JP2019158877A - 放射センサ、車両センサ装置、および組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両太陽負荷センサ装置と共に使用する放射センサ及び組み立てる方法を提供する。【解決手段】放射センサは、少なくとも１つの第１の光検出器（１１８）および少なくとも１つの第２の光検出器（１２０）と、放射成形要素とを備える。前記放射成形要素は、放射（１２８）が前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）に制限されて入る少なくとも１つのアパーチャ（１２４、１２６）を形成するための放射遮断手段を備える。前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）は、基板（１１６）に配置され、センサ軸（１３０）に沿って互いに離間している。放射遮断手段は、基板（１１６）に実装されて第１の光検出器（１１８）および第２の光検出器（１２０）を取り囲む放射スクリーン（１２２）により形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、特に車両太陽負荷センサ装置と共に使用する放射センサに関する。特に、本発明による放射センサは、車両の太陽負荷に典型的な電磁波を検出することができる。さらに、本発明はまた、そのような車両センサ装置および車両センサ装置を組み立てる方法に関する。

最新の自動車は、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムを大量の入力パラメータにより制御することができ、そのようなパラメータのうちの１つが太陽負荷である。

車両に入る太陽光は、車内の熱負荷のかなりの量を占めることがあり、ＨＶＡＣシステムはこれを克服しなければならない。太陽負荷センサは、太陽光の強度をモニタし、ＨＶＡＣ制御を調整して、晴れた日における運転者および乗員の快適性のレベルを高める。従来の太陽負荷センサは、通常、ダッシュの上に位置し、着脱可能なプレート、スピーカグリル、またはデフロスタベントに実装されることが多い。太陽光の曝露の差に対応するため、太陽負荷センサをダッシュの両側に設けることが多い。

大抵の太陽負荷センサは、受ける光子の量に比例する電流を供給するフォトダイオード（ＰＤ）型であるため、太陽が明るく輝くほどセンサからの信号が増加する。動作範囲は、例えば０〜１ｍＡであり得、太陽負荷が増加すると電流が増加する。信号は、統合された計器および交流増幅器に送られ、この計器および交流増幅器がブレンドドアおよびファン速度を調整するようシステムに指示を与える。太陽光が眩しい状態では、ファン速度が増加し、ブレンドドアが開いて冷却を強化することができる。

適切な制御およびエネルギー節約、ならびに運転者および乗員の快適性向上のため、太陽負荷データを提供して車室温度を２つのゾーン（左／右）またはさらには４つのゾーン（左前／右前／左後／右後）で別個に制御するマルチゾーン太陽センサが使用されている。米国特許第７，５６０，６７６Ｂ２号から、太陽光が車両に入る入射角度を判定可能な車両用太陽光検出センサが公知である。特に、太陽光検出センサは、フロントウィンドウまたはリアウィンドウの内側に実装可能なハウジングを有する。太陽光センサはハウジングの上に設けられる。太陽光センサは、第１のセンサ、第２のセンサ、およびセンサホルダを備える。プリント回路基板（ＰＣＢ）が太陽光センサとハウジングとの間に実装されて、太陽光センサで測定された太陽光の量に比例する電気信号を送信する。透明材料から形成され、ハウジングの上に実装されるカバーが設けられる。
遮蔽物が、第１のセンサと第２のセンサとの間でカバーに設けられ、太陽の位置がセンサの中心からある角度だけ変化したときに、第１のセンサおよび第２のセンサにより測定される太陽光の量の差を生じさせる。

米国特許第７，５６０，６７６Ｂ２号

しかしながら、この公知の構成は、かさが大きく作製に費用がかかるという欠点を有する。特に、この構成は、フロントガラスの内面に直接実装することができない。さらに、この概念は最新の表面実装技術（ＳＭＴ）に適合していない。

