WO2019115010A1 - Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle - Google Patents

Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle Download PDF

Info

Publication number
WO2019115010A1
WO2019115010A1 PCT/EP2018/000557 EP2018000557W WO2019115010A1 WO 2019115010 A1 WO2019115010 A1 WO 2019115010A1 EP 2018000557 W EP2018000557 W EP 2018000557W WO 2019115010 A1 WO2019115010 A1 WO 2019115010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light sensor
segments
shading elements
front side
shading
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/000557
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Müller
Alexander Bachmann
Roland Heinrich Enzmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of WO2019115010A1 publication Critical patent/WO2019115010A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G01S3/784—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems using a mosaic of detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/781—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H10F77/488—Reflecting light-concentrating means, e.g. parabolic mirrors or concentrators using total internal reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • Common sensors for determining the position of a light source may comprise a plurality of separate and tilted arranged photodiodes, which are mounted approximately on a multi-curved circuit board. Such photodiodes can be connected via the circuit board only consuming and relatively insta bil with each other, so that the sensors are mechanically unstable as a whole and also require a lot of effort in terms of assembly and calibration.
  • One task is to specify a compact and mechanically stable light sensor. Furthermore, a simplified and cost-efficient method for producing one or a plurality of light sensors is specified. In addition, a reliable method for determining the position of a light source is specified.
  • this has a plurality of partial areas and a front side with a plurality of segments.
  • the segments of the front side are each assigned to one of the subareas of the light sensor and vice versa.
  • the segments of the front side can adjoin one another, in particular directly adjoin one another.
  • the entire front of the light sensor can be made continuous.
  • the front side is formed as a radiation entrance surface of the light sensor.
  • the light sensor has these shading elements, which are arranged in particular on the front side.
  • the Abschattungs elements are formed directly on the front. From the shading elements are therefore not part of a exter NEN optics, which is arranged approximately on the light sensor. However, it is also conceivable that the light sensor has an optic with such shading elements.
  • the segments are covered by the shading elements, and the shading elements are adapted to achieve at least partially different shading effects in the different segments of the front side in a non-perpendicular irradiation of the light sensor.
  • Shading elements are preferably arranged with respect to their geometries, their positions and / or their orientation or distribution density in the individual segments of the front side of the art, that at least partially different shading effects in different covered by the shading elements segments of the front approximately at a non-perpendicular irradiation of the light sensor be achieved. All segments can be hen with such shading elements verse. Deviating from this, it is possible that at least one of the segments is free of such shading elements.
  • the shading elements may be differently shaped structures on the front side.
  • the shading elements are radiation-absorbing or radiopaque.
  • the Abschat processing elements may be formed of a light-absorbing or of a light-reflecting material.
  • the shading elements can cast shadows of different sizes onto exposed regions of the front not directly covered by the shading elements.
  • the different shading effects in the different segments covered by the shading elements can be achieved by shading different percentages or different partial areas of a total area of the respective segments when the light sensor is irradiated by the shading elements.
  • the shading effects differ in at least two different segments covered by the shading elements due to the differently configured shading elements, in particular at a predetermined relative position of the light source to the light sensor.
  • the pre-defined relative position of the light source to the light sensor may be arbitrary as far as the position of the vertical irradiation of the light sensor. It is preferable, but not essential, for the shading effects to differ in all segments. It is possible that the shading elements on the front side are performed in such a way that at a predetermined relative position the shading effects in a first segment and in a second segment are identical to the light source to the light sensor, while these differ from the shading effects in a third segment and / or in a fourth segment.
  • the segments may have the same or different areas in pairs. Preferably, all segments or at least all of the shading elements covered segments on the same area. For example, all segments or at least all segments covered by the shading elements have the same circumference and / or the same area and / or the same geometry. It is possible that the segments each have the shape of an equilateral or regular polygon, such as the shape of an equilateral or regular triangle, quadrilateral, pentagon or hexagon, or other geo metric forms.
  • the shading elements are embodied, for example, with respect to their geometries, positions and / or their orientation or distribution density on the front side, such that the profiles of the shading effects in different segments covered by the shading elements change at least partially when the positions of the light source are changed or completely different Lich.
  • the courses of the shading effects can be indicated by the changes in the shaded partial areas of the respective segments and / or by the photocurrents registered in the respective associated partial areas of the light sensor.
  • different electrical currents or current profiles for example photocurrents or photocurrent characteristics, can be registered in the individual segments of the front side or in the individual subareas of the light sensor.
  • the relative Po position of a light source to the light sensor can be clearly identified in particular.
  • the relative position of the light source to the light sensor can be indicated by an incident direction and / or an angle of incidence of a light beam emitted by the light source and impinging on the front side of the light sensor.
  • the light source is the sun and the light beam is a sunlight beam.
  • the light sensor may be a sun position sensor.
  • the vertical height of the light source can be indicated by the polar angle and the lateral direction of the light source by the azimuth angle.
  • Such a light sensor can find application in a vehicle, such as the air conditioning control in a car.
  • the light sensor has a plurality of partial regions and a front side with a plurality of segments, wherein the segments of the front side are each assigned to one of the partial regions of the light sensor.
  • the light sensor has shading elements on the front side which, when the light sensor is irradiated, in particular when the light sensor is not perpendicularly irradiated, are designed to achieve at least partially different shading effects in the various segments of the front side covered by the shading elements. If the shading effects in the different segments of the front side are at least partially different, at least partially different electrical signals or currents, in particular different current intensities, can be registered in the different subregions of the light sensor.
  • the position of the light source is changed, the direction of incidence and / or the angle of incidence of the light beam striking the front side change / change. According to the change of the position of the light source, the percentage of the total shaded area on the individual segments changes.
  • the photocurrents converted into electrical currents can be measured in different partial areas of the light sensor.
  • the measured electric current strengths in the segments or partial regions form an actual value group for each position of the light source, for example an n-tuple from the normalized values of the registered photocurrents.
  • the position of the light source can be identified, for example, on the basis of predetermined desired value groups from measured or theoretically determined desired current strengths in different partial regions of the light sensor. To simplify the identification, the values for the current strengths of the actual value group and the setpoint groups can be standardized in each case.
  • the front side has n segments covered by the shading elements.
  • the front side has at least n, exactly n or exactly n + 1 segments.
  • the number n is a natural number greater than or equal to 2, approximately between 3 and 12 inclusive, or between 3 and 9 inclusive or between 4 and 8 inclusive.
  • the light sensor has in particular n subareas which are each assigned to one of the n segments , The n segments are expedient also each one of the sub-areas clearly assigned.
  • the shading elements in the respective segments are designed with respect to their geometry, position, orientation and / or distribution on the front side such that at each relative position of a light source to the light sensor due to the different shading effects in the segments caused by the light source when the light sensor is irradiated a different n-tuple from the registered in the n subregions of the light sensor photocurrents can be assigned.
  • the photocurrents can be determined in the form of electrical signals or currents in the respective subregions of the light sensor.
  • an incident direction and / or an angle of incidence of a light beam incident on the front side during operation of the light sensor can be uniquely determined on the basis of the electrical current intensities registered in the subregions of the light sensor.
  • the electrical current intensities registered in the subregions of the light sensor are at least partially different, in particular due to the different shadowing effects in different segments covered by the shading elements. Different positions of the light source therefore correspond to different n-tuples from the photocurrents. Based on the direction of incidence and the Einfallswin cle of the light beam, the relative position of the light source to the light sensor can be determined uniquely.
  • the different shading effects in the various segments covered by the shading elements are determined by the shading elements Geometry, position and / or by the orientation or distribution of the Ver shading elements on the front Reali Siert.
  • the shading elements are designed differently in plan view of the front be delay their orientation and / or their distribution in ver different segments.
  • the light sensor form the shading elements in plan view of the front in different segments, in particular in all of the shading elements from covered segments, each having a geometrically identical pattern.
  • the shading elements may be differently oriented in the various segments.
  • the geometrically identical pattern can be arranged differently oriented in the different segments ver.
  • the differently oriented patterns in the various segments are in particular by rotation into each other transferred. If the number of segments covered by the shading elements is n, the pattern of a segment can be imaged onto the differently oriented pattern of another arbitrary segment, in particular by a rotation through an angle of 360 ° / n or more times. Depending on the orientation of such segments, a total pattern of all the patterns of the segments can have an n-fold rotational symmetry or no n-fold rotational symmetry in plan view on the front side.
  • the shading elements in plan view of the front face form an overall pattern having a 3-fold, a 4-fold rotational symmetry or an n-fold rotational symmetry, where n is the number is the covered by the shading elements segments. It is possible that the front side with the shading elements arranged thereon has in plan view a 3-fold, a 4-fold rotational symmetry or an n-fold rotational symmetry.
  • the overall pattern formed by the shading elements or the front side with the scarfing elements arranged thereon in particular, has no rotational symmetry, that is to say no symmetry with respect to rotation at any angle, and in particular no axis symmetry, that is to say no mirror symmetry with respect to an axis of symmetry.
  • a possible rotational symmetry or axis symmetry of the overall pattern or the front side is broken in particular by the arrangement of the shading elements.
  • the overall pattern of the shading elements has n-fold rotational symmetry when imaged on itself by rotation through an angle of 360 ° / n around a rotation axis.
  • the axis of rotation is approximately perpendicular to the front GE directed and extends in particular by a point of symmetry through.
  • the symmetry point is located approximately in the center of the front and can be the imaginary geometric center of gravity of the front.
  • the symmetry point is the boundary point of all segments of the obverse covered by the shading elements. If the front side or the overall pattern is n-fold rotationally symmetrical, the front side or the overall pattern has in particular no rotational symmetry with respect to a rotation by an angle smaller than 360 ° / n and thus also no rotational or axial symmetry.
  • the front side or the total pattern with the 4-fold rotational symmetry may be one Rotation can be imaged on itself at an angle of 90 °, 180 ° or 270 °.
  • a front face or overall pattern does not have rotational symmetry of less than 90 °.
  • the front side or the overall pattern is symmetrical with respect to a rotation through an angle of 120 ° or 240 ° about the associated axis of rotation.
  • the front side with the shading elements arranged thereon and / or the overall pattern has an n-fold rotational symmetry, since the detection of the setpoint values for the setpoint groups is particularly simplified . If the current setpoint values belonging to the various segments are displayed as curve diagrams, the curves of these current setpoints differ as a function of the direction of the light source, for example as a function of the azimuth angle, and at a constant height of the light source, for example at a constant polar angle a phase shift by a phase of 360 ° / n.
  • the shading elements form a pattern in plan view of the front side in each segment, wherein the pattern of the segments is convertible solely by interchanging the positions of the segments in a total pattern, the 3-fold, a 4-fold rotational symmetry or an n-fold rotational symmetry, where n is the number of segments covered by the shading elements.
  • the front side has exactly four segments covered by the shading elements.
  • the shading elements may have an overall pattern having a 4-fold rotational symmetry.
  • the front side has exactly three or exactly six segments covered by the shading elements.
  • the shading elements may form an overall pattern having a 3-fold or a 6-fold rotational symmetry.
  • the different, in particular adjacent, shading elements of the same segment or of the different segments on the front side are laterally spaced from one another, or at least partially spaced laterally from one another.
  • a lateral direction is understood as meaning a direction which runs in particular parallel to a main extension surface of the front side of the light sensor. Along the lateral directions, the segments of the front side are arranged side by side.
  • a vertical direction is understood to mean a direction that is directed in particular perpendicular to the main extension surface of the front side of the light sensor. The vertical direction and the lateral direction are approximately orthogonal to each other.
  • the shading elements are vertical elevations on the front side.
  • the shading elements have at least one obliquely formed side surface.
  • a side surface of the shading element is formed obliquely when it forms an inner angle with the front side of the light sensor, which is approximately between 10 ° and 80 ° inclusive, for example between 20 ° and 70 ° inclusive or between 30 ° and 60 ° inclusive. It is possible that the Abschat processing elements each have at least two or all side surfaces which are each formed obliquely to the front. The oblique side surfaces of the same shading element can form different angles with the front.
  • the shading elements are arranged directly on the front side.
  • the front side of the light sensor is formed by radiation entrance surfaces of the partial regions.
  • this comprises a single photodiode.
  • the subregions of the light sensor can be formed by segmented subregions of a single photodiode.
  • the shading elements may be formed on the radiation entrance surface, in particular directly on the radiation entrance surface of the single photodiode.
