DE69918185T2

DE69918185T2 - Umgebungslichtsensor.

Info

Publication number: DE69918185T2
Application number: DE69918185T
Authority: DE
Inventors: W. Jonathan HILL
Original assignee: Control Devices LLC
Current assignee: Control Devices LLC
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: AU1110200A; ES2222040T3; US6396040B1; WO2000022881A2; EP1196306A4; WO2000022881A3; EP1196306B1; EP1196306A2; DE69918185D1; ATE269239T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Erzeugen eines oder mehrerer elektrischer Signale, die proportional zum Spektralgehalt der auf den Sensor auftreffenden elektromagnetischen Energie sind. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung einen Sensor und einen Prozessor zum Steuern der Scheinwerfer oder des Fahrgastheizungs- und -kühlungssystems eines Fahrzeugs als Reaktion auf Umgebungslichtbedingungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Autofahrer ziehen es vor, daß bestimmte Systeme auf der Grundlage von Wetter- und Umgebungslichtbedingungen selbsttätig geregelt werden. Zum Beispiel ziehen es Fahrer vor, daß die Scheinwerfer erleuchtet werden, wenn sie in der Nacht, bei Regen oder durch einen Tunnel fahren. Künstliche Beleuchtung in Tunneln oder Scheinwerfer an anderen Fahrzeugen machen das selbsttätige Erleuchten von Scheinwerfern unter diesen Bedingungen vorzugsweise nicht zunichte. Helles Sonnenlicht jedoch kann darauf hinweisen, daß eine Scheinwerferbeleuchtung mit voller Stärke unnötig ist.
Bei früheren Systemen zum Unterscheiden zwischen natürlichem und künstlichem Licht sind Filter verwendet worden, um Licht aus zwei unterschiedlichen Abschnitten des sichtbaren Spektrums (oder aus einem schmalen Band und einem breiten Band des sichtbaren Spektrums) auf zwei identische Photodioden zu leiten, die auf die gesamte Lichtmenge ansprechen, die ihre Oberfläche erreicht. Wenn Filter verwendet werden, wird die Lichtenergie, welche die Photodiode erreicht, jedoch wesentlich abgeschwächt. Dies macht den Schaltkreis anfälliger für Rauschen im Photodioden-Ausgangssignal.
Ein anderes früheres System zum Unterscheiden zwischen natürlichem und künstlichem Licht bündelt ungefiltertes Licht auf eine Photodiode, während sie durch einen Blaufilter Licht auf eine zweite Photodiode bündelt. Um die Photodiodenausgaben zu vergleichen, muß das auf das blaugefilterte Licht ansprechende Signal vor dem Vergleich normalisiert werden. Wieder macht diese Normalisierung das System empfindlicher für Rauschen in der zweiten Photodiode.
Während diese und andere frühere Systeme versuchen, die Sensorreaktion auf die objektive Reaktion des menschlichen Auges auf sichtbares Licht abzustimmen, ist entdeckt worden, daß die subjektive Reaktion vieler Fahrer auf Umgebungslicht ebenfalls von der Menge und dem Spektralgehalt von empfangenem Licht abhängt, das außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt. Zum Beispiel fühlen sich Fahrer an bedeckten Tagen kühler als an sonnigen Tagen.