必要な空間が小さく、経済的に作製することができると共に、丈夫であり、正確な測定結果を示す放射センサおよび車両センサ装置が依然として必要である。

本発明は、２つのＳＭＴ光検出器を担持するＳＭＴ基板に光スクリーンを実装して、入射放射源の位置に対する非対称の応答を発生させることにより、測定すべき放射の入射角度を識別可能な放射センサを特に効率的な方法で実現できるという考えに基づく。特に、本発明による放射センサは、少なくとも１つの第１の光検出器および少なくとも１つの第２の光検出器と、放射成形要素とを備える。放射成形要素は、放射が前記第１の光検出器および前記第２の光検出器に制限されて入る少なくとも１つのアパーチャ、好ましくは少なくとも２つのアパーチャを形成するための放射遮断手段を備え、前記第１の光検出器および前記第２の光検出器は、基板に配置され、センサ軸に沿って互いに離間し、放射遮断手段は、基板に実装されて第１の光検出器および第２の光検出器を取り囲む放射スクリーンにより形成されている。

本発明による解決策は、従来の構成よりもかなり小さい空間しか必要とせず、フロントガラスまでの距離をはるかに短く組み立てることができるため有利である。さらに、本発明による放射センサにより、放射に曝露される領域、したがって放射に対する角度応答を変化させることなく、光検出器と放射スクリーンとの横方向位置決めに関してより大きい公差が可能になる。さらに、本発明は、簡単な組立ステップおよび十分に確立されたわずかな使用材料を用いる低コストの設計を提供する。例えば、放射スクリーンを、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）などの不透明プラスチック材料から作製することができる。本発明によれば、ＰＢＴを使用することが有利である。本出願の文脈において、用語「不透明」は「太陽光放射を遮断する」を意味するものとする。

さらに有利な実施形態によれば、放射センサは、少なくとも１つのアパーチャを覆って放射を拡散させるディフューザ要素を備える。これにより、入射放射を光検出器の感応領域上により均一に分散させることができ、ホットスポットが避けられる。そのようなディフューザ要素を実現する特に有効かつ簡単な方法は、ディフューザ要素をプラスチック材料から作製されたシートとして形成することである。そのようなディフューザを、フィルム、半硬質シート、および硬質シートを含む様々な材料から作製することができる。光学性能は、様々な材料に関して同等である。本発明によれば、布地を使用してもよい。材料は、例えば、オパールポリカーボネート、ポリスチレン、またはアクリル材料であってもよい。

アクリルは、通常、ポリカーボネートと比べて優れた光学特性を有する。アクリルは、良好な光透過性およびホットスポットの拡散性を示し、作製が容易である。

他方、ポリカーボネートは、アクリルよりも丈夫で耐久性が高い。ポリカーボネートはより高温で働くことができ、優れた燃焼特性を有する。ポリカーボネートシートおよびフィルムは良好な光透過性、非常に優れた拡散性を有し、良好な耐熱性と共に耐衝撃性を示す。ポリカーボネートフィルムは、可撓性および成形性を含むさらなる利点を示す。最後に、ポリカーボネートは、屋外使用のために設計された紫外線安定グレードで使用可能である。これらの利点は、当然、放射スクリーンに使用可能な不透明ポリカーボネートにも当てはまる。

さらに、ディフューザ要素は、特定の波長、例えば赤外放射のみを通すために光学フィルタ機能を有していてもよい。これにより、太陽光センサの場合に対向車両の光などの他の放射源の影響を排除することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、第１の光検出器および第２の光検出器は表面実装デバイス（ＳＭＤ）を含む。

ＳＭＴの概念との適合性および放射センサをフロントガラスに直接実装できることにより、レインセンサまたは湿度センサなどのさらなるセンサを組み込むことができる。ＳＭＴでは、部品をＰＣＢの表面に直接配置して、表面実装デバイス（ＳＭＤ）として知られるものを形成する。ＳＭＴは、その効率および有効性により、ＰＣＢを構成するためのスルーホール技術方法に代わって広く使用されている。一般的に言えば、ＳＭＴ部品は、リードがより小さいか、または全くリードがないため、スルーホールユニットよりも大きさが小さい。ＳＭＴの主な利点は当然、大きさである。このようなユニットは、従来のデバイスよりもかさが小さいことに加えて、部品の密度がはるかに高く、部品ごとの接続部が多い。これは、電子機器が、できる限り小型でありながら、従来に増して効率的で有利であり得ることを意味する。
基板に開けなければならない孔の数が少ないため、組立プロセスがより迅速になり、より自動化される。部品を回路基板の両側に配置することができるため、さらに単純になる。その上、多くのＳＭＴ部分および構成要素は、スルーホールの相当品よりも実際にかかる費用が少ない。これらすべてにより、初期費用が削減され、設定および生産に必要な時間が短縮され、製造費用が削減され、より効率的に時間を使用することができる。

