DE3922153A1 - Optischer sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor, mit einem elektro-optischen Wandler und mit einem Linsenkörper.

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 abgewandten Außenseite ellipsoidförmig ausgebildet ist und daß der Linsenkörper auf seiner der lichtempfindlichen Fläche des elektro-optischen Wandlers zugewandten Seite einen ellipsoidförmigen Hohlraum aufweist.

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 Einfallwinkeln einfallenden Strahlen gleichstark bewertet werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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 Einfallwinkel der Lichtstrahlen in Bezug auf die lichtempfindliche Fläche des elektro-optischen Wandlers und zudem bei einem Auftreffen der Lichstrahlen weiter zu dem Rand der Außenseite des Linsenkörpers eine stärkere Brechung der Lichstrahlen zu der lichtempfindlichen Fläche hin erfolgt, wodurch zum einen alle Lichstrahlen 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.

Es ist von Vorteil, daß die Halbachsen mit der Symmetrieachse des Linsenkörpers zusammenfallen, weil sich somit zum einen eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit des optischen Sensors ergibt und zum anderen erreicht wird, daß der Linsenkörper für unterschiedliche Einbaulagen gleiche Ablenkeigenschaften aufweist.

Dieser Vorteil ergibt sich insbesondere dann, wenn das Ellipsoid, das die Außenseite bildet und/oder das Ellipsoid, das den Hohlraum bildet, als Rotationsellipsoide ausgebildet sind, wodurch zusätzlich erreicht wird, daß bei einem Einbau des optischen Sensors in eine bewegliche Einrichtung, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bei einer Rotation um die Symmetrieachse jeweils gleiche Ablenkeigenschaften des Linsenkörpers gegeben sind.

Dadurch, daß die Größe der Grundfläche des Hohlraums der Größe der lichtempfindlichen Fläche angepaßt ist, ergibt sich der Vorteil, einer bestmöglichen Ausnutzung der lichtempfindlichen Fläche des elektro-optischen Wandlers, wobei zusätzlich erreicht wird, daß nur die Strahlenanteile die lichtempfindliche Fläche erreichen, die durch den Linsenkörper möglichst stark auf die lichtempfindliche Fläche des elektro-optischen Wandlers hin gebrochen worden sind.

Es ist von Vorteil, daß der elektro-optische Wandler eine Fotodiode ist, wodurch ein möglichst kostengünstiger und einfacher Aufbau des optischen Sensors erreicht wird.

Vorteilhaft ist es, daß die lichtempfindliche Fläche plan ausgebildet ist, weil sich somit ein möglichst einfacher und kostengünstiger Aufbau des optischen Sensors ergibt.

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, und daß der Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen Fortsatzes der Größe des elektro-optischen Wandlers angepaßt 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 sich konisch zum Rand hin 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 zeigen

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 Einfallwinkel (β) von 30°,

Fig. 3b den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem Einfallwinkel (β) von 45°,

Fig. 3c den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem Einfallwinkel (β) von 60°,

Fig. 3d den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem Einfallwinkel (β) von 90°.

Fig. 4a ein erweitertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors,

Fig. 4b den Strahlengang des Linsenkörpers bei einem Einfallwinkel (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. Es 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 vom Typ BPW 34 der Fa. Valvo oder Siemens 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 Einfallwinkel (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 Strahlengänge für unterschiedliche Einfallwinkel (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 Strahlengänge für je einen Einfallwinkel (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 Einfallwinkeln (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (β).

Auch aus Fig. 3b, die einen Strahlengang für einen Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 den in Fig. 3d gezeigten Strahlengang für einen Einfallwinkel (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 Einfallwinkels (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 Einfallwinkel (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 (14)

1. Optischer Sensor, mit einem elektro-optischen Wandler und mit einem Linsenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenkörper (L) auf seiner der lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers (W) abgewandten Außenseite (A) ellipsoidförmig ausgebildet ist und daß der Linsenkörper (L) auf seiner der lichtempfindlichen Fläche (I) des elektro-optischen Wandlers (W) zugewandten Seite einen ellipsoidförmigen Hohlraum (H) aufweist.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbachsen (C1, C2) mit der Symmetrieachse (S) des Linsenkörpers (L) zusammenfallen.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Grundfläche des Hohlraums (H) der Größe der lichtempfindlichen Fläche (I) angepaßt ist.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-optische Wandler (W) eine Fotodiode ist.

6. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Fläche (I) plan ausgebildet ist.

7. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Fläche (I) gewölbt ausgebildet ist.

8. Optischer Sensor nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ellipsoid, das die Außenseite (A) bildet und/oder das Ellipsoid, das den Hohlraum (H) bildet, als Rotationsellipsoide ausgebildet sind.

9. Optischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenkörper (L) einen hohlzylinderförmigen Fortsatz (F) aufweist und daß der Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen Fortsatzes (F) der Größe des elektro-optischen Wandlers (W) angepaßt ist.

10. 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.

11. Optischer Sensor nach Anspuch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Fortsatz (F) an seiner dem Hohlraum (H) zugewandten Innenseite konisch sich zum Hohlraum (H) hin verengende Abschnitte (V) aufweist.

12. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als ein Sonnensensor für Innenraumtemperaturregeleinrichtungen in Kraftfahrzeugen oder Häusern.

13. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet, durch die Verwendung als Sensor für Nachführeinrichtungen von Solarsystemen.

14. 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.