DE102005047061A1 - Radiation detector e.g. sun position detector, for motor vehicle, has two bodies comprising respective main beam axes and arranged such that axes run in directions that are different from one another, where bodies are embedded in casing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Ermittlung einer Einfallsrichtung von Strahlung einer Strahlungsquelle, insbesondere einen Sonnenstandsdetektor für ein Kraftfahrzeug.The The invention relates to a radiation detector for determining a Direction of incidence of radiation of a radiation source, in particular a sun position detector for a motor vehicle.
Aus
der Patentschrift
Aus
der Patentschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen technisch weniger aufwändigen Strahlungsdetektor anzugeben, der eine einfache Bestimmung der Einfallsrichtung von Strahlung einer Strahlungsquelle, die auf den Strahlungsdetektor auftrifft, ermöglicht.It Object of the present invention, a technically less complex Radiation detector to provide a simple determination of the direction of incidence of radiation from a radiation source pointing to the radiation detector hits, allows.
Diese Aufgabe wird durch einen Strahlungsdetektor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is solved by a radiation detector according to claim 1. advantageous Trainings are in the dependent claims specified.
Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor umfasst mindestens einen ersten Detektorkörper, der eine erste Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von einer Strahlungsquelle empfangene elektromagnetische Strahlung in ein erstes, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, und einen zweiten Detektorkörper, der eine zweite Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von der Strahlungsquelle empfangene elektromagnetische Strahlung in ein zweites, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, wobei eine Hauptstrahlachse so definiert ist, dass entlang dieser auf den Strahlungsdetektor auftreffende Strahlung von dem zugehörigen Detektorkörper in ein maximales Detektorsignal umgewandelt wird, umfasst ferner einen Träger, auf dem die zwei Detektorkörper angeordnet sind, und ein Linsenelement, das den zwei Detektorkörpern in Einfallsrichtung vorgelagert ist, wobei die zwei Detektorkörper derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die erste und die zweite Hauptrahlachse in voneinander verschiedenen Richtungen verlaufen.One comprises radiation detector according to the invention at least one first detector body having a first main beam axis and in operation receives a received from a radiation source electromagnetic radiation in a first, direction-dependent detector signal converts, and a second detector body having a second main beam axis and in operation, an electromagnetic signal received by the radiation source Converts radiation into a second, direction-dependent detector signal, wherein a main beam axis is defined so that along this incident on the radiation detector radiation from the associated detector body in a maximum detector signal is converted, further comprises a Carrier, on which the two detector bodies are arranged, and a lens element, the two detector bodies in Incident direction is upstream, wherein the two detector body in such a way offset from each other, that the first and the second Main beam axis in mutually different directions.
Eine Einfallsrichtung der Strahlung wird relativ zu einer Detektorebene, in der sich der Strahlungsdetektor befindet, in Abhängigkeit von einem Winkel α und einem Winkel β angegeben.A Direction of incidence of the radiation becomes relative to a detector plane, in which the radiation detector is located, depending on from an angle α and an angle β indicated.
In
den
Wie
in
Wie
in
Ein erfindungsgemäßer Detektorkörper weist vorderseitig eine Strahlungsempfangsfläche auf, die vorzugsweise plan ausgebildet ist. Die auf die Strahlungsempfangsfläche auftreffende Strahlung wird vom Detektorkörper in ein von der Einfallsrichtung abhängiges elektrisches Detektorsignal umgewandelt. Typischerweise liefert ein Detektorkörper, der sich bei der Position O befindet, ein maximales Detektorsignal, wenn die Strahlung bei einem Winkel β = 0° einfällt. Hingegen liefert der Detektorkörper ein minimales Signal, wenn die Strahlung bei einem Winkel β = 90° oder β = –90° einfällt.One inventive detector body has front side a radiation receiving surface on, which is preferably designed plan. The incident on the radiation receiving surface Radiation is emitted from the detector body in an incident on the direction of arrival dependent electrical detector signal transformed. Typically, a detector body that yields at the position O, a maximum detector signal when the radiation at an angle β = 0 ° occurs. On the other hand supplies the detector body a minimum signal when the radiation is incident at an angle β = 90 ° or β = -90 °.