Ein System zum Steuern des Reflexionsvermögens eines Fahrzeugrückspiegels einschließlich eines Lichtsensors, der zwei Photosensoren umfaßt, wird in der Europäischen Patentbeschreibung 0280278 offengelegt. Bei diesem System wird kein Versuch unternommen, zwischen natürlichen und künstlichen Lichtspektren zu unterscheiden, statt dessen mißt ein erster Photosensor die Lichtintensität von der Vorderseite des Fahrzeugs, und ein zweiter Photosensor mißt die Lichtintensität von der Rückseite eines Fahrzeugs. Die Photosensoren geben Signale aus, die verglichen werden, um eine Information über die relative Helligkeit an der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeugs und insbesondere eine Information zu liefern, die auf Bedingungen hinweist, unter denen das Reflexionsvermögen des Rückspiegels nachgestellt werden muß, um die Beleuchtung von den Scheinwerfern eines folgenden Fahrzeugs zu berücksichtigen. Dieses System hat die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Umgebungslichtsensor bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Umgebungslichtsensor bereitzustellen, der in der Lage ist, genauer zwischen natürlichem und künstlichem Umgebungslicht zu unterscheiden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt:
ein Fahrzeug mit einem betätigbaren System,
einen ersten Photosensor, der Licht empfängt und als Reaktion darauf ein erstes elektrisches Signal erzeugt,
einen zweiten Photosensor, der Licht empfängt und als Reaktion darauf ein zweites elektrisches Signal erzeugt, und
eine Betätigungseinrichtung zum Empfangen des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals, wobei die Betätigungseinrichtung als Reaktion auf das erste elektrische Signal und das zweite elektrische Signal das betätigbare System betätigt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Photosensor eine erste spektrale Spitzenempfindlichkeit für eine erste Wellenlänge hat,
der zweite Photosensor eine zweite spektrale Spitzenempfindlichkeit für eine zweite Wellenlänge hat,
bei der die zweite Wellenlänge wenigstens etwa 150 Nanometer geringer ist als die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge geringer ist als etwa 750 Nanometer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Fahrzeugsystem-Steuereinrichtung, die Photosensoren mit unterschiedlichen Spitzenansprechfrequenzen verwendet, um zwischen natürlichem und künstlichem Umgebungslicht zu unterscheiden. Bei einem Ausführungsbeispiel ereignet sich die Spitzenansprache von einer Photodiode im sichtbaren Spektrum, während sich die Spitzenansprache von einer anderen Photodiode im Infrarotspektrum ereignet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird an wenigstens einem Abschnitt einer Photodiode eine Entspiegelungsbeschichtung verwendet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen schaltet die Steuereinrichtung trotz beträchtlichen künstlichen Lichts in einem Tunnel die Scheinwerfer ein (oder läßt sie angeschaltet). Bei einigen Ausführungsbeispielen schaltet die Steuereinrichtung die Scheinwerfer ein (oder läßt sie angeschaltet), obwohl sie beträchtliches künstliches Licht von einem anderen Fahrzeug empfängt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen betätigt die Steuereinrichtung ein Regelsystem für Umgebungsbedingungen (zum Beispiel zum Heizen und Kühlen des Fahrzeugs) wenigstens zum Teil auf der Grundlage der Menge und/oder der Art des empfangenen Umgebungslichts.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensors nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht des Sensors von 1.
3 ist eine Querschnittsansicht des Sensors von 2, längs der Linie A-A von 2.
4 ist eine graphische Darstellung, die spektrale Charakteristika eines Ausführungsbeispiels von Photodioden nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung eines Systems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Zum Zweck der Förderung eines Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun Bezug genommen auf das in den Zeichnungen illustrierte Ausführungsbeispiel, und es wird eine spezifische Sprache verwendet, um dasselbe zu beschreiben. Trotzdem versteht es sich von selbst, daß damit keine Einschränkung des Rahmens der Erfindung beabsichtigt ist, der die Änderungen und Modifikationen in der illustrierten Vorrichtung und die weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie darin illustriert worden sind, einschließen soll, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise offensichtlich sein dürften.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, der wenigstens zwei Photosensoren (zum Beispiel Photodioden) mit unterschiedlichem spektralem Ansprechen umfaßt. Auf der Grundlage eines Vergleichs des Ansprechens der zwei unterschiedlichen Photodioden kann eine Steuereinrichtung eine Bestimmung der Beschaffenheit des Lichts durchführen, das durch den Sensor empfangen wird, und ein oder mehr Systeme an einem Fahrzeug betätigen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung die Ausgabe der zwei Photodioden vergleichen, um festzustellen, daß das Licht, das empfangen wird, von einer künstlichen Quelle mit verhältnismäßig niedriger Temperatur, wie beispielsweise einer Wolframbirne, und nicht von einer Hochtemperaturquelle, wie beispielsweise der Sonne, stammt. Danach kann die Steuereinrichtung die Scheinwerfer des Fahrzeugs steuern oder das Fahrgastheizungs- und -kühlungssystem steuern.
