DE102007025017A1 - Device for determining sun position has exposure mask arranged on aperture and mask pattern with variable transmission, variable absorption and/or variable reflection of sunlight depending on mask position - Google Patents

Device for determining sun position has exposure mask arranged on aperture and mask pattern with variable transmission, variable absorption and/or variable reflection of sunlight depending on mask position Download PDF

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Abstract

The device has an optical sensor (1) with several image points (2) for positionally resolved detection of sunlight, an aperture (3) arranged at a distance from the sensor, an exposure mask (4) arranged on the aperture and a mask pattern with variable transmission, variable absorption and/or variable reflection of sunlight depending on the mask position.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung des Sonnenstandes.The The invention is based on a device for determining the position of the sun.

Vorrichtungen zur Bestimmung des Sonnenstandes werden auch als Sonnenstandsensoren bezeichnet. Sie werden hauptsächlich zur Nachführung von Geräten und Einrichtungen eingesetzt, welche der Beobachtung der Sonne oder der Nutzung der Sonnenenergie dienen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Heliostate, Zölostate, Solarzellen oder Solarkollektoren. Der Wirkungsgrad derartiger Vorrichtungen hängt entscheidend von ihrer Ausrichtung relativ zur Sonne ab. In der Regel erreicht man den höchsten Wirkungsgrad, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf eine zu bestrahlende Fläche auftreffen.devices to determine the position of the sun are also called sun position sensors designated. They are mainly for the tracking of devices and facilities used, which are the observation of the sun or to serve the use of solar energy. These are, for example Heliostats, Zölostate, Solar cells or solar collectors. The efficiency of such devices depends decisively from their orientation relative to the sun. Usually achieved one the highest Efficiency when the sun's rays perpendicular to a to be irradiated area incident.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Vorrichtungen zur Bestimmung des Sonnenstandes bekannt, welche mit einem optischen Sensor und einer im Abstand zum Sensor angeordneten Lochblende ausgestattet sind. Dabei ist die Öffnung der Lochblende um mindestes eine Größenordnung kleiner als die Fläche des optischen Sensors. Sie beträgt damit weniger als 10% der Fläche des optischen Sensors. Aus dem durch die Lochblende beleuchteten Bereich des optischen Sensors können Rückschlüsse auf den Sonnenstand gezogen werden. Als nachteilig erweist sich, dass bei einer Messung jeweils nur ein kleiner Bereich des optischen Sensors genutzt wird. Ferner ist bedingt durch den Aufbau der Akzeptanzwinkel der Vorrichtung klein. Als Akzeptanzwinkel wird hierbei derjenige Winkel bezeichnet, innerhalb dessen eine Änderung des Sonnenstandes mit Hilfe der Vorrichtung nachgewiesen werden kann. Er hängt von dem Abstand zwischen der Lochblende und dem optischen Sensor ab. Wird der Akzeptanzwinkel vergrößert, indem der Abstand zwischen der Lochblende und dem optischen Sensor verkleinert wird, so geht dies auf Kosten der Genauigkeit der Vorrichtung. Die Folge ist, dass die Messungen mit einem großen Fehler behaftet sind.Out The state of the art, for example, devices for determining the sun is known, which with an optical sensor and equipped with a spaced apart from the sensor pinhole are. The opening is the Perforated panel at least an order of magnitude smaller as the area of the optical sensor. It is thus less than 10% of the area of the optical sensor. From the illuminated through the pinhole Area of the optical sensor can Conclusions on the position of the sun is drawn. As disadvantage proves that in a measurement only a small area of the optical Sensors is used. Furthermore, due to the structure of the acceptance angle the device is small. The acceptance angle here is the one Angle designates, within which a change of the position of the sun with Help the device can be detected. He depends on the distance between the pinhole and the optical sensor. If the acceptance angle is increased by the distance between the pinhole and the optical sensor is reduced This is at the expense of the accuracy of the device. The The result is that the measurements are subject to a large error.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen zur Bestimmung des Sonnenstandes bekannt, welche mit einem Helligkeitssensor ausgestattet sind. Zur Bestimmung des Sonnenstandes werden die Zeitpunkte, zu denen am Morgen eines Tages eine bestimmte Helligkeit erreicht wird, und zu denen am Abend eines Tages die Helligkeit unter einen bestimmten Grenzwert abgefallen ist, gebildet. Der Winkelbereich, um den die jeweilige Einrichtung am folgenden Tag nachzuführen ist, wird aus dieser Zeitdifferenz und dem jeweiligen Zeitpunkt des Tages bestimmt. Diese Art der Nachführung betrifft lediglich die durch die Drehung der Erde um die Sonne bedingte Veränderung des Sonnenstandes. Sie trägt nicht der Veränderung des Sonnenstandes aufgrund der Drehung der Erde um die eigene Achse Rechnung. Ferner ist sie mit dem Nachteil behaftet, dass sich der das Über- und Unterschreiten einer Helligkeitsschwelle nicht mit der für eine exakte Messung notwendigen Genauigkeit bestimmen lassen.Further are from the prior art devices for determining the Sun position known which equipped with a brightness sensor are. To determine the position of the sun, the times, too which in the morning one day a certain brightness is achieved and to those in the evening one day the brightness falls below a certain Limit has dropped, formed. The angle range around which the each facility is tracked the following day, will be out of this time difference and the time of the day. This kind of tracking concerns only the change caused by the rotation of the earth around the sun the sun's position. She does not wear the change the position of the sun due to the rotation of the earth around its own axis Bill. Furthermore, it has the disadvantage that the the above- and not falling below a brightness threshold with that for an exact Measurement to determine the necessary accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herzustellende Vorrichtung zur Bestimmung des Sonnenstandes zur Verfügung zu stellen, die einen großen Akzeptanzwinkel bei möglichst kleinem Fehler und hoher Genauigkeit des ermittelten Sonnenstandes aufweist.Of the Invention is based on the object to produce a cost To provide a device for determining the position of the sun, the one big Acceptance angle if possible small error and high accuracy of the ascertained position of the sun having.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and its advantages

