DE3922153C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor, mit einem
elektro-optischen Wandler und mit einem Linsenkörper, der
auf seiner der lichtempfindlichen Fläche des
elektro-optischen Wandlers abgewandten Außenseite
ellipsoidförmig ausgebildet ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 19 65 069 ist
ein optischer Sensor mit einem Detektor und einer
asphärischen Linse bekannt. Die dem Detektor abgewandte
Außenfläche der asphärischen Linse ist als eine konvexe
Ellipsoidfläche ausgebildet. Die dem Detektor zugewandte
Innenfläche der Linse besteht aus einer konkaven
Kugelfläche. Der Linsenkörper ist bei der bekannten
Ausführung rotationssymmetrisch ausgebildet und die
lichtempfindliche Fläche des Detektors ist plan.
Bei dieser vorbekannten Ausführung erweist sich als
nachteilig, daß die über den möglichen Winkelbereich
einfallenden Lichtstrahlen nicht unter dem jeweils möglichst
größten Winkel auf die lichtempfindliche Fläche des
Detektors durch die Linse gelenkt werden, so daß eine nicht
gewünschte große Winkelabhängigkeit in dem Ausgangssignal
des optischen Sensors besteht, die zu einer Verfälschung der
Meßergebnisse führt.
Des weiteren erweist sich als besonders nachteilig, daß
unter einem geringen Winkel auf die Linse auftreffende
Lichtstrahlen nicht zur Erzeugung eines Ausgangssignals des
optischen Sensors beitragen können, da diese nicht oder
unter einem Winkel auf den Detektor umgelenkt werden, bei
dem der Detektor kein oder nur ein unzureichendes
Ausgangssignal erzeugen kann.
Aus der deutschen Patentschrift DE-PS 37 36 616 ist ein
optischer Weitwinkel-Sensorkopf bekannt, der zur Erfassung
von optischen Strahlungen aus einer Vielzahl von
Einzeloptiken mit sich teilweise überlappenden
Gesichtsfeldern besteht. Jede dieser Einzeloptiken ist dabei
über einen Lichtleiter mit einem elektro-optischen Wandler
verbunden. Die Einzeloptiken sind derart in einer Halterung
ausgerichtet, daß die optischen Achsen einen gemeinsamen
Schnittpunkt aufweisen. Bei einem besonderen
Ausführungsbeispiel des Sensorkopfes ist den Einzeloptiken
ein gemeinsamer Linsenkörper als Voroptik zugeordnet, der
als eine Sammellinse ausgebildet ist.
Als nachteilig erweist sich hierbei, daß durch die
Verwendung einer Vielzahl von Einzeloptiken eine einfache
und kostengünstige Herstellbarkeit und Ausführung eines
optischen Sensors nicht möglich ist, da jede Einzeloptik in
einer definierten Lage angeordnet werden muß und jede
Einzeloptik über einen Lichtleiter mit dem elektro-optischen
Wandler verbunden werden muß. In diesem Zusammenhang erweist
sich als besonders nachteilig, daß jede Einzeloptik zur
Weiterleitung der einfallenden Lichtstrahlen aufwendig
ausgestaltet sein muß, d. h. zum Beispiel eine Kugellinse
enthalten muß oder aber als ein kegelförmiger
Trichter-Wellenleiter ausgebildet sein muß, wodurch sich bei
der Herstellung des Sensorkopfes erhebliche Kosten ergeben.
Zudem erweist sich bei der hier vorbekannten Ausbildung
eines optischen Sensors als nachteilig, daß aufgrund der
tief in dem Inneren des Sensorkopfes angeordneten
Einzeloptiken, wodurch vermieden wird, daß das einfallende
Streulicht die detektierte Strahlung beeinflußt, nur ein
begrenzter Winkelbereich zur Erfassung von Lichtstrahlen zur
Verfügung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen
Sensor zu schaffen, der einfach und kostengünstig ist und
der über einen möglichst großen Winkelbereich einfallende
Lichtstrahlen unter einem jeweils möglichst großen Winkel
auf die lichtempfindliche Fläche eines elektro-optischen
Wandlers des Sensor lenkt und daß über den gesamten
detektierbaren Winkelbereich der einfallenden Strahlen die
Winkelunterschiede der auf die lichtempfindliche Fläche
auftreffenden Strahlen möglichst gering sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Linsenkörper auf seiner der lichtempfindlichen Fläche des
elektro-optischen Wandlers zugewandten Seite einen
ellipsoidförmigen Hohlraum aufweist, daß die kürzeste
Halbachse des Ellipsoids, das die Außenseite bildet,
senkrecht auf der lichtempfindlichen Fläche aufsteht und daß
die längste Halbachse des Ellipsoids, das den Hohlraum
bildet, senkrecht auf der lichtempfindlichen Fläche
aufsteht.