So, wie sie in dieser Anwendung verwendet werden, beziehen sich die Begriffe „Licht" und „elektromagnetische Energie" auf alle von einer Quelle ausstrahlende elektromagnetische Strahlung. Der Begriff „sichtbares Licht" bezieht sich auf sichtbare elektromagnetische Strahlung, die sich von einer Wellenlänge von etwa 430 Nanometer bis zu einer Wellenlänge von etwa 690 Nanometer erstreckt. Die Begriffe „infrarot" oder „Infrarotenergie" beziehen sich auf jene Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die länger als etwa 690 Nanometer und kürzer als etwa 1200 Nanometer sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt der Sensor zwei Photodioden ein, die Licht empfangen, das durch einen Diffusor hindurchgegangen ist. Beide Photodioden empfangen wesentlich die gleiche Lichtmenge. Jede Photodiode erzeugt als Reaktion auf Umgebungslicht, das auf dieselbe auftrifft, ein elektrisches Ausgangssignal. Die Größe des elektrischen Signals hängt nicht nur von der Größe und dem Spektralgehalt des Lichts, sondern auch vom spektralen Ansprechen der Photodioden ab.
Eine erste Photodiode hat ein erstes spektrales Ansprechen mit einer Spitzenempfindlichkeit, die vorzugsweise bei einer Wellenlänge von mehr als etwa 900 Nanometer liegt. Da sichtbares Licht Wellenlängen von weniger als etwa 690 Nanometer und mehr als etwa 430 Nanometer einschließt, spricht die erste Photodiode mehr auf Infrarotenergie als auf sichtbares Licht an.
Die zweite Photodiode hat ein spektrales Ansprechen, das zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben wird als das spektrale Ansprechen der ersten Photodiode. Vorzugsweise hat die zweite Photodiode ein Spitzenansprechen bei einer Wellenlänge, die wenigstens etwa 150 Nanometer geringer ist als die Wellenlänge, die dem Spitzenansprechen der ersten Photodiode entspricht, und vorzugsweise liegt die zweite spektrale Spitzenempfindlichkeit bei einer Wellenlänge, die geringer ist als etwa 750 Nanometer. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung tritt die spektrale Spitzenempfindlichkeit der zweiten Photodiode bei etwa 660 Nanometer auf, was innerhalb des Bereichs des sichtbaren Lichts liegt. Die zweite Photodiode ist empfindlicher für kürzere Wellenlängen elektromagnetischer Energie, insbesondere sichtbares Licht, als die erste Photodiode. Jedoch ist die zweite Photodiode weniger empfindlich für längere Wellenlängen elektromagnetischer Energie, insbesondere Infrarotenergie, als die erste Photodiode.
Die unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten der ersten und der zweiten Photodiode werden ohne die Verwendung eines Filters an einer der Photodioden erreicht. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die erste Photodiode vorzugsweise eine Galliumarsenphosphid (GaAsP)-Photodiode oder eine Galliumphosphid (GaP)-Photodiode. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die erste Photodiode eine Silizium-Photodiode, und die zweite Photodiode ist eine Silizium-Photodiode mit einer Entspiegelungsbeschichtung, die bei Wellenlängen kürzer als etwa 750 Nanometer am wirksamsten ist. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die erste Photodiode eine Silizium-Photodiode, und die zweite Photodiode ist entweder eine GaAsP- oder eine GaP-Photodiode mit einer Entspiegelungsbeschichtung. Fachleute mit normalen Kenntnissen auf dem Gebiet werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls andere Kombinationen von unterschiedlichen Arten von lichtempfindlichen Bauteilen, mit Entspiegelungsbeschichtungen oder ohne dieselben, vorsieht. Zum Beispiel wird bei noch anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die zweite Silizium-Photodiode mit einem flachen pn-Übergang erzeugt, um das Ansprechen auf kürzere Wellenlängen zu verbessern. Bei diesem Beispiel wird die Photodiode mit einem flachen pn-Übergang wenigstens teilweise mit einer Entspiegelungsbeschichtung überzogen. Noch weitere solcher Ausführungsbeispiele verwenden einen Schottky-Übergang oder einen Diffusionsübergang.