さらに有利な実施形態によれば、放射スクリーンは、検出すべき放射、特に太陽光を遮断する材料から成形部分として形成される。前述したように、この材料は、例えば、不透明ポリカーボネートであってもよい。一般に、不透明ＰＣは、熱成形、曲げ、または機械加工に適している。不透明ＰＣは、衝撃強度が高く、温度範囲が広く、作製が容易である。しかしながら、任意の他の光を通さない材料を放射スクリーンの作製に使用してもよいことが当業者には明らかである。

第１のアパーチャが第１の光検出器のために設けられ、別個の第２のアパーチャが第２の光検出器のために設けられることが有利である。これにより、入射放射に対する非対称の応答を容易に達成することができると共に、光検出器と放射スクリーンとの横方向位置のより大きい公差が可能になる。

本発明の有利な実施形態によれば、第１のアパーチャは、前記センサ軸に対して９０°未満の角度で入射するときの第１の臨界角を有する放射を遮断するように成形され、第２のアパーチャは、センサ軸に対して９０°〜１８０°の角度で入射するときの異なる第２の臨界角を有する放射を遮断するように成形される。したがって、光検出器の応答は放射源の位置に応じて異なる。放射源の位置に対する感度に関して対称性を得るために、第１のアパーチャおよび第２のアパーチャは、前記センサ軸に直角に交差する鏡面に関して互いに対称であってもよい。第１のアパーチャおよび第２のアパーチャを、光検出器の感応領域を遮蔽するように設計して、光検出器部品のＳＭＴ位置決めに関連するセンサ間応答分散を除去する利点をもたらすことが有利である。

測定部位ですでに信号変換を行うことによって外乱の影響を減らすために、放射センサは、前記第１の光検出器および前記第２の光検出器の出力信号を評価し、放射の強度および前記センサ軸に対する放射源の位置を計算するためのコントローラをさらに備えることができる。

本発明の有利な実施形態によれば、放射センサは第３の光検出器を備え、第１の光検出器、第２の光検出器、および第３の光検出器は、それぞれの中央軸が互いの間に１２０°の角度を有するように配置される。これにより、３つの光検出器の信号を評価して、方位角についてだけでなく、仰角についての情報ももたらすことができる。これは、放射センサを車内の太陽負荷センサとして使用するときに特に有利である。

本発明は、前記車両に作用する太陽負荷を検出するための本発明による放射センサを備えた車両センサ装置により採用されることが有利であり得、前記放射センサは前記車両のフロントガラスの内面に隣接して実装可能である。前述したように、そのような車両センサ装置は、太陽負荷センサを備えるだけでなく、車両内の相対湿度を検出するため、および／または前記フロントガラスの外面の水分を検出するための少なくとも１つの追加のセンサ部品も備える。

本発明はまた、車両センサ装置を組み立てる方法であって、センサ軸に沿って互いに離間している少なくとも１つの第１の光検出器および少なくとも１つの第２の光検出器が実装された基板を設けるステップと、成形要素を形成する放射スクリーンを基板に実装して、前記第１の光検出器および前記第２の光検出器が前記放射スクリーンにより取り囲まれるようにするステップとを含み、前記放射成形要素は、放射が前記第１の光検出器および前記第２の光検出器に制限されて入る少なくとも１つのアパーチャを形成するための放射遮断手段を備える方法に関する。

