Aus der Druckschrift EP 0 350 866 B1 ist ein Lichtsensor be- kannt, bei dem zwischen einem Fotodetektor und einem Lichtmo- dulator ein Lichtdiffusor zum diffusen Ausbreiten des auf den Sensor einfallenden Lichts angeordnet ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtsensor anzugeben, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Po- sition der Lichtquelle besonders gut eingestellt werden kann.

Aufgabe wird gelöst durch einen Lichtsensor nach Patentan- spruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Lichtsensors sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Es wird ein Lichtsensor angegeben, der zur Erfassung der Po- sition einer Lichtquelle relativ zum Lichtsensor geeignet ist. Der Lichtsensor umfasst mindestens ein optisches Element zur Beeinflussung der Ausbreitungsrichtung von Licht, wobei dieses Element so gestaltet ist, dass im wesentlichen keine diffuse Streuung des auf den Lichtsensor einfallenden Lichts auftritt. Das Vermeiden der diffusen Streuung hat den Vor- teil, dass die einfallenden Lichtstrahlen keinem unkontrol- lierten Ablenkungseffekt unterliegen, wodurch die positions- abhängige Bestrahlung des im Lichtsensor enthaltenen Fotode- tektors besonders gut definiert werden kann.

Dementsprechend ist ein Lichtsensor vorgesehen, bei dem von außen auf den Sensor eingestrahltes Licht im wesentlichen oh- ne Streuung auf einen Fotodetektor fällt. Dies bedeutet, dass keine bewusst in den Strahlengang eingebrachte Streuzentren vorgesehen sind. Im Strahlengang befinden sich lediglich Streuzentren, die herstellungsbedingt unvermeidlich sind.

Der Lichtsensor enthält einen Fotodetektor, der wenigstens einen Teil des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes vor- zugsweise in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elekt- rische Signal kann von einer geeigneten Schaltung weiter ver- arbeitet werden und beispielsweise zur Bestimmung der Positi- on der Lichtquelle verwendet werden.

Um die Lichtmenge, die auf den Fotodetektor eingestrahlt wird, in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des von der Licht- quelle abgestrahlten Lichtes zu modulieren, ist ein Lichtmo- dulator vorgesehen. Der Lichtmodulator ist dabei so ausgebil- det, dass er im wesentlichen eine direkte Optik darstellt, d. h., dass durch den Lichtmodulator gestrahltes Licht auf dem Wege eines direkten Strahlengangs von der Lichtquelle zum Fo- todetektor gelangen kann.

Insbesondere ist bei dem hier angegebenen Lichtsensor kein diffuses Element bzw. kein Streuelement vorgesehen, an dem Lichtstrahlen gestreut würden. Demnach hat der hier angegebe- ne Lichtsensor den Vorteil, dass die Winkelcharakteristik des Sensors nur mit Hilfe des Lichtmodulators ausreichend exakt definiert werden kann und keine Abhängigkeit der Charakteris- tik von mehr oder weniger unkontrollierten Streuprozessen be- steht.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Licht- sensors ist dieser mit einer Abdeckkappe versehen. Eine sol- che Abdeckkappe hat den Vorteil, dass der Lichtsensor gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt werden kann. Solche Umwelt- einflüsse sind beispielsweise Schmutz, Staub oder auch ag- gressive Gase.

Darüber hinaus hat die Abdeckkappe noch den Vorteil, dass sie an Designwünsche angepasst werden kann, was insbesondere bei Verwendung des Sensors in einem Automobil von Vorteil ist.

