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, bei dem wenigstens ein photosensitives Element in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat angebracht wird, wobei eine refraktive Optik direkt auf dem photosensitiven Element angebracht wird, und wobei über der refraktiven Optik eine Abschattungseinrichtung angeordnet wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1a und 1b zeigen eine erste Ausführungsform eines Sonnensensors mit einer direkt am photosensitiven Element angebrachten refraktiven Optik und einer darüber angeordneten Abschattungseinrichtung in einer Perspektivansicht bzw. einer Seitenansicht.
2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsformen eines Sonnensensors mit einer direkt am photosensitiven Element angebrachten refraktiven Optik und einer darüber angeordneten Abschattungseinrichtung in einer jeweiligen Seitenansicht.
5 zeigt den Verlauf des Sonnenstand-Messsignals über dem Einstrahlwinkel.
6 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Sonnensensors mit einer direkt am photosensitiven Element angebrachten refraktiven Optik in einer jeweiligen Seitenansicht.
10 zeigt ein Blockschaltbild einer Klimaanlagenregelung für ein Kraftfahrzeug.
Eine erste Ausführungsform eines Sonnensensors ist in 1a und 1b gezeigt. Auf einem Trägersubstrat 11, beispielsweise einer Leiterbahnplatine (PCB, Printed Circuit Board), sind zwei Photodioden 13 befestigt. Beispielsweise können die Photodioden 13 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs an dem Trägersubstrat 11 angebracht sein. Die Photodioden 13 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit an dem Trägersubstrat 11 ausgebildeten Leiterbahnen elektrisch verbunden.
Direkt auf der lichtempfindlichen Fläche jeder Photodiode 13 ist eine jeweilige refraktive Optik 15 angebracht. In dem gezeigten Beispiel sind die refraktiven Optiken 15 aus Kunststoff gebildet und derart an das Trägersubstrat 11 angespritzt oder angegossen, dass sie die jeweilige Photodiode 13 umschließen. Die refraktiven Optiken 15 sind prismenförmig ausgebildet, mit einer ebenen Lichteintrittsfläche 17, die bezüglich sowohl der Horizontalen als auch der Vertikalen schräg geneigt ist, sowie mit einer ebenen Lichtaustrittsfläche 19, die flächig an der lichtempfindlichen Fläche der jeweiligen Photodiode 13 anliegt. Die beiden Lichteintrittsflächen 17 der verschiedenen refraktiven Optiken 15 sind in unterschiedliche Richtungen geneigt, so dass ein Mehrzonen-Sensor für verschiedene vorbestimmte Einstrahlrichtungen gebildet ist.
Die beiden refraktiven Optiken 15 sind an dem Trägersubstrat 11 voneinander beabstandet angeordnet, so dass zwischen den refraktiven Optiken 15 ein Zwischenraum 21 gebildet ist. In diesen Zwischenraum ist eine Trennwand 23 eingesetzt, die eine plattenförmige Abschattungseinrichtung 25 trägt. Die Trennwand 23 und die Abschattungseinrichtung 25 sind einstückig aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff gebildet. Die Trennwand 23 ist an ihrer unteren Stirnseite auf das Trägersubstrat 11 aufgeklebt und kann zusätzlich entlang ihrer Seitenflächen mit den benachbarten refraktiven Optiken 15 verklebt oder zumindest von diesen seitlich abgestützt sein.
Die Abschattungseinrichtung 25 erstreckt sich unmittelbar oberhalb der refraktiven Optiken 15 in horizontaler Richtung und somit parallel zu der Erstreckungsebene der planaren Anordnung der Photodioden 13, und sie besitzt einen rechteckigen Umriss. In der Seitenansicht gemäß 1b bil den die Trennwand 23 und die Abschattungseinrichtung 25 demzufolge gemeinsam eine T-Form.
Zur Herstellung des gezeigten Sonnensensors werden zunächst die Photodioden 13 auf das Trägersubstrat 11 aufgeklebt und gegebenenfalls zusätzlich elektrisch kontaktiert. Danach werden die refraktiven Optiken 15 auf das Trägersubstrat 11 und somit direkt auf die Photodioden 13 aufgespritzt oder aufgegossen. Anschließend wird die Trennwand 23 in den Zwischenraum 21 zwischen den refraktiven Optiken 15 eingesetzt und dort verklebt, so dass die Abschattungseinrichtung 25 von der Trennwand 23 abgestützt bzw. getragen wird.
