DE102005047061A1

DE102005047061A1 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE102005047061A1
Application number: DE200510047061
Authority: DE
Inventors: Heinz Haas
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor (1), der einen ersten Detektorkörper (2), der eine erste Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von einer Strahlungsquelle (15) empfangene elektromagnetische Strahlung (18) in ein erstes, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, und einen zweiten Detektorkörper (3), der eine zweite Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von der Strahlungsquelle (15) empfangene elektromagnetische Strahlung (18) in ein zweites, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, umfasst, wobei eine Hauptstrahlachse so definiert ist, dass entlang dieser auf den Strahlungsdetektor auftreffende Strahlung von dem zugehörigen Detektorkörper in ein maximales Detektorsignal umgewandelt wird, und ferner einen Träger (9), auf dem die zwei Detektorkörper (2, 3) angeordnet sind, und ein Linsenelement (7) umfasst, das den zwei Detektorkörpern (2, 3) in Einfallsrichtung vorgelagert ist, wobei die zwei Detektorkörper (2, 3) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die erste und die zweite Hauptstrahlachse in voneinander verschiedenen Richtungen verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Ermittlung einer Einfallsrichtung von Strahlung einer Strahlungsquelle, insbesondere einen Sonnenstandsdetektor für ein Kraftfahrzeug.

Aus der Patentschrift DE 197 48 826 C1 ist ein Sonnenstandsdetektor für Kraftfahrzeuge bekannt, der eine photosensitive Sensoreinheit und eine in Abhängigkeit vom Sonnenstand unterschiedliche Bereiche der Sensoreinheit abschattende Schattenmaske aufweist. Mithilfe der Schattenmaske ist eine Bestimmung des Einfallswinkels des Sonnenlichts möglich.

Aus der Patentschrift EP 0 350 866 B1 ist ein Photodetektorsystem bekannt, das einen Photodetektor und einen Lichtmodulator aufweist. Der Photodetektor erzeugt in Abhängigkeit vom Betrag der auf den Photodetektor einfallenden Lichtmenge ein elektrisches Signal. Der Lichtmodulator moduliert die auf den Photodetektor einfallende Lichtmenge in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle. Somit kann mit dem Photodetektorsystem ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Position einer Lichtquelle in Bezug auf das System erzeugt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen technisch weniger aufwändigen Strahlungsdetektor anzugeben, der eine einfache Bestimmung der Einfallsrichtung von Strahlung einer Strahlungsquelle, die auf den Strahlungsdetektor auftrifft, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Strahlungsdetektor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor umfasst mindestens einen ersten Detektorkörper, der eine erste Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von einer Strahlungsquelle empfangene elektromagnetische Strahlung in ein erstes, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, und einen zweiten Detektorkörper, der eine zweite Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von der Strahlungsquelle empfangene elektromagnetische Strahlung in ein zweites, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, wobei eine Hauptstrahlachse so definiert ist, dass entlang dieser auf den Strahlungsdetektor auftreffende Strahlung von dem zugehörigen Detektorkörper in ein maximales Detektorsignal umgewandelt wird, umfasst ferner einen Träger, auf dem die zwei Detektorkörper angeordnet sind, und ein Linsenelement, das den zwei Detektorkörpern in Einfallsrichtung vorgelagert ist, wobei die zwei Detektorkörper derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die erste und die zweite Hauptrahlachse in voneinander verschiedenen Richtungen verlaufen.

Eine Einfallsrichtung der Strahlung wird relativ zu einer Detektorebene, in der sich der Strahlungsdetektor befindet, in Abhängigkeit von einem Winkel α und einem Winkel β angegeben.

In den 1 und 2 sind eine Detektorebene 16, der Winkel α und der Winkel β dargestellt. Der Schnittpunkt O der Achsen A, B, C ist zugleich die Position des Strahlungsdetektors.
