DE3720406C2 - Lichtsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Um beispielsweise die Scheinwerfer eines Kraftfahrzeu­ ges automatisch in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit einschalten zu können, benötigt man eine Lichtsensoran­ ordnung mit mehreren Lichtempfangselementen, um die Helligkeit verschiedener Objekte oder die Helligkeit in verschiedenen Richtungen wie beispielsweise die Hellig­ keit des Umgebungslichtes einerseits und die Helligkeit des Lichtes in einer Vorwärtsrichtung andererseits zu messen.

Eine derartige Sensoranordnung ist beispielsweise aus der Japanischen Gebrauchsmusterschrift 59-58 643 vom 17. April 1984 bekannt. Bei der dort beschriebenen Lösung sind im Bereich des Armaturenbrettes eines Kraftfahr­ zeuges ein in Vorwärtsrichtung desselben gerichtetes erstes Sensorelement und ein nach oben gerichtetes zweites Sensorelement angeordnet und mit einer Auswer­ teschaltung verbunden. Bei einer derartigen Sensoran­ ordnung treten jedoch Probleme auf. So ist es erstens schwierig, die Größe der Sensoranordnung insgesamt zu verringern, da mehrere Lichtsensoren unabhängig vonein­ ander montiert sind. Zweitens ist es erforderlich, die Lichtsensoren in ihrer Halterung einzustellen und zu justieren, wodurch die Herstellung und die Montage der Sensoranordnung komplex und teuer wird.

Aus der DE 29 17 894 C2 ist ein Lichtsensor der ein­ gangs genannten Art bekannt. Dabei ist das Sensorele­ ment von einem Keramikzylinder umgeben, der schräg ein­ fallende Strahlung abblenden soll. Über diesen Blendef­ fekt hinaus kann der Strahlungsgang durch diesen Zylin­ der nicht beeinflußt werden. Der Zylinder stellt ein eigenes Bauteil dar, dessen Bereitstellung, Einbau und Justierung die Fertigungskosten für einen solchen Sen­ sor erhöhen. Dies macht sich insbesondere bemerkbar, wenn mehrere Sensorelemente vorhanden sein sollen, wie dies beispielsweise die in der EP 01 25 016 A2 be­ schriebene Meßeinrichtung zeigt.

Die DE 31 29 324 A1 zeigt eine Lichtmeßanordnung für eine fotografische Kamera mit mehreren Sensoren, denen das Licht über einen Strahlteiler zugeführt wird. Die­ ser Strahlteiler besteht aus einem plattenförmigen op­ tischen Element mit verschiedenen Beugungsgittern, durch die jeweils ein Teil des einfallenden Lichtes auf die verschiedenen Sensoren gelenkt wird.

Die US-A-3,891,858 zeigt einen Optokoppler mit zwei im wesentlichen identischen Abschnitten, bei dem Sender und Empfänger jeweils in Kunststoff eingegossen sind und der im Strahlungsweg liegende Abschnitt desselben linsenförmig ausgebildet ist.

Die US-A-44 25 501 beschreibt eine Lichtmeßeinrichtung mit einer Vielzahl von über eine Fläche verteilten Lichtmeßbereichen. Diese Fläche wird durch ein transpa­ rentes Element abgedeckt, das eine Vielzahl von Linsen in der der Anordnung von Lichtmeßbereichen entsprechen­ den Anordnung hat. Die transparente Abdeckung wiederum wird von einer Maske abgedeckt, welche lediglich die Linsenbereiche frei läßt, so daß das einfallende Licht nur durch die Linsenbereiche hindurchfallen kann und jeweils auf einen Lichtmeßbereich gebündelt wird.

Die DE 29 16 744 C2 schließlich beschreibt einen Infra­ rotsensor ähnlich der aus der DE 29 17 894 C2 bekannten Sensoranordnung ohne einen Blendenzylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Licht­ sensor der im Oberbegriff des Anspruchs beschriebenen Art anzugeben, der einfach und preiswert herzustellen ist, eine geringe Anzahl von Einzelteilen aufweist, einen geringen Raum beansprucht und zuverlässig in der Funktion ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht von Teilen einer ersten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Lichtsensors,

Fig. 2 eine Frontansicht gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht von Teilen einer zweiten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Lichtsensors,

Fig. 4 eine Schnittansicht von Teilen einer dritten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Lichtsensors,

Fig. 5 eine Frontansicht gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Sensorteil mit einem Gehäuseteil kombiniert ist (Darstellung ohne Aussparung und Fortsatz im Gehäuseteil sowie ohne Halbleiterbaustein), und