Beide Photodioden können auf einem einzigen Stück Silizium hergestellt werden und empfangen Licht vorzugsweise durch einen Diffusor. Der Diffusor empfängt vorzugsweise Licht mit einem weiten Gesichtsfeld und leitet das Licht und die Infrarotenergie zu den Photodioden weiter. Vorzugsweise ist der Diffusor ein spektrumsneutraler, weißer Diffusor.
Im Ergebnis des unterschiedlichen spektralen Ansprechens der ersten und der zweiten Photodiode sprechen die zwei Photodioden unterschiedlich auf eine bestimmte Lichtquelle an. Die erste Photodiode erzeugt ein erstes elektrisches Signal. Das erste Signal schließt eine Komponente als Reaktion auf sichtbare Lichtenergie und eine weitere, größere, Komponente, die eine Reaktion auf Infrarotenergie ist, ein. Die zweite Photodiode erzeugt ein zweites elektrisches Signal, das eine Komponente als Reaktion auf Infrarotenergie und eine weitere, größere, Komponente, die eine Reaktion auf sichtbares Licht ist, einschließt. Daher wird die erste Photodiode als Reaktion auf künstliches Licht ein stärkeres elektrisches Signal erzeugen, als wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt wird, vorausgesetzt, daß das künstliche Licht und das Sonnenlicht die gleiche Gesamtgröße haben. Dies liegt daran, daß das künstliche Licht einen größeren Spektralgehalt an längeren Wellenlängen, insbesondere Infrarotwellenlängen, einschließt. Im Gegensatz dazu wird die zweite Photodiode als Reaktion auf Sonnenlicht ein stärkeres elektrisches Signal erzeugen, verglichen mit ihrer Reaktion auf künstliches Licht. Dies liegt daran, daß der Spektralgehalt von Sonnenlicht im sichtbaren Bereich größer ist als im Infrarotbereich.
Die vorliegende Erfindung schließt Photodioden ohne Filter ein. Falls ein Diffusor verwendet wird, um die Winkelabhängigkeit zu verändern, kann es ein spektrumsneutraler, weißer Diffusor sein. Die Energie, die sonst bei anderen Auslegungen durch einen Filter abgeschwächt würde, wird frei zu den Photodioden der vorliegenden Erfindung weitergeleitet. Daher können die Erfassungsbereiche der Photodioden der vorliegenden Erfindung bedeutend kleiner sein und weniger Verstärkung erfordern als gefilterte Auslegungen nach dem bekannten technischen Stand. Außerdem ist es vorteilhaft, die diffusen Filter wegzulassen, da sie teuer sind und möglicherweise nicht angemessen thermisch stabil sind für eine Verwendung bei den Umgebungstemperaturen von Automobilen.