Der hier beschriebene Lichtsensor kann also die Position ei- ner Lichtquelle, beispielsweise die Position der Sonne erfas- sen. Darüber hinaus kann bei einem geeigneten Fotodetektor, der abhängig von der eingestrahlten Lichtintensität ein ent- sprechendes elektrisches Signal generiert, auch die Intensi- tät der Sonnenstrahlung erfasst werden. Mithilfe des Fotode- tektors lässt sich ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen, welches beispielsweise zur Steuerung einer Klimaanlage in ei- nem Kraftfahrzeug dienen kann. Mithilfe des hier beschriebe- nen Lichtsensors lässt sich das subjektive Wärmeempfinden der Fahrzeuginsassen, hervorgerufen durch die Einstrahlung der Sonne, nachbilden. In Abhängigkeit von der Position der Sonne zum Fahrzeug bzw. zum Fotodetektor liefert dieser verschiede- ne Ausgangssignale. Des weiteren sind die Signale des Fotode- tektors mit der Intensität der Sonne korreliert. Es ist dar- über hinaus noch wünschenswert, in bestimmten Fällen eine vorgegebene Ausgangssignalkurve zu erreichen.

Die Kappe ist vorzugsweise für die vom Fotodetektor erfasste Lichtwellenlänge transparent. Darüber hinaus kann die Abdeck- kappe aber auch farbig gestaltet sein, um bestimmte Wünsche im Rahmen von Designkonzepten zu erfüllen.

In einer anderen Ausführungsform des Lichtsensors ist im Strahlengang des auf den Fotodetektor treffenden Lichts ein Absorptionselement angeordnet. Ein solches Absorptionselement absorbiert vorzugsweise diejenige Lichtwellenlänge, bei der der Fotodetektor sensitiv ist. Dementsprechend erfüllt das Absorptionselement den Zweck, eine Übersteuerung des Fotode- tektors zu vermeiden. Das Absorptionselement kann vorzugswei- se im Strahlengang zwischen der Kappe und dem Fotodetektor angeordnet sein. Das Absorptionselement kann aber auch außer- halb der Kappe angeordnet sein.

In einer besonderen Ausführungsform des Lichtsensors ist das Absorptionselement ein Plättchen, das zwischen dem Fotodetek- tor und dem Modulator angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform des Lichtsensors ist der Lichtmodulator ein transparenter Block, der mit einer Vertie- fung versehen ist. Vorzugsweise ist diese Vertiefung angeord- net auf der dem Fotodetektor abgewandten Seite des Lichtmodu- lators. Die Vertiefung kann also angeordnet sein auf der Lichteinfallsseite des Lichtmodulators.

In einer anderen Ausführungsform des Lichtsensors weist die Vertiefung scheibenartig übereinanderliegende Bereiche auf, wobei jeder dieser Bereiche eine kegelstumpfförmige Seiten- wand aufweist. Besonders vorzugsweise können unterschiedliche Bereiche Seitenwände aufweisen, die nach unten, also zum Fo- todetektor hin, einen größer werdenden Winkel mit einer nor- malen, die senkrecht auf dem Fotodetektor steht, einschlie- ßen. Dadurch kann von außen auf den Lichtmodulator einfallen- des Licht an den Seitenwänden der Kegelstümpfe reflektiert werden und somit für jeden Einfallswinkelbereich eine be- stimmte Intensität für die Beleuchtung des Fotodetektors vor- gesehen werden.

Durch die schrägen Flächen der Kegel werden bestimmte Ein- fallswinke bevorzugt zum Detektor geleitet. Über die Größe der Mantelfläche der Kegel bzw. Kegelstümpfe kann die Ampli- tude des Detektorsignals für diesen Einfallswinkel gesteuert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Lichtsensor in einem schematischen Querschnitt.

Figur 2 zeigt den Lichtmodulator aus Figur 1 in einer ver- größerten, querschnittsartigen Darstellung.

Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Lichtmodula- tor in einem schematischen Querschnitt.

Figur 4 zeigt eine Signalausgangskurve für einen Fotodetek- tor in Abhängigkeit von der Elevation a.

Figur 5 zeigt die Erläuterung zum Begriff Elevation.

Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Lichtmodula- tor.