  • the latter comprises a plurality of individual photodiodes whose radiation entry surfaces are each assigned to one of the segments of the front side of the light sensor.
  • the photodiodes can each associated with one of the subregions of the light sensor.
  • the photodiodes each form exactly one of the subregions of the light sensor.
  • the number of photodiodes and the number of the entire segments and / or the number of the segments covered by the shading elements of the front side and / or the number of partial regions of the light sensor may be identical.
  • the radiation entrance surfaces of the individual photodiodes in plan view of the front side each have a geometrically identical pattern of the shading elements, that the pattern of the shading elements of a segment can be converted only by rotation in the pattern of the shading elements of another segment.
  • the patterns of the individual segments can differ from each other in their orientation and / or arrangement.
  • the latter has a further segment uncovered by the shading elements and a further subarea associated with the further segment, wherein the further segment and the further subregion are set up to determine an actual light intensity impinging on the front side of the light sensor per uncovered surface unit.
  • the actual incident on the front of the light sensor intensity of light per unit area can serve as a reference value for about the Normie tion of the re in the remaining portions of the light sensor registered photocurrents or electrical current strengthen.
  • the further segment or the further subregion can have any desired geometric shape.
  • the further segment and / or the further subarea is / are circular or n-sided, where n is the number of segments of the light sensor covered by the shading elements.
  • the further segment and the segments covered by the shading elements may have the same geometry and / or surface. It is possible that the further segment and the segments covered by the shading elements have different geometry and / or surface. For example, the further segment has a smaller area compared to the segments covered by the shading elements.
  • plan view of the front can / can be further segment and / or the further sub-area edge or centrally located on the front.
  • At least one or a plurality of photodiodes is provided.
  • the light sensor to be produced has at least one photodiode.
  • the shading elements may be formed directly on a radiation entrance surface of the photodiode or the respective photodiodes, for example by means of a casting process or a lithographic method or a coating process, in particular using a mask.
  • the shading elements are thus not components of an external optics, which is arranged approximately on the photodiode or on the photodiodes.
  • a casting process Under a casting process is generally understood a method by which a molding composition preferably under pressure Einwir configured according to a predetermined shape and erforder if necessary can be cured.
  • the The term "casting process” is at least molding, injection molding, transfer molding and compression molding. [Absch compression]
  • a molding compound of a radiation-reflecting or radiation-absorbing material is used.
  • a photoresist layer which is designed in particular radiation-absorbing or radiation-reflective, are applied to the radiation entrance surface of the photodiode.
  • the photoresist layer can first be applied flat to the radiation entrance surface of the photodiode.
  • the photoresist layer is patterned, in particular by exposure of the photoresist layer. After exposure, the photoresist layer may remain on the radiation surface of the photodiode or on the radiation entrance surfaces of the photodiodes.
  • a mask for partial removal or etching of the radiation-absorbing or radiation-reflecting layer for generating the shading elements formed who the. It is also possible first form the mask from the photo-lacquer layer and to generate the Abschattungsele elements a radiation-absorbing or strahlungsreflektie rendes medium using the mask structured on the ent radiation entrance surface of the photodiode or on the radiation entry surfaces of the photodiodes apply.
  • a coating method using a mask can the shading elements initially flat, structured and / or applied directly to the radiation entrance surface of the photodiode or to the radiation entrance surfaces of several photodiode.
  • the light sensor has a single or a plurality of photodiodes. If the light sensor has a plurality of photodiodes, these can first be put together and mechanically connected before the shading elements are formed approximately in a common method step on the radiation entry surfaces of the photodiodes.
  • the individual photodiodes for forming the light sensor are assembled only after the shading elements are formed on the radiation entrance surfaces of the individual photodiodes.
  • Such a light sensor has a plurality of photodiodes, which are arranged side by side and optionally connected to each other mechanically.
  • the shading elements form a pattern on the radiation entrance surface of the photodiode, which in particular is not rotationally symmetrical and casts altogether different sized shadows on the radiation entrance surface when the photodiode is irradiated from different lateral and / or vertical directions.
  • the light sensor can be composed of a plurality of photodiodes with identical Abschat processing elements and / or with an identical pattern of the shading elements, wherein the Pho todiodes are arranged only rotated to each other. If the light sensor has a plurality of photodiodes, it is possible that at least one of these photodiodes has no shading elements. If the light sensor has a single photodiode with segmented subregions, it is likewise possible for at least one of these subregions to have no shading elements.
  • the method described here is particularly suitable for the production of a light sensor described here.
  • the features described in connexion with the light sensor can therefore also be used for the method and vice versa.
  • a light sensor preferably a light sensor described here, is used.
  • Data is created from the setpoint values of the electrical currents in the subregions of the light sensor to acquire setpoint groups, for example for a half-sphere with the sphere coordinates f and Q.
  • Each setpoint group can be associated with exactly one ⁇ f, 0 ⁇ pair , or the other way around.
  • each setpoint group is a tuple of the setpoint values of the electrical current strengths, in particular normalized electrical current strengths, which are each assigned to one of the subregions of the light sensor.
  • the spherical coordinate f describes approximately the azimuth angle between 0 ° and 360 ° and can indicate the lateral position of the light source.
  • the spherical coordinate Q describes approximately the polar angle whose magnitude is between 0 ° and 90 ° inclusive, and may indicate the vertical position of the light source.
  • the relative position of the light source to the light sensor, that is, the direction of the incident light beam, can be clearly represented by the spherical coordinates ⁇ f, Q ⁇ .
  • each setpoint group contains the setpoint values of the electric currents from all sections of the light sensor
  • the unique assignment between the setpoint groups and the spherical coordinates ⁇ f, 0 ⁇ can be reproduced in the form of tables or diagrams who the.
  • actual values of the electrical current intensities in the subareas of the light sensor are measured to form an actual value group.
  • the actual value group expediently contains the same number of parameters as a setpoint group.
  • the actual value group is compared with the data of the setpoint groups.
  • the actual value group can be identified with a setpoint group from the created data.
  • the relative position of the light source to the light sensor which is uniquely indicated by the spherical coordinates ⁇ f, 0 ⁇ , can be determined.
  • 1A is a schematic representation of awhosbei game for a light sensor for determining the position of a light source
  • FIG. 1B is a schematic representation of the light sensor shown in FIG. 1A in plan view, wherein partial regions of the light sensor are shown in sections in sectional views;
  • FIGS. 2A and 2B show schematic diagrams for illustrating a method step of a method for determining the position of a light source with a light sensor
  • FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G show schematic illustrations of further exemplary embodiments of a light sensor.
  • FIG. 1A shows a light sensor 1 with a front side 11.
  • the front side 11 is in particular a radiation entrance surface of the light sensor 1.
  • the front side 11 or the radiation entrance surface of the light sensor 1 can be formed by a radiation entrance surface of a single photodiode D or by a plurality of radiation entrance surfaces of several photodiodes D.
  • the light sensor 1 may comprise a single photodiode D or a plurality of photodiodes D, which in particular are arranged side by side and before mechanically attached to each other.
  • the light sensor 1 can have exactly one photodiode D which, in particular, has segmented subregions which form approximately the four subregions PI, P2, P3 and P4 of the light sensor 1. It is possible for the light sensor 1 to have four or exactly four individual photodiodes D, which form the four subregions PI, P2, P3 and P4 of the light sensor 1. Notwithstanding Figure 1A, it is possible that the light sensor 1 has exactly three, five, six or more subregions.
  • the front side 11 has a plurality of shading elements IIS.
  • the shading elements IIS are vertical elevations on the front side 11.
  • the shading elements IIS are radiation-absorbing or radiation-reflecting.
  • the front side 11 has a plurality of segments Sl, S2, S3 and S4, which are covered by the shading elements IIS. In the various segments Sl, S2, S3 and S4, the shading elements IIS are at least partially oriented differently. Center in Figure 1B, the front 11 is provided in plan view is. At the edges, the sections PI, P2, P3 and P4 of the light sensor 1 are shown in sectional views.
  • the shading elements IIS in the different subregions PI, P2, P3 and P4 or in the different segments Sl, S2, S3 and S4 each have an obliquely formed side surface 11F, which forms an inner acute angle with the front side 11 of the light sensor 1.
  • the acute angle is 45 °.
  • the shading elements IIS each have at least two or all side surfaces 11F, which are each obliquely to the front 11, in particular to the front 11 different obliquely.
  • the shading elements IIS in the segments S1 and S4 have the same geometry and the same principal orientation, namely along a lateral x direction.
  • the shading elements IIS in the segments Sl and S4 differ from each other in their orientation with respect to the inclined side surfaces 11F.
  • the oblique side surfaces 11F of the shading elements IIS in the first segment Sl are facing a first edge of the front side 11.
  • the oblique soflä surfaces 11F of the shading elements IIS in the fourth segment S4 facing a first edge opposite the fourth edge of the front side 11.
  • the shading elements IIS in the segments S2 and S3 are executed analogously to the segments S1 and S4 except for the main orientation along the y-direction. While the oblique side surfaces 11F of the shading elements IIS in the second segment S2 are facing a second edge of the front side 11, the oblique side surfaces 11F of the shading elements IIS in the third segment S3 are one the second edge facing the opposite third edge of the front side 11.
  • the orientations of the side surfaces 11F of the shading elements IIS are schematically indicated in FIG. 1B by the arrows emanating from the shading elements IIS.
  • the shading elements IIS form in plan view of the front side 11 an overall pattern which is not rotationally symmetric and in particular is not axisymmetric. By the shading elements IIS a possible axial symmetry of the front 11 is broken.
  • the overall pattern of the shadow elements IIS or the front side 11 with the shading elements IIS arranged thereon can have an n-fold rotational symmetry, where n is an integer such as 3, 4, 5, 6 or the number of segments covered by the shading elements IIS 11 or the number of portions of the light sensor 1 is.
  • the overall pattern comprising the shading elements IIS or the front side 11 with the shading elements IIS arranged thereon has, in particular, a 4-fold rotary symmetry.
  • the entire pattern or the front side can be imaged on itself by rotation through an angle of 90 ° or multiples thereof about an axis of rotation with the axis of rotation along the vertical direction (z-direction in FIG. 1A) through a point of symmetry C extends.
  • the symmetry point C is in particular the geometric center of gravity C of the overall pattern or the front side 11.
  • the segments Sl, S2, S3 and S4 in plan view of the front side 11 each have a geometrically equal Have patterns, the patterns in the different seg ments S1 to S4 are arranged differently oriented. By rotating +/- 90 °, a pattern of one segment can be transformed into the pattern of an adjacent segment. In this case, the patterns of all of the shading elements IIS covered segments Sl, S2, S3 and S4 form an overall pattern having a 4-fold rotational symmetry. In contrast to FIG. 1B, it is possible for the segments S1, S2, S3 and S4 to be interchanged with the shading elements IIS arranged thereon. As a result, the 4-fold rotational symmetry can be broken. In a plan view of the front side 11, however, the pattern of a segment can still be imaged by rotation through an angle of 90 ° or multiples thereof on the pattern of another segment.
  • the light sensor 1 in plan view of the front 11 the same and differently oriented pattern from the shading elements IIS in different segments Sl to S4 or an n-fold rotational symmetry with respect to the Abschattungs elements IIS, the light sensor 1 of a plurality of photodiodes D with identical pattern of the shading elements IIS are formed on their respective radiation entrance surfaces, for example, n photodiodes D each having an identical pattern of the shading elements IIS.
  • the photodiodes D can only be arranged rotated to each other and, if necessary mitei nander mechanically connected.
  • the shading elements IIS on the front side 11 are in particular at a non-perpendicular irradiation of the light sensor 1 to achieve at least partially different Licher shading effects in the different segments Sl, S2, S3 and S4 of the front 11 set up. It can thereby be achieved that at least partially different per centual surface portions of the segments Sl, S2, S3 and S4 are shaded at a predetermined relative position of the light source S to the light sensor 1 by the shading elements IIS.
  • the relative position of the light source S to the light sensor 1 can be indicated by the spherical coordinates f and Q, where the coordinate f the azimuth angle P of the xy plane gebil Deten light beam L and the coordinate Q about the polar angle T of the light beam L to the vertical Lot along the vertical z-direction.
  • the azimuth angle P indicates the relative, La incident direction of the light emitted from the light source S light beam L.