Da
der erste und der zweite Detektorkörper außermittig, das heißt bei einer
von der Position O verschiedenen Position angeordnet sind, liefern
sie nicht bei einem Winkel β =
0° ein maximales
Detektorsignal, sondern bei einem so genannten Schielwinkel βs.
Wie in
Vorzugsweise entspricht die Achse C einer Mittelachse des Strahlungsdetektors und ferner einer Linsenachse und optischen Achse des Linsenelements.Preferably the axis C corresponds to a central axis of the radiation detector and further, a lens axis and optical axis of the lens element.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind
die Detektorkörper
in der Detektorebene
Strahlung, die entlang der ersten Hauptstrahlachse D einfällt, erzeugt im ersten Halbleiterkörper ein maximales Detektorsignal, während gegebenenfalls das zweite Detektorsignal im Vergleich zum ersten Detektorsignal jedenfalls schwächer ausfällt. Hingegen erzeugt Strahlung, die entlang der zweiten Hauptstrahlachse E einfällt im zweiten Detektorkörper ein maximales zweites Detektorsignal, während gegebenenfalls das erste Detektorsignal im Vergleich zum zweiten Detektorsignal jedenfalls schwächer ausfällt.Radiation, which is incident along the first main beam axis D, generates in the first semiconductor body maximum detector signal while optionally the second detector signal compared to the first Detector signal at least weaker fails. On the other hand generates radiation along the second main beam axis E comes to mind in the second detector body a maximum second detector signal while optionally the first one Detector signal in any case weaker compared to the second detector signal.
Der
Vergleich der beiden Detektorsignale ermöglicht somit zumindest eine
Bestimmung, von welcher Seite die Strahlung auf den Strahlungsdetektor trifft.
Insbesondere ermöglicht
der Vergleich eine Bestimmung, ob die Strahlung relativ zum Strahlungsdetektor
von links, von vorne oder von rechts einfällt. Sind die beiden Detektorkörper beispielsweise
wie in
Gemäß einer Ausgestaltung des Strahlungsdetektors weisen die beiden Detektorkörper einen gleich großen Schielwinkel βs auf. Dieser kann insbesondere zwischen 20° und 30° betragen.According to one embodiment of the radiation detector, the two detector body an equal squint angle β s. This can be in particular between 20 ° and 30 °.
Die Orientierungen der ersten und zweiten Hauptstrahlachse können mithilfe der Winkel α und β angegeben werden. Dann weist die erste Hauptstrahlachse die Orientierung ΦI(αI, βI) und die zweite Hauptstrahlachse die Orientierung ΦII(αII, βII) auf.The orientations of the first and second principal ray axes can be given by means of the angles α and β. Then the first main beam axis has the orientation Φ I (α I , β I ) and the second main beam axis has the orientation Φ II (α II , β II ).
Vorzugsweise unterscheiden sich αI und αII um 90° voneinander. Beispielsweise kann die Orientierung der ersten Hauptstrahlachse ΦI ≈ (135°, –30°) und die Orientierung der zweiten Hauptstrahlachse ΦII ≈ (45°, 30°) sein.Preferably, α I and α II differ by 90 ° from each other. For example, the orientation of the first main beam axis Φ I ≈ (135 °, -30 °) and the orientation of the second main beam axis Φ II ≈ (45 °, 30 °).