Wie in 1 dargestellt, wird der Winkel α von einem Zeiger I und der Achse A, die sich beide in der Detektorebene 16 befinden, eingeschlossen. Bei einem Winkel von α = 0° ist der Zeiger I mit der Achse A identisch. Wird der Zeiger I im Uhrzeigersinn aus der Achse A herausgedreht, so zeigt er verschiedene Richtungen in der Detektorebene 16 an. Der Winkel α kann Werte von 0° bis < 180° annehmen.
Wie in 2 dargestellt, wird der Winkel β von einem Zeiger II und dem Zeiger I eingeschlossen. Der Zeiger II gibt verschiedene Richtungen in einer zur Detektorebene 16 senkrechten Ebene 17 an. Bei einem Winkel β = 90° ist der Zeiger II identisch mit dem Zeiger I. Bei einem Winkel β = 0° ist der Zeiger II identisch mit der Achse C. Bei einem Winkel β = –90° ist der Zeiger II entgegengesetzt zum Zeiger I ausgerichtet.
Ein erfindungsgemäßer Detektorkörper weist vorderseitig eine Strahlungsempfangsfläche auf, die vorzugsweise plan ausgebildet ist. Die auf die Strahlungsempfangsfläche auftreffende Strahlung wird vom Detektorkörper in ein von der Einfallsrichtung abhängiges elektrisches Detektorsignal umgewandelt. Typischerweise liefert ein Detektorkörper, der sich bei der Position O befindet, ein maximales Detektorsignal, wenn die Strahlung bei einem Winkel β = 0° einfällt. Hingegen liefert der Detektorkörper ein minimales Signal, wenn die Strahlung bei einem Winkel β = 90° oder β = –90° einfällt.
Da der erste und der zweite Detektorkörper außermittig, das heißt bei einer von der Position O verschiedenen Position angeordnet sind, liefern sie nicht bei einem Winkel β = 0° ein maximales Detektorsignal, sondern bei einem so genannten Schielwinkel β_s. Wie in 3 dargestellt ist der Schielwinkel β_s der Winkel, der von der Achse C mit einer der Hauptstrahlachsen D oder E eingeschlossen wird. (Der Abstand zwischen den Achsen A und A' wird im Folgenden vernachlässigt, d.h. dass die Ebene, in der sich der Strahlungsdetektor und die Detektorkörper befinden als identisch angenommen werden.)
Vorzugsweise entspricht die Achse C einer Mittelachse des Strahlungsdetektors und ferner einer Linsenachse und optischen Achse des Linsenelements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorkörper in der Detektorebene 16 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Detektorebene 16 identisch mit einer Brennebene des Linsenelements. Somit kann ein in der Nähe der Achse C einfallendes Bündel paralleler Strahlen in der Detektorebene 16 fokussiert werden. Eine Fokussierung der Strahlung auf die Detektorkörper führt zu einem stärkeren Detektorsignal.
Strahlung, die entlang der ersten Hauptstrahlachse D einfällt, erzeugt im ersten Halbleiterkörper ein maximales Detektorsignal, während gegebenenfalls das zweite Detektorsignal im Vergleich zum ersten Detektorsignal jedenfalls schwächer ausfällt. Hingegen erzeugt Strahlung, die entlang der zweiten Hauptstrahlachse E einfällt im zweiten Detektorkörper ein maximales zweites Detektorsignal, während gegebenenfalls das erste Detektorsignal im Vergleich zum zweiten Detektorsignal jedenfalls schwächer ausfällt.
Der Vergleich der beiden Detektorsignale ermöglicht somit zumindest eine Bestimmung, von welcher Seite die Strahlung auf den Strahlungsdetektor trifft. Insbesondere ermöglicht der Vergleich eine Bestimmung, ob die Strahlung relativ zum Strahlungsdetektor von links, von vorne oder von rechts einfällt. Sind die beiden Detektorkörper beispielsweise wie in 3 dargestellt angeordnet, so würde „links" etwa dem Bereich zwischen der positiven Achse A und gegebenenfalls der in 1 dargestellten positiven Achse B, „vorne" etwa der Richtung der positiven Achse B und „rechts" etwa dem Bereich zwischen der positiven Achse B und der negativen Achse A entsprechen.