Ein Sensor nach der vorliegenden Erfindung erzeugt elektrische Signale, die eine Feststellung ermöglichen, ob die Energie durch eine Quelle mit höherer Temperatur, wie beispielsweise die Sonne, oder eine Quelle niedrigerer Temperatur, wie beispielsweise einen Scheinwerfer von einem Auto, ausgestrahlt wurde. Daher ist das erste elektrische Signal proportional schwächer als das zweite elektrische Signal, wenn beide Sonnenlicht ausgesetzt werden, und das erste elektrische Signal ist proportional stärker als das zweite elektrische Signal, wenn beide einem künstlichen Licht mit niedrigerer Temperatur ausgesetzt werden. Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung vergleichen das Verhältnis der zwei Signale, um die relative Farbtemperatur der Energiequelle zu bestimmen. Andere Ausführungsbeispiele addieren die zwei Signale und verwenden das Ergebnis als ein besseres Maß der gesamten von der Sonne empfangenen Energie als nur eine typische Photodiode oder nur ein Sensor für sichtbares Licht. Andere Ausführungsbeispiele schließen eine Verstärkungseinstellung, eine Verweistabelle oder andere Mittel zum Normalisieren des einen der elektrischen Signale im Verhältnis zu dem anderen elektrischen Signal ein. Dies liegt daran, daß die eine der Photodioden eine Gesamtverstärkung an elektrischer Ausgangsleistung im Vergleich zur Eingangsenergie haben kann, der sich von dem der anderen Photodiode unterscheidet. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird diese Gesamtverstärkung vorzugsweise einberechnet, bevor die Signale verglichen und die Bestimmung der Art der Energiequelle vorgenommen wird.
Durch das Erzeugen elektrischer Signale, die ein Unterscheiden der Art der Lichtquelle, welcher der Sensor ausgesetzt wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung, daß ein betätigbares Merkmal eines Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Scheinwerfer oder ein Fahrgastheizungs- und -kühlungssystem, als Reaktion auf die Größe und den Spektralgehalt der auf den Sensor auftreffenden Energie betätigt wird. Es ist zum Beispiel festgestellt worden, daß manche Fahrer möchten, daß ihre Scheinwerfer bei höheren Umgebungsbeleuchtungsniveaus an wolkigen Tagen und bei niedrigeren Umgebungsbeleuchtungsniveaus an klaren Tagen angeschaltet sind. Es hat sich gezeigt, daß die vorliegende Erfindung in der Lage ist, einen wolkigen Tag von einem klaren Tag zu unterscheiden, wenn es zwischen den zwei Tagen einen Unterschied im Umgebungsspektralgehalt gibt.
Der Sensor der vorliegenden Erfindung erzeugt außerdem Signale, die eine Bestimmung ermöglichen, ob ein Fahrzeug in einen Tunnel eingefahren ist oder nicht. Da Tunnel allgemein mit künstlichem Licht beleuchtet werden, wird das durch den Sensor empfangene Licht im Spektrum zu längeren Wellenlängen im Vergleich zu Sonnenlicht verschoben. Daher würde die erste Photodiode ein proportional stärkeres Ansprechen auf das innerhalb des Tunnels empfangene Licht haben als die zweite Photodiode. Ein Prozessor, der diese Feststellung trifft, könnte daher die Scheinwerfer anschalten, wenn das Fahrzeug in einem Tunnel ist.
In 1, 2 und 3 wird ein Sensor 20 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Sensor 20 schließt eine Detektorbaugruppe 25 ein. An der Detektorbaugruppe 25 werden eine erste Photodiode 30 und eine zweite Photodiode 35 angebracht. Die Detektorbaugruppe 25 schließt außerdem vorzugsweise analoge und/oder digitale Schaltungen zum Verarbeiten der durch die Photodioden 30 und 35 erzeugten Signale ein. Vorzugsweise schließen die Schaltungen eine Funktion zum Ermitteln des Verhältnisses der zwei Photodiodensignale und eine Funktion zum Ermitteln der Summe der zwei Photodiodensignale ein. Die Schaltungen können ein Normalisierungsmerkmal, wie beispielsweise eine Verweistabelle oder einen Verstärkungsausgleich, einschließen, das Unterschiede zwischen den Photodioden 30 und 35 in ihrer Gesamtumwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie einberechnet. Die Detektorbaugruppe 25 schließt außerdem vorzugsweise die Schaltungen und/oder die Logik zum Ausgleichen der Umgebungstemperatur der Photodioden 30 und 35 ein.