有利な実施形態によれば、方法は、少なくとも１つのアパーチャを覆って放射を拡散させるディフューザ要素を取り付けるステップをさらに含む。

第１の光検出器および第２の光検出器が表面実装技術（ＳＭＴ）により基板に実装されることが有利である。

本発明による車両センサ装置は、前記車両のフロントガラスの内面に直接取り付けられて、車両の外側からの放射が第１の光検出器および第２の光検出器に入るようにすることが有利である。

本発明のいくつかの実施形態を示すために、添付図面が明細書に組み込まれ、明細書の一部を成す。これらの図面は明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。図面は、本発明を形成し使用する方法の好ましい例および代替例を示すためのものに過ぎず、本発明を図示し記載する実施形態のみに限定するものと解釈すべきでない。さらに、実施形態のいくつかの態様は、個々にまたは異なる組合せで本発明による解決策を形成することができる。したがって、以下に記載の実施形態を、単独でまたは任意の組合せで考慮することができる。さらなる特徴および利点が、添付図面に示す本発明の様々な実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。図中、同一の参照符号は同一の要素を示す。

上から見た車両の概略図である。 側面から見た車両の概略図である。 車両のフロントガラスの内面に実装された、第１の実施形態による太陽負荷センサの概略断面図である。 第２の実施形態による太陽負荷センサの詳細断面図である。 さらなる実施形態による太陽負荷センサの概略断面図である。 さらなる実施形態による太陽負荷センサの概略断面図である。 図６に示す太陽負荷センサの詳細断面図である。 仰角が０°の場合の測定信号の概略図である。 仰角が４５°の場合の測定信号の概略図である。 図６に示す太陽負荷センサの概略詳細断面図である。 光検出器の位置の公差の影響を示す、図３の構成の測定信号の概略図である。 光検出器の位置の公差の影響を示す、図１０の構成の測定信号の概略図である。 ２つの光検出器を備える放射センサ装置の概略上面図である。 ３つの光検出器を備える放射センサ装置の概略上面図である。

以下で、図面を参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。最初に図１および図２を参照する。

図１は、太陽１０２が発する放射の入射角度を示す車両１００の上面図である。フロントガラス１０８に取り付けられた太陽負荷センサ１０４が太陽を「見る」際に基づく長手方向軸１０６（前方進行方向に一致）に対する角度αを、方位角と称する。方位角はα＝−９０°〜α＝＋９０°である。長手方向軸１０６は車両の左側１１０と右側１１２とを分離する。

図２は車両１００の側面図であり、太陽１０２からの放射が太陽負荷センサ１０４の位置する部位に基づく仰角βを示す。以下で、本発明による太陽負荷センサ１０４は、車両の右側および左側のそれぞれに作用する異なる太陽負荷を評価するために、異なる方位角αを識別できるものとして常に説明される。しかしながら、アセンブリの方向を適宜回転させることにより、または追加の光検出器を設けることにより異なる仰角βを感知するセンサにも、同じ原理が当てはまることが当業者に明らかである。さらに、図１４を参照して後で明らかになるように、３つの光検出器を備えるセンサ装置を、方位角αおよび仰角βの検出に使用することができる。

図３は、本発明による太陽負荷センサ１０４の第１の有利な実施形態を示す。太陽負荷センサ１０４は、フロントガラス１０８の内面１１４に実装される。太陽負荷センサ１０４を、当然、リアウィンドウまたは透明ルーフなどの任意の他の透明窓ガラスに実装してもよいことに留意すべきである。さらに、本発明による太陽負荷センサを、建物の空調システムと共に使用してもよく、任意の窓または透明窓ガラスもしくは透明ルーフに設置してもよい。太陽負荷センサ１０４をフロントガラス１０８の内面１１４近くに実装して、センサとフロントガラスとの間に空隙を残す。しかしながら、必要であれば、センサとフロントガラス１０８との間に連結層（図示せず）を付与してもよく、またはセンサ１０４が内面１１４に直接接触していてもよい。

太陽負荷センサ１０４は基板１１６を備える。第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０が基板１１６に配置される。これらの光検出器がＳＭＤフォトダイオードから形成されることが有利である。本発明によれば、太陽負荷センサ１０４は、基板１１６に実装されて第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０を取り囲む放射スクリーン１２２をさらに備える。