Es ist von Vorteil, daß der Linsenkörper auf seiner der
lichtempfindlichen Fläche des elektro-optischen Wandlers
abgewandten Außenseite ellipsoidförmig ausgebildet ist, weil
somit erreicht wird, daß Lichtstrahlen, die mit
unterschiedlichen Einfallwinkeln, in bezug auf die
lichtempfindliche Fläche, auf die Außenseite des
Linsenkörpers auftreffen, jeweils zu der lichtempfindlichen
Fläche des elektro-optischen Wandlers hin gebrochen werden,
wodurch diese einfallenden Lichtstrahlen unter einem
möglichst großen Winkel auf die lichtempfindliche Fläche des
elektro-optischen Wandlers auftreffen. Hierdurch wird
erreicht, daß auch Lichtstrahlen, die unter einem kleinen
Einfallwinkel, in bezug auf die lichtempfindliche Fläche,
auf die Außenseite des optischen Sensors auftreffen, durch
den elektro-optischen Wandler in einen verwertbaren Strom
wandelbar sind, da der an dem elektro-optischen Wandler
abgreifbare Strom stark von dem Auftreffwinkel der
einfallenden Lichtstrahlen abhängig ist und insbesondere zu
kleiner werdenden Winkeln abnimmt.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß der
Linsenkörper auf seiner der lichtempfindlichen Fläche des
elektro-optischen Wandlers zugewandten Seite einen
ellipsoidförmigen Hohlraum aufweist, weil somit erreicht
wird, daß bei dem Austritt der Lichtstrahlen aus dem
Linsenkörper in den ellipsoidförmigen Hohlraum die
Lichtstrahlen bei kleinen Einfallwinkeln auf die Außenseite,
ein zweites Mal auf die lichtempfindliche Fläche des
elektro-optischen Wandlers hin gebrochen werden, wodurch
erreicht wird, daß der Auftreffwinkel auf die
lichtempfindliche Fläche weiter vergrößert wird und
insgesamt erreicht wird, daß über den gesamten
detektierbaren Winkelbereich der einfallenden Strahlen die
Winkelunterschiede der auf die lichtempfindliche Fläche
auftreffenden Strahlen möglichst gering werden, so daß die
an dem elektro-optischen Wandler abgeifbaren Ströme für die
mit einem minimalen Einfallswinkel auf die Außenseite des
optischen Sensors auftreffenden Lichtstrahlen und
Lichtstrahlen, die unter einem großen Einfallswinkel auf die
Außenseite des optischen Sensors einfallen, eine möglichst
geringe Differenz aufweisen, wodurch, bei einer Auswertung
der an dem elektro-optischen Wandler abgreifbaren Ströme für
alle Winkelbereiche der einfallenden Lichtstrahlen auf die
Außenseite des optischen Sensors, die unter
unterschiedlichen Einfallswinkeln einfallenden Strahlen
gleichstark bewertet werden können.
Dadurch, daß die kürzeste Halbachse des Ellipsoids, das die
Außenseite bildet, senkrecht auf der lichtempfindlichen
Fläche aufsteht und daß die längste Halbachse des
Ellipsoids, das den Hohlraum bildet, senkrecht auf der
lichtempfindlichen Fläche aufsteht, ergibt sich der Vorteil,
daß bei einem kleiner werdenden Einfallswinkel der
Lichtstrahlen in Bezug auf die lichtempfindliche Fläche des
elektro-optischen Wandlers und zudem bei einem Auftreffen
der Lichtstrahlen weiter zu dem Rand der Außenseite des
Linsenkörpers eine stärkere Brechung der Lichtstrahlen zu der
lichtempfindlichen Fläche hin erfolgt, wodurch zum einen
alle Lichtstrahlen mit einem möglichst großen Winkel auf die
lichtempfindliche Fläche des elektro-optischen Wandlers
auftreffen und zum anderen für den gesamten detektierbaren
Winkelbereich der einfallenden Lichtstrahlen die Differenz
der Auftreffwinkel auf die lichtempfindliche Fläche
möglichst klein gehalten wird.