Fig. 7 eine vergrößerte Teildarstellung des den Sensor­ teil und den Gehäuseteil umfassenden Sensors.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Grundausführungsform eines Sensorteiles 1 eines Lichtsensors. Der Sensorteil 1 weist zwei Lichtempfangselemente 13, beispielsweise Photo­ dioden, auf, die in Epoxyharz oder dergleichen eingegossen sind und mit diesem zusammen einen gegossenen Block 10 bilden. In Front der entsprechenden Lichtempfangselemente 13 sind zwei Lichtempfangsabschnitte 11 und 12 ausgebildet, um so geeignete optische Bedingungen wie beispielsweise einen geeigneten Lichteinfallswinkel zu schaffen, die für jedes der Lichtempfangselemente 13 in dem Block 10 benö­ tigt werden. Die Lichtempfangselemente 13 sind an einer vorgegebenen Stelle auf einem Keramiksubstrat montiert und mit Anschlußdrähten 15 verbunden. Sie sind daher leicht herstellbar und montierbar. Ferner ist es möglich, in das Keramiksubstrat 14 eine Verstärkerschaltung für die Licht­ empfangselemente 13 einzubauen. In der Fig. 1 ist mit 16 ein Beispiel einer derartigen Verstärkerschaltung bezeich­ net, die auf dem Keramiksubstrat 14 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Guß­ blockes 10a des Sensorteiles 1a eines Lichtsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein mit 12a bezeichneter Lichtempfangsabschnitt ist in Form einer Kugelschale ausge­ bildet. Wie bei dieser Ausführungsform zu sehen ist, kann die Gestalt der Lichtempfangsabschnitte jeweils so gewählt werden, wie sie für das jeweilige Lichtempfangselement ge­ eignet ist. Die übrigen Abschnitte mit Ausnahme des Licht­ empfangsabschnittes 12a in Fig. 3 stimmen mit der Ausfüh­ rungsform gemäß den Fig. 1 und 2 überein und werden daher nicht näher erläutert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsform des Gußblockes 10b eines Sensorteiles 1b gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß den Fig. 4 und 5 ist in der Mitte des Bereiches zwischen den Lichtempfangsab­ schnitten 11b und 12b des die Lichtempfangselemente 13 auf­ nehmenden Blockes 10b eine schlitzförmige Aussparung 17 geeigneter Breite ausgebildet. In diese schlitzförmige Aussparung 17 ist ein lichtundurchlässiges Material 18 ein­ gesetzt. Durch diese Anordnung wird eine Lichtabschirmung oder Schattenwirkung erzielt, um zu verhindern, daß bei­ spielsweise durch den Lichtempfangsabschnitt 11b einfallen­ des Licht zu dem dem anderen Lichtempfangsabschnitt zuge­ ordneten Lichtempfangselement 13 gelangt. Ferner wird er­ reicht, daß praktisch kein äußeres Licht zum unteren Ende der schlitzförmigen Aussparung 17 gelangt. Daher ist es zweckmäßig, an der mit 19 bezeichneten Stelle eine Ver­ stärkerschaltung in Form eines Halbleiterchips für die Lichtempfangselemente 13 anzuordnen. Dadurch wird jede Fehlfunktion der Verstärkerschaltung aufgrund äußerer Lichteinwirkung vermieden. Die weiteren Teile der darge­ stellten Sensoranordnung stimmen wiederum mit den in den Fig. 1, 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform überein, so daß eine weitere Erläuterung nicht erforderlich ist.

Fig. 6 zeigt ein Gehäuseteil des erfindungsgemäßen Lichtsensors, in den der in der Fig. 1 dargestellte Sensor­ teil 1 eingesetzt ist. Der Sensorteil 1 kann beispiels­ weise auch durch Sensorteile 1a oder 1b ersetzt werden, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Der Gehäuse­ teil 2 besteht aus einer Frontlinsenanordnung 20 aus einem lichtdurchlässigen Kunstharz und einem Haltergehäuse 23 aus einem lichtundurchlässigen Kunstharz. Die Frontlinsen­ anordnung 20 umfaßt Lichteintrittslinsen 21 und 22 als Lichtaufnahmemittel, die in Gegenüberstellung zu den Licht­ empfangsabschnitten 11 und 12 an dem Sensorabschnitt 1 an­ geordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die eine Lichteintrittslinse 21 flach geformt, um eine Aufweitung des Lichteinfallswinkels zu erreichen. Die andere Licht­ eintrittslinse 22 ist als konvexe Linse ausgebildet, um den Lichteinfallswinkel oder Meßwinkel zu verkleinern. Auf diese Weise kann die Form der jeweiligen Linse in Über­ einstimmung mit der Lichtmeßfunktion gewählt werden. In der Frontlinsenanordnung 20 kann eine schlitzförmige Ab­ schirmung vorgesehen sein, wie sie bei der Ausführungs­ form gemäß den Fig. 4 und 5 zu sehen ist. In dem Halter­ gehäuse 23 ist ein Linsenaufnahmeabschnitt 24 ausgebildet, der zur Montage der Frontlinsenanordnung 20 bestimmt ist. Ferner umfaßt der Gehäuseteil einen Gehäuseabschnitt 25 zur Aufnahme einer Steuerschaltung 30 für den Sensorteil 1.