第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６により、太陽光が第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０に角度依存して入ることができる。図３に示す例では、太陽１０２が、軸１０６に対して約−３０°の方位角αを有する位置にある。この配置では、第２の光検出器１２０のみを入射放射１２８が直接照明する。本発明によれば、放射スクリーン１２２により、太陽光が第１の光検出器１１８に直接当たることを防止する。したがって、センサ１０４は、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０の組合せ信号ならびに入射放射１２８の強度および角度から計算することができる。この情報をＨＶＡＣシステムが使用して、左側および右側の空調を適宜制御することができる。

中央軸１０６に関して、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０は、基板表面に平行なセンサ軸１３０に沿って等距離に配置される。さらに、放射スクリーン１２２ならびに特に第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６も、中央軸１０６に関して対称である。

本実施形態によれば、スクリーン１２２の外側領域１３２を中央領域１３４よりも高くして、入射放射１２８を非対称に遮断する。２つの光検出器１１８および光検出器１２０の非対称の応答により、測定すべき放射の入射角度についての情報を引き出すことができる。

さらに、第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６は、光検出器１１８および光検出器１２０と比べて小さい寸法を有し、光検出器の感応領域と比べて中心から外れて位置する。

放射スクリーン１２２は、成形不透明プラスチック材料から形成され、ＳＭＴ基板１１６に直接取り付けられる。図からわかるように、外側領域１３２はアパーチャ１２４およびアパーチャ１２６に部分的に重なる。これにより、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０の非対称の応答が発生し、放射の入射角度および強度を計算することができる。中央領域１３４は、外側領域１３２よりも基板１１６近くに配置される。放射スクリーン１２２を基板１１６に取り付けるための固定手段１３６が設けられる。固定手段１３６は突起により形成され、この突起は、基板１１６に設けられた付属開口部内に押し込まれるように形成される。固定手段は、外側領域１３２に配置された、付属ボルトまたはねじ（図示せず）を受ける開口部を備えていてもよい。

図４は、本発明による太陽負荷センサのさらなる実施形態を示す。本実施形態によれば、第１のアパーチャ１２４（および第２のアパーチャ１２６）は、ディフューザ要素１３８を形成するディフューザ材料の薄板で覆われる。ディフューザ要素１３８は、両アパーチャ１２４およびアパーチャ１２６について１つの一体の板であっても、図４に示すように別々の板片により形成されていてもよい。前述したように、ディフューザ要素１３８により、入射放射を光検出器１１８および光検出器１２０の感応領域上により均一に分散させることができ、ホットスポットが避けられる。そのようなディフューザ要素１３８を実現する特に有効かつ簡単な方法は、ディフューザ要素１３８をプラスチック材料から作製されたシートとして形成することである。
そのようなディフューザ要素１３８を、フィルム、半硬質シート、および硬質シートを含む様々な材料から作製することができる。光学性能は、様々な材料に関して同等である。本発明によれば、布地を使用してもよい。材料は、例えば、オパールポリカーボネート、ポリスチレン、またはアクリル材料であってもよい。

さらに、ディフューザ要素１３８は、特定の波長、例えば赤外放射のみを通すために光学フィルタとして機能してもよい。これにより、車両太陽光センサの場合に対向車両の光などの他の放射源の影響を排除することができる。

しかしながら、本発明の原理を、ディフューザ要素を使用することなく特に簡単かつ費用効果の高い方法で実現することにより、センサの感度を高めてもよい。

図５は、本発明のさらなる実施形態の概略断面図である。前述した実施形態とは対照的に、第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６が、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０の表面近くに位置する。この構成の利点は、必要な空間が小さく、図１３、図１４から明らかになるように、光検出器の横方向位置の公差に対する感度が低いことである。図７に示すように、放射スクリーン１２２は、外側領域１３２だけでなく中央領域１３４でも第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０に重なる。本発明によれば、基板１１６から見た場合に、外側領域１３２における高さが、中央領域１３４における高さとは異なるため、２つの光検出器１１８および光検出器１２０の非対称の応答が発生する。