Der gezeigte Sonnensensor dient zum Ermitteln der Intensität, mit der das Sonnenlicht die Fahrzeuginsassen aus der Einstrahlrichtung erwärmt, die der jeweiligen Photodiode 13 bzw. der jeweiligen refraktiven Optik 15 zugeordnet ist. Die refraktiven Optiken 15 dienen dabei zum Umlenken von Sonnenlicht, das von der Seite her (großer Einstrahlwinkel gegenüber dem Zenit) die jeweilige Lichteintrittsfläche 17 beaufschlagt, in Richtung der jeweiligen Photodiode 13. Da die refraktiven Optiken 15 direkt an den Photodioden 13 angebracht sind, kann die Abschattungseinrichtung 25 in geringer Höhe oberhalb der Photodioden 13 angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich ein günstiges Detektionsverhalten des Sensors.
Außerdem kann der gezeigte Sensor in der bereits erläuterten Weise mit wenigen einfachen Verfahrensschritten und somit kostengünstig hergestellt werden.
Die erforderlichen optischen Eigenschaften (Strahlumlenkung und -abschattung) sind bereits durch den einfachen Aufbau des Sensors gemäß 1a verwirklicht. Zusätzlich kann der Sensor zwar mit einem Ge häuse 27 versehen sein, das in 1b beispielhaft als gestrichelt eingezeichnete Kuppelform dargestellt ist. Dieses Gehäuse muss jedoch keine besondere Form und insbesondere keine besonderen optischen Eigenschaften (Strahlumlenkung) besitzen und kann deshalb flexibel an die jeweilige Applikation angepasst werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich – und auch nicht vorgesehen –, dass an dem Gehäuse 27 oder den refraktiven Optiken 15 zusätzlich noch ein Diffusor und/oder ein Reflektor angebracht werden muss, um die erwünschte Winkelcharakteristik des Messsignals zu erreichen.
Weitere Ausführungsformen sind in den 2 bis 4 gezeigt.
Gemäß 2 sind die refraktiven Optiken 15 nicht auf das Trägersubstrat 11 und die Photodioden 13 aufgespritzt oder aufgegossen, sondern als vorgefertigte optische Bauelemente direkt auf die jeweilige Photodiode 13 aufgesetzt. Insbesondere können die refraktiven Optiken 15 mittels eines transparenten Klebstoffs auf die jeweilige Photodiode 13 aufgeklebt sein.
Gemäß 3 besitzen die prismenförmigen Optiken 15 zwei ebene, zueinander geneigte Lichteintrittsflächen 17, 17'.
Der Sonnensensor gemäß 4 besitzt eine einzige Photodiode 13 für eine zugeordnete Einstrahlrichtung. Eine refraktive Optik 15 überdeckt die Photodiode 13 und Teile des Trägersubstrats 11, und sie besitzt eine konvex gewölbte Lichteintrittsfläche 17. An der Oberfläche der refraktiven Optik 15 ist eine Abschattungseinrichtung 25' angebracht, die zumindest teilweise lichtundurchlässig ist. Beispielsweise kann ein Kunststoffstreifen auf die refraktive Optik 15 aufgeklebt oder eine lichtabsorbierende oder frequenzselektive Farbe auf die refraktive Optik 15 aufgebracht sein. die Abschattungseinrichtung 25' überdeckt die Photodiode 13 teilweise, und zwar in einer asymmetrischen Anordnung, so dass durch die Anordnung der Abschattungseinrichtung 25' die Sonnenlicht-Einstrahlrichtung festgelegt wird.
5 zeigt den Verlauf des Messsignals S der jeweiligen Photodiode 13 über dem Einstrahlwinkel φ, und zwar von 0° (Zenit) bis 90° (horizontaler Lichteinfall). Aus 5 ist ersichtlich, dass gerade bei großen Einstrahlwinkeln (seitlicher Lichteinfall), für die eine Anpassung der Klimaanlagenregelung in Kraftfahrzeugen besonders wichtig ist, ein vergleichsweise großes Messsignal S erzeugt wird, so dass der Lichteinfall aus der vorbestimmten Einstrahlrichtung gut erkannt und große Einstrahlwinkel gut von kleinen Einstrahlwinkeln unterschieden werden können.
6 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Sonnensensors mit einer direkt am photosensitiven Element angebrachten refraktiven Optik.
Bei dem Sonnensensor gemäß 6 ist an einem Trägersubstrat 11 (z.B. Leiterbahnplatine) eine Photodiode 13 in einer planaren Anordnung befestigt, beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs aufgeklebt. Direkt auf der Photodiode 13 ist eine refraktive Optik 15 angebracht. Beispielsweise ist die refraktive Optik 15 aus einem Kunststoff gebildet und derart auf einen Teil des Trägersubstrats 11 aufgespritzt oder aufgegossen, dass sie die lichtempfindliche Fläche der Photodiode 13 überdeckt. Alternativ hierzu kann die refraktive Optik 15 jedoch auch – als vorgefertigtes optisches Bauelement – auf die Photodiode 13 aufgesetzt sein, insbesondere mittels eines transparenten Klebstoffs an der Photodiode 13 befestigt sein, wie dies im Zusammenhang mit 2 erläutert worden ist.