Dadurch, daß die lichtempfindliche Fläche gewölbt
ausgebildet ist, ergibt sich der Vorteil, daß der
Auftreffwinkel der einfallenden Lichtstrahlen auf die
lichtempfindliche Fläche noch weiter vergrößert werden kann.
Es ist von Vorteil, daß der Linsenkörper einen
hohlzylinderförmigen Fortsatz aufweist, der einstückig mit
dem Linsenkörper ausgeführt ist, weil somit eine einfache
und kostengünstige Montierbarkeit des elektro-optischen
Wandlers in dem Linsenkörper ermöglicht wird und zudem
sichergestellt wird, daß der elektro-optische Wandler und
dessen lichtempfindliche Fläche eine feste unverrückbare
Lage zu dem Linsenkörper einnimmt und in diesem einfach und
kostengünstig fest fixierbar ist.
Es ist von Vorteil, daß der Linsenkörper an seiner
Außenseite eine konisch zum Rand hin sich verbreiternde
Abschrägung aufweist, weil somit eine einfache und
kostengünstige Herstellbarkeit des optischen Sensors
erreicht wird.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die
Abschrägung einen vorgegebenen Winkel aufweist, weil somit
ein minimaler Grenzwinkel für die einfallenden Lichtstrahlen
festgelegt wird, wodurch Lichtstrahlen, die unter einem
kleineren Winkel einfallen, die z. B. lediglich aus
Streulicht bestehen und unerwünscht sind, nicht bei einer
Auswertung berücksichtigt werden.
Dadurch, daß der optische Sensor als ein Sonnensensor für
Innenraumtemperaturregeleinrichtungen in Kraftfahrzeugen
oder Häusern verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, daß
neben gemessenen Innen- und Außentemperaturen auch die
Sonneneinstrahlung als Faktor für die Regelung der
Innenraumtemperatur genutzt werden kann, wobei auch unter
einem kleinen Winkel einfallende Lichtstrahlen, insbesondere
Sonnenstrahlen, die für eine Aufheizung von Kraftfahrzeugen
und Häusern, die große Fensterflächen aufweisen,
verursachend sind, bei der Regelung der Temperatur
berücksichtigt werden können.
Es ist vorteilhaft, den optischen Sensor als Sensor für
Nachführeinrichtungen von Solarsystemen zu verwenden, weil
der an dem elektro-optischen Wandler abgreifbare Strom in
Abhängigkeit zu der Richtung des einfallenden Lichts steht.
Dadurch, daß sich an den Hohlraum übergangslos ein zweiter
Hohlraum anschließt, der sich zu dem elektro-optischen
Wandler hin vergrößert, ergibt sich der Vorteil, daß auch
Strahlen, die an dem Rand der Außenseite des Linsenkörpers
auftreffen, noch auf die lichtempfindliche Fläche des
elektro-optischen Wandlers gelenkt werden können, wodurch
sich ein höherer Ausnutzungsgrad der einfallenden
Lichtstrahlen ergibt und der abgreifbare Strom an dem
elektro-optischen Wandler stärker ist und somit zu einer
höheren Sicherheit bei der Auswertung führt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen
Sensors ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im
folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
optischen Sensor,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen optischen Sensors,
Fig. 3a den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem
Einfallswinkel (β) von 30°,
Fig. 3b den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem
Einfallswinkel (β) von 45°,
Fig. 3c den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem
Einfallswinkel (β) von 60°,
Fig. 3d den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem
Einfallswinkel (β) von 90°.
Fig. 4a ein erweitertes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen optischen Sensors,
Fig. 4b den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem
Einfallswinkel (β) von 45° entsprechend Fig. 4a.
Gleiche oder gleichwirkende Teile des Erfindungsgegenstands
sind in allen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
optischen Sensors als Schnittdarstellung. Der optische
Sensor besteht hier aus einem Linsenkörper (L) und einem
elektro-optischen Wandler (W). Der elektro-optische Wandler
(W) weist eine lichtempfindliche Fläche (I) auf und
Anschlußelektroden, die in dieser Darstellung nicht gezeigt
sind. Der Linsenkörper (L) ist auf seiner der
lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) abgewandten Außenseite (A) ellipsoidförmig ausgebildet.