図６および図７は、本発明による放射センサのさらに有利な実施形態を示す。図７は、第１の光検出器１１８の周りの領域を示す詳細図である。前述した実施形態とは対照的に、図６および図７による構成では、放射スクリーン１２２が光検出器１１８および光検出器１２０に直接接触している。特に図７からわかるように、第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６は、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０の感応領域１４０よりも小さい。言い換えると、第１のアパーチャ１２４および第２のアパーチャ１２６は、第１の光検出器１１８および第２の光検出器１２０の感応領域１４０を遮蔽する。したがって、この構成は、光検出器１１８および光検出器１２０の横方向変位および公差に対する感度がはるかに低い。

さらに、図６および図７に示す実施形態では、ＳＭＤ光検出器１１８およびＳＭＤ光検出器１２０を放射スクリーン１２２に最初に取り付け、その後にのみ基板（図示せず）に実装し、電気接続を、例えばリフローはんだ付けによって確立することができる。この解決策は、非常に費用効果の高い組立手順であるという利点を有する。

図３に示すセンサ装置に戻り、図８および図９は、第１の光検出器および第２の光検出器の測定信号、ここではフォトダイオードの電流を、仰角βが０°の場合（図８）および仰角βが４５°の場合（図９）の、方位角α（−９０°〜＋９０°に対応する０°〜１８０°）に応じて変化する関数として示す。曲線８００および曲線９００は左側検出器１１８の信号を表し、曲線８０１および曲線９０１は右側検出器１２０の信号を表す。これらのプロットからわかるように、方位角αを、信号８０１および信号８００の組合せまたは信号９０１および信号９００の組合せから容易に計算することができる。仰角が４５°の場合、信号強度は著しく低いが、それでも方位角αを２つのセンサ信号９０１および信号９００の組合せから判定することができる。

図１０〜図１２は、放射スクリーンの幾何形状の変更が、放射スクリーンの位置に対する光検出器の横方向変位への放射センサ感度に与える効果を示す。

図１０は、図６に示す最適化された放射スクリーンの幾何形状をより詳細に示す。図１０は、第１の光検出器１１８および周囲の放射スクリーン１２２のみを示す。第２の光検出器１２０は、中央軸１０６に関して対称に構成される。特に、スクリーン１２２の外側領域１３２は、光検出器１１８の感応領域上に突出する面取り突起１４２を有する。放射スクリーン１２２の下側１４４は、ＳＭＤ光検出器１１８に直接隣接する。中央領域１３４も、センサチップ１１８の感応領域よりも小さいアパーチャ１２４を形成するセンサチップの一部を覆うことにより、光検出器の感応領域を遮蔽する。

図１１は、図３による構成についての正規化測定信号を示し、図１２は、図１０に示す幾何形状についての正規化測定信号を示す。曲線１１００および曲線１２００は左側検出器１１８についての信号を表し、曲線１１０１および曲線１２０１は右側検出器１２０についての信号を表す。＋／−０．２５ｍｍの光検出器の変位により、図３の構成が６０°および１２０°の方位角αの場合に約＋／−１２．５％の信号差を示すことがわかる。これとは対照的に、図１０に示す構成ははるかに感度が低く、わずか約＋／−１．５％の信号偏差を示す。したがって、本発明によるこの改良された幾何形状により、放射スクリーンの位置に対する光検出器の位置のはるかに大きい公差を補償することができるため、実装プロセスが容易になる。

上記の詳細な説明では、常に太陽負荷センサに言及したが、本発明による傾斜依存の強度測定を、本発明によるスクリーンによって遮断可能な任意の種類の電磁放射に適用できることが当業者に明らかである。