Gemäß einer Ausgestaltung des Strahlungsdetektors weisen die beiden Detektorkörper einen gleich großen Schielwinkel β_s auf. Dieser kann insbesondere zwischen 20° und 30° betragen.
Die Orientierungen der ersten und zweiten Hauptstrahlachse können mithilfe der Winkel α und β angegeben werden. Dann weist die erste Hauptstrahlachse die Orientierung Φ_I(α_I, β_I) und die zweite Hauptstrahlachse die Orientierung Φ_II(α_II, β_II) auf.
Vorzugsweise unterscheiden sich α_I und α_II um 90° voneinander. Beispielsweise kann die Orientierung der ersten Hauptstrahlachse Φ_I ≈ (135°, –30°) und die Orientierung der zweiten Hauptstrahlachse Φ_II ≈ (45°, 30°) sein.
Vorteilhafterweise ist es bei einer derartigen Ausrichtung der Hauptstrahlachsen möglich, Strahlung aus verschiedenen Einfallsrichtungen zu detektieren, deren Einfallswinkel α_E sich um etwa 135° und deren Einfallswinkel β_E sich um etwa 40° unterscheiden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement eine sphärische Linse.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Detektorkörper einen Halbleiter-Photodetektor. Typischerweise ist ein Halbleiter-Photodetektor ein wellenlängenselektiver Detektor, der gegenüber einem in einem sehr weiten Spektralbereich empfindlichen Detektor vorteilhafterweise eine größere Empfindlichkeit aufweist. Vorzugsweise sind die Detektorkörper für infrarote Strahlung empfindlich, insbesondere für eine Wellenlänge von 950 nm, und können beispielsweise Silizium enthalten. Des Weiteren können die Detektorkörper ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nGa_mIn_1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Der Halbleiter-Photodetektor kann als Phototransistor oder Photodiode ausgebildet sein. Wirkprinzip und Eigenschaften derartiger Halbleiter-Photodetektoren sind aus der Literatur bekannt (vgl. R. Paul, Optoelektronische Halbleiterbauelemente, Teubner, 1985, Kapitel 3.2, 3.3 und 5.3.2.2), deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorkörper in einer Umhüllung, die ein für die zu detektierende Strahlung durchlässiges Material enthält, eingebettet. Beispielsweise kann die Umhüllung ein Verguss sein, der ein Epoxidharz enthält. Das Linsenelement kann an die Umhüllung direkt angeformt oder mit einem Haftmittel angebracht sein.
Weiterhin kann die Umhüllung Partikel aufweisen, die zumindest einen Teil der einfallenden Strahlung diffus streuen. Beispielsweise können die Partikel TiO₂ enthalten. Dadurch kann die Winkelverteilung der einfallenden Strahlung verbreitert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Einfallsrichtung der Strahlung genauer bestimmt werden kann. Denn aufgrund der verbreiterten Winkelverteilung liefern auch Strahlen, deren Einfallsrichtung wesentlich von einer der Hauptrahlachsen abweicht, ein erkennbares Detektorsignal, wodurch sich bei einem bestimmten Winkel α der einfallenden Strahlung der Winkel β genauer bestimmen lässt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorkörper in einem oberflächenmontierbaren Gehäuse, einem so genannten SMD (Surface Mount Device)-Gehäuse angeordnet. Dieses weist einen Gehäusekörper, der vorzugsweise den Träger umfasst, und elektrische Anschlussleiter auf, die von Außen in das Gehäuse hineinführen. Dabei sind die Detektorkörper in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Detektorkörper durch einfaches Vergießen der Detektorkörper innerhalb der Ausnehmung mit einem strahlungsdurchlässigen Medium vor schädigenden mechanischen und thermischen Einwirkungen von Außen geschützt werden können. Ferner sind die Detektorkörper mittels der in das Gehäuse hineinragenden Anschlussleiter einfach anschließbar. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung trichterartig ausgebildet, so dass die auf die Innenwände auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Richtung der Detektorkörper abgelenkt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist jeder Detektorkörper an seiner Rückseite, das heißt an seiner der Strahlungsempfangsfläche gegenüberliegenden Seite, eine elektrische Kontaktfläche auf, mit der dieser auf einem ersten Anschlussleiter elektrisch leitend aufgebracht ist. Ferner weist jeder Detektorkörper vorderseitig, das heißt auf der Strahlungsempfangsfläche eine elektrische Kontaktfläche auf, an die beispielsweise ein Draht angebracht ist, der mit dem zweiten Anschlussleiter verbunden ist.