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass die in ihrer Größenordnung mit dem optischen Sensor vergleichbare Blende mit einer Belichtungsmaske ausgestattet ist. Diese Belichtungsmaske kann auch als Schablone, Schattenmaske oder Beschattungsmaske bezeichnet werden. Sie besteht aus einem für das Sonnenlicht durchlässigen Träger und einem auf der Träger angeordneten Muster mit Bereichen, die das Sonnenlicht absorbieren und/ oder reflektieren. Der Träger weist eine hohe Transmission für das Sonnenlicht auf. Um eine partielle Beleuchtung des Sensors durch das Sonnenlicht zu ermöglichen, deckt das bevorzugt zweidimensionale Muster nur Teile des Trägers ab. Die Bereiche des Musters können das Sonnenlicht ganz oder nur teilweise absorbieren oder reflektieren. Die auf der Vorrichtung eintreffende Strahlungsdichte wird durch das Muster der Belichtungsmaske moduliert. Die Transmission des Sonnenlichtes durch die Belichtungsmaske ist von der Position auf der Belichtungsmaske abhängig. Das Muster der Belichtungsmaske führt zu einer ortsabhängigen Transmission, Absorption und/oder Reflektion des Sonnenlichtes. Je nach Sonnenstand werden unterschiedliche Teile des Musters der Belichtungsmaske auf dem optischen Sensor abgebildet. Aus dem abgebildeten Ausschnitt des Gesamtmusters wird die absolute Position des Ausschnitts innerhalb des Gesamtmusters bestimmt. Aus der absoluten Position des Ausschnitts folgt der Sonnenstand. Durch Auswertung des durch den optischen Sensor erfassten Teils des Musters der Belichtungsmaske kann damit der Sonnenstand ermittelt werden.Compared to the known from the prior art devices is distinguished the device according to the invention characterized in that in their order of magnitude with the optical Sensor comparable aperture equipped with an exposure mask is. This exposure mask can also be used as a template, shadow mask or shading mask. It consists of one for the sunlight permeable carrier and one on the carrier arranged patterns with areas that absorb the sunlight and / or reflect. The carrier has a high transmission for the sunlight on. To a partial illumination of the sensor through to allow the sunlight, The preferred two-dimensional pattern covers only parts of the carrier. The areas of the pattern can absorb or reflect sunlight completely or partially. The incident on the device radiation density is through modulates the pattern of the exposure mask. The transmission of Sunlight through the exposure mask is up from the position depending on the exposure mask. The pattern of the exposure mask leads to a location-dependent transmission, Absorption and / or reflection of sunlight. Depending on the position of the sun different parts of the pattern of the exposure mask become imaged on the optical sensor. From the pictured section The overall pattern becomes the absolute position of the clipping within of the overall pattern. From the absolute position of the clipping follows the position of the sun. By evaluation of the by the optical Sensor detected part of the pattern of the exposure mask can thus the Sun position can be determined.

Die Absorption und/ oder Reflektion des Sonnenlichts durch das Muster der Belichtungsmaske kann von der Wellenlänge des jeweiligen Spektralanteils des Sonnenlichts abhängen. Die daraus gewonnene Information kann gegebenenfalls ebenfalls für die Auswertung herangezogen werden.The Absorption and / or reflection of sunlight through the pattern The exposure mask may be of the wavelength of the respective spectral component depend on the sunlight. If necessary, the information obtained from this can also be used for the evaluation be used.