  • the polar angle P indicates the relative vertical direction of incidence, namely the angle of incidence of the light beam L.
  • the shaded surface portions of the respective segments S1, S2, S3 and S4 may be due to the geometry, position, distribution and / or orientation of the shading elements IIS in the respective segments S1, S2, S3 and S3 S4 just change if.
  • the segments Sl, S2, S3 and S4 are each made square.
  • all the segments S1, S2, S3 and S4 each form a square, the segments S1, S2, S3 and S4 having the same circumference and the same area.
  • the segments Sl, S2, S3 and S4 - as shown for example in Figures 5A, 5D and 5E - assume other geometric shapes.
  • the light sensor 1 it is also possible for the light sensor 1 to have a further segment SO and a further subarea PO associated with the wider segment SO (FIGS. 5F and 5G).
  • FIGS. 2A and 2B serve to illustrate a method step of a method for determining the position of a light source S with a light sensor 1 described in particular in FIGS. 1A and 1B.
  • this method step the measured or theoretical profiles of the segments S1, S2, S3 and S4 registered currents II, 12, 13 and 14 as a function of the position of the light source S created.
  • the position of the light source can be indicated by the sphere coordinates f and Q. Expediently, standardized values are used for the currents II, 12, 13 and 14.
  • FIGS. 2A and 2B show values normalized for a fixed angle Q of less than 45 ° for the current intensities II, 12, 13 and 14 as a function of the angle f between 0 ° and 360 °.
  • the shading elements IIS of the light sensor 1 each have an oblique side surface 11F, which forms an acute angle of approximately 45 ° with the front side 11.
  • the overall pattern of the shading elements IIS has in plan view of the front side 11 in particular a 4-fold rotational symmetry.
  • each pair ⁇ Q, f ⁇ of a desired value group in this case a quadruple ⁇ II, 12, 13, 14 ⁇
  • a quadruple ⁇ II, 12, 13, 14 ⁇ can be unambiguously assigned, and vice versa.
  • the creation of target value groups ⁇ II, 12, 13, 14 ⁇ for each pair ⁇ Q, f ⁇ continues to take place for a given light sensor 1 with a predetermined overall pattern from the shading elements IIS.
  • the data from the setpoint groups are in particular specific for a given light sensor 1 or for identically constructed light sensors 1.
  • the light source S for example the sun
  • the light sensor 1 being irradiated vertically in this case.
  • the shading effect produced by the shading elements IIS would be zero in all segments S1, S2, S3 and S4, so that the II, 12, 13 and 14 registered in the subareas PI, P2, P3 and P4 each have their assume maximum value.
  • different setpoint groups ⁇ II, 12, 13, 14 ⁇ can be uniquely assigned to different pairs ⁇ Q, f ⁇ , and vice versa.
  • FIG. 5A shows a further exemplary embodiment of a light sensor 1.
  • the front side 11 of the light sensor 1 according to FIG. 5A has only two segments S1 and S2 covered by the shading elements IIS.
  • the segments S1 and S2 with the shading elements IIS of FIG. 5A arranged thereon essentially correspond to the segments S1 and S2 shown in FIG. 1B.
  • the segments S1 and S2 of FIG. 5A are rectangular but not square.
  • the front side 11 has a further segment SO, which is uncovered by the shading elements IIS and thus free from the shading elements IIS.
  • the segment SO can be assigned to a further subarea PO of the light sensor 1, the further subarea PO being set up in particular for determining the actual intensity of the light beam L per area.
  • the actual intensity can be determined by the photocurrent 10 registered in the further partial area PO or by the current intensity 10 registered in the further partial area PO.
  • the current intensity 10 registered by the white subarea PO of the light sensor 1 can be used as a reference value, in particular for the normalization of the current intensities registered in the other subregions of the light sensor 1. It is possible that a light sensor 1 described here in general, for example according to FIGS. 1A and 1B, likewise has such a further segment S0 which is free of shading elements IIS ( Figures 5E, 5F, 5G).
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5B substantially corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 1B for a light sensor 1.
  • the segments S3 and S4 are reversed.
  • the overall pattern formed on the front side 11 from the shading elements IIS has in this case no n-fold rotational symmetry and likewise no axis symmetry.
  • the single pattern of shading elements IIS of any segment Sl, S2, S3 or S4 may still be rotated by an angle of either 90 ° or 180 ° or 270 ° to a pattern of any other segment of the front side covered by the shading elements IIS 11 are shown.
  • the segment Sl is imaged by a rotation of 90 ° on the segment S2, by a rotation by 180 ° on the segment S4 and by a rotation of 270 ° on the segment S3. It is therefore possible that the overall pattern can be converted again into a symmetrical overall pattern by exchanging the positions of the segments S1, S2, S3 and S4, which has a 4-fold rotational symmetry, for example by interchanging the positions of the segments S3 and S4 ,
  • FIG. 5C substantially corresponds to the embodiment shown in FIG. 1B for a light sensor 1.
  • the segments S2 and S4 are interchanged.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5D substantially corresponds to the exemplary embodiment for a light sensor 1 shown in FIG. 1B.
  • the segments Sl, S2, S3 and S4 are still rectangular but not square.
  • the overall pattern of the shading elements IIS has a 4-fold rotational symmetry in plan view.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5E essentially corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 1B for a light sensor 1.
  • the front side 11 has exactly six segments S1, S2, S3, S4, S5 and S6 covered by the shading elements IIS on.
  • These segments Sl, S2, S3, S4, S5 and S6 have in plan view of the front 11 in each case the shape of a hexagon, in particular the shape of an equilateral or regular hexagon.
  • the shading elements IIS on the segments S1 to S6 form an overall pattern, which in particular has a 6-fold rotational symmetry.
  • the light sensor 1 can have six subregions PI, P2, P3, P4, P5 and P6, which are each assigned to one of the segments S1, S2, S3, S4, S5 and S6. Notwithstanding Figure 5E, it is possible that the segments Sl, S2, S3, S4, S5 and S6 are interchanged with each other.
  • the light sensor 1 according to FIG. 5E has a further segment SO and a further subarea PO, the further segment SO or the further subarea PO being free of coverage by the shading elements IIS.
  • the segments SO, Sl, S2, S3, S4, S5 and S6 have the same circumference and the same area.
  • the further segment SO is in particular surrounded in its entirety by the segments S1, S2, S3, S4, S5 and S6 in the lateral directions. It is also possible that the light sensor 1 is free from a another segment SO and / or free of a the further Seg ment SO associated portion PO is.
  • FIGS. 5F and 5G essentially correspond to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1B for a light sensor 1, however, with a further segment SO or partial area PO uncovered by the shading elements IIS.
  • the segment SO or the further subarea PO can be executed in plan view of the front side 11 in a circular (FIG. 5G) or in the form of an n-side Much corner, in particular in the form of an equilateral or regular n-corner.
  • the segment SO is laterally completely surrounded by the remaining segments, which are covered by the shading elements IIS.
  • the further subarea PO can be completely surrounded by the other subareas.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

Es wird ein Lichtsensor (1) angegeben, der eine Mehrzahl von Teilbereichen (PI, P2, P3, P4) und eine Vorderseite (11) mit einer Mehrzahl von Segmenten (Sl, S2, S3, S4) aufweist, wobei die Segmente der Vorderseite jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet sind. Der Lichtsensor weist Abschattungselemente (IIS) auf der Vorderseite auf, die bei einer nicht-senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors zur Erzielung zumindest teilweise unterschiedlicher Abschattungseffekte in verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten der Vorderseite eingerichtet sind. Des Weiteren werden ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtsensors sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle mit einem solchen Lichtsensor angegeben.

Description

LICHTSENSOR, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LICHTSENSORS UND VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER POSITION EINER LICHTQUELLE
Es wird ein Lichtsensor, insbesondere ein Sonnenstandssensor, angegeben. Des Weiteren werden ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtsensors und ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Lichtguelle angegeben.
Gängige Sensoren zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle können eine Mehrzahl von getrennten und zueinander gekippt angeordneten Photodioden aufweisen, die etwa auf einer mehrfach gebogenen Leiterplatte befestigt sind. Solche Photodioden können über die Leiterplatte nur aufwendig und relativ insta bil miteinander verbunden werden, sodass die Sensoren insgesamt mechanisch instabil sind und außerdem einen hohen Aufwand bezüglich der Montage und der Kalibrierung erfordern.
Eine Aufgabe ist es, einen kompakten und mechanisch stabilen Lichtsensor anzugeben. Des Weiteren wird ein vereinfachtes und kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung eines oder einer Mehrzahl von Lichtsensoren angegeben. Zudem wird ein zuverlässiges Verfahren zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle angegeben .
Diese Aufgaben werden durch einen Lichtsensor gemäß dem unab hängigen Anspruch und/oder im Zusammenhang mit einem solchen Lichtsensor gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildun gen des Lichtsensors sowie des Verfahrens zur Herstellung des Lichtsensors oder zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Lichtsensors weist dieser eine Mehrzahl von Teilbereichen und eine Vorderseite mit einer Mehrzahl von Segmenten auf. Insbesondere sind die Segmente der Vorderseite jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet und umgekehrt. Die Segmente der Vor derseite können aneinander angrenzen, insbesondere unmittelbar aneinander angrenzen. Die gesamte Vorderseite des Lichtsensors kann zusammenhängend ausgeführt sein. Zum Beispiel ist die Vorderseite als Strahlungseintrittsfläche des Lichtsensors ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weist dieser Abschattungselemente auf, die insbesondere auf der Vor derseite angeordnet sind. Zum Beispiel sind die Abschattungs elemente unmittelbar auf der Vorderseite gebildet. Die Ab schattungselemente sind somit keine Bestandteile einer exter nen Optik, die etwa auf dem Lichtsensor angeordnet ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Lichtsensor eine Optik mit solchen Abschattungselementen aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Segmente von den Abschattungselementen bedeckt, und die Abschattungselemente sind dazu eingerichtet, bei einer nicht senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors zumindest teilweise unterschiedliche Ab schattungseffekte in den verschiedenen Segmenten der Vorderseite zu erzielen.
Bevorzugt sind Abschattungselemente bezüglich ihrer Geomet rien, ihrer Positionen und/oder ihrer Orientierung oder Verteilungsdichte in den einzelnen Segmenten der Vorderseite der art eingerichtet, dass zumindest teilweise unterschiedliche Abschattungseffekte in verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten der Vorderseite etwa bei einer nicht-senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors erzielt werden. Alle Segmente können mit solchen Abschattungselementen verse hen sein. Abweichend davon ist es möglich, dass zumindest eines der Segmente frei von solchen Abschattungselementen ist. Die Abschattungselemente können unterschiedlich geformte Strukturierungen auf der Vorderseite sein.
Zum Beispiel sind die Abschattungselemente strahlungsabsorbie rend oder strahlungsreflektierend ausgeführt. Die Abschat tungselemente können aus einem Licht absorbierenden oder aus einem Licht reflektierenden Material gebildet sein. Abhängig von der Position der Lichtquelle können die Abschattungsele mente unterschiedlich große Schatten auf freiliegende, von den Abschattungselementen nicht unmittelbar bedeckte Regionen der Vorderseite werfen. Die unterschiedlichen Abschattungseffekte in den verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten können dadurch erzielt werden, dass unterschiedliche prozentuale Anteile oder unterschiedliche Teilflächen einer Gesamtfläche der jeweiligen Segmente bei einer Bestrahlung des Lichtsensors durch die Abschattungselemente beschattet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors unter scheiden sich die Abschattungseffekte in mindestens zwei verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten aufgrund der unterschiedlich ausgebildeten Abschattungselemente voneinander, insbesondere bei einer vorgegebenen relativen Position der Lichtquelle zum Lichtsensor. Die vorgege bene relative Position der Lichtquelle zum Lichtsensor kann etwa bis auf die Position der senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors beliebig sein. Es ist bevorzugt, allerdings nicht zwingend erforderlich, dass sich die Abschattungseffekte in allen Segmenten voneinander unterscheiden. Es ist möglich, dass die Abschattungselemente auf der Vorderseite derart aus geführt sind, dass bei einer vorgegebenen relativen Position der Lichtquelle zum Lichtsensor die Abschattungseffekte in einem ersten Segment und in einem zweiten Segment identisch sind, während sich diese von den Abschattungseffekten in einem dritten Segment und/oder in einem vierten Segment unterscheiden.