Vorteilhafterweise ist es bei einer derartigen Ausrichtung der Hauptstrahlachsen möglich, Strahlung aus verschiedenen Einfallsrichtungen zu detektieren, deren Einfallswinkel αE sich um etwa 135° und deren Einfallswinkel βE sich um etwa 40° unterscheiden kann.Advantageously, with such an orientation of the main beam axes, it is possible to detect radiation from different directions of incidence, the angle of incidence α E of which may differ by approximately 135 ° and its angle of incidence β E by approximately 40 °.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement eine sphärische Linse.at a preferred embodiment the lens element is a spherical one Lens.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Detektorkörper einen Halbleiter-Photodetektor. Typischerweise ist ein Halbleiter-Photodetektor ein wellenlängenselektiver Detektor, der gegenüber einem in einem sehr weiten Spektralbereich empfindlichen Detektor vorteilhafterweise eine größere Empfindlichkeit aufweist. Vorzugsweise sind die Detektorkörper für infrarote Strahlung empfindlich, insbesondere für eine Wellenlänge von 950 nm, und können beispielsweise Silizium enthalten. Des Weiteren können die Detektorkörper ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnGamIn1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Der Halbleiter-Photodetektor kann als Phototransistor oder Photodiode ausgebildet sein. Wirkprinzip und Eigenschaften derartiger Halbleiter-Photodetektoren sind aus der Literatur bekannt (vgl. R. Paul, Optoelektronische Halbleiterbauelemente, Teubner, 1985, Kapitel 3.2, 3.3 und 5.3.2.2), deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.In a further preferred embodiment, the detector bodies comprise a semiconductor photodetector. Typically, a semiconductor photodetector is a wavelength-selective detector that advantageously has greater sensitivity over a very sensitive spectral range detector. Preferably, the detector bodies are sensitive to infrared radiation, in particular for a wavelength of 950 nm, and may for example contain silicon. Furthermore, the detector bodies may contain a III / V compound semiconductor material such as Al n Ga m In 1 nm N, where 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. The semiconductor photodetector can be used as a phototransistor or Photodiode be formed. The mode of action and properties of such semiconductor photodetectors are known from the literature (see R. Paul, Optoelectronic Semiconductor Devices, Teubner, 1985, Chapter 3.2, 3.3 and 5.3.2.2), the content of which is hereby incorporated by reference.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorkörper in einer Umhüllung, die ein für die zu detektierende Strahlung durchlässiges Material enthält, eingebettet. Beispielsweise kann die Umhüllung ein Verguss sein, der ein Epoxidharz enthält. Das Linsenelement kann an die Umhüllung direkt angeformt oder mit einem Haftmittel angebracht sein.According to one particularly preferred embodiment are the detector bodies in a wrapper, the one for the radiation to be detected contains permeable material embedded. For example, the wrapper a potting containing an epoxy resin. The lens element can to the serving directly molded or attached with an adhesive.
Weiterhin kann die Umhüllung Partikel aufweisen, die zumindest einen Teil der einfallenden Strahlung diffus streuen. Beispielsweise können die Partikel TiO2 enthalten. Dadurch kann die Winkelverteilung der einfallenden Strahlung verbreitert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Einfallsrichtung der Strahlung genauer bestimmt werden kann. Denn aufgrund der verbreiterten Winkelverteilung liefern auch Strahlen, deren Einfallsrichtung wesentlich von einer der Hauptrahlachsen abweicht, ein erkennbares Detektorsignal, wodurch sich bei einem bestimmten Winkel α der einfallenden Strahlung der Winkel β genauer bestimmen lässt.Furthermore, the sheath may comprise particles which diffusely scatter at least a portion of the incident radiation. For example, the particles may contain TiO 2 . As a result, the angular distribution of the incident radiation can be widened. This has the advantage that the direction of incidence of the radiation can be determined more accurately. Because due to the broadened angular distribution and provide rays whose direction of incidence differs significantly from one of the main beam axes, a detectable detector signal, which can be determined more accurately at a certain angle α of the incident radiation angle β.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorkörper in einem oberflächenmontierbaren Gehäuse, einem so genannten SMD (Surface Mount Device)-Gehäuse angeordnet. Dieses weist einen Gehäusekörper, der vorzugsweise den Träger umfasst, und elektrische Anschlussleiter auf, die von Außen in das Gehäuse hineinführen. Dabei sind die Detektorkörper in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Detektorkörper durch einfaches Vergießen der Detektorkörper innerhalb der Ausnehmung mit einem strahlungsdurchlässigen Medium vor schädigenden mechanischen und thermischen Einwirkungen von Außen geschützt werden können. Ferner sind die Detektorkörper mittels der in das Gehäuse hineinragenden Anschlussleiter einfach anschließbar. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung trichterartig ausgebildet, so dass die auf die Innenwände auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Richtung der Detektorkörper abgelenkt wird.In a particularly preferred embodiment, the detector bodies are in a surface-mountable housing, a so-called SMD (Surface Mount Device) housing arranged. This comprises a housing body, which preferably comprises the carrier, and electrical connection leads, which lead from the outside into the housing. In this case, the detector body are arranged in a recess of the housing body. This has the advantage that the detector body can be protected from damaging mechanical and thermal influences from the outside by simply casting the detector body within the recess with a radiation-permeable medium. Furthermore, the detector bodies can be easily connected by means of the connection conductors projecting into the housing. Particularly preferably, the recess is funnel-shaped, so that the radiation impinging on the inner walls is at least partially deflected in the direction of the detector body.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist jeder Detektorkörper an seiner Rückseite, das heißt an seiner der Strahlungsempfangsfläche gegenüberliegenden Seite, eine elektrische Kontaktfläche auf, mit der dieser auf einem ersten Anschlussleiter elektrisch leitend aufgebracht ist. Ferner weist jeder Detektorkörper vorderseitig, das heißt auf der Strahlungsempfangsfläche eine elektrische Kontaktfläche auf, an die beispielsweise ein Draht angebracht ist, der mit dem zweiten Anschlussleiter verbunden ist.at an advantageous embodiment every detector body at its back, this means on its side opposite the radiation-receiving surface, an electrical contact area on, with this on a first connecting conductor electrically conductive is applied. Furthermore, each detector body has front side, this means on the radiation receiving surface an electrical contact surface on, for example, a wire is attached to the second connection conductor is connected.
Ein
für den
Strahlungsdetektor vorzugsweise verwendetes Gehäuse ist beispielsweise ein
so genanntes herkömmliches
TOPLET-Gehäuse,
wie es in der Patentschrift
Ein solches oberflächenmontierbares Gehäuse ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Serienproduktion erfindungsgemäßer Strahlungsdetektoren.One such surface mountable casing allows advantageously a cost-effective Serial production of radiation detectors according to the invention.
Ein Strahlungsdetektor, der zwei Detektorkörper aufweist, ist in seiner einfachsten Ausführungsform hauptsächlich dazu geeignet zu bestimmen, ob die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung relativ zum Strahlungsdetektor von links, von vorne oder von rechts einfällt.One Radiation detector having two detector body is in his simplest embodiment mainly suitable for determining whether the radiation emitted by the radiation source relative to the radiation detector from the left, from the front or from the right incident.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Strahlungsdetektor einen dritten Detektorkörper mit einer dritten Hauptstrahlachse auf, die von der ersten und der zweiten Hauptstrahlachse verschieden ist. Sie weist eine Orientierung ΦIII(αIII, βIII) auf. Vorteilhafterweise ermöglicht ein derartiger Strahlungsdetektor eine genauere Bestimmung der Einfallsrichtung der Strahlung. Denn der dritte Detektorkörper erzeugt für eine bestimmte Einfallsrichtung ein zusätzliches, drittes Detektorsignal, das sich typischerweise vom ersten und zweiten Detektorsignal unterscheidet. Der Strahlungsdetektor weist somit einen weiteren „Empfindlichkeitsbereich" auf, der für Strahlung, die entlang der dritten Hauptstrahlachse einfällt, ein maximales Detektorsignal erzeugt.According to a preferred embodiment, the radiation detector has a third detector body with a third main beam axis, which is different from the first and the second main beam axis. It has an orientation Φ III (α III , β III ). Advantageously, such a radiation detector allows a more accurate determination of the direction of incidence of the radiation. Because the third detector body generates for a certain direction of incidence an additional, third detector signal, which typically differs from the first and second detector signal. The radiation detector thus has a further "sensitivity range" which generates a maximum detector signal for radiation incident along the third main beam axis.
Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor ist vielseitig einsetzbar. Beispielsweise kann der Strahlungsdetektor in einem Fahrzeug dafür vorgesehen sein zu ermitteln, ob Sonnenstrahlen relativ zum Fahrzeug und in Fahrtrichtung gesehen von links, von vorne oder von rechts einfallen, um beispielsweise eine Steuereinheit für eine Klimaanlage, sonnenstandsabhängig zu betreiben.One inventive radiation detector is versatile. For example, the radiation detector in a vehicle for it be provided to determine whether sunrays relative to the vehicle and seen from the left, from the front or from the right in the direction of travel come to mind, for example, a control unit for an air conditioner, depending on the position of the sun operate.
Ferner ist der Strahlungsdetektor zusammen mit einer Steuereinheit dafür verwendbar, Solarzellen sonnenstandsabhängig auszurichten. Diese werden vorzugsweise derart gekippt, dass die Sonnenstrahlen senkrecht auf den Zellen auftreffen.Further the radiation detector is usable together with a control unit therefor, Solar cells depending on the position of the sun align. These are preferably tilted such that the Sunbeams impinge vertically on the cells.
Weitere
bevorzugte Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sowie Vorteile eines Strahlungsdetektors gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den
Es zeigen:It demonstrate:
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellten Bestandteile der Ausführungsbeispiele und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.In the embodiments, the same or equivalent components are each provided with the same reference numerals. The components of the embodiments shown in the figures and their proportions with each other are in principle not to be considered as true to scale.
Der
in
Der
erste Detektorkörper
Die
Anschlussleiter
Die
Anschlussleiter
Die
Detektorkörper
Wie
dargestellt befindet sich der erste Detektorkörper
Der
Detektorkörper
Der
Detektorkörper
Das
Linsenelement
In
In
Die
Linsenachse
Von
einer Strahlungsquelle
Die
Detektorebene
In
Beispielsweise
ist dem Schaubild zu entnehmen, dass der Detektorkörper
Somit
entspricht diese Einfallsrichtung der Orientierung ΦI(αI, βI) der ersten Hauptstrahlachse. Der Detektorkörper
Hingegen
liefert der Detektorkörper
Bei einer Kenntnis der Detektorsignalkurven des ersten und zweiten Detektorkörpers lassen ein ermitteltes erstes Detektorsignal und ein ermitteltes zweites Detektorsignal beziehungsweise ein Vergleich des ersten Detektorsignals mit dem zweiten Detektorsignal einen Rückschluss auf die Einfallsrichtung ΦE(αE, βE) der Strahlung zu.With a knowledge of the detector signal curves of the first and second detector body, a determined first detector signal and a detected second detector signal or a comparison of the first detector signal with the second detector signal to draw a conclusion on the direction of incidence Φ E (α E , β E ) of the radiation.
Der
im Zusammenhang mit den
In
Ein derartiger Strahlungsdetektor ermöglicht nicht nur eine Angabe, ob die Strahlen von links, von vorne oder von rechts einfallen, sondern erlaubt eine genauere Bestimmung der Einfallsrichtung der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung hinsichtlich der Winkel α und β.One Such a radiation detector not only allows an indication whether the rays are coming in from the left, from the front or from the right, but allows a more accurate determination of the direction of incidence of radiation emitted by the radiation source with respect to Angle α and β.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited to these. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the patent claims or embodiments is specified.
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