さらに、代替として、またはそれに加えて、本発明の放射センサを、異なる仰角β間の識別に使用してもよい。

したがって、図１２および図１３は、本発明による２つの異なる光検出器構成の上面図である。図１２からわかるように、（上記において詳細に説明した）２つの光検出器１１８および光検出器１２０の構成は２つの感応領域１４０ａおよび感応領域１４０ｂを有する。感応領域１４０ａおよび感応領域１４０ｂは、例えば図３に示す軸１０６に関して対称であるが、（軸１０６に直交する）軸１０７に関しても対称である。感応領域１４０ａおよび感応領域１４０ｂおよび光検出器１１８および光検出器１２０は、放射スクリーン１２２により覆われているため、破線で示される。放射スクリーンにより、放射がアパーチャ１２４およびアパーチャ１２６を通って感応領域１４０ａおよび感応領域１４０ｂに入ることができる。前述したように、感応領域１４０ａおよび感応領域１４０ｂに入る太陽光を非対称に遮蔽することにより、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとの間の電流差によって、図１を参照して説明した太陽の方位角αを判定することができる。

第３の光検出器をさらに設けると、（図２を参照して説明した）太陽の仰角βを測定することも可能になる。特に、図１４に示す別の有利な実施形態による放射センサ２０４は、第１の光検出器２１８、第２の光検出器２２０、および第３の光検出器２２１を有する。光検出器の各々は、例えばフォトダイオードを備え、感応領域２４０ａ、感応領域２４０ｂ、および感応領域２４０ｃを有する。第１の光検出器２１８、第２の光検出器２２０、および第３の光検出器２２１は放射スクリーン２２２により覆われる。放射スクリーン２２２は、太陽光が感応領域２４０ａ、感応領域２４０ｂ、および感応領域２４０ｃに入ることができるように、第１の光検出器２１８、第２の光検出器２２０、および第３の光検出器２２１の上方に配置される３つのアパーチャ２２４、アパーチャ２２６、およびアパーチャ２２７を有する。

放射スクリーン２２２の付属領域を有する各光検出器２１８、光検出器２２０、および光検出器２２１の断面図は、それぞれの中央軸２３０ａ、中央軸２３０ｂ、および中央軸２３０ｃを切断線として取ると、例えば図１０に示すように見える。

図１４の例示的な実施形態によれば、３つの中央軸２３０ａ、中央軸２３０ｂ、および中央軸２３０ｃは、互いに１２０°の角度を有しているため、第１の光検出器２１８、第２の光検出器２２０、および第３の光検出器２２１は正三角形を形成するように配置される。放射センサ２０４により、方位角αだけでなく仰角βも判定することが可能である。

すべての光検出器がフォトダイオードを備えると仮定すると、以下の方法を測定信号の評価に使用することができる。まず、方位角αを測定するために、第１のフォトダイオード２１８により発生した電流と第２のフォトダイオード２２０により発生した電流との差を計算する。この差の値は方位角αについての情報を示す。

さらに、仰角βを計算するために、第１のフォトダイオード２１８により発生した電流と第２のフォトダイオード２２０により発生した電流とを加算し、この合計値を第３のフォトダイオード２２１により発生した電流から減算する。計算は、放射センサアセンブリの一部である統合マイクロコントローラにより実行しても、例えば車両制御システムの一部である外部コントローラにより実行してもよい。

１００ 車両
１０２ 太陽
１０４、２０４ 太陽負荷センサ、放射センサ
１０６ 長手方向軸
１０８ フロントガラス
１１０ 左側
１１２ 右側
１１４ フロントガラスの内面
１１６ 基板
１１８、２１８ 第１の光検出器
１２０、２２０ 第２の光検出器
２２１ 第３の光検出器
１２２、２２２ 放射スクリーン
１２４、２２４ 第１のアパーチャ
１２６、２２６ 第２のアパーチャ
２２７ 第３のアパーチャ
１２８ 入射放射
１３０ センサ軸
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ 光検出器の中央軸
１３２ 外側領域
１３４ 中央領域
１３６ 固定手段
１３８ ディフューザ要素
１４０；１４０ａ、１４０ｂ；２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ 感応領域
１４２ 面取り突起およびコール
１４４ 放射スクリーンの下側

Claims (15)