Die Segmente können paarweise gleiche oder unterschiedliche Flächen aufweisen. Bevorzugt weisen alle Segmente oder zumin dest alle von den Abschattungselementen bedeckten Segmente die gleiche Fläche auf. Zum Beispiel weisen alle Segmente oder zumindest alle von den Abschattungselementen bedeckten Seg mente den gleichen Umfang und/oder die gleiche Fläche und/oder dieselbe Geometrie auf. Es ist möglich, dass die Segmente jeweils die Form eines gleichseitigen oder regelmäßigen Viel ecks, etwa die Form eines gleichseitigen oder regelmäßigen Dreiecks, Vierecks, Fünfecks oder Sechsecks, oder andere geo metrische Formen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die Abschattungselemente etwa bezüglich ihrer Geometrien, Po sitionen und/oder ihrer Orientierung oder Verteilungsdichte auf der Vorderseite derart ausgeführt, dass die Verläufe der Abschattungseffekte in verschiedenen von den Abschattungsele menten bedeckten Segmenten bei Änderung der Positionen der Lichtquelle zumindest teilweise oder vollständig unterschied lich sind. Die Verläufe der Abschattungseffekte können durch die Änderungen der beschatteten Teilflächen der jeweiligen Segmente und/oder durch die in den jeweiligen zugehörigen Teilbereichen des Lichtsensors registrierten Photoströme angegeben werden .
Aufgrund der unterschiedlichen Abschattungseffekte und/oder der unterschiedlichen Verläufe der Abschattungsstärken in den verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten können unterschiedliche elektrische Stromstärken oder Stromverläufe, etwa Photoströme oder Photostromverläufe, in den einzelnen Segmenten der Vorderseite oder in den einzelnen Teilbereichen des Lichtsensors registriert werden. Anhand der registrierten elektrischen Stromstärken kann die relative Po sition einer Lichtquelle zum Lichtsensor insbesondere eindeutig identifiziert werden. Die relative Position der Lichtquelle zum Lichtsensor kann durch eine Einfallsrichtung und/oder einen Einfallswinkel eines von der Lichtquelle emittierten und auf die Vorderseite des Lichtsensors auftreffenden Lichtstrahls angegeben werden. Zum Beispiel ist die Lichtquelle die Sonne und der Lichtstrahl ein Sonnenlichtstrahl. Mit Hilfe des Lichtsensors können die Höhe und die Richtung der Lichtquelle, etwa der Sonne, eindeutig bestimmt werden. Der Lichtsensor kann ein Sonnenstandssensor sein. Die vertikale Höhe der Lichtquelle kann durch den Polarwinkel und die laterale Richtung der Lichtquelle durch den Azimutwinkel angegeben werden. Ein solcher Lichtsensor kann Anwendung in einem Fahrzeug finden, etwa für die Klimaanlagenregelung in einem Auto.
In mindestens einer Ausführungsform des Lichtsensors weist dieser eine Mehrzahl von Teilbereichen und eine Vorderseite mit einer Mehrzahl von Segmenten auf, wobei die Segmente der Vorderseite jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet sind. Der Lichtsensor weist Abschattungselemente auf der Vorderseite auf, die bei einer Bestrahlung des Lichtsensors , insbesondere bei einer nicht-senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors, zur Erzielung zumindest teilweise unterschiedlicher Abschattungseffekte in den verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten der Vorderseite eingerichtet sind. Sind die Abschattungseffekte in den verschiedenen Segmenten der Vorderseite zumindest teilweise unterschiedlich, können in den verschiedenen Teilbereichen des Lichtsensors zumindest teilweise unterschiedliche elektrische Signale oder Ströme, insbesondere unterschiedliche Stromstärken, registriert wer den. Wird die Position der Lichtquelle verändert, ändern/än dert sich die Einfallsrichtung und/oder der Einfallswinkel des auf die Vorderseite auftreffenden Lichtstrahls. Entsprechend der Änderung der Position der Lichtquelle ändert sich der prozentuale Anteil der beschatteten Gesamtfläche auf den einzel nen Segmenten. Für jede Position der Lichtquelle können die in elektrische Ströme umgewandelten Photoströme in verschiedenen Teilbereichen des Lichtsensors gemessen werden. Die gemessenen elektrischen Stromstärken in den Segmenten oder Teilbereichen bilden für jede Position der Lichtquelle jeweils eine Istwert- Gruppe, zum Beispiel ein n-Tupel aus den normierten Werten der registrierten Photoströme. Mit der Istwert-Gruppe kann die Position der Lichtquelle etwa anhand von vorgegebenen Sollwert- Gruppen aus gemessenen oder aus theoretisch ermittelten Soll- Stromstärken in verschiedenen Teilbereichen des Lichtsensors identifiziert werden. Zur Vereinfachung der Identifizierung können die Werte für die Stromstärken der Istwert-Gruppe und der Sollwert-Gruppen jeweils normiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weist die Vorderseite n von den Abschattungselementen bedeckte Seg mente auf. Zum Beispiel weist die Vorderseite mindestens n, genau n oder genau n+1 Segmente auf. Die Nummer n ist insbe sondere eine natürliche Zahl größer oder gleich 2, etwa zwi schen einschließlich 3 und 12 oder zwischen einschließlich 3 und 9 oder zwischen einschließlich 4 und 8. Der Lichtsensor weist insbesondere n Teilbereiche auf, die jeweils einem der n Segmente zugeordnet sind. Zweckmäßig sind die n Segmente ebenfalls jeweils einem der Teilbereiche eindeutig zugeordnet. Bevorzugt sind die Abschattungselemente in den jeweiligen Segmenten bezüglich ihrer Geometrie, Position, Orientierung und/oder Verteilung auf der Vorderseite derart ausgeführt, dass zu jeder relativen Position einer Lichtquelle zum Lichtsensor aufgrund der bei einer Bestrahlung des Lichtsensors durch die Lichtquelle hervorgerufenen unterschiedlichen Abschattungseffekte in den Segmenten ein unter schiedliches n-Tupel aus den in den n Teilbereichen des Lichtsensors registrierten Photoströme zuordenbar ist. Die Photoströme können in Form von elektrischen Signalen oder Stromstärken in den jeweiligen Teilbereichen des Lichtsensors ermittelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind/ist eine Einfallsrichtung und/oder ein Einfallswinkel ei nes im Betrieb des Lichtsensors auf die Vorderseite auftreffenden Lichtstrahls anhand der in den Teilbereichen des Lichtsensors registrierten elektrischen Stromstärken eindeutig bestimmbar. Die in den Teilbereichen des Lichtsensors registrierten elektrischen Stromstärken sind insbesondere auf grund der unterschiedlichen Abschattungseffekte in verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten zumin dest teilweise unterschiedlich. Verschiedene Positionen der Lichtquelle entsprechen daher verschiedenen n-Tupeln aus den Photoströmen. Anhand der Einfallsrichtung und des Einfallswin kels des Lichtstrahls kann die relative Position der Lichtquelle zum Lichtsensor eindeutig bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die unterschiedlichen Abschattungseffekte in den verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten durch die Geometrie, Position und/oder durch die Orientierung oder Ver teilung der Abschattungselemente auf der Vorderseite reali siert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die Abschattungselemente in Draufsicht auf die Vorderseite be züglich ihrer Orientierung und/oder ihrer Verteilung in ver schiedenen Segmenten unterschiedlich gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors bilden die Abschattungselemente in Draufsicht auf die Vorderseite in verschiedenen Segmenten, insbesondere in allen von den Ab schattungselementen bedeckten Segmenten, jeweils ein geometrisch gleiches Muster. Die Abschattungselemente können jedoch in den verschiedenen Segmenten unterschiedlich orientiert an geordnet sein. Das geometrisch gleiche Muster kann in den ver schiedenen Segmenten unterschiedlich orientiert angeordnet sein. Die unterschiedlich orientierten Muster in den verschie denen Segmenten sind insbesondere durch Drehung ineinander überführbar. Ist die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente n, kann das Muster eines Segments insbesondere durch eine Drehung um einen Winkel von 360 °/n oder Mehr fachen davon auf das unterschiedlich orientierte Muster eines weiteren beliebigen Segments abgebildet werden. Abhängig von der Orientierung solcher Segmente kann in Draufsicht auf der Vorderseite ein Gesamtmuster aus allen Mustern der Segmente eine n-zählige Drehsymmetrie oder keine n-zählige Drehsymmetrie aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors bilden die Abschattungselemente in Draufsicht auf die Vorderseite ein Gesamtmuster, das eine 3-zählige, eine 4-zählige Drehsymmetrie oder eine n-zählige Drehsymmetrie aufweist, wobei n die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente ist. Es ist möglich, dass die Vorderseite mit den darauf angeordneten Abschattungselementen in Draufsicht eine 3-zählige, eine 4- zählige Drehsymmetrie oder eine n-zählige Drehsymmetrie auf weist. Das durch die Abschattungselemente gebildete Gesamtmuster oder die Vorderseite mit den darauf angeordneten Abschat tungselementen weist insbesondere keine Rotationssymmetrie, das heißt keine Symmetrie bezüglich einer Drehung um einen beliebigen Winkel, und insbesondere keine Achsensymmetrie, das heißt keine Spiegelsymmetrie bezüglich einer Symmetrieachse, auf. Eine mögliche Rotationsymmetrie oder Achsensymmetrie des Gesamtmusters oder der Vorderseite wird insbesondere durch die Anordnung der Abschattungselemente gebrochen.
Das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen weist eine n- zählige Drehsymmetrie auf, wenn es durch eine Drehung um einen Winkel von 360°/n um eine Drehachse auf sich selbst abgebildet wird. Die Drehachse ist etwa senkrecht zu der Vorderseite ge richtet und erstreckt sich insbesondere durch einen Symmetrie punkt hindurch. Der Symmetriepunkt ist etwa mittig auf der Vorderseite angeordnet und kann der gedachte geometrische Schwerpunkt der Vorderseite sein. Zum Beispiel ist der Symmet riepunkt der Grenzpunkt aller von den Abschattungselementen bedeckten Segmente der Vorderseite. Ist die Vorderseite oder das Gesamtmuster n-zählig drehsymmetrisch ausgeführt, weist die Vorderseite oder das Gesamtmuster insbesondere keine Drehsymmetrie bezüglich einer Drehung um einen Winkel kleiner als 360 °/n und somit auch keine Rotation- oder Achsensymmetrie auf .
Ist die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente zum Beispiel genau vier, kann die Vorderseite oder das Gesamtmuster mit der 4-zähligen Drehsymmetrie durch eine Drehung um einen Winkel von 90°, 180° oder 270° auf sich selbst abgebildet werden. Eine solche Vorderseite oder ein solches Gesamtmuster weist jedoch keine Drehsymmetrie um einen Winkel kleiner als 90° auf. Weist die Vorderseite mit den darauf angeordneten Abschattungselementen oder das Gesamtmuster zum Beispiel eine 3-zählige Drehsymmetrie auf, ist die Vorderseite oder das Gesamtmuster symmetrisch bezüglich einer Drehung um einen Winkel von 120° oder 240° um die zugehörige Drehachse.