Die erste Photodiode 30 hat ein Ansprechen, das seinen Höchstwert bei Wellenlängen erreicht, die länger sind als die Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums. Diese Spektralcharakteristik 300 wird in 4 als eine durchgehende Linie 300 abgebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel hat die erste Photodiode 30 eine spektrale Spitzenempfindlichkeit 310 bei etwa 900 Nanometer. Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beträgt die Spitzenansprechfrequenz der Photodiode 30 von etwa 950 bis etwa 1000 Nanometer. Die Spektralcharakteristik 300 bildet ab, daß die Photodiode 30 allgemein weniger ansprechempfindlich für jene Wellenlängen ist, die kürzer sind als diejenige, die der Spitzenempfindlichkeit 310 entspricht. Zum Beispiel beträgt das Ansprechen 300 bei 690 Nanometer weniger als 30% des Ansprechens bei der Spitze 310. Folglich spricht die erste Photodiode 30 allgemein mehr auf Infrarotenergie als auf sichtbares Licht an.
Beispiele einer ersten Photodiode 30 schließen, nur als Beispiel, S1336, S1337, S2386, S2387, S1087-01, S1133-01, S2839, S2840, S2216, S1721, S1190, S1223, S2506, S2506-01 und S1723-05 und deren Serien, wie sie von Hamamatsu Photonics K.K. aus Japan erzeugt werden, und deren Äquivalente ein.
Die zweite Photodiode 35 hat eine Spektralempfindlichkeit 350, die ihren Höchstwert bei einer kürzeren Wellenlänge erreicht als die Empfindlichkeit der ersten Photodiode 30. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die zweite Photodiode 35 eine Spektralcharakteristik, wie sie in 4 durch die gepunktete Linie 350 abgebildet wird. Die Ansprechfrequenz 350 hat eine Spitze 360 bei etwa 660 Nanometer. Vorzugsweise entspricht die Spitze 360 einer Wellenlänge, die etwa 240 Nanometer kürzer ist als die Wellenlänge, die der Spitzenempfindlichkeit 310 für die Photodiode 30 entspricht. Jedoch erreicht die Empfindlichkeit der zweiten Photodiode 35 bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung den Höhepunkt für eine Wellenlänge, die wenigstens etwa 150 Nanometer kürzer ist als die Wellenlänge, die der Spitzenansprechfrequenz der ersten Photodiode 30 entspricht.
Die zweite Photodiode 35 hat ein größeres normalisiertes Ansprechen auf sichtbares Licht als die erste Photodiode 30. Vorzugsweise liegt die Spitzenansprechfrequenz der zweiten Photodiode bei einer Wellenlänge von etwa 750 Nanometer oder weniger. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die zweite Photodiode 35 eine GaAsP- oder GaP-Photodiode, wie, nur als Beispiel, die G1115, G1116, G1117, G1735, G1736, G1737, G1125-02, G1126-02, G1745, G1746, G1747, G1961, G1962 und G1963 und deren Serien, wie sie von Hamamatsu Photonics K.K. aus Japan erzeugt werden, und deren Äquivalente.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Spektralempfindlichkeitskurve der zweiten Photodiode 35 durch die Verwendung einer Entspiegelungsbeschichtung zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben werden. Zum Beispiel kann eine ein Viertel der Wellenlänge dicke Entspiegelungsbeschichtung das Einfangen von elektromagnetischer Energie innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbandes steigern. Anders als ein Filter schwächt die Viertel-Wellenlängen-Entspiegelungsbeschichtung die auf die Photodiode auftreffende elektromagnetische Strahlung nicht ab. Vorzugsweise wird die Entspiegelungsbeschichtung so bemessen, daß sie das Einfangen von elektromagnetischer Energie bei Wellenlängen steigert, die kürzer sind als etwa 750 Nanometer. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird diese Entspiegelungsbeschichtung mit einer GaAsP- oder einer GaP-Photodiode kombiniert. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird die zweite Photodiode mit einem flachen pn-Übergang hergestellt, um sie ansprechempfindlicher für Licht kürzerer Wellenlängen zu machen.