Figur 1 zeigt einen Lichtsensor, bei dem auf einer Trägervor- richtung ein Fotodetektor 2 aufgebracht ist. Der Lichtsensor ist abgedeckt mit einer Abdeckkappe 4. Sowohl die Abdeckkappe 4 als auch das Trägerelement sind lediglich ausschnitthaft gezeigt. Die Abdeckkappe 4 besteht im wesentlichen aus einem Material mit homogener Schichtdicke, ist jedoch nicht zwin- gend sphärisch ausgebildet. D. h., dass die Kappe 4 von der Halbkugelform abweichen kann. Die Abdeckkappe 4 ist zwar nicht als Lichtmodulator gedacht, jedoch lässt sich nicht mit Sicherheit ausschließen, dass eine winkelabhängige Intensi- tätsänderung an der Kappe 4 des einfallenden Lichtes statt- findet.

Auf der Oberseite des Fotodetektors 2 ist ein Absorptionsele- ment 5 angebracht, das die Aufgabe hat, den Wellenlängenbe- reich, in dem der Fotodetektor 2 sensitiv ist, in Hinsicht auf das einfallende Licht derart zu schwächen, dass der Foto- detektor 2 nicht übersteuert wird.

Das Absorptionselement 5 muss nicht unbedingt in Form eines Plättchens vorliegen. Es kann auch in Form eines Vergusses des Fotodetektors vorliegen. Beispielsweise kann das Absorp- tionselement 5 im Infrarotbereich eine starke Absorption auf- weisen, wenn der Fotodetektor im Infraroten seine höchste Empfindlichkeit aufweist.

Die Abdeckkappe 4 ist vorzugsweise transparent für das von außen von der Lichtquelle einfallende Licht. Im Verhältnis zum Lichtmodulator 3 bewirkt die Abdeckkappe 4 allenfalls ei- ne sehr geringe Modulation des Lichtes.

Es ist darüber hinaus ein Lichtmodulator 3 vorgesehen, der von einer Lichtquelle auf den Lichtsensor einfallendes Licht derart moduliert, dass das vom Sensor ausgegebene Signal vom Einfallswinkel des Lichtes auf den Lichtsensor abhängt.

Der Lichtmodulator 3 ist mit einer Vertiefung 6 versehen.

Der Lichtmodulator 3 kann vorzugsweise aus einem transparen- ten Material bestehen, beispielsweise aus Plexiglas oder auch aus Glas.

Figur 2 zeigt den Lichtmodulator aus Figur 1 in einer vergrö- ßerten Darstellung. Es ist zu erkennen, dass der Lichtmodula- tor einen transparenten Block umfasst, wobei auf der Obersei- te eine Vertiefung 6 angeordnet ist. Die Vertiefung 6 ist mit einem nichttransparenten Deckel 7 abgedeckt. Die Vertiefung 6 lässt sich einteilen in scheibenartig übereinanderliegende Bereiche 81,82, 83, wobei jeder dieser Bereiche eine defi- nierte Höhe hl, h2, h3 aufweist. Ferner ist jeder dieser Be- reiche 81,82, 83 hinsichtlich der Formgebung seiner Seiten- wand mit einem Kegelstumpf zu vergleichen. Dabei haben die Kegelstümpfe verschiedene Neigungswinkel ihrer Seitenflächen relativ zur Senkrechten 9, die senkrecht auf der empfindli- chen Oberfläche des Fotodetektors 2 steht. Anhand der in Fi- gur 2 gezeigten Strahlengänge 101,102, 103,104 kann die Wirkungsweise des Lichtmodulators 3 erläutert werden : Licht mit einem sehr großen Einfallswinkel zur Senkrechten 9, das sich entlang des Strahlengangs 104 ausbreitet, wird von der untersten Scheibe durch Totalreflexion an der Grenzfläche Block/Vertiefung (welche im allgemeinen mit Luft gefüllt ist) reflektiert auf die Oberfläche des Fotodetektors 2. Dement- sprechend wird Licht, das im Bezug auf die Senkrechte 9 einen flacheren Winkel aufweist, und das entlang des Strahlengangs 103 verläuft an der ersten Grenzfläche Luft/Block gebrochen und an der zweiten Grenzfläche Block/Luft reflektiert auf die Oberfläche des Fotodetektors 2 hin. Entsprechendes gilt für noch flacher zur Senkrechten 9 einfallendes Licht, das dem Strahlengang 102 folgt. Senkrecht einfallendes Licht verläuft entsprechend dem Strahlengang 101 und wird lediglich seitlich der Vertiefung 6 ohne weitere Umwege direkt auf die Oberflä- che des Fotodetektors 2 geleitet.