Bei dem hier beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiel
steht die kürzeste Halbachse (C1) des Ellipsoids, das die
Außenseite (A) bildet, senkrecht auf der lichtempfindlichen
Fläche (I) auf, und fällt mit der Symmetrieachse (S) des
Linsenkörpers (L) zusammen. Zudem weist der Linsenkörper (L)
auf seiner der lichtempfindlichen Fläche (I) des
elektro-optischen Wandlers (W) zugewandten Seite einen
ellipsoidförmigen Hohlraum (H) auf, wobei die längste
Halbachse (C2) des Ellipsoids, das den Hohlraum (H) bildet,
hier beispielhaft senkrecht auf der lichtempfindlichen
Fläche (I) aufsteht und beispielhaft mit der Symmetrieachse
(S) des Linsenkörpers (L) zusammenfällt. Bei dem hier
beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
Ellipsoid, das die Außenseite (A) bildet und das Ellipsoid,
das den Hohlraum (H) bildet, jeweils als ein
Rotationsellipsoid ausgebildet.
Der Linsenkörper (L) weist hier einen hohlzylinderförmigen
Fortsatz (F) auf, der für eine kostengünstige und einfache
Herstellbarkeit einstückig mit dem Linsenkörper (L)
ausgeführt ist. Der Innendurchmesser des
hohlzylinderförmigen Fortsatzes (F) ist dabei derart
ausgebildet, daß er zur Aufnahme des elektro-optischen
Wandlers (W) geeignet ist. Dadurch wird neben einer sicheren
lagefesten Montierbarkeit des elektro-optischen Wandlers (W)
erreicht, daß die lichtempfindliche Fläche (I) in
unmittelbarer Nähe des Hohlraums (H) angeordnet ist.
Der Linsenkörper (L) kann, um eine einfache und
kostengünstige Herstellbarkeit zu gewährleisten aus
Kunststoff gefertigt sein. Er kann aber auch aus Glas
gefertigt sein.
Die hier gezeigte Ausgestaltung des elektro-optischen
Wandlers (W) ist nur beispielhaft gewählt, wobei sowohl die
äußeren Abmessungen des elektro-optischen Wandlers (W) sich
von den hier gezeigten Abmessungen unterscheiden können, als
auch die Abmessungen und die Lage, insbesondere der Abstand
der lichtempfindlichen Fläche (I) zu dem Hohlraum (H) je
nach dem verwendeten elektro-optischen Wandler (W) sich von
dem gezeigten Beispiel unterscheiden kann.
In jedem Fall ist es vorteilhaft, daß die Grundfläche des
Hohlraums (H) an die Größe der lichtempfindlichen Fläche (I)
des elektro-optischen Wandlers (W) angepaßt ist.
Für eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstands kann der elektro-optische Wandler z. B.
als eine Fotodiode ausgebildet sein. Dabei kann z. B.
eine Silizium-Fotodiode in PIN-Planartechnik
verwendet werden. Eine
geringfügige Fehlanpassung zwischen der Größe der
Grundfläche des Hohlraums (H) und der bei der Verwendung
dieser Fotodiode vorliegenden quadratischen Größe der
Grundfläche der lichtempfindlichen Fläche (I) erweist sich
nicht als nachteilig.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstands in Schnittdarstellung. Gezeigt wird
hier gegenüber Fig. 1 in verändertem Maßstab lediglich der
Linsenkörper (L). Die Anordnung und die Ausführung des
elektro-optischen Wandlers (W) entspricht der unter Fig. 1
beschriebenen Ausgestaltung und Anordnung.
Der Linsenkörper (L) ist auch hier auf seiner der
lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) abgewandten Außenseite (A) ellipsoidförmig ausgebildet.
Zudem weist der Linsenkörper (L) auf seiner der
lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) zugewandten Seite einen ellipsoidförmigen Hohlraum (H)
auf. Auch ein hohlzylinderförmiger Fortsatz (F) ist hier
einstückig mit dem Linsenkörper (L) verbunden. Auch bei
diesem Ausführungsbeispiel ist das Ellipsoid, das die
Außenseite (A) bildet und das Ellipsoid, das den Hohlraum
(H) bildet, jeweils als ein Rotationsellipsoid ausgebildet.