4 bildet die Ansprechfrequenz 300 für die Photodiode 30 und die Ansprechfrequenz 350 für die Photodiode 35 ab. Beide Spektralempfindlichkeiten werden normalisiert gezeigt, so daß jede Spitzenempfindlichkeit 100% ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen die eine Photodiode allgemein ansprechempfindlicher für empfangene Energie ist als die andere Photodiode, werden Normalisierungsschaltungen oder -algorithmen eingeschlossen. Die erste Photodiode 30 erzeugt ein elektrisches Signal mit einem Ansprechen auf Infrarotenergie 320, gezeigt als der horizontal schraffierte Bereich unter der Charakteristikkurve 300 von 690 Nanometer bis 1020 Nanometer, und schließt ebenfalls Ansprechen bei längeren Wellenlängen (nicht gezeigt) ein. Das von der Photodiode 30 erzeugte elektrische Signal schließt ebenfalls ein Ansprechen auf sichtbares Licht ein, wie es durch die Fläche 330 unter der Kurve 300 zwischen etwa 430 Nanometer und etwa 690 Nanometer abgebildet wird. Die zweite Photodiode 35 erzeugt ein elektrisches Signal, das ein Ansprechen auf Infrarotenergie einschließt, abgebildet als der vertikal schraffierte Bereich 370 unter der Kurve 350 von 690 Nanometer bis 1020 Nanometer, und schließt ebenfalls Ansprechen bei längeren Wellenlängen (nicht gezeigt) ein. Das elektrische Signal der Photodiode 35 schließt ebenfalls ein Ansprechen auf sichtbares Licht ein, wie es durch die Fläche 380 unter der Kurve 350 zwischen etwa 430 Nanometer und etwa 690 Nanometer abgebildet wird.
Die zweite Photodiode 35 wird ein elektrisches Signal erzeugen, das mehr auf sichtbares Licht anspricht als die erste Photodiode 30, weil die Fläche 380, verbunden mit dem Ansprechen der Photodiode 35 auf sichtbares Licht, größer ist als die Fläche 330, die mit dem Ansprechen der ersten Photodiode 30 auf sichtbares Licht verbunden ist. Jedoch spricht die erste Photodiode 30 elektrisch mehr an als die zweite Photodiode 35, wenn beide elektromagnetischer Strahlung mit einer beträchtlichen Infrarotkomponente ausgesetzt werden. Dies liegt daran, daß die Fläche 320, verbunden mit dem Infrarotansprechen der Photodiode 30, größer ist als die Fläche 370, die mit dem Infrarotansprechen der Photodiode 35 verbunden ist.
5 stellt schematisch ein Fahrzeug-Regelsystem 100 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Licht 105, das auf einen Diffusor 45 auftrifft, wird zu den Photodioden 30 und 35 weitergeleitet und erzeugt ein Ansprechen durch dieselben, so daß jede Diode ein elektrisches Signal erzeugt, das mit der Größe und dem Spektralgehalt des Lichts 105 verbunden ist. Die elektrischen Signale vom Sensor 20 werden einer Steuereinrichtung 80 eingespeist, die beide Signale empfängt. Vorzugsweise wird die Steuereinrichtung 80 betriebsbereit mit betätigbaren Scheinwerfern 70 und einem Fahrgastheizungs- und -kühlungssystem 75 innerhalb eines Fahrzeugs 65 verbunden.