Für die Identifizierung der relativen Position der Lichtquelle zum Lichtsensor ist es besonders zweckmäßig, wenn die Vorder seite mit den darauf angeordneten Abschattungselementen und/o der das Gesamtmuster eine n-zählige Drehsymmetrie aufweist, da die Erfassung der Sollwerte für die Sollwert-Gruppen besonders vereinfacht wird. Werden die den verschiedenen Segmenten zu gehörigen Stromstärken-Sollwerte als Kurvendiagramme dargestellt, unterscheiden sich die Kurvenverläufe dieser Strom stärken-Sollwerte als Funktion der Richtung der Lichtquelle, etwa als Funktion des Azimutwinkels, und bei konstanter Höhe der Lichtquelle, etwa bei konstantem Polarwinkel, lediglich um eine Phasenverschiebung um eine Phase von 360°/n.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors bilden die Abschattungselemente in Draufsicht auf die Vorderseite in jedem Segment ein Muster, wobei die Muster der Segmente allein durch Vertauschung der Positionen der Segmente in ein Gesamt muster überführbar ist, das eine 3-zählige, eine 4-zählige Drehsymmetrie oder eine n-zählige Drehsymmetrie aufweist, wo bei n die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weist die Vorderseite genau vier von den Abschattungselementen bedeckte Segmente auf. Bevorzugt weist das aus den Abschattungs elementen gebildetes Gesamtmuster oder die Vorderseite mit den darauf angeordneten Abschattungselementen in Draufsicht keine Rotationssymmetrie oder Achsensymmetrie auf. Die Abschattungselemente können jedoch ein Gesamtmuster aufweisen, das eine 4- zählige Drehsymmetrie aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weist die Vorderseite genau drei oder genau sechs von den Abschattungselementen bedeckte Segmente auf. Bevorzugt weist das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen oder die Vorderseite mit den darauf angeordneten Abschattungselementen in Drauf sicht keine Rotationssymmetrie oder Achsensymmetrie auf. Die Abschattungselemente können ein Gesamtmuster bilden, das eine 3-zählige oder eine 6-zählige Drehsymmetrie aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die verschiedenen, insbesondere benachbarten Abschattungsele mente desselben Segments oder der verschiedenen Segmente auf der Vorderseite voneinander lateral beabstandet, oder zumindest bereichsweise voneinander lateral beabstandet.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsfläche der Vorderseite des Lichtsensors verläuft. Entlang der lateralen Richtungen sind die Segmente der Vorderseite nebeneinander angeordnet. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der Vorderseite des Lichtsensors gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind etwa orthogonal zueinander. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die Abschattungselemente vertikale Erhebungen auf der Vorder seite. Zum Beispiel weisen die Abschattungselemente zumindest eine schräg ausgebildete Seitenfläche auf. Eine Seitenfläche des Abschattungselements ist schräg ausgebildet, wenn diese mit der Vorderseite des Lichtsensors einen inneren Winkel bil det, der etwa zwischen einschließlich 10° und 80° ist, zum Beispiel zwischen einschließlich 20° und 70° oder zwischen einschließlich 30° und 60°. Es ist möglich, dass die Abschat tungselemente jeweils mindestens zwei oder alle Seitenflächen aufweisen, die jeweils zu der Vorderseite schräg ausgebildet sind. Die schrägen Seitenflächen desselben Abschattungselements können unterschiedlich große Winkel mit der Vorderseite bilden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors sind die Abschattungselemente unmittelbar auf der Vorderseite an geordnet. Zum Beispiel ist die Vorderseite des Lichtsensors durch Strahlungseintrittsflächen der Teilbereiche gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors umfasst dieser eine einzige Photodiode. Die Teilbereiche des Lichtsensors können durch segmentierte Teilregionen der ein zigen Photodiode gebildet sein. Die Abschattungselemente kön nen auf der Strahlungseintrittsfläche, insbesondere unmittelbar auf der Strahlungseintrittsfläche der einzigen Photodiode gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors umfasst dieser eine Mehrzahl von einzelnen Photodioden, deren Strah lungseintritts flächen jeweils einem der Segmente der Vorder seite des Lichtsensors zugeordnet sind. Die Photodioden können jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet sein .
Es ist möglich, dass die Photodioden jeweils genau einen der Teilbereiche des Lichtsensors bilden. Die Anzahl der Photodi oden und die Anzahl der gesamten Segmente und/oder die Anzahl der von den Abschattungselementen abgedeckten Segmente der Vorderseite und/oder die Anzahl der Teilbereiche des Lichtsensors können identisch sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weisen die Strahlungseintrittsflächen der einzelnen Photodioden in Draufsicht auf die Vorderseite jeweils ein derart geometrisch gleiches Muster aus den Abschattungselementen auf, dass das Muster der Abschattungselemente eines Segments lediglich durch Drehung in das Muster der Abschattungselemente eines anderen Segments überführbar ist. In Draufsicht auf die Vorderseite können die Muster der einzelnen Segmente in ihrer Orientierung und/oder Anordnung voneinander unterscheiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lichtsensors weist dieser ein weiteres von den Abschattungselementen unbedecktes Segment und einen weiteren dem weiteren Segment zugehörigen Teilbereich auf, wobei das weitere Segment und der weitere Teilbereich zur Ermittlung einer tatsächlichen auf die Vorderseite des Lichtsensors auftreffende Lichtintensität pro unbedeckte Flächeneinheit eingerichtet sind. Die tatsächlich auf die Vorderseite des Lichtsensors auftreffende LichtIntensität pro Flächeneinheit kann als Referenzwert etwa für die Normie rung der in den übrigen Teilbereichen des Lichtsensors re gistrierten Photoströme beziehungsweise elektrischen Strom stärken dienen. Das weitere Segment oder der weitere Teilbereich kann eine beliebige geometrische Form aufweisen. Bevorzugt sind/ist das weitere Segment und/oder der weitere Teilbereich jedoch kreis förmig oder n-seitig ausgeführt, wobei n die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente des Lichtsensors ist. Das weitere Segment und die von den Abschattungselementen bedeckten Segmente können die gleiche Geometrie und/oder Fläche aufweisen. Es ist möglich, dass das weitere Segment und die von den Abschattungselementen bedeckten Segmente unterschiedliche Geometrie und/oder Fläche aufweisen. Zum Beispiel weist das weitere Segment im Vergleich zu den von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten eine kleinere Fläche auf. In Draufsicht auf die Vorderseite können/kann das weitere Seg ment und/oder der weitere Teilbereich randseitig oder zentral auf der Vorderseite angeordnet sein.
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Her stellung eines Lichtsensors, insbesondere des hier beschriebenen Lichtsensors , wird zumindest eine oder eine Mehrzahl von Photodioden bereitgestellt. Der herzustellende Lichtsensor weist zumindest eine Photodiode auf. Die Abschattungselemente können unmittelbar auf einer Strahlungseintrittsfläche der Photodiode oder der jeweiligen Photodioden gebildet werden, zum Beispiel mittels eines Gießverfahrens oder eines lithogra phischen Verfahrens oder eines Beschichtungsverfahrens insbe sondere unter Verwendung einer Maske. Die Abschattungselemente sind somit keine Bestandteile einer externen Optik, die etwa auf der Photodiode oder auf den Photodioden angeordnet ist.
Unter einem Gießverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse bevorzugt unter Druckeinwir kung gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforder lichenfalls ausgehärtet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff „Gießverfahren" zumindest Gießen (molding) , Spritzgie ßen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding) . Zur Bildung der Abschattungselemente wird insbesondere eine Formmasse aus einem strahlungsreflektierenden oder strahlungsabsorbierenden Mate rial verwendet.
Bei einem lithographischen Verfahren kann eine Photolack schicht, die insbesondere strahlungsabsorbierend oder strah lungsreflektierend ausgeführt ist, auf die Strahlungseintrittsfläche der Photodiode aufgebracht werden. Die Photolack schicht kann zunächst flächig auf die Strahlungseintrittsfläche der Photodiode aufgebracht werden. Zur Bildung der Ab schattungselemente wird die Photolackschicht strukturiert, insbesondere durch Belichtung der Photolackschicht. Nach der Belichtung kann die Photolackschicht auf der Strahlungsein trittsfläche der Photodiode oder auf den Strahlungseintrittsflächen der Photodioden verbleiben. Alternativ ist es möglich, zunächst eine strahlungsabsorbierende oder strahlungsreflektierende Schicht insbesondere flächig auf die Strahlungsein trittsfläche der Photodiode oder auf die Strahlungseintritts flächen der Photodioden aufzubringen. Mit der Photolackschicht kann eine Maske zur teilweisen Entfernung oder Ätzung der strahlungsabsorbierenden oder strahlungsreflektierenden Schicht zur Erzeugung der Abschattungselemente gebildet wer den. Auch ist es möglich, zunächst die Maske aus der Photo lackschicht auszubilden und zur Erzeugung der Abschattungsele mente ein strahlungsabsorbierendes oder strahlungsreflektie rendes Medium mit Hilfe der Maske strukturiert auf die Strah lungseintrittsfläche der Photodiode oder auf die Strahlungs eintrittsflächen der Photodioden aufzubringen. Mittels eines Beschichtungsverfahrens unter Verwendung einer Maske können die Abschattungselemente zunächst flächig, strukturiert und/oder direkt auf die Strahlungseintritts fläche der Photodiode oder auf die Strahlungseintrittsflächen mehrerer Photodiode aufgebracht werden.
Es ist möglich, dass der Lichtsensor eine einzige oder eine Mehrzahl von Photodioden aufweist. Weist der Lichtsensor eine Mehrzahl von Photodioden auf, können diese zunächst zusammen setzt und mechanisch verbunden werden, bevor die Abschattungselemente etwa in einem gemeinsamen Verfahrensschritt auf den Strahlungseintrittsflächen der Photodioden gebildet werden.
Alternativ ist es möglich, dass die einzelnen Photodioden zur Bildung des Lichtsensors erst zusammengesetzt werden, nachdem die Abschattungselemente auf den Strahlungseintrittsflächen der einzelnen Photodioden gebildet sind. Ein solcher Lichtsensor weist eine Mehrzahl von Photodioden auf, die nebeneinander angeordnet und gegebenenfalls miteinander mecha nisch verbunden sind.
Es ist bevorzugt, dass die Abschattungselemente auf der Strah- lungseintrittsfläche der Photodiode ein Muster bilden, welches insbesondere nicht rotationsymmetrisch ist und insgesamt un terschiedlich große Schatten auf der Strahlungseintrittsfläche wirft, wenn die Photodiode aus verschiedenen lateralen und/oder vertikalen Richtungen bestrahlt wird. Der Lichtsensor kann aus einer Mehrzahl von Photodioden mit identischen Abschat tungselementen und/oder mit einem identischen Muster aus den Abschattungselementen zusammengesetzt werden, wobei die Pho todioden lediglich zueinander gedreht angeordnet sind. Weist der Lichtsensor eine Mehrzahl von Photodioden auf, ist es möglich, dass zumindest eine dieser Photodioden keine Ab schattungselemente aufweist. Weist der Lichtsensor eine einzige Photodiode mit segmentierten Teilregionen auf, ist es ebenfalls möglich, dass zumindest eine dieser Teilregionen keine Abschattungselemente aufweist.
Das hier beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines hier beschriebenen Lichtsensors besonders geeignet. Die in Zu sammenhang mit dem Lichtsensor beschriebenen Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer Einfallsrichtung und eines Einfallswinkels eines auftreffenden Lichtstrahls, und somit insbesondere zur Bestimmung der relativen Position einer Lichtquelle zum Lichtsensor, wird ein Lichtsensor, bevorzugt ein hier beschriebener Lichtsensor verwendet.
Es werden Daten aus den Sollwerten der elektrischen Stromstärken in den Teilbereichen des Lichtsensors zur Erfassung von Sollwert-Gruppen erstellt, zum Beispiel für eine Halbsphäre mit den Kugelkoordinaten f sowie Q. Jede Sollwert-Gruppe kann genau einem { f, 0}-Paar zugeordnet sein, oder umgekehrt. Ins besondere ist jede Sollwert-Gruppe ein Tupel aus den Sollwerten der elektrischen Stromstärken, insbesondere normierten elektrischen Stromstärken, die jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet sind. Die Kugelkoordinate f beschreibt etwa den Azimutwinkel zwischen einschließlich 0° und 360° und kann die laterale Position der Lichtquelle angeben. Die Kugelkoordinate Q beschreibt etwa den Polarwinkel, dessen Betrag zwischen einschließlich 0° und 90° ist, und kann die vertikale Position der Lichtquelle angeben. Die relative Po sition der Lichtquelle zum Lichtsensor, das heißt die Richtung des auftreffenden Lichtstrahls, kann durch die Kugelkoordinaten {f, Q} eindeutig wiedergegeben werden.
Durch die Erstellung der Sollwert-Gruppen für eine Halbsphäre, wobei jede Sollwert-Gruppe die Sollwerte der elektrischen Stromstärken aus allen Teilbereichen des Lichtsensors enthält, ist eine ein-eindeutige Zuordnung zwischen den Sollwert-Grup pen und den durch die Kugelkoordinaten { f, Q} angegebenen Positionen der Lichtquelle möglich. Die eindeutige Zuordnung zwischen den Sollwert-Gruppen und den Kugelkoordinaten {f, 0} kann in Form von Tabellen oder Diagrammen wiedergegeben wer den .