Um eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit des
Linsenkörpers (L) zu gewährleisten, weist der Linsenkörper
(L) im Gegensatz zu dem unter Fig. 1 beschriebenen
Linsenkörper (L) an seiner Außenseite (A) eine sich konisch
zum Rand hin verbreiternde Abschrägung (K) auf. Diese
Abschrägung (K) hat zudem den Vorteil, daß Lichtstrahlen nur
bis zu einem vorgegebenen Grenzwinkel definiert der
lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) zugeführt werden, wodurch vermieden wird, daß z. B.
Streustrahlungen, die unter einem kleinen Einfallswinkel
(β) in Bezug auf die lichtempfindliche Fläche (I)
einfallen, diese lichtempfindliche Fläche (I) nicht
erreichen und somit die gemessenen Werte nicht verfälschen
können. Es hat sich hier als günstig erwiesen, daß der
vorgegebene Winkel (α) beispielhaft etwa 45° beträgt.
Um bei diesem Ausführungsbeispiel die lichtempfindliche
Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers (W) möglichst nah
an der Grundfläche des Hohlraums (H) befestigen zu können,
ohne daß die Wandung des Linsenkörpers (L) eine zu geringe
Dicke und damit eine zu geringe Haltbarkeit und
Belastbarkeit aufweist, weist der hohlzylinderförmige
Fortsatz (F) hier beilspielhaft an seiner dem Hohlraum (H)
zugewandten Innenseite konisch sich zu dem Hohlraum (H) hin
verengende Abschnitte (V) auf.
Anhand der Fig. 3a bis 3d, die Stahlengänge für
unterschiedliche Einfallswinkel (β) zeigen, wird im
folgenden die Wirkungsweise des optischen Sensors
beschrieben.
In den gezeigten Fig. 3a bis 3d sind jeweils der
Linsenkörper (L) mit seiner ellipsoidförmigen Außenseite (A)
und mit seinem ellipsoidförmigen Hohlraum (H) als Hüllkurven
dargestellt. Beispielhaft ist in jeder der Fig. 3a bis 3d
auch die Lage der lichtempfindlichen Fläche (I) des
elektro-optischen Wandlers (W) dargestellt. Zudem sind in
diesen Figuren die Stahlengänge für je einen Einfallswinkel
(β) gezeigt. Die in einer auswertbaren Form auf die
lichtempfindliche Fläche (I) auftreffenden Lichtstrahlen
sind dabei in allen Figuren mit einem X gekennzeichnet.
Durch den äquidistanten, in allen Figuren gleich gewählten
Abstand der gezeigten ausgewählten Strahlen ist erkennbar,
daß bei allen gezeigten Einfallswinkeln (β) eine etwa
gleiche Strahlenmenge auf die lichtempfindliche Fläche (I)
gelenkt wird.
Wie in Fig. 3a gezeigt ist, werden dabei die mit einem X
gekennzeichneten Strahlen, bei einem Einfallswinkel (β) von
30° mit dem kleinsten Auftreffwinkel auf die
lichtempfindliche Fläche (I) geleitet. Dabei ist erkennbar,
daß entsprechend der ellipsoidförmigen Form der Außenseite
(A) des Linsenkörpers (L) die näher zu dem Zentrum des
Linsenkörpers (L) eintretenden Strahlen stärker als die
weiter zum Rand hin eintretenden Strahlen zu der
lichtempfindlichen Fläche hin abgelenkt werden. Bei dem
Austritt aus dem Linsenkörper (L) werden dabei die zuvor
stärker abgelenkten Strahlen weniger stark und die zuvor
weniger stark abgelenkten Strahlen stärker abgelenkt, so daß
die auf die lichtempfindliche Fläche (I) auftreffenden
Strahlen nur mit einer geringen Winkeldifferenz auftreffen,
wobei der Auftreffwinkel erheblich größer ist, als der
Einfallswinkel (β).
Auch aus Fig. 3b, die einen Strahlengang für einen
Einfallswinkel (β) von 45° zeigt, ist erkennbar, daß die mit
einem X gekennzeichneten Strahlen einmal bei dem Eintritt in
den Linsenkörper (L) und ein zweites Mal bei dem Austritt
aus dem Linsenkörper (L) zu der lichtempfindlichen Fläche
(I) hin gebrochen werden, wodurch diese Strahlen mit einem
größeren Winkel auf die lichtempfindliche Fläche auftreffen,
als durch den Einfallswinkel (β) vorgegeben ist.
Fig. 3c zeigt einen Strahlengang für einen Einfallswinkel
(β) von 60°. Hierbei ergibt sich als Besonderheit, daß bei
den Strahlen, die nahe der auf der lichtempfindlichen Fläche
(I) aufstehenden Halbachsen (C1, C2) in den Linsenkörper (L)
eintreten, diese zu der lichtempfindlichen Fläche (I)
abgelenkt werden, jedoch bei dem Austritt aus dem
Linsenkörper (L) leicht von der lichtempfindlichen Fläche
weggebrochen werden, so daß diese unter einem geringeren
Auftreffwinkel auf die lichtempfindliche Fläche (I)
auftreffen, als die Strahlen, die weiter zu dem Rand der
Außenseite (A) auftreffen.
Dieser Effekt wird insbesondere aus dem in Fig. 3d
gezeigten Strahlengang für einen Einfallswinkel (β) von 90°
deutlich.
Bei den mit einem X gekennzeichneten Strahlen, ist hierbei
erkennbar, daß bei dem Austritt aus dem Linsenkörper (L) in
den ellipsoidförmigen Hohlraum (H) die Strahlen von der
Senkrechten weggebrochen werden, so daß diese unter einem
kleineren Winkel als 90°, gesehen von der Symmetrieachse
aus, auf die lichtempfindliche Fläche (I) auftreffen. Für
alle hier gezeigten Ausführungsformen gilt dabei, daß falls
der Linsenkörper (L) rotationssymmetrisch ausgebildet ist,
unabhängig von der Rotation des Linsenkörpers (L) für die
hier gezeigten Bereiche des Einfallswinkels (β), die hier
beispielhaft von 30° bis 90° laufen, immer ein etwa gleich
großer Lichtanteil auf die lichtempfindliche Fläche (I)
gelangt. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft für
bewegliche Objekte, wie z. B. Kraftfahrzeuge, aber auch für
eine feste Montage an einem unbeweglichen Gegenstand, wenn
der optische Sensor als ein Sonnensensor oder als ein Sensor
für Nachführeinrichtungen von Solarsystemen verwendet wird.
Weiterhin ist aus den gezeigten Strahlengängen in den
Fig. 3a bis 3d erkennbar, daß der Auftreffwinkel der
Strahlen auf die lichtempfindliche Fläche (I) des
elektro-optischen Wandlers (W) über den gesamten Bereich der
hier gezeigten Einfallswinkel (β) in einem Bereich liegt,
der es ermöglicht, daß an dem elektro-optischen Wandler (W)
ein Strom abgegriffen werden kann, der einer weiteren
Auswertung zugeführt werden kann. Über den gesamten Bereich
der Einfallswinkel (β) wird durch die hier gezeigte
Ausführungsform des Erfindungsgegenstands erreicht, daß die
Differenz der Auftreffwinkel auf die lichtempfindliche
Fläche (I) möglichst gering ist, wodurch auch der
abgreifbare Strom an dem elektro-optischen Wandler (W) je
nach dem vorliegenden Einfallswinkel (β) nur geringe
Differenzen aufweist. Dadurch wird es z. B. ermöglicht, bei
der Verwendung des optischen Sensors als einen Sonnensensor
für Innenraumtemperaturregeleinrichtungen in
Kraftfahrzeugen, auch den Einfluß einer tiefstehenden Sonne
auf die Innenraumtemperatur zu berücksichtigen und bei der
Regelung der Innenraumtemperatur zu kompensieren. Bei der
Verwendung des optischen Sensors als einen Sensor für
Nachführeinrichtungen von Solarsystemen kann der sich mit
dem Einfallswinkel (β) an dem elektro-optischen Wandler (W)
ändernde, abgreifbare Strom dazu verwendet werden, ein
Solarsystem derart auszurichten, daß es jeweils optimal zu
der Richtung der Sonneneinstrahlung eingestellt wird, indem
der Sonnensensor mit dem Solarsystem jeweils auf den
maximalen Stromwert eingerichtet wird.