Die Steuereinrichtung 80 betätigt die Scheinwerfer 70 und/oder das Heizungs- und -kühlungssystem 75 als Reaktion auf den Spektralgehalt des auf den Sensor 20 auftreffenden Lichts 105. Da sich einige Fahrgäste an einem bedeckten Tag etwas kühler fühlen als an einem klaren Tag mit vergleichbarer Beleuchtung, wird der Prozessor 80 das Fahrgastheizungs- und -kühlungssystem betätigen und einstellen, um das Wohlbefinden des Fahrgastes zu erhalten. Da die Gesamtenergiemenge während der Tagesmitte viel größer ist als die während der Dämmerung verfügbare Gesamtenergiemenge, schließen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zwei Niveaus der Verstärkung der elektrischen Signale von der ersten Photodiode 30 und der zweiten Photodiode 35 ein. Jedoch beeinflussen die sich verändernden Verstärkungsniveaus nicht den Spektralgehalt der elektrischen Signale.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung vorsieht, daß an Stelle der oben erörterten Photodioden andere lichtempfindliche Bauteile verwendet werden können.

Claims

Vorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Fahrzeug (65) mit einem betätigbaren System (70, 75), einen ersten Photosensor (30), der Licht empfängt und als Reaktion darauf ein erstes elektrisches Signal erzeugt, einen zweiten Photosensor (35), der Licht empfängt und als Reaktion darauf ein zweites elektrisches Signal erzeugt, und eine Betätigungseinrichtung (80) zum Empfangen des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals, wobei die Betätigungseinrichtung (80) als Reaktion auf das erste elektrische Signal und das zweite elektrische Signal das betätigbare System (70, 75) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Photosensor (30) eine erste spektrale Spitzenempfindlichkeit (310) für eine erste Wellenlänge hat, der zweite Photosensor (35) eine zweite spektrale Spitzenempfindlichkeit (360) für eine zweite Wellenlänge hat, bei der die zweite Wellenlänge wenigstens etwa 150 Nanometer geringer ist als die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge geringer ist als etwa 750 Nanometer.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem folgendes umfaßt: einen an dem Fahrzeug (65) angebrachten Diffusor (45) zum Empfangen und Durchleiten von Umgebungslicht, bei welcher der erste Photosensor (30) und der zweite Photosensor (35) das durch den Diffusor (45) durchgeleitete Licht empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der wenigstens ein Abschnitt des zweiten Photosensors (35) eine Entspiegelungsbeschichtung hat, die bei Wellenlängen kürzer als etwa 750 Nanometer am wirksamsten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Photosensor (35) eine Photodiode mit einem flachen pn-Übergang ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der zweite Photosensor (35) eine Photodiode mit einem Galliumarsenphosphid-Halbleiterübergang oder einem Galliumphosphid-Halbleiterübergang umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Übergang ein Schottky-Übergang ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Übergang ein Diffusionsübergang ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betätigungseinrichtung (80) das betätigbare System (70, 75) als Reaktion darauf betätigt, daß der erste Photosensor und der zweite Photosensor innerhalb eines Tunnels Licht empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betätigungseinrichtung (80) das betätigbare System (70, 75) als Reaktion darauf betätigt, daß der erste Photosensor und der zweite Photosensor Licht von einem anderen Fahrzeug empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das betätigbare System ein Fahrgastheizungs- und -kühlungssystem (75) für das Fahrzeug umfaßt, wobei das System durch die Betätigungseinrichtung betätigt werden kann, wobei die Betätigungseinrichtung das betätigbare System als Reaktion auf das erste elektrische Signal und das zweite elektrische Signal betätigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das betätigbare System einen Scheinwerfer (70) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betätigungseinrichtung (80) das betätigbare System (70, 75) als Reaktion auf das Verhältnis der Größe des ersten elektrischen Signals zu der des zweiten elektrischen Signals betätigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Betätigungseinrichtung (80) das erste elektrische Signal skaliert, um ein erstes skaliertes Signal zu erzeugen, das zweite elektrische Signal skaliert, um ein zweites skaliertes Signal zu erzeugen, das erste skalierte Signal und das zweite skalierte Signal addiert, um ein Summensignal zu erzeugen und das betätigbare System als Reaktion auf das Summensignal betätigt.