Zur Bestimmung der Einfallsrichtung und des Einfallswinkels des auftreffenden Lichtstrahls beziehungsweise der Position der Lichtquelle werden Ist-Werte der elektrischen Stromstärken in den Teilbereichen des Lichtsensors zur Bildung einer Ist wert-Gruppe gemessen. Die Istwert-Gruppe enthält zweckmäßig genauso viele Parameter wie eine Sollwert-Gruppe.
Zur Bestimmung, insbesondere zur eindeutigen Bestimmung der Einfallsrichtung und des Einfallswinkels des auftreffenden Lichtstrahls anhand der Kugelkoordinaten f und 0 wird die Ist wert-Gruppe mit den Daten der Sollwert-Gruppen verglichen. Bei diesem Vergleich kann die Istwert-Gruppe mit einer Sollwert- Gruppe aus den erstellten Daten identifiziert werden. Anhand der identifizierten Sollwert-Gruppe kann die relative Position der Lichtquelle zum Lichtsensor, welche durch die Kugelkoordinaten { f, 0} eindeutig angegeben ist, ermittelt werden. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Lichtsensors sowie des Verfahrens zur Herstellung des Lichtsensors oder zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle mit einem solchen Lichtsensor ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis 5G erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels für einen Lichtsensor zur Bestimmung der Position einer Lichtquelle ,
Figur 1B eine schematische Darstellung des in der Figur 1A dargestellten Lichtsensors in Draufsicht, wobei Teilbereiche des Lichtsensors bereichsweise in Schnittansichten dargestellt sind,
Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen zur Veranschaulichung eines Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Bestim mung der Position einer Lichtquelle mit einem Lichtsensor,
Figuren 3A, 3B, 4A, 4B und 4C weitere schematische Darstellun gen zur Veranschaulichung eines Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Bestimmung der relativen Position der Lichtquelle zum Lichtsensor, und
Figuren 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele für einen Lichtsensor.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugs Zeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbe dingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
In Figur 1A ist ein Lichtsensor 1 mit einer Vorderseite 11 dargestellt. Die Vorderseite 11 ist insbesondere eine Strah lungseintrittsfläche des Lichtsensors 1. Die Vorderseite 11 oder die Strahlungseintrittsfläche des Lichtsensors 1 kann durch eine Strahlungseintrittsfläche einer einzigen Photodiode D oder durch eine Mehrzahl von Strahlungseintrittsflächen meh rerer Photodioden D gebildet sein. Der Lichtsensor 1 kann eine einzige Photodiode D oder eine Mehrzahl von Photodioden D aufweisen, die insbesondere nebeneinander angeordnet und bevor zugt miteinander mechanisch befestigt sind.
Gemäß Figur 1A kann der Lichtsensor 1 genau eine Photodiode D aufweisen, die insbesondere segmentierte Teilregionen aufwei sen, welche etwa die vier Teilbereiche PI, P2, P3 und P4 des Lichtsensors 1 bilden. Es ist möglich, dass der Lichtsensor 1 vier oder genau vier einzelne Photodioden D aufweisen, die die vier Teilbereiche PI, P2 , P3 und P4 des Lichtsensors 1 bilden. Abweichend von der Figur 1A ist es möglich, dass der Lichtsensor 1 genau drei, fünf, sechs oder mehr Teilbereiche aufweist .
Die Vorderseite 11 weist eine Mehrzahl von Abschattungselementen IIS auf. Zum Beispiel sind die Abschattungselemente IIS vertikale Erhebungen auf der Vorderseite 11. Insbesondere sind die Abschattungselemente IIS strahlungsabsorbierend oder strahlungsreflektierend ausgeführt. Die Vorderseite 11 weist eine Mehrzahl von Segmenten Sl, S2, S3 und S4 auf, die von den Abschattungselementen IIS bedeckt sind. In den verschiedenen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 sind die Abschattungselemente IIS zumindest teilweise unterschiedlich orientiert. Mittig in Figur 1B ist die Vorderseite 11 in Draufsicht dar gestellt. An den Rändern sind die Teilbereiche PI, P2, P3 und P4 des Lichtsensors 1 in Schnittansichten dargestellt. Die Abschattungselemente IIS in den verschiedenen Teilbereichen PI, P2, P3 und P4 oder in den verschiedenen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 weisen jeweils eine schräg ausgebildete Seitenfläche 11F auf, die mit der Vorderseite 11 des Lichtsensors 1 einen inneren spitzen Winkel bildet. Zum Beispiel beträgt der spitze Winkel 45°. Abweichend von der Figur 1B ist es möglich, dass die Abschattungselemente IIS jeweils mindestens zwei oder alle Seitenflächen 11F aufweisen, die jeweils zu der Vorderseite 11 schräg, insbesondere zu der Vorderseite 11 unterschiedlich schräg ausgebildet sind.
Gemäß Figur 1B weisen die Abschattungselemente IIS in den Segmenten Sl und S4 dieselbe Geometrie und dieselbe Hauptorien tierung, nämlich entlang einer lateralen x-Richtung, auf. Die Abschattungselemente IIS in den Segmenten Sl und S4 unterscheiden sich voneinander in ihrer Orientierung bezüglich der schrägen Seitenflächen 11F. Die schrägen Seitenflächen 11F der Abschattungselemente IIS im ersten Segment Sl sind einem ers ten Rand der Vorderseite 11 zugewandt. Die schrägen Seitenflä chen 11F der Abschattungselemente IIS im vierten Segment S4 sind einem dem ersten Rand gegenüberliegenden vierten Rand der Vorderseite 11 zugewandt.
Die Abschattungselemente IIS in den Segmenten S2 und S3 sind ganz analog zu den der Segmenten Sl und S4 bis auf die Hauptorientierung entlang der y-Richtung ausgeführt. Während die schrägen Seitenflächen 11F der Abschattungselemente IIS im zweiten Segment S2 einem zweiten Rand der Vorderseite 11 zugewandt sind, sind die schrägen Seitenflächen 11F der Abschat tungselemente IIS im dritten Segment S3 einem dem zweiten Rand gegenüberliegenden dritten Rand der Vorderseite 11 zugewandt. Die Orientierungen der Seitenflächen 11F der Abschattungsele mente IIS sind in der Figur 1B durch die von den Abschattungselementen IIS ausgehenden Pfeilen schematisch gekennzeichnet.
Die Abschattungselemente IIS bilden in Draufsicht auf die Vorderseite 11 ein Gesamtmuster, das nicht rotationsymmetrisch und insbesondere auch nicht achsensymmetrisch ist. Durch die Abschattungselemente IIS ist eine mögliche Achsensymmetrie der Vorderseite 11 gebrochen.
Das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen IIS oder die Vorderseite 11 mit den darauf angeordneten Abschattungselemen ten IIS kann eine n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, wobei n eine ganze Zahl wie 3, 4, 5, 6 oder die Anzahl der von den Abschattungselementen IIS bedeckten Segmente der Vorderseite 11 oder die Anzahl der Teilbereiche des Lichtsensors 1 ist.
Gemäß Figur 1B weist das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen IIS oder die Vorderseite 11 mit den darauf angeordneten Abschattungselementen IIS insbesondere eine 4-zählige Drehsym metrie auf. In diesem Fall kann das Gesamtmuster oder die Vorderseite durch eine Drehung um einen Winkel von 90° oder Mehrfachen davon um eine Drehachse auf sich selbst abgebildet werden, wobei sich die Drehachse entlang der vertikalen Richtung (z-Richtung in Figur 1A) durch einen Symmetriepunkt C erstreckt. Der Symmetriepunkt C ist insbesondere der geomet rische Schwerpunkt C des Gesamtmusters beziehungsweise der Vorderseite 11.
Gemäß Figur 1B können die Segmente Sl, S2, S3 und S4 in Draufsicht auf die Vorderseite 11 jeweils ein geometrisch gleiches Muster aufweisen, wobei die Muster in den verschiedenen Seg menten S1 bis S4 unterschiedlich orientiert angeordnet sind. Durch eine Drehung von +/-90° kann ein Muster eines Segments in das Muster eines benachbarten Segments überführt werden. In diesem Fall bilden die Muster aus allen von den Abschattungs elementen IIS bedeckten Segmenten Sl, S2, S3 und S4 ein Gesamtmuster, das eine 4-zählige Drehsymmetrie aufweist. Abwei chend von Figur 1B ist es möglich, dass die Segmente Sl, S2, S3 und S4 mit den darauf angeordneten Abschattungselementen IIS untereinander vertauscht werden. Als Folge davon kann die 4-zählige Drehsymmetrie gebrochen werden. In Draufsicht auf die Vorderseite 11 kann das Muster eines Segments jedoch weiterhin durch eine Drehung um einen Winkel von 90° oder Viel fachen davon auf das Muster eines anderen Segments abgebildet werden .
Weist der Lichtsensor 1 in Draufsicht auf die Vorderseite 11 gleiche und unterschiedlich orientierte Muster aus den Ab schattungselementen IIS in verschiedenen Segmenten Sl bis S4 oder eine n-zählige Drehsymmetrie bezüglich der Abschattungs elemente IIS auf, kann der Lichtsensor 1 aus einer Mehrzahl von Photodioden D mit identischem Muster aus den Abschattungselementen IIS auf ihren jeweiligen Strahlungseintrittsflächen gebildet werden, zum Beispiel aus n Photodioden D jeweils mit identischem Muster aus den Abschattungselementen IIS. Zur Bil dung des Lichtsensors 1 können die Photodioden D lediglich gedreht zueinander angeordnet und erforderlichenfalls mitei nander mechanisch verbunden werden.
Die Abschattungselemente IIS auf der Vorderseite 11 sind insbesondere bei einer nicht-senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors 1 zur Erzielung zumindest teilweise unterschied licher Abschattungseffekte in den verschiedenen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 der Vorderseite 11 eingerichtet. Dadurch kann erzielt werden, dass zumindest teilweise unterschiedliche pro zentuale Flächenanteile der Segmente Sl, S2, S3 und S4 bei einer vorgegebenen relativen Position der Lichtquelle S zum Lichtsensor 1 durch die Abschattungselemente IIS beschattet werden .
Die relative Position der Lichtquelle S zum Lichtsensor 1 kann durch die Kugelkoordinaten f und Q angegeben werden, wobei die Koordinate f den Azimutwinkel P des auf der xy-Ebene abgebil deten Lichtstrahls L und die Koordinate Q etwa den Polarwinkel T des Lichtstrahls L zum senkrechten Lot entlang der vertikalen z-Richtung angibt. Der Azimutwinkel P gibt die relative, la terale Einfallrichtung des von der Lichtquelle S emittierten Lichtstrahls L an. Der Polarwinkel P gibt die relative, ver tikale Einfallsrichtung, nämlich den Einfallswinkel des Licht strahls L an. Ändert sich die relative Position der Lichtquelle S, können sich die beschatteten Flächenanteile der jeweiligen Segmente Sl, S2, S3 und S4 etwa aufgrund der Geometrie, Position, Verteilung und/oder Orientierung der Abschattungsele mente IIS in den jeweiligen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 eben falls ändern.
Abhängig von den beschatteten Flächenanteilen in den jeweili gen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 können unterschiedliche Pho toströme II, 12, 13 beziehungsweise 14, etwa in Form von elektrischen Stromstärken II, 12, 13 beziehungsweise 14, in den den Segmenten Sl, S2, S3 und S4 zugehörigen Teilbereichen PI, P2, P3 beziehungsweise P4 des Lichtsensors 1 registriert werden. Bevorzugt sind alle Teilbereiche des Lichtsensors 1, etwa die Teilbereiche PI, P2, P3 und P4, individuell ansteu erbar. Mit anderen Worten können die Stromstärken II, 12, 13 und 14 durch die individuell ansteuerbaren Teilbereiche PI, P2, P3 beziehungsweise P4 unabhängig voneinander registriert werden. Die Gruppe oder das Tupel aus den gemessenen Werten für die Photoströme II, 12, 13 und 14 bei einer festen Position der Lichtquelle S bildet eine Istwert-Gruppe, mit der die relative Position der Lichtquelle S zum Lichtsensor 1 eindeutig identifiziert werden kann.