Fig. 4a zeigt in Schnittdarstellung ein erweitertes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
Im Vergleich zu dem unter Fig. 1 beschriebenen optischen
Sensor, schließt sich bei diesem Ausführungsbeispiel an den
ellipsoidförmigen Hohlraum (H) des Linsenkörpers (L) ein
zweiter Hohlraum (O) übergangslos an, der sich zu dem
elektro-optischen Wandler (W) hin vergrößert. Die
lichtempfindliche Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) rückt dabei um die Tiefe des zweiten Hohlraums (O) von
dem ellipsoidförmigen Hohlraum (H) weg. Auch bei diesem
Ausführungsbeispiel ist der elektro-optische Wandler (W) in
dem einstückig mit dem Linsenkörper (L) ausgebildeten
Fortsatz (F) derart angeordnet, daß die lichtempfindliche
Fläche (I) möglichst nah an dem zweiten Hohlraum (O)
angeordnet ist.
Fig. 4b zeigt den Strahlengang für den in Fig. 4a
dargestellten Linsenkörper mit einem Einfallswinkel (β) von
45°. Wie auch schon in den Fig. 3a bis 3d sind auch hier
die auf die lichtempfindliche Fläche (I) auftreffenden
Strahlen mit einem X gekennzeichnet. Im Vergleich zu dem in
Fig. 3b beschriebenen Strahlengang, für einen Einfallswinkel
(β) von 45°, ist aus Fig. 4b erkennbar, daß insbesondere
Strahlen, die an dem Rand der Außenseite (A) des
Linsenkörpers (L) auf diesen auftreffen, im Gegensatz zu der
unter Fig. 3b gezeigten Ausführungsform, noch auf die
lichtempfindliche Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers
(W) gelenkt werden, wodurch der Ausnutzungsgrad der
einfallenden Lichtstrahlen weiter erhöht wird und die
Sicherheit bei der Auswertung der abgreifbaren Ströme an dem
elektro-optischen Wandler (W) und somit die Sicherheit der
Auswertung erhöht wird.
Wie in Fig. 4a und Fig. 4b gezeigt, vergrößert sich der
zweite Hohlraum (O) hier beispielhaft mit einer
geschwungenen Linie, die es für unterschiedliche
Einfallswinkel (β) ermöglicht, daß jeweils die an dem Rand
der Außenseite (A) des Linsenkörpers (L) auftreffenden
Lichtstrahlen auf die lichtempfindliche Fläche (I) des
elektro-optischen Wandlers (W) gelenkt werden. Bei anderen
Ausführungsbeispielen kann die Vergrößerung des zweiten
Hohlraums (O) zu dem elektro-optischen Wandler hin auch in
Anpassung an die jeweils vorliegenden Bedingungen durch
schwächer oder stärker geschwungene Schnittlinien oder auch
durch gerade Schnittlinien erfolgen.
Claims (6)
1. Optischer Sensor, mit einem elektro-optischen Wandler
und mit einem Linsenkörper (L), der auf seiner der
lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen
Wandlers (W) abgewandten Außenseite (A) ellipsoidförmig
ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Linsenkörper (L) auf seiner der lichtempfindlichen
Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers (W)
zugewandten Seite einen ellipsoidförmigen Hohlraum (H)
aufweist, daß die kürzeste Halbachse (C1) des
Ellipsoids, das die Außenseite (A) bildet, senkrecht auf
der lichtempfindlichen Fläche (I) aufsteht und daß die
längste Halbachse (C2) des Ellipsoids, das den Hohlraum
(H) bildet, senkrecht auf der lichtempfindlichen Fläche
(I) aufsteht.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Fläche (I)
gewölbt ausgebildet ist.
3. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenkörper (L) einen
hohlzylinderförmigen Fortsatz (F) aufweist, der
einstückig mit dem Linsenkörper (L) ausgeführt ist.
4. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenkörper (L) an
seiner Außenseite (A) eine konisch zum Rand hin, sich
verbreiternde Abschrägung (K) aufweist und daß diese
Abschrägung einen vorgegebenen Winkel (α) aufweist.
5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Fortsatz (F)
an seiner dem Hohlraum (H) zugewandten Innenseite
konisch sich zum Hohlraum (H) hin verengende Abschnitte
(V) aufweist.
6. Optischer Sensor, nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Hohlraum (H)
übergangslos ein zweiter Hohlraum (O) anschließt, der
sich zu dem elektro-optischen Wandler (W) hin
vergrößert.
Priority Applications (2)
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