Ein für den Strahlungsdetektor vorzugsweise verwendetes Gehäuse ist beispielsweise ein so genanntes herkömmliches TOPLET-Gehäuse, wie es in der Patentschrift DE 199 28 576 C2 beschrieben ist, deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein solches oberflächenmontierbares Gehäuse ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Serienproduktion erfindungsgemäßer Strahlungsdetektoren.
Ein Strahlungsdetektor, der zwei Detektorkörper aufweist, ist in seiner einfachsten Ausführungsform hauptsächlich dazu geeignet zu bestimmen, ob die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung relativ zum Strahlungsdetektor von links, von vorne oder von rechts einfällt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Strahlungsdetektor einen dritten Detektorkörper mit einer dritten Hauptstrahlachse auf, die von der ersten und der zweiten Hauptstrahlachse verschieden ist. Sie weist eine Orientierung Φ_III(α_III, β_III) auf. Vorteilhafterweise ermöglicht ein derartiger Strahlungsdetektor eine genauere Bestimmung der Einfallsrichtung der Strahlung. Denn der dritte Detektorkörper erzeugt für eine bestimmte Einfallsrichtung ein zusätzliches, drittes Detektorsignal, das sich typischerweise vom ersten und zweiten Detektorsignal unterscheidet. Der Strahlungsdetektor weist somit einen weiteren „Empfindlichkeitsbereich" auf, der für Strahlung, die entlang der dritten Hauptstrahlachse einfällt, ein maximales Detektorsignal erzeugt.
Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor ist vielseitig einsetzbar. Beispielsweise kann der Strahlungsdetektor in einem Fahrzeug dafür vorgesehen sein zu ermitteln, ob Sonnenstrahlen relativ zum Fahrzeug und in Fahrtrichtung gesehen von links, von vorne oder von rechts einfallen, um beispielsweise eine Steuereinheit für eine Klimaanlage, sonnenstandsabhängig zu betreiben.
Ferner ist der Strahlungsdetektor zusammen mit einer Steuereinheit dafür verwendbar, Solarzellen sonnenstandsabhängig auszurichten. Diese werden vorzugsweise derart gekippt, dass die Sonnenstrahlen senkrecht auf den Zellen auftreffen.
Weitere bevorzugte Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile eines Strahlungsdetektors gemäß der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den 4 bis 9 näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
4 eine schematische Aufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors,
5 eine schematische Schnittansicht des in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors,
6 eine schematische perspektivische Ansicht des in den 4 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors,
7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der zur Definition der Erfindung herangezogenen Bezugsgrößen,
8 ein Schaubild, in dem elektrische Detektorsignale des in den 4, 5 und 6 dargestellten erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors in Abhängigkeit von den Winkeln α und β aufgetragen sind,
9 eine schematische Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors.
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellten Bestandteile der Ausführungsbeispiele und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Der in 4 in Aufsicht dargestellte Strahlungsdetektor 1 weist zwei außermittig angeordnete Detektorkörper 2 und 3 auf. Diese sind Halbleiter-Photodetektoren, insbesondere Phototransistoren oder Photodioden, mit einer erhöhten Lichtempfindlichkeit im infraroten Bereich. Wirkprinzip und Eigenschaften derartiger Halbleiter-Photodetektoren sind aus der Literatur bekannt (vgl. R. Paul, Optoelektronische Halbleiterbauelemente, Teubner, 1985, Kapitel 3.2, 3.3 und 5.3.2.2), deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Der erste Detektorkörper 2 ist mittels zweier Anschlussleiter 12a und 12b an eine Stromquelle elektrisch angeschlossen, während der Detektorkörper 3 mittels zweier Anschlussleiter 13a und 13b an eine Stromquelle elektrisch angeschlossen ist.