In der Fig. 7 ist der Hauptabschnitt des erfindungsge­ mäßen Lichtsensors in vergrößertem Maßstab darge­ stellt. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform eine oben erwähnte Abschirmung an der Frontlinsenanordnung 20 vorgesehen, wobei ein lichtundurchlässiges Material 28 in eine schlitzförmige Aussparung 27a in der Frontlinsenan­ ordnung 20 eingesetzt ist. Ferner ist in dem Sensorteil 1 eine schlitzförmige Aussparung 17a vorgesehen, in welche ein von der Rückseite der Linsenanordnung 20 abstehender und die schlitzförmige Aussparung 27a aufnehmender Fort­ satz 27b eingreift, um die Lichteintrittslinsen 21 und 22 bezüglich der Lichtempfangsabschnitte 11 und 12 korrekt zu positionieren, wenn der Sensorteil 1 in den Gehäuseteil 2 eingesetzt wird. Bei dieser Anordnung wird eine hohe Fer­ tigungsgenauigkeit erzielt und eine Fehlfunktion vermieden.

Da bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Lichtem­ pfangsabschnitt 11 bezüglich des Lichtempfangselementes 13a breit ist und die Lichteintrittslinse 21 eine flache Form hat, ergibt sich eine optische Charakteristik mit einem Lichteinfalls- oder Meßwinkel α von ca. 45°.

Auf der anderen Seite ist der Lichtempfangsabschnitt 12 bezüglich des Lichtempfangselementes 13b schmal gemacht worden und die Lichteintrittslinse 22 weist eine sphärische Form auf. Daher ergibt sich eine optische Charakteristik mit einem Lichteinfalls- oder Meßwinkel β von ca. 3,5°. Auf diese Weise ist es möglich, zwei unterschiedliche Messungen durchzuführen.

Wie die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Lichtsensors zeigt, umfaßt der Sensorteil mindestens zwei Lichtempfangselemente, die in ein lichtdurchlässiges Kunstharz eingegossen sind. Der Frontabschnitt des Sensor­ teils vor den Lichtempfangselementen ist als Lichtempfangs­ abschnitt ausgebildet. Ferner sind die Lichteintrittsmittel des Gehäuseteils so ausgebildet, daß sie unterschiedliche optische Eigenschaften wie beispielsweise unterschiedlich große Lichteinfallswinkel für das durch die Lichtempfangs­ abschnitte des Sensorteiles einfallende Licht für die Lichtempfangselemente schaffen. Damit ist es möglich, mit einem einzigen Sensor die Beleuchtung aus unterschiedlichen Richtungen wie beispielsweise einem Weitwinkelbereich und einem schmalen Winkelbereich in Vorwärtsrichtung oder in seitlichen Richtungen zu messen. Dabei ist die Anzahl der benötigten Teile minimal, so daß der Sensor sehr kompakt gebaut werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit, einzel­ ne Lichtempfangsbereiche gegeneinander abzuschirmen und dadurch die Zuverlässigkeit der Sensoranordnung zu erhöhen. Schließlich sind Vorkehrungen getroffen, um eine einfache Positionierung der Teile relativ zueinander zu ermöglichen.

Claims (1)

1. Lichtsensor, umfassend ein Sensorteil (1) mit minde­ stens einem Lichtempfangselement (13), das zusammen mit einem Halbleiterbaustein (19) auf einem Substrat (14) angeordnet und zusammen mit diesem in lichtdurchlässi­ gem Kunststoff eingeschlossen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens zwei Lichtempfangselemente (13a, 13b) in den lichtdurchlässigen Kunststoff des Sensor­ teils (1) derart eingebettet sind, daß vor den Licht­ empfangselementen (13a, 13b) jeweils ein Lichtempfangsabschnitt (11, 12) gebildet ist, daß der Sensorteil (1) in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, das den Lichtemp­ fangselementen (13a, 13b) jeweils zugeordnete Lichtein­ trittsabschnitte (21, 22) hat, die so ausgebildet sind, daß sie für die Lichtempfangselemente (13a, 13b) je­ weils unterschiedliche optische Bedingungen für den Lichteintritt bilden, wobei der mindestens einem Licht­ empfangselement (13a, 13b) entsprechende Lichtempfangs­ abschnitt (12a) oder Lichteintrittsabschnitt (22) eine sphärische Form aufweist, um so in Verbindung mit dem jeweils anderen Abschnitt unterschiedliche optische Be­ dingungen, wie z. B. unterschiedliche Lichteinfallswin­ kel für die Lichtempfangselemente (13a, 13b) zu schaf­ fen, daß in einem die Lichteintrittsabschnitte (21, 22) umfassenden Gehäuseteil (20) in einem mittleren Bereich zwischen den Lichteintrittsabschnitten (21, 22) eine sich in einen Fortsatz (27b) des Gehäuseteils (20) er­ streckende schlitzförmige Aussparung (27a) vorgesehen ist, in die als optische Abschirmung ein lichtundurch­ lässiges Material (28) eingesetzt ist, daß der Sensor­ teil (1) eine komplementäre Aussparung (17a) zur Auf­ nahme des Fortsatzes (27b) hat, der beim Einsetzen des Sensorteils (1) in das Gehäuse (2) zur Positionierung der Lichteintrittsabschnitte (21, 22) des Gehäuses (2) und der Lichtempfangselemente (13a, 13b) des Sensor­ teils (1) relativ zueinander dient, und daß der eine integrierte Schaltungsanordnung tragende Halbleiterbau­ stein hinter der Abschirmung (28) angeordnet ist.