Gemäß Figuren 1A und 1B sind die Segmente Sl, S2, S3 und S4 jeweils viereckig ausgeführt. Insbesondere bilden alle Segmente Sl, S2, S3 und S4 jeweils ein Quadrat, wobei die Segmente Sl, S2, S3 und S4 gleichen Umfang und gleiche Fläche aufweisen. Abweichend davon ist es möglich, dass die Segmente Sl, S2, S3 und S4 - wie etwa in den Figuren 5A, 5D und 5E dargestellt - andere geometrische Formen annehmen. Auch ist es möglich, dass der Lichtsensor 1 ein weiteres Segment SO und einen dem wei teren Segment SO zugehörigen weiteren Teilbereich PO aufweist (Figuren 5F und 5G) .
Figuren 2A und 2B dienen der Veranschaulichung eines Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Bestimmung der Position ei ner Lichtquelle S mit einem insbesondere in den Figuren 1A und 1B beschriebenen Lichtsensor 1. In diesem Verfahrensschritt werden die gemessenen oder theoretischen Verläufe der in den Segmenten Sl, S2, S3 und S4 registrierten Stromstärken II, 12, 13 beziehungsweise 14 als Funktion der Position der Lichtquelle S erstellt. Die Position der Lichtquelle kann durch die Kugel koordinaten f und Q angegeben werden. Zweckmäßig werden nor mierte Werten für die Stromstärken II, 12, 13 und 14 verwendet.
In den Figuren 2A und 2B sind für einen festen Winkel Q kleiner als 45° normierte Werte für die Stromstärken II, 12, 13 und 14 als Funktion des Winkels f zwischen einschließlich 0° und 360° dargestellt. Die Abschattungselemente IIS des Lichtsensors 1 weisen jeweils eine schräge Seitenfläche 11F auf, die mit der Vorderseite 11 einen spitzen Winkel von zirka 45° bildet. Das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen IIS weist in Draufsicht auf die Vorderseite 11 insbesondere eine 4-zählige Drehsymmetrie auf.
Dem Diagramm der Figur 2A und der Tabelle der Figur 2B kann entnommen werden, dass die Verläufe der Stromstärken II, 12, 13 und 14 phasenverschoben sind, nämlich um eine f-Phase von 90° zwischen II und 13, um eine f-Phase von 180° zwischen II und 14 und um eine f-Phase von 270° zwischen II und 12. Diese Zusammenhänge zwischen den Verläufen der Stromstärken II, 12, 13 und 14 ist auf die 4-zählige Drehsymmetrie des etwa in der Figur 1B dargestellten Gesamtmusters aus den Abschattungselementen IIS auf der Vorderseite 11 zurückzuführen.
Anhand des in der Figur 2A dargestellten Diagramms wird verdeutlicht, dass jedem Paar {Q, f} einer Sollwert-Gruppe, in diesem Fall einem Quadrupel {II, 12, 13, 14}, eindeutig zugeordnet werden kann, und umgekehrt. In der Tabelle der Figur 2B sind vier solche Sollwert-Gruppen {II, 12, 13, 14} für die vier Paare { Q < 45°, f = 0°, 360°}, { Q < 45°, f = 0°, 360°}, {Q < 45°, f = 90°} und {Q < 45°, f = 270°} angegeben. Aufgrund der 4-zähligen Drehsymmetrie wird die Erfassung der theoreti schen Verläufe der Stromstärken II, 12, 13 und 14 besonders vereinfacht. Werden die Segmente Sl, S2, S3 und S4 vertauscht kann die 4-zählige Drehsymmetrie zwar gebrochen werden, aller dings kann die Erfassung der theoretischen Verläufe der Strom stärken II, 12, 13 und 14 weiterhin vereinfacht durchgeführt werden, etwa lediglich durch die Umnummerierung der theoreti schen Verläufe der Stromstärken II, 12, 13 und 14. Ganz analog zu den Figuren 2A und 2B sind in den Figuren 3A und 3B für einen festen Winkel Q größer als 45° normierte Werte für die Stromstärken II, 12, 13 und 14 als Funktion des Winkels f zwischen einschließlich 0° und 360° dargestellt. Die Ab schattungselemente IIS des Lichtsensors 1 weisen jeweils eine schräge Seitenfläche 11F auf, die mit der Vorderseite 11 weiterhin einen spitzen Winkel von zirka 45° bildet. Das Erstellen von Sollwert-Gruppen {II, 12, 13, 14} zu jedem Paar {Q, f} erfolgt weiterhin für einen vorgegebenen Lichtsensor 1 mit einem vorgegebenen Gesamtmuster aus den Abschattungselementen IIS. Die Daten aus den Sollwert-Gruppen sind insbesondere spe zifisch für einen vorgegebenen Lichtsensor 1 oder für gleich aufgebauten Lichtsensoren 1.
In Figuren 4A und 4B sind für einen festen Winkel f = 0° und für einen festen Winkel f = 180° normierte Werte für die Stromstärken II, 12, 13 und 14 als Funktion des Winkels Q zwischen einschließlich 0° und 90° dargestellt. Ist der Winkel f = 0°, befindet sich die Lichtquelle S in Draufsicht auf die Vorderseite auf der {x > 0; y = 0}-Linie. Ist der Winkel f = 180°, befindet sich die Lichtquelle S in Draufsicht auf die Vorderseite auf der {x < 0; y = 0}-Linie. In dem Diagramm der Figur 4A und in der Tabelle der Figur 4B werden Werte für den Winkel Q zwischen einschließlich 0° und 90° oder zwischen ein schließlich -90° und 0° lediglich zur Unterscheidung der beiden Fälle, bei den der Winkel f 0° oder 180° ist, angegeben.
Ist der Winkel 0 = 0°, befindet sich die Lichtquelle S, etwa die Sonne, im Zenit, wobei der Lichtsensor 1 in diesem Fall senkrecht bestrahlt wird. Der durch die Abschattungselemente IIS hervorgerufene Abschattungseffekt wäre in allen Segmenten Sl, S2, S3 und S4 Null, sodass die in den Teilbereichen PI, P2, P3 und P4 registrierten II, 12, 13 und 14 jeweils ihren maximalen Wert annehmen. Wie in den Figuren 4A und 4B darge stellt, können unterschiedliche Sollwert-Gruppen {II, 12, 13, 14} verschiedenen Paaren {Q, f} eindeutig zugeordnet werden, und umgekehrt.
Figur 5A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lichtsensor 1. Im Unterschied zu dem in der Figur 1B beschrie benen Ausführungsbeispiel weist die Vorderseite 11 des Lichtsensors 1 gemäß Figur 5A lediglich zwei von den Abschat tungselementen IIS bedeckten Segmente S1 und S2 auf. Die Seg mente S1 und S2 mit den darauf angeordneten Abschattungsele menten IIS der Figur 5A entsprechen im Wesentlichen den in der Figur 1B dargestellten Segmenten S1 beziehungsweise S2. Im Unterschied hierzu sind die Segmente S1 und S2 der Figur 5A zwar rechteckig jedoch nicht quadratisch ausgeführt.
Des Weiteren weist die Vorderseite 11 ein weiteres Segment SO auf, das von den Abschattungselementen IIS unbedeckt und somit frei von den Abschattungselementen IIS ist. Das Segment SO kann einem weiteren Teilbereich PO des Lichtsensors 1 zugeord net sein, wobei der weitere Teilbereich PO insbesondere zur Ermittlung der tatsächlichen Intensität des Lichtstrahls L pro Fläche eingerichtet ist. Die tatsächliche Intensität kann durch den in dem weiteren Teilbereich PO registrierten Photostrom 10 oder durch die in dem weiteren Teilbereich PO registrierte Stromstärke 10 ermittelt werden. Die von dem wei teren Teilbereich PO des Lichtsensors 1 registrierte Stromstärke 10 kann als Referenzwert insbesondere für die Normierung der in den übrigen Teilbereichen des Lichtsensors 1 registrierten Stromstärken benutzt werden. Es ist möglich, dass ein hier allgemein beschriebener Lichtsensor 1, etwa gemäß den Figuren 1A und 1B, ebenfalls ein solches weiteres Segment SO aufweist, das frei von den Abschattungselementen IIS ist (Fi guren 5E, 5F, 5G) .
Das in der Figur 5B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1B dargestellten Aus führungsbeispiel für einen Lichtsensor 1. Im Unterschied hierzu sind die Segmente S3 und S4 vertauscht. Das aus den Abschattungselementen IIS gebildete Gesamtmuster auf der Vorderseite 11 weist in diesem Fall keine n-zählige Drehsymmetrie und ebenfalls keine Achsensymmetrie auf. Das einzelne Muster aus den Abschattungselementen IIS eines beliebigen Segments Sl, S2, S3 oder S4 kann jedoch weiterhin durch eine Drehung um einen Winkel von entweder 90° oder 180° oder 270° auf ein Muster eines weiteren beliebigen von den Abschattungselementen IIS bedeckten Segments der Vorderseite 11 abgebildet werden. Zum Beispiel wird das Segment Sl durch eine Drehung um 90° auf das Segment S2, durch eine Drehung um 180° auf das Segment S4 und durch eine Drehung um 270° auf das Segment S3 abgebildet. Es ist daher möglich, dass das Gesamtmuster lediglich durch Vertauschung der Positionen der Segmente Sl, S2, S3 und S4 wieder in ein symmetrisches Gesamtmuster überführbar ist, das eine 4-zählige Drehsymmetrie aufweist, zum Beispiel durch die Vertauschung der Positionen der Segmente S3 und S4.
Ganz analog zur Figur 5B entspricht das in der Figur 5C dar gestellte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in der Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Lichtsensor 1. Im Unterschied hierzu sind lediglich die Segmente S2 und S4 vertauscht .
Das in der Figur 5D dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Lichtsensor 1. Im Unterschied hierzu sind die Segmente Sl, S2, S3 und S4 zwar weiterhin rechteckig jedoch nicht quadratisch ausgeführt. Das Gesamtmuster aus den Abschattungselementen IIS weist in Draufsicht eine 4-zählige Drehsymmetrie auf. Abweichend davon ist es sinngemäß analog zu den Figuren 5B und 5C möglich, dass die Segmente Sl, S2, S3 und S4 untereinander beliebig vertauscht sind.
Das in der Figur 5E dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1B dargestellten Aus führungsbeispiel für einen Lichtsensor 1. Im Unterschied hierzu weist die Vorderseite 11 genau sechs mit den Abschat tungselementen IIS bedeckte Segmente Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 auf. Diese Segmente Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 weisen in Drauf sicht auf die Vorderseite 11 jeweils die Form eines Hexagons, insbesondere die Form eines gleichseitigen oder regelmäßigen Hexagons auf. Die Abschattungselemente IIS auf den Segmenten Sl bis S6 bilden ein Gesamtmuster, das insbesondere eine 6- zählige Drehsymmetrie aufweist. Der Lichtsensor 1 kann sechs Teilbereiche PI, P2 , P3, P4, P5 und P6 aufweisen, die jeweils einem der Segmente Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 zugeordnet sind. Abweichend von der Figur 5E ist es möglich, dass die Segmente Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 untereinander beliebig vertauscht sind .
Analog zu der Figur 5A weist der Lichtsensor 1 gemäß Figur 5E ein weiteres Segment SO und einen weiteren Teilbereich PO auf, wobei das weitere Segment SO oder der weitere Teilbereich PO frei von einer Bedeckung durch die Abschattungselemente IIS ist. Zum Beispiel weisen die Segmente SO, Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 denselben Umfang und dieselbe Fläche auf. Das weitere Segment SO ist von den Segmenten Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 in den lateralen Richtungen insbesondere vollumfänglich umgeben. Auch ist es möglich, dass der Lichtsensor 1 frei von einem weiteren Segment SO und/oder frei von einem dem weiteren Seg ment SO zugeordneten Teilbereich PO ist.