Die Anschlussleiter 12a, 12b, 13a und 13b sind zumindest teilweise in einen Gehäusekörper 4 eingebettet, der vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren auf einfache Weise hergestellt ist und ein wärmebeständiges Kunststoffmaterial enthält.
Die Anschlussleiter 12a, 12b, 13a und 13b sind an zwei gegenüberliegenden Seiten paarweise aus dem Gehäusekörper 4 herausgeführt und um einen einer Rückseite des Strahlungsdetektors 1 zugewandten Teil des Gehäusekörpers 4 herumgebogen, so dass der Strahlungsdetektor 1 rückseitig auf einer Leiterplatte montierbar und elektrisch anschließbar ist.
Die Detektorkörper 2 und 3 sind in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers 4 angeordnet, die von einem Linsenelement 7 überdeckt ist. Dieses weist eine Linsenachse auf, die zugleich die Mittelachse des Strahlungsdetektors 1 bildet und senkrecht zur Detektorebene 16 verläuft, in der der Strahlungsdetektor 1 angeordnet ist.
Wie dargestellt befindet sich der erste Detektorkörper 2 auf einem positiven Abschnitt einer Achse, die mit der Achse A den Winkel α_II = 135° einschließt. Der zweite Detektorkörper 3 befindet sich auf einem negativen Abschnitt einer Achse, die mit der Achse A den Winkel α_I = 45° einschließt.
5 zeigt einen Schnitt entlang der Achse A durch den in 4 dargestellten Strahlungsdetektor 1. Der Gehäusekörper 4 lässt sich in einen oberen Teil 10 mit der trichterförmig ausgebildeten Ausnehmung 5 und einen unteren Teil, der als Träger 9 dient, unterteilen.
Der Detektorkörper 2 ist rückseitig auf dem Anschlussleiter 12a aufgebracht und vorderseitig mittels einer Drahtverbindung 8 mit dem Anschlussleiter 12b verbunden. Entsprechendes gilt für den nicht dargestellten Detektorkörper 3.
Der Detektorkörper 2 ist von einer Umhüllung 6 umschlossen, die ein strahlungsdurchlässiges, insbesondere transparentes Material enthält. Dieses kann mit Partikeln versetzt sein, die einen Teil der einfallenden Strahlung diffus streuen. Die Umhüllung 6 füllt die Ausnehmung 5 vollkommen aus. Auf die Umhüllung 6 ist das Linsenelement 7 aufgebracht.
Das Linsenelement 7 weist eine Linsenachse 14 auf, die gleichzeitig Symmetrieachse des Linsenelements 7 und des Gehäusekörpers 4 ist.
In 6 ist der Strahlungsdetektor 1 perspektivisch dargestellt. Die Anschlussleiter 12a, 12b, 13a und 13b, die ein Metall enthalten, umgreifen den Träger 9, der mit dem oberen Teil 10 einstückig ausgebildet ist. Auf den Anschlussleitern 12a und 13a sind die Halbleiterdetektoren rückseitig aufgebracht und vorderseitig mittels üblicher Halbleiterverbindungstechnologie über eine Drahtverbindung 8, beispielsweise einem Gold- oder Aluminium-Draht, mit den Anschlussleitern 12b und 13b verbunden. Die Detektorkörper weisen dem Linsenelement 7 zugewandte Strahlungsempfangsflächen 22 und 23 auf.
In 7 ist der Strahlungsdetektor 1 im Zentrum O eines Koordinatensystems angeordnet, das durch die senkrecht zueinander verlaufenden Achsen A, B, C bestimmt ist. Der Strahlungsdetektor 1 befindet sich in der Detektorebene 16.