Es handelt sich bei der Bestimmung des Sonnenstandes um eine relative Bestimmung. Die Vorrichtung erfasst eine relative Änderung des Sonnenstandes. Erfolgt eine Kalibrierung auf den Nullpunkt zu Beginn der Messung, so ist auch eine absolute Messung möglich. Hierzu muss die absolute Position der Sonne relativ zur Erde und die Ausrichtung der Vorrichtung auf der Erde bekannt sein.It concerns with the determination of the Sun position around a relative determination. The device detects a relative change in the position of the sun. If a calibration to the zero point at the beginning of the measurement, then an absolute measurement is possible. For this, the absolute position of the sun relative to the earth and the orientation of the device on the earth must be known.

Mit der Vorrichtung kann auch der Einfallswinkel von Licht einer anderen Strahlungsquelle als der Sonne bestimmt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die einfallenden Lichtstrahlen parallel sind.With The device can also detect the angle of incidence of light from another Radiation source be determined as the sun. Prerequisite for this is that the incident light rays are parallel.

Gegenüber den bekannten aus einer Lochblende und einem optischen Sensor bestehenden Sonnenstandssensoren hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass die Blende mit der Belichtungsmaske in bezug auf ihre Fläche eine vergleichbare Größe wie der optische Sensor hat. Die Öffnung der Blende und die Belichtungsmaske sind hinsichtlich ihrer Fläche in bevorzugter Weise sogar größer als der optische Sensor. Dadurch wird der Akzeptanzwinkel der Vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen um ein Vielfaches vergrößert. Die gesamte Fläche des Sensors, auf welche das die Belichtungsmaske durchdringende Sonnenlicht auftrifft, wird für die Auswertung genutzt. Während bei bekannten Vorrichtungen mit optischem Sensor und Lochblende der Akzeptanzwinkel bei ausreichender Genauigkeit der Messung weniger als 5° beträgt, ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Bestimmung des Sonnenstands mit hoher Genauigkeit bei einem Akzeptanzwinkel von 40° bis 50° und mehr möglich.Compared to the known from a pinhole and an optical sensor existing sun position sensors has the device according to the invention the advantage that the aperture with the exposure mask with respect to their area a comparable size as the has optical sensor. The opening the diaphragm and the exposure mask are more preferable in area Way even bigger than the optical sensor. This will change the acceptance angle of the device across from known devices increased by a multiple. The entire surface of the Sensors on which the exposure mask penetrating sunlight applies, is for used the evaluation. While in known devices with optical sensor and pinhole the acceptance angle with sufficient accuracy of the measurement less than 5 °, is with the device according to the invention the determination of the position of the sun with high accuracy at a Acceptance angle from 40 ° to 50 ° and more is possible.

Ferner wird eine höhere Auflösung als bei bekannten Sonnstandssensoren erreicht, da zur Bestimmung des Sonnenstandes die gesamte oder nahezu die gesamte Fläche des optischen Sensors genutzt wird. Aufgrund der Größe der Blende und des Belichtungsmusters wird der gesamte optische Sensor beleuchtet. Davon ausgenommen sind diejenigen Bildpunkte des optischen Sensors, die sich im Schatten der absorbierenden oder reflektierenden Bereiche der Belichtungsmaske befinden. Damit trägt eine Vielzahl von Bildpunkten zur Ermittlung des Sonnenstandes bei. Die Genauigkeit der Messung wird dadurch wesentlich gesteigert.Further will be a higher resolution achieved as in known solar sensors, since for determination the position of the sun, the entire or almost the entire surface of the optical sensor is used. Due to the size of the aperture and the exposure pattern the entire optical sensor is illuminated. Excluded from this those pixels of the optical sensor that are in the shade the absorbing or reflective areas of the exposure mask are located. Wearing it a plurality of pixels for determining the position of the sun at. The accuracy of the measurement is thereby significantly increased.