Gemäß Figur 2 gibt es also für jeden Bereich 81,82, 83 einen bestimmten Einfallswinkelbereich, in dem Licht von diesem Ke- gelstumpf auf den Fotodetektor 2 geleitet wird. Durch die Va- riation der Höhenverhältnisse, also durch die Variation der Höhen hl, h2 bzw. h3 kann das Ausgangssignal des Fotodetek- tors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichts sehr genau und differenziert eingestellt werden. Eine weitere Differen- zierung kann auch dadurch erfolgen, dass die Anzahl der Teil- bereiche 81,82, 83 weiter erhöht wird und dadurch eine grö- ßere Anzahl von Winkelbereichen ermöglicht wird.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für einen Lichtmo- dulator 3, der ebenfalls mit einer Vertiefung versehen ist, bei dem jedoch der nichttransparente Deckel 7 aus Figur 2 fehlt. Eine solche Anordnung kann dazu verwendet werden, senkrecht auf die Oberfläche des Fotodetektors 2 fallendes Licht gänzlich oder zumindest zu einem großen Anteil vom Fo- todetektor 2 fernzuhalten, wodurch ein entsprechendes Minimum in der Sensitivitätskurve des Fotodetektors realisiert werden kann (vgl. hierzu auch Figur 4). In Figur 3 ist noch die Ebe- ne der Sensoroberfläche 11 gezeigt, die zur weiteren Bezug- nahme in der Beschreibung verwendet wird.

Figur 4 zeigt die Abhängigkeit des Signals S des Fotodetek- tors von der Elevation a der Lichtquelle. Der Begriff der E- levation a ist erläutert in Figur 5, wo eine Lichtquelle 1, beispielsweise eine Sonne, dargestellt ist. Von der Licht- quelle 1 auf den Fotodetektor 2 eingestrahltes Licht bildet eine Winkel a mit der Ebene 11 der Sensoroberfläche. Dieser Winkel a entspricht der Elevation.

In Figur 4 ist im Bereich a = 90° ein Minimum des Sensorsig- nals S zu erkennen, was durch das Weglassen des Deckels 7 in Figur 3 resultiert.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform für einen Lichtmo- dulator 3. Im Beispiel von Figur 6 ist der Lichtmodulator 3 über einem Fotodetektor 2 angeordnet. Ein Teil der Oberfläche des Fotodetektors 2 liegt dabei frei, da der Lichtmodulator 3 an dieser Stelle eine halbzylinderförmige Aussparung 12 auf- weist. Der Lichtmodulator 3 selbst weist seinerseits in etwa die Form eines Halbzylinders auf. Jedoch ist auf der Obersei- te des Lichtmodulators 3 noch ein Schrägschliff 13 vorgese- hen, der zur Einstellung des Ausgangssignals des Detektors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel genutzt wird. Es können fer- ner auf dem Lichtmodulator Flächen vorgesehen sein, die Licht absorbieren. Figur 6 zeigt eine solche Absorberfläche 14, die auf den Schrägschliff 13 aufgedruckt ist. Sie kann aber auch aufgeklebt sein.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil-und Unterkombinatio- nen der beschriebenen Maßnahmen. Insbesondere der Lichtmodu- lator kann beliebige Forman annehmen.

Bezugszeichenliste 1 Lichtquelle 2 Fotodetektor 3 Lichtmodulator 4 Abdeckkappe 5 Absorptionselement 6 Vertiefung 7 Deckel 81,82, 83 scheibenförmiger Bereich 9 Senkrechte 101,102, 103,104 Strahlengang hl, h2, h3 Höhe S Signal a Elevation 11 Ebene der Sensoroberfläche 12 Aussparung 13 Schrägschliff 14 Absorberfläche