Die in den Figuren 5F und 5G dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Lichtsensor 1 jedoch mit einem von den Abschattungselementen IIS unbedeckten weiteren Segment SO beziehungsweise Teilbereich PO. Das Segment SO oder der weitere Teilbereich PO kann in Draufsicht auf die Vorderseite 11 kreisförmig (Figur 5G) oder in Form eines n-seitigen Viel ecks, insbesondere in Form eines gleichseitigen oder regelmäßigen n-Ecks ausgeführt sein. Insbesondere ist das Segment SO von den übrigen Segmenten lateral vollumfänglich umgegeben, welche von den Abschattungselementen IIS bedeckt sind. Der weitere Teilbereich PO kann von den übrigen Teilbereichen la teral vollumfänglich umgegeben sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombi nation von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merk mal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Lichtsensor
11 Vorderseite des Lichtsensors
US Abschattungselement
11F Seitenfläche des Abschattungselements
10 II 12 13, 14 elektrische Stromstärke/ Photoströme
PO, PI, P2, P3,
P4 , P5 , P6 Teilbereiche des Lichtsensors
Sl, S2 , S3 ,
S 4 , S5 , S 6 Segmente der Vorderseite
SO unbedecktes Segment der Vorderseite
C Symmetriepunkt
D Photodiode/ Photodioden
L Lichtstrahl
P Einfallsrichtung des Lichtstrahls
T Einfallswinkel des Lichtstrahls s Lichtquelle x, y laterale Richtungen
z vertikale Richtung
Q Kugelkoordinate, Polarwinkel
F Kugelkoordinate·, Azimutwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Lichtsensor (1), der eine Mehrzahl von Teilbereichen (PI,
P2, P3, P4) und eine Vorderseite (11) mit einer Mehrzahl von
Segmenten (Sl, S2, S3, S4) aufweist, wobei
- die Segmente der Vorderseite jeweils einem der Teilbereiche des Lichtsensors zugeordnet sind, und
- der Lichtsensor Abschattungselemente ( 11S ) auf der Vorder seite aufweist, die bei einer nicht-senkrechten Bestrahlung des Lichtsensors zur Erzielung zumindest teilweise unterschiedlicher Abschattungseffekte in den verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten der Vorderseite eingerichtet sind.
2. Lichtsensor nach Anspruch 1,
bei dem die Vorderseite (11) n von den Abschattungselementen
(IIS) bedeckte Segmente (Sl, S2, S3, S4 ) aufweist, wobei
- n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist,
- der Lichtsensor zumindest n Teilbereiche (PI, P2, P3, P4) aufweist, die jeweils einem der n Segmente zugeordnet sind, und
- die Abschattungselemente in den jeweiligen Segmenten bezüg lich ihrer Geometrie, Position, Orientierung und/oder Ver teilung auf der Vorderseite derart ausgeführt sind, dass zu jeder relativen Position einer Lichtquelle (S) zum
Lichtsensor aufgrund der bei einer Bestrahlung des
Lichtsensors durch die Lichtquelle hervorgerufenen unter schiedlichen Abschattungseffekte in den Segmenten ein unterschiedliches n-Tupel aus den in den n Teilbereichen des Lichtsensors registrierten Photoströme zuordenbar ist.
3. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb des Lichtsensors eine Einfallsrichtung (P) und ein Einfallswinkel (T) eines auf die Vorderseite (11) auftreffenden Lichtstrahls (L) anhand der in den Teilbereichen (PI, P2, P3, P4) des Lichtsensors registrierten elektrischen
Stromstärken (II, 12, 13, 14), die aufgrund der unterschied lichen Abschattungseffekte in verschiedenen von den Abschattungselementen bedeckten Segmenten (Sl, S2, S3, S4 ) zumindest teilweise unterschiedlich sind, eindeutig bestimmbar sind.
4. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Vorderseite (11) die Abschattungselemente ( 11S ) bezüglich ihrer Orientierung und/oder ih rer Verteilung in verschiedenen Segmenten (Sl, S2, S3, S4 ) unterschiedlich gestaltet sind.
5. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Vorderseite (11) die Abschattungselemente (US) in verschiedenen Segmenten (Sl, S2, S3,
S 4 ) jeweils ein geometrisch gleiches Muster bilden, jedoch in verschiedenen Segmenten unterschiedlich orientiert angeordnet sind .
6. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abschattungselemente (US) in Draufsicht auf die Vorderseite (11) ein Gesamtmuster bilden, das eine 3-zählige, eine 4-zählige Drehsymmetrie oder eine n-zählige Drehsymmetrie aufweist, wobei n die Anzahl der von den Abschattungselementen bedeckten Segmente (Sl, S2, S3, S4 ) ist.
7. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorderseite (11) genau vier oder genau sechs von den Abschattungselementen bedeckte Segmente (Sl, S2, S3, S4,
S5, S6) aufweist.
8. Lichtsensor nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem ein aus den Abschattungselementen (IIS) gebildetes Gesamtmuster in Draufsicht auf die Vorderseite keine Rotationssymmetrie und keine Achsensymmetrie jedoch eine 4-zählige oder eine oder 6-zählige Drehsymmetrie aufweist.
9. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abschattungselemente (IIS) vertikale Erhebungen auf der Vorderseite (11) sind, welche zumindest eine schräg ausgebildete Seitenfläche (11F) aufweisen.
10. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abschattungselemente (US) unmittelbar auf der Vorderseite (11) angeordnet sind, wobei die Vorderseite des Lichtsensors durch Strahlungseintrittsflächen der Teilbereiche (Pl, P2, P3, P4) gebildet ist.
11. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtsensor (1) eine einzige Photodiode (D) umfasst, wobei die Teilbereiche (Pl, P2, P3, P4) segmentierte Teilre gionen der einzigen Photodiode sind.
12. Lichtsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei der Lichtsensor (1) eine Mehrzahl von einzelnen Photodioden (D) umfasst, deren Strahlungseintrittsflächen jeweils einem der Segmente (Sl, S2, S3, S4 ) zugeordnet sind, und wobei die Photodioden jeweils einem der Teilbereiche (Pl, P2, P3,
P4) des Lichtsensors zugeordnet sind.
13. Lichtsensor nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem in Draufsicht auf die Vorderseite (11) die Strahlungs eintritts flächen der einzelnen Photodioden (D) jeweils ein derart geometrisch gleiches Muster aus den Abschattungselemen ten (IIS) auf eisen, dass das Muster der Abschattungselemente eines Segments (Sl, S2, S3, S4) lediglich durch Drehung in das Muster der Abschattungselemente eines anderen Segments (Sl, S2, S3, S4) überführbar ist.
14. Lichtsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein weiteres von den Abschattungselementen (IIS) unbedecktes Segment (SO) und einen weiteren dem weiteren Segment zu gehörigen Teilbereich (PO) aufweist, wobei das weitere Segment und der weitere Teilbereich zur Ermittlung einer tatsächlichen auf die Vorderseite (11) auftreffende Lichtintensität pro un bedeckte Flächeneinheit eingerichtet sind.
15. Verfahren zur Herstellung des Lichtsensors (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14,
bei dem der Lichtsensor zumindest eine Photodiode (D) aufweist, wobei die Abschattungselemente (US) unmittelbar auf einer Strahlungseintrittsfläche der Photodiode gebildet werden.
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Abschattungselemente mittels eines Gießverfahrens oder eines lithographischen Verfahrens oder eines Beschichtungsverfahrens unter Verwendung einer Maske gebildet werden.
17. Verfahren zur Herstellung des Lichtsensors (1) gemäß An spruch 15 oder 16, bei dem die einzelnen Photodioden (D) zur Bildung des Lichtsensors zusammengesetzt werden, nachdem die Abschattungs elemente (IIS) auf den Strahlungseintritts flächen der einzelnen Photodioden gebildet sind.
18. Verfahren zur Bestimmung einer Einfallsrichtung (P) und eines Einfallswinkels (T) eines auftreffenden Lichtstrahls (L) mit dem Lichtsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten:
- Erstellen von Daten aus den Sollwerten der elektrischen Stromstärken (II, 12, 13, 14) in den Teilbereichen (PI, P2, P3, P4) des Lichtsensors zumindest für eine Halbsphäre mit den Kugelkoordinaten f sowie Q zur Erfassung von Sollwert- Gruppen;
- Messen von Ist-Werten der elektrischen Stromstärken (II, 12,
13, 14) in den Teilbereichen (PI, P2, P3, P4) zur Bildung einer Istwert-Gruppe; und
- Vergleichen der Istwert-Gruppe mit den erstellten Daten der Sollwert-Gruppen zur Bestimmung der Einfallsrichtung und des Einfallswinkels des auftreffenden Lichtstrahls anhand der Kugelkoordinaten f und Q.
PCT/EP2018/000557 2017-12-11 2018-12-11 Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle Ceased WO2019115010A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017129433.3 2017-12-11
DE102017129433.3A DE102017129433A1 (de) 2017-12-11 2017-12-11 Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019115010A1 true WO2019115010A1 (de) 2019-06-20

Family

ID=65009646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/000557 Ceased WO2019115010A1 (de) 2017-12-11 2018-12-11 Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017129433A1 (de)
WO (1) WO2019115010A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080017784A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Hoot John E Apparatus and methods to locate and track the sun
US20100283998A1 (en) * 2008-01-02 2010-11-11 Nxp B.V. Light sensor with intensity and direction detection
US20140203391A1 (en) * 2012-05-11 2014-07-24 Nxp B.V. Integrated circuit including a directional light sensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9116046B2 (en) * 2013-03-15 2015-08-25 Infineon Technologies Austria Ag Device and method for determining a direction from a surface of one or more photodetector elements of an integrated circuit to a source providing electromagnetic waves and method for manufacturing an device
US9559238B2 (en) * 2014-05-08 2017-01-31 Infineon Technologies Dresden Gmbh Arrangement and method for determining the spatial direction of radiation incidence
DE202016005145U1 (de) * 2016-08-23 2016-10-17 Peter Prendel Anordnung zur Optimalausrichtung einer optischen Empfangsantenne

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080017784A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Hoot John E Apparatus and methods to locate and track the sun
US20100283998A1 (en) * 2008-01-02 2010-11-11 Nxp B.V. Light sensor with intensity and direction detection
US20140203391A1 (en) * 2012-05-11 2014-07-24 Nxp B.V. Integrated circuit including a directional light sensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017129433A1 (de) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018002670T5 (de) Breitband achromatische flache optische Komponenten durch dispersionstechnische dielektrische Metaoberflächen
WO2010130415A1 (de) Vorrichtung zur formung von laserstrahlung sowie laservorrichtung mit einer derartigen vorrichtung
DE102013208651A1 (de) Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE112008002148T5 (de) Vorrichtung zum dreidimensionalen Messen und Leiterplatinen-Untersuchungsvorrichtung
DE2331535A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schattenmaske fuer eine kathodenstrahlroehre
DE102011101585A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden oder photovoltaischen Elementen
WO2022189236A1 (de) Additives reparatursystem
DE2539206A1 (de) Verfahren zur automatischen justierung von halbleiterscheiben
EP4437608A1 (de) Verfahren zur bestimmung einer ablagegenauigkeit einer mehrzahl von elektrodenblättern in einem stapel und eine messvorrichtung
DE2547079C3 (de) Verfahren zur Korpuskularbestrahlung eines Präparats
DE112004002561T5 (de) Verfahren, Vorrichtung und Beugungsgitter zum Trennen von Halbleiterelementen, die auf einem Substrat gebildet werden, durch Änderung besagten Beugungsgitters
DE4314574A1 (de) Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Oberflächen, Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenprofils, das einer Linse entspricht und Profil einer Linse
DE102020106465B4 (de) Verfahren zur bildung von ausrichtungsmarkierungen sowie ausrichtungsmarkierung
DE2622283A1 (de) Verfahren zur lokalisierung eines festkoerperplaettchens und festkoerperplaettchen zur durchfuehrung des verfahrens
DE102013211634A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Konversionselements
EP3155139A1 (de) Verfahren zur herstellung einer beschichtung sowie optoelektronisches halbleiterbauteil mit einer beschichtung
DE102013108876A1 (de) Fotolithografisches Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem Strahlung emittierenden Halbleiterbauelement
DE102017129433A1 (de) Lichtsensor, verfahren zur herstellung eines lichtsensors und verfahren zur bestimmung der position einer lichtquelle
DE102005025474B4 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Bezugspunktes
DE102015119260A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung von Oberflächenstrukturen
DE102006031561B4 (de) Fotomaskenanordnung, optisches Abbildungssystem, Verfahren zum Bestimmen der Gitterparameter und Absorptionseigenschaften für ein diffraktives optisches Element und Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements
WO2024099676A1 (de) Verfahren zur korrektur lokaler oberflächenerhebungen auf spiegelnden oberflächen
WO2019008067A1 (de) Erzeugung von belichteten strukturen auf einem werkstück
DD250400A1 (de) Schablonenabbildungsverfahren zur verringerung des strukturrasters
DE102005020844B3 (de) Genauigkeitsverbesserung von Robotern

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18830713

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18830713

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1