Die Vorrichtung besteht aus einem optischen Sensor mit mehreren Bildpunkten, einer Blende und einer an der Blende angeordneten Belichtungsmaske. Es handelt sich dabei um handelsübliche, preiswerte Komponenten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann damit einfach und kostengünstig hergestellt werden.The Device consists of an optical sensor with several pixels, a diaphragm and an aperture mask arranged on the diaphragm. These are commercial, inexpensive components. The device according to the invention can thus be simple and cost-effective getting produced.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Einrichtung zur Auswertung des auf dem Sensor abgebildeten Musters ausgestattet. Diese empfängt die durch den optischen Sensor ermittelten Daten, welche von der partiellen Belichtung des Sensors durch die Maske abhängen, und errechnet daraus den Sonnenstand. Es kann sich bei der Einrichtung um einen Computer handeln, der mit einer Software ausgestattet ist, die den Datenaustausch zwischen dem Computer und dem Sensor ermöglicht.To An advantageous embodiment of the invention is the device with means for evaluating the image displayed on the sensor Pattern. This receives the data determined by the optical sensor, which of the partial Exposure of the sensor to hang through the mask, and calculated from it the position of the sun. The device can be a computer, which is equipped with software that facilitates data exchange between the computer and the sensor.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung der Blende und die durch die Blende begrenzte Fläche der Belichtungsmaske größer als die Fläche des optischen Sensors. Damit wird erreicht, dass je nach Einfallswinkel unterschiedliche Abschnitte des Musters der Belichtungsmaske auf dem optischen Sensor abgebildet werden. Je größer die durch die Blende begrenzte Belichtungsmaske ist, um so größer ist der Akzeptanzwinkel bei vorgegebenem Abstand zwischen der Belichtungsmaske und dem optischen Sensor.To a further advantageous embodiment of the invention, the opening of the Aperture and the area of the exposure mask limited by the aperture larger than the area of the optical sensor. This ensures that, depending on the angle of incidence different sections of the pattern of the exposure mask imaged on the optical sensor. The larger the limited by the aperture Exposure mask is, the larger it is the acceptance angle at a given distance between the exposure mask and the optical sensor.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung der Blende und die durch die Blende begrenzte Fläche der Belichtungsmaske mindestens doppelt so groß wie die Fläche des optischen Sensors. Auch ein Faktor drei oder vier ist möglich.To a further advantageous embodiment of the invention, the opening of the Aperture and the area of the exposure mask limited by the aperture at least twice as big as the area of the optical sensor. Also a factor of three or four is possible.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Belichtungsmaske 2-dimensional als ebene Platte ausgebildet. Damit ist die Belichtungsmaske an den üblicherweise ebenfalls 2-dimensional ausgebildeten optischen Sensor angepasst.To a further advantageous embodiment of the invention is the Exposure mask 2-dimensional designed as a flat plate. In order to is the exposure mask to the usual also adapted 2-dimensional optical sensor.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Belichtungsmaske 3-dimensional ausgebildet. Sie kann beispielsweise in Richtung des optischen Sensors oder in der dem optischen Sensor entgegengesetzten Richtung gewölbt sein. Hierzu kann die Belichtungsmaske zum Beispiel die Form eines Teils einer Kugeloberfläche aufweisen. Durch die gewölbte Form kann der Akzeptanzwinkel der Vorrichtung bei sonst gleichbleibenden Parametern erhöht werden.To a further advantageous embodiment of the invention is the Exposure mask 3-dimensional. She can, for example in the direction of the optical sensor or in the optical sensor be arched opposite direction. For this purpose, the exposure mask, for example, the shape of a part a spherical surface exhibit. Through the arched Shape can be the acceptance angle of the device otherwise constant Parameters increased become.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Muster der Belichtungsmaske zumindest einen periodischen Anteil auf. Diesem periodischen Anteil können weitere Anteile überlagert sein. Der periodische Anteil kann beispielsweise ein Sinusgitter sein. Das Sinusgitter entspricht dabei den Marken einer relativen Wegmessung. Die Periode des periodischen Anteils wird dabei so gewählt, dass unabhängig vom Einfallswinkel des Sonnenlichtes mindestens eine Periode des Musters durch den optischen Sensor erfasst wird.To a further advantageous embodiment of the invention, the Pattern of the exposure mask at least a periodic share on. This periodic share may be overlaid with additional shares be. The periodic component can be, for example, a sine-wave grating be. The sine grid corresponds to the brands of a relative Displacement measurement. The period of the periodic share is chosen so that independently from the angle of incidence of sunlight at least one period of Pattern is detected by the optical sensor.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jede Periode des Musters mit einer individuellen Kodierung ausgestattet. Diese Kodierung ermöglicht die eindeutige Zuordnung des durch den optischen Sensor erfassten Anteils des Musters zu einer Position des Anteils im Gesamtmuster und damit die Bestimmung des Einfallswinkels des Sonnenlichts.According to a further advantageous embodiment of the invention, each period of the pattern with equipped with an individual coding. This coding allows the unambiguous assignment of the portion of the pattern detected by the optical sensor to a position of the proportion in the overall pattern and thus the determination of the angle of incidence of the sunlight.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Muster in eine vorgegebene Anzahl von Bereichen unterteilt. Jeder Bereich weist eine individuelle Kodierung auf, durch welche er sich von allen anderen Bereichen unterscheidet. Das Muster kann beispielsweise durch ein Raster in rechteckige Bereiche unterteilt werden. Das in jedem Raster enthaltene Teilmuster ist dabei von den übrigen Rastern verschieden.To a further advantageous embodiment of the invention is Pattern divided into a predetermined number of areas. Everyone The area has an individual coding, by which he himself different from all other areas. The pattern can be, for example be divided into rