CN100554019C - 光传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测光源(1)的位置的光传感器，其具有光电探测器(2)和光调制器(3)，所述光调制器(3)用于根据光源(1)的光到传感器上的入射角(α)来调制射入到该光电探测器(2)上的光量，其中从外部射入到传感器上的光基本上无散射地射到该光电探测器(2)上。所述光传感器的优点是：可以放弃扩散元件。

Description

光传感器

本发明涉及一种光传感器。所述光传感器尤其用于根据光源相对于光传感器的位置输出电信号。

根据出版物EP 0350866B1已知一种光传感器，其中在光电探测器与光调制器之间布置有用于对射入到传感器上的光进行扩散传播的光扩散器。

本发明的任务是，说明一种光传感器，所述光传感器的输出信号可以根据光源的位置特别好地被调整。

该任务通过如权利要求1所述的光传感器加以解决。光传感器的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

说明了一种光传感器，所述光传感器适合用于检测光源相对于光传感器的位置。所述光传感器包括至少一个用于影响光传播方向的光学元件，其中该元件被如此构建，使得射入到光传感器上的光基本上不发生扩散散射。避免扩散散射具有以下优点，即入射光线不遭受未经控制的偏转作用，由此能够特别好地限定与位置有关的对包含在光传感器中的光电探测器的辐射。

与此相应地设有一种光传感器，其中从外部射入到传感器上的光基本上无散射地射到光电探测器上。这意味着，没有设置被有意引入到光路中的散射中心。在光路中只有在制造条件下不可避免的散射中心。

所述光传感器包含光电探测器，所述光电探测器把由光源辐射的光的至少一部分优选地转换成电信号。该电信号可以由适当的电路进一步处理，并且例如被用于确定光源的位置。

为了根据由光源辐射的光的入射角来调制被射入到光电探测器上的光量，设置有光调制器。在此，光调制器被如此构建，使得该光调制器基本上是直的光学系统、也即通过光调制器发射的光可以在直的光路的路径上从光源到达光电探测器。

特别地，在这里所说明的光传感器中未设置扩散元件或散射元件，其中光线会在所述扩散元件或散射元件上被散射。因此，这里所说明的光传感器具有以下优点，即传感器的角度特性仅借助于光调制器就能足够精确地被限定，并且所述特性不依赖于或多或少未经控制的散射过程。

在光传感器的一种特别有利的实施形式中，该光传感器配备有盖罩。这种盖罩具有以下优点，即可以保护所述传感器不受外部的环境影响。这种环境影响例如是脏物、灰尘或还有腐蚀性气体。

此外，盖罩还具有以下优点，即能够使所述盖罩与设计愿望相匹配，这特别是在汽车中使用该传感器的情况下是有利的。

因此，这里所描述的光传感器可以检测光源的位置、例如太阳的位置。此外，在适当的光电探测器中也可以检测太阳辐射的强度，其中所述光电探测器根据射入的光强产生相应的电信号。借助于光电探测器可以产生电输出信号，该电输出信号例如可用于控制机动车中的空调。借助于这里所描述的光传感器能够模拟由太阳的射入所引起的、汽车乘客的主观热感觉。根据太阳至车辆或光电探测器的位置，该光电探测器提供不同的输出信号。另外，光电探测器的信号与太阳的强度相关联。此外还值得期望的是，在某些情况下实现预先给定的输出信号曲线。

罩优选地对于由光电探测器所检测的光波长而言是透明的。但是此外，所述盖罩也可被设计为有颜色的，以便在设计方案范畴内满足某些愿望。

在光传感器的另一种实施形式中，在射到光电探测器上的光的光路中布置有吸收元件。这种吸收元件优选地吸收这种光波长，即在所述光波长的情况下光电探测器是灵敏的。与此相应，该吸收元件实现以下目的，即避免对光电探测器的过激励。优选地，该吸收元件可被布置在所述罩与所述光电探测器之间的光路中。但是，该吸收元件也可被布置在所述罩的外面。

在光传感器的一种特殊的实施形式中，所述吸收元件是被布置在光电探测器与调制器之间的薄片。

在光传感器的另一实施形式中，所述光调制器是透明的块，所述透明的块具有凹处。优选地，该凹处被布置在光调制器背离光电探测器的侧上。也即所述凹处可以被布置在光调制器的光入射侧。

在光传感器的另一实施形式中，所述凹处具有盘状上下叠置的区域，其中这些区域的每一个都具有截锥状的侧壁。特别优选地，不同的区域可以具有以下侧壁，即所述侧壁向下(亦即朝向光电探测器)与垂直于光电探测器的法线成变大的角度。由此，从外部射入到光调制器上的光可以在截锥的侧壁处被反射，并因此为每个入射角区域预先规定用于照射光电探测器的确定的强度。

通过锥体的斜面，确定的入射角优选被引导到探测器。通过锥体或截锥的圆周表面面积的大小能够控制针对该入射角的探测器信号的幅度。

下面根据实施例和附图更详细地阐述本发明。

图1以示意性横截面示出光传感器。

图2以放大的横截面式图示示出图1的光调制器。

图3以示意性横截面示出光调制器的另一例子。

图4示出光电探测器的依赖于仰角α的信号输出曲线。

图5示出概念“仰角”的解释。

图6示出光调制器的另一例子。

图1示出光传感器，其中在支承装置上设有光电探测器2。用盖罩4遮盖光传感器。盖罩4和支承元件都仅仅示出一部分。盖罩4基本上由具有均匀层厚的材料组成，但是不必要被构造成球状的。也就是说，罩4可以不同于半球形。盖罩4尽管不被看作光调制器，但是不能可靠地排除：入射光在罩4处发生依赖于角度的强度变化。