Die refraktive Optik 15 besitzt eine Prismenform mit einer ebenen Lichteintrittsfläche 17, die bezüglich sowohl der Horizontalen als auch der Vertikalen schräg geneigt ist, sowie mit einer Lichtaustrittsfläche 19, die flächig an der lichtempfindlichen Fläche der Photodiode 13 anliegt.
Bei der Ausführungsform gemäß 7 sind mehrere ebene, zueinander geringfügig geneigte Lichteintrittsflächen 17, 17' der refraktiven Optik 15 vorgesehen.
Die Lichteintrittsfläche 17 der refraktiven Optik 15 kann auch konvex gewölbt ausgebildet sein, wie dies in 8 gezeigt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 9 ist der Sonnensensors als Mehrzonen-Sensor mit zwei Photodioden 13 ausgebildet, die zwei verschiedenen Einstrahlrichtungen zugeordnet sind. Die jeweiligen refraktiven Optiken 15 sind durch einen Zwischenraum 21 voneinander getrennt. In diesen Zwischenraum 21 ist eine Trennwand 23 aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff eingesetzt, um ein optisches Übersprechen zu verhindern, wobei die Trennwand 23 beispielsweise unterseitig an dem Trägersubstrat 11 und/oder mit ihren Seitenflächen an den refraktiven Optiken 15 angeklebt ist.
Die in den 6 bis 9 gezeigten Sonnensensoren dienen zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung und zeichnen sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Da die jeweilige refraktive Optik 15 direkt an der Photodiode 13 befestigt, insbesondere daran angespritzt oder angegossen wird, ist eine kostengünstige Fertigung möglich, ohne dass zusätzliche Befestigungselemente montiert werden müssen. Die gezeigten Sensoren können zwar – wie dies beispielhaft in 8 durch ein gestrichelt eingezeichnetes kuppelförmiges Gehäuse 27 illustriert ist – mit einem Gehäuse versehen sein. Dieses muss jedoch keine zusätzlichen optischen Funktionen (Strahlumlenkung, Abschattung oder Streuung) übernehmen, so dass der Aufbau des Gehäuses flexibel an die jeweilige Applikation des Sensors angepasst werden kann.
Zugleich kann mittels der direkt auf der Photodiode 13 angebrachten refraktiven Optik 15 hinsichtlich des Sonnenstand-Messsignals der Photodiode 13 eine günstige Winkelcharakteristik erzielt werden, wie dies in 5 illustriert ist.
Zur Erläuterung einer möglichen Anwendung der vorstehend genannten Sonnensensoren ist in 10 ein Blockschaltbild einer Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung gezeigt. Eine elektronische Regelungseinrichtung 31 ist eingangsseitig nicht nur mit einem oder mehreren Temperaturfühlern 33 zur Bestimmung der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs, sondern auch mit einem oder mehreren Sonnensensoren 35 der vorstehend erläuterten Art verbunden. In Abhängigkeit von den empfangenen Messsignalen der Temperaturfühler 33 und Sonnensensoren 35 erzeugt die Regelungseinrichtung 31 geeignete Steuerbefehle für eine Stelleinrichtung 37 (z.B. Kühlkreislauf-Kompressor, Gebläse), um eine entsprechende Anpassung der Innenraumtemperatur zu veranlassen.

11: Trägersubstrat
13: Photodiode
15: refraktive Optik
17: Lichteintrittsfläche
17': Lichteintrittsfläche
19: Lichtaustrittsfläche
21: Zwischenraum
23: Trennwand
25: Abschattungseinrichtung
25': Abschattungseinrichtung
27: Gehäuse
31: Regelungseinrichtung
33: Temperaturfühler
35: Sonnensensor
37: Stelleinrichtung
S: Messsignal
φ: Einstrahlwinkel

Claims

Sonnensensor zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, mit wenigstens einem photosensitiven Element (13), das in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine refraktive Optik (15) direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist, und dass über der refraktiven Optik eine Abschattungseinrichtung (25, 25') angeordnet ist.
Sonnensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) auf das photosensitive Element (13) aufgespritzt, aufgegossen oder aufgesetzt ist.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) flächig mit dem photosensitiven Element (13) verbunden ist.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) die Form eines Prismas besitzt.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (17, 17') der refraktiven Optik eben ausgebildet ist und bezüglich der planaren Anordnung des photosensitiven Elements (13) geneigt ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) eine konvex oder konkav gewölbte Lichteintrittsfläche (17) besitzt.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) aus einem Kunststoff gespritzt oder gegossen ist.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnensensor als Mehrzonen-Sensor mit mehreren photosensitiven Elementen (13) ausgebildet ist, die verschiedenen vorbestimmten Einstrahlrichtungen zugeordnet sind.
Sonnensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mehreren photosensitiven Elemente (13) wenigstens eine Lichteintrittsfläche (17) der refraktiven Optik zugeordnet ist, die bezüglich der planaren Anordnung der photosensitiven Elemente geneigt ist, wobei die den verschiedenen photosensitiven Elementen zugeordneten Lichteintrittsflächen (17) in unterschiedliche Richtungen geneigt sind.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der mehreren photosensitiven Elemente (13) eine eigene refraktive Optik (15) vorgesehen ist, wobei zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken der mehreren photosensitiven Elemente wenigstens eine Trennwand (23) angeordnet ist, und dass die Abschattungseinrichtung (25) mittels der Trennwand an dem Trägersubstrat (11) befestigt und/oder abgestützt ist.
Sonnensensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23) seitlich zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken (15) der mehreren photosensitiven Elemente gefangen ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23) an dem Trägersubstrat (11) angeklebt ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25) und die Trennwand (23) einstückig ausgebildet sind.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25) und die Trennwand (23) in der Seitenansicht gemeinsam T-förmig ausgebildet sind.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25, 25') lichtundurchlässig oder zumindest teilweise lichtundurchlässig ausgebildet ist.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25, 25') unmittelbar über der refraktiven Optik (15) angeordnet ist.
Sonnensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25') an der refraktiven Optik befestigt ist.
Sonnensensor zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, mit wenigstens einem photosensitiven Element (13), das in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine refraktive Optik (15) direkt auf dem photosensitiven Element angebracht ist.
Sonnensensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) auf das photosensitive Element (13) aufgespritzt, aufgegossen oder aufgesetzt ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) flächig mit dem photosensitiven Element (13) verbunden ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) die Form eines Prismas besitzt.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (17, 17') der refraktiven Optik eben ausgebildet ist und bezüglich der planaren Anordnung des photosensitiven Elements (13) geneigt ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) konvex oder konkav gewölbte Lichteintrittsfläche (17) besitzt.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) aus einem Kunststoff gespritzt oder gegossen ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnensensor als Mehrzonen-Sensor mit mehreren photosensitiven Elementen (13) ausgebildet ist, die verschiedenen vorbestimmten Einstrahlrichtungen zugeordnet sind.
Sonnensensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mehreren photosensitiven Elemente (13) wenigstens eine Lichteintrittsfläche (17) der refraktiven Optik zugeordnet ist, die bezüglich der planaren Anordnung der photosensitiven Elemente geneigt ist, wobei die den verschiedenen photosensitiven Elementen zugeordneten Lichteintrittsflächen (17) in unterschiedliche Richtungen geneigt sind.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der mehreren photosensitiven Elemente (13) eine eigene refraktive Optik (15) vorgesehen ist, wobei zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken der mehreren photosensitiven Elemente wenigstens eine Trennwand (23) angeordnet ist.
Sonnensensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23) seitlich zwischen den verschiedenen refrak tiven Optiken (15) der mehreren photosensitiven Elemente gefangen ist.
Sonnensensor nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23) an dem Trägersubstrat (11) angeklebt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Sonnensensors zum Ermitteln des Sonnenstands für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlagenregelung, bei dem wenigstens ein photosensitives Element (13) in einer planaren Anordnung an einem Trägersubstrat (11) angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine refraktive Optik (15) direkt auf dem photosensitiven Element (13) angebracht wird, und dass über der refraktiven Optik eine Abschattungseinrichtung (25, 25') angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Optik (15) auf das photosensitive Element (13) aufgespritzt, aufgegossen oder aufgeklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere photosensitive Elemente (13) in einer planaren Anordnung nebeneinander an dem Trägersubstrat (11) angebracht werden, dass direkt auf jedem der mehreren photosensitiven Elemente eine zugeordnete refraktive Optik (15) angebracht wird, dass zwischen den verschiedenen refraktiven Optiken der mehreren photosensitiven Elemente wenigstens eine Trennwand (23) angeordnet wird, und dass die Abschattungseinrichtung (25) mittels der Trennwand befestigt und/oder abgestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25) und die Trennwand (23) einstückig ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23) an dem Trägersubstrat (11) angeklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungseinrichtung (25') an der refraktiven Optik (15) befestigt wird.