Die Linsenachse 14 verläuft parallel zur Achse C und ist in der zur Detektorebene 16 senkrechten Ebene 17 angeordnet.
Von einer Strahlungsquelle 15, beispielsweise der Sonne, emittierte Strahlung 18 fällt aus der Richtung Φ_E(α_E, β_E) ein.
Die Detektorebene 16 ist identisch mit einer Brennebene des Linsenelements, so dass von der Strahlungsquelle 15 parallel einfallende Strahlen 18 in der Detektorebene 16 fokussiert werden, was den Vorteil einer hohen Bestrahlungsstärke mit sich bringt.
In 8 sind elektrische Detektorsignale, die die Detektorkörper 2 und 3 in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung der Strahlung liefern, für verschiedene Winkel α und β aufgetragen. Die Einheit des Detektorsignals ist hierbei beliebig. Für eine Bestimmung der Einfallsrichtung ist das Verhältnis der Detektorsignale ausschlaggebend.
Beispielsweise ist dem Schaubild zu entnehmen, dass der Detektorkörper 2 bei einer Einfallsrichtung Φ_E(α_E = 135°, β_E = 25°) der Strahlung ein maximales Detektorsignal liefert.
Somit entspricht diese Einfallsrichtung der Orientierung Φ_I(α_I, β_I) der ersten Hauptstrahlachse. Der Detektorkörper 3 liefert bei dieser Einfallsrichtung ein minimales Detektorsignal.
Hingegen liefert der Detektorkörper 3 bei einer Einfallsrichtung Φ_E(α_E = 45°, β_E = 31°) der Strahlung ein maximales Detektorsignal, während der Detektorkörper 2 ein minimales Detektorsignal liefert. Somit entspricht diese Einfallsrichtung der Orientierung der zweiten Hauptstrahlachse.
Bei einer Kenntnis der Detektorsignalkurven des ersten und zweiten Detektorkörpers lassen ein ermitteltes erstes Detektorsignal und ein ermitteltes zweites Detektorsignal beziehungsweise ein Vergleich des ersten Detektorsignals mit dem zweiten Detektorsignal einen Rückschluss auf die Einfallsrichtung Φ_E(α_E, β_E) der Strahlung zu.
Der im Zusammenhang mit den 4 bis 8 beschriebene Strahlungsdetektor kann in einem Fahrzeug zur Bestimmung des Sonnenstandes relativ zum Fahrzeug verwendet werden. Vorzugsweise ist der Strahlungsdetektor auf dem Armaturenbrett montiert. Besonders bevorzugt ermittelt der Strahlungsdetektor, ob die Sonnenstrahlen von links, von vorne oder von rechts in das Fahrzeug einfallen. In Abhängigkeit von der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen beziehungsweise vom Sonnenstand kann dann eine Klimaanlage im Fahrzeug betrieben werden.
In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors in einer Aufsicht dargestellt. Der Strahlungsdetektor umfasst neben den Detektorkörpern 2 und 3 einen zusätzlichen Detektorkörper 11. Der Detektorkörper 11 befindet sich in einem negativen Abschnitt der Achse, die mit der Achse A den Winkel α_III = 135° einschließt. Strahlung, die aus einer Richtung Φ_E(α_E = 135°, β_E = ca. 30°) einfällt, erzeugt im Detektorkörper 11 ein maximales Detektorsignal, das sich von dem zweiten und dritten Detektorsignal deutlich unterscheidet.