在光电探测器2的上侧安装有吸收元件5，所述吸收元件5具有以下任务，即根据入射光如此削弱光电探测器2灵敏的波长范围，以致光电探测器2不被过激励。

吸收元件5不必一定以薄片形式存在。它也可以以光电探测器的浇铸体的形式存在。例如，如果光电探测器在红外部分中具有其最高的灵敏度，则吸收元件5能够在红外范围中具有强的吸收作用。

盖罩4优选地对于从外部由光源射入的光是透明的。与光调制器3相比，盖罩4最多引起光的很微小的调制。

此外，设置光调制器3，所述光调制器3如此调制从光源射入到光传感器上的光，使得由传感器所输出的信号依赖于光到光传感器上的入射角。

光调制器3具有凹处6。

光调制器3可以优选地由透明的材料组成，例如由聚甲基丙烯酸有机玻璃或者也可以由玻璃组成。

图2以放大的图示示出了图1的光调制器。可以看出，光调制器包括透明的块，其中在上侧布置有凹处6。所述凹处6用不透明的盖子7遮盖。所述凹处6可被分成盘状上下叠置的区域81、82、83，其中这些区域的每一个都具有已定义的高度h₁、h₂、h₃。此外，这些区域81、82、83的每一个就其侧壁的造型而言可与截锥相比。在此，截锥具有其侧面相对于垂直线9的不同的倾斜角，所述垂直线9垂直于光电探测器2的灵敏的表面。借助于在图2中所示的光路101、102、103、104，可以阐述光调制器3的工作方式：

沿光路104传播的对于垂直线9具有很大入射角的光由最下面的盘通过在界面“块/凹处(所述凹处通常充满空气)”上的全反射被反射到光电探测器2的表面上。与此相应，关于垂直线9具有较平的角度并且沿着光路103传播的光在第一界面“空气/块”处被折射，并且在第二界面“块/空气”处被反射到光电探测器2的表面上。相应地适用于对于垂直线9更平的入射光，该光沿着光路102。垂直射入的光按照光路101传播，并且仅仅在凹处的一侧无其他弯路地直接被引导到光电探测器2的表面上。

于是，根据图2，对于每个区域81、82、83存在确定的入射角区域，在所述入射角区域中光从该截锥被引导到光电探测器2上。通过改变高度比例、亦即通过改变高度h₁、h₂或h₃，可以根据光的入射角非常精确地且有细微差别地调整光电探测器的输出信号。另一细微差别也可以通过以下方式实现，即部分区域81、82、83的数目进一步被增加，并由此实现更大数目的角度区域。

图3示出光调制器3的另一实施形式，所述光调制器3同样具有凹处，但是其中缺少图2的不透明的盖子7。这样的布置可以被用于使垂直射到光电探测器2的表面上的光全部地或者至少大部分地避开光电探测器2，由此可以实现光电探测器的灵敏度曲线中的相应最小值(对此也参照图4)。在图3中还示出传感器表面的平面11，其在本说明书中被用作进一步的参考。

图4示出光电探测器的信号S对光源的仰角α的依赖关系。概念“仰角α”在图5中被阐述，在图5中示出光源1、例如太阳。从光源1射入到光电探测器2上的光与传感器表面的平面11构成角度α。该角度α对应于仰角。

在图4中，在α＝90°的区域内可看出传感器信号S的最小值，这是通过在图3中去除盖子7所导致的。

图6示出光调制器3的另一实施形式。在图6的例子中，在光电探测器2之上布置有光调制器3。在此，光电探测器2的表面的一部分是空着的，原因在于光调制器3在该位置处具有半圆柱形的槽12。光调制器3自身在其侧具有大体上半圆柱体的形式。然而，在光调制器3的上侧还设置斜切磨片13，其被用于根据入射角来调整探测器的输出信号。此外，可在光调制器上设置吸收光的面。图6示出了这种吸收面14，所述吸收面14被印到斜切磨片13上。但是也可贴上所述吸收面。

本发明不限于所示出的和所描述的实施例。更确切地说，本发明也包括技术人员的所有改动以及所描述措施的部分和子组合。尤其，所述光调制器可以采用任意的形式。

附图标记列表

1                    光源

2                    光电探测器

3                    光调制器

4                    盖罩

5                    吸收元件

6                    凹处

7                    盖子

81，82，83           盘状区域

9                    垂直线

101，102，103，104   光路

h₁，h₂，h₃           高度

S                    信号

α                   仰角

11                   传感器表面的平面

12                   槽

13                   斜切磨片

14                   吸收面

Claims (5)

1.用于检测光源(1)的位置的光传感器，

-具有光电探测器(2)，

-具有光调制器(3)，用于根据光源(1)的光到传感器上的入射角(α)来调制射入到所述光电探测器(2)上的光量，

-其中从外部射入到所述传感器上的光基本上无散射地射到所述光电探测器(2)上，

-其中所述光调制器(3)是透明的块，所述透明的块从光进入侧配备有凹处(6)。

2.如权利要求1所述的光传感器，

所述光传感器配备有盖罩(4)。

3.如权利要求1或2之一所述的光传感器，

其中在入射光的光路(101，102，103，104)中布置有吸收元件(5)。

4.如权利要求3所述的光传感器，

其中所述吸收元件(5)是在所述光电探测器(2)与调制器(3)之间的薄片。

5.如权利要求1所述的光传感器，

其中所述凹处(6)具有盘状上下叠置的区域(81，82，83)，所述区域(81，82，83)的每一个都具有截锥状的侧壁。

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