1. 少なくとも１つの第１の光検出器（１１８）および少なくとも１つの第２の光検出器（１２０）と、
   放射成形要素とを備え、
   前記放射成形要素は、放射（１２８）が前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）に制限されて入る少なくとも１つのアパーチャ（１２４、１２６）を形成するための放射遮断手段を備え、
   前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）は、基板（１１６）に配置され、センサ軸（１３０）に沿って互いに離間し、前記放射遮断手段は、前記基板（１１６）に実装されて前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）を取り囲む放射スクリーン（１２２）により形成されている放射センサ。
2. 前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）は表面実装デバイス（ＳＭＤ）を含む、請求項１に記載の放射センサ。
3. 前記放射スクリーン（１２２）は光を通さない材料から成形部分として形成されている、請求項１または２に記載の放射センサ。
4. 第１のアパーチャ（１２４）が前記第１の光検出器（１１８）のために設けられ、別個の第２のアパーチャ（１２６）が前記第２の光検出器（１２０）のために設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の放射センサ。
5. 前記第１のアパーチャ（１２４）は、前記センサ軸（１３０）に対して９０°未満の角度で入射するときの第１の臨界角を有する放射を遮断するように成形され、前記第２のアパーチャ（１２６）は、前記センサ軸（１３０）に対して９０°〜１８０°の角度で入射するときの異なる第２の臨界角を有する放射を遮断するように成形されている、請求項４に記載の放射センサ。
6. 前記第１のアパーチャ（１２４）および前記第２のアパーチャ（１２６）は、前記センサ軸（１３０）に直角に交差する鏡面に関して互いに対称である、請求項５に記載の放射センサ。
7. 前記第１のアパーチャ（１２４）および前記第２のアパーチャ（１２６）は、前記第１の光検出器および前記第２の光検出器のそれぞれの感応表面領域の少なくとも１つの部分領域を遮蔽するように寸法決めされている、請求項６に記載の放射センサ。
8. 前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）の出力信号を評価し、放射の強度および前記センサ軸に対する放射源の位置を計算するためのコントローラをさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の放射センサ。
9. 第３の光検出器（２２１）をさらに備え、前記第１の光検出器（２１８）、前記第２の光検出器（２２０）、および前記第３の光検出器（２２１）は、それぞれの中央軸（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ）が互いの間に１２０°の角度を有するように配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の放射センサ。
10. 車両（１００）に作用する太陽負荷を検出するための、請求項１から９のいずれか一項に記載の放射センサを備えた車両センサ装置であって、前記放射センサは前記車両（１００）のフロントガラス（１０８）の内面（１１４）に隣接して実装可能である車両センサ装置。
11. 前記車両内の相対湿度を検出するため、および／または前記フロントガラス（１０８）の外面の水分を検出するための少なくとも１つの追加のセンサ部品をさらに備える、請求項１０に記載の車両センサ装置。
12. 車両センサ装置を組み立てる方法であって、
    センサ軸に沿って互いに離間している少なくとも１つの第１の光検出器（１１８）および少なくとも１つの第２の光検出器（１２０）が実装された基板を設けるステップと、
    放射成形要素を形成する放射スクリーン（１２２）を前記基板（１１６）に実装して、前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）が前記放射スクリーン（１２２）により取り囲まれるようにするステップとを含み、
    前記放射成形要素は、放射が前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）に制限されて入る少なくとも１つのアパーチャ（１２４、１２６）を形成するための放射遮断手段を備える方法。
13. 前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）は、表面実装技術（ＳＭＴ）により前記基板（１１６）に実装されている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記車両センサ装置を車両（１００）のフロントガラス（１０８）の内面（１１４）に取り付けて、前記車両の外側からの放射が前記第１の光検出器（１１８）および前記第２の光検出器（１２０）に入るようにするステップをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記車両センサ装置は第３の光検出器（２２１）を備え、前記第１の光検出器（２１８）、前記第２の光検出器（２２０）、および前記第３の光検出器（２２１）は、それぞれの中央軸（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ）が互いの間に１２０°の角度を有するように配置され、
    前記方法は、方位角（α）を計算するステップと、仰角（β）を計算するステップとを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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