Ein derartiger Strahlungsdetektor ermöglicht nicht nur eine Angabe, ob die Strahlen von links, von vorne oder von rechts einfallen, sondern erlaubt eine genauere Bestimmung der Einfallsrichtung der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung hinsichtlich der Winkel α und β.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Strahlungsdetektor (1) – mit einem ersten Detektorkörper (2), der eine erste Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von einer Strahlungsquelle (15) empfangene elektromagnetische Strahlung (18) in ein erstes, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, und einem zweiten Detektorkörper (3), der eine zweite Hauptstrahlachse aufweist und im Betrieb eine von der Strahlungsquelle (15) empfangene elektromagnetische Strahlung (18) in ein zweites, richtungsabhängiges Detektorsignal umwandelt, wobei eine Hauptstrahlachse so definiert ist, dass entlang dieser auf den Strahlungsdetektor auftreffende Strahlung von dem zugehörigen Detektorkörper in ein maximales Detektorsignal umgewandelt wird, – mit einem Träger (9), auf dem die zwei Detektorkörper (2, 3) angeordnet sind, und – mit einem Linsenelement (7), das den zwei Detektorkörpern (2, 3) in Einfallsrichtung vorgelagert ist, wobei die zwei Detektorkörper (2, 3) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die erste und die zweite Hauptrahlachse in voneinander verschiedenen Richtungen verlaufen.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 1, wobei die Detektorkörper (2, 3) in einer Detektorebene (16) angeordnet sind, zu der eine Linsenachse (14) senkrecht verläuft.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorkörper (2, 3) in einer Brennebene des Linsenelements (7) angeordnet sind.
Strahlungsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vergleich der beiden Detektorsignale eine Bestimmung ermöglicht, ob die Strahlung relativ zum Strahlungsdetektor von links, von vorne oder von rechts einfällt.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Hauptstrahlachsen mit einer optischen Achse des Linsenelements (7) einen gleich großen Schielwinkel einschließen.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 5, wobei der Schielwinkel 30° beträgt.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Hauptrahlachse in eine erste Richtung Φ_I(α_I, β_I) weist und die zweite Hauptstrahlachse in eine zweite Richtung Φ_II(α_II, β_II) weist und sich α_I und α_II um etwa 90° voneinander unterscheiden.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 7, wobei Φ_I ≈ (135°, –30°) und Φ_II ≈ (45°, 30°) ist.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Linsenelement (7) eine sphärische Linse ist.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorkörper (2, 3) einen Halbleiter-Photodetektor umfassen.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorkörper (2, 3) in eine Umhüllung (6), die ein strahlungsdurchlässiges Material enthält, eingebettet sind.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 11, wobei die Umhüllung (6) Partikel enthält, die zumindest einen Teil der Strahlung (18) diffus streuen.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein oberflächenmontierbares Gehäuse mit einem Gehäusekörper (4), der den Träger (9) umfasst, und elektrische Anschlussleiter (12a, 12b, 13a, 13b) aufweist, die von Außen in das Gehäuse hineinführen.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 13, wobei der Gehäusekörper (4) eine Ausnehmung (5) aufweist, in der die Detektorkörper (2, 3) angeordnet sind.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei jeder Detektorkörper (2, 3) rückseitig auf einem ersten elektrischen Anschlussleiter (12a, 13a) angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 15, wobei jeder Detektorkörper (2, 3) vorderseitig mit einem zweiten elektrischen Anschlussleiter (12b, 13b) elektrisch leitend verbunden ist.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungsdetektor (1) einen dritten Detektorkörper mit einer dritten Hauptstrahlachse aufweist, die von der ersten und der zweiten Hauptstrahlachse verschieden ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 17, wobei ein Vergleich der drei Detektorsignale eine genauere Bestimmung der Einfallsrichtung der Strahlung ermöglicht, die über eine Unterscheidung, ob die Strahlung von links, vorne oder rechts einfällt, hinausgeht.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der dafür vorgesehen ist, in einem Fahrzeug zu ermitteln, ob Sonnenstrahlen relativ zum Fahrzeug von links, von vorne oder von rechts einfallen.
Strahlungsdetektor (1) nach Anspruch 19, wobei der Strahlungsdetektor (1) zusammen mit einer Steuereinheit dafür verwendbar ist, eine Klimaanlage des Fahrzeugs sonnenstandsabhängig zu steuern.
Strahlungsdetektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Strahlungsdetektor (1) zusammen mit einer Steuereinheit dafür verwendbar ist, Solarzellen sonnenstandsabhängig auszurichten.