Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LIGHT SENSOR, METHOD FOR PRODUCING A LIGHT SENSOR, AND METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF A LIGHT SOURCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/115010
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a light sensor (1) which has a plurality of subregions (P1, P2, P3, P4) and a front side (11) having a plurality of segments (S1, S2, S3, S4), wherein the segments of the front side are each associated with one of the subregions of the light sensor. The light sensor has shading elements (IIS) on the front side, which are designed to achieve at least partially different shading effects in different segments of the front side which are covered by the shading elements when the light sensor is irradiated in a non-perpendicular manner. The invention also relates to a method for producing such a light sensor and to a method for determining the position of a light source using such a light sensor.

Inventors:
MÜLLER MICHAEL (DE)
BACHMANN ALEXANDER (DE)
ENZMANN ROLAND HEINRICH (MY)
Application Number:
EP2018/000557
Publication Date:
June 20, 2019
Filing Date:
December 11, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
International Classes:
G01S3/784; G01S3/781
Foreign References:
US20100283998A12010-11-11
US20140203391A12014-07-24
US20080017784A12008-01-24
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ZACCO PATENT- UND RECHTSANWALTSGESELLSCHAFT mbH (DE)
Download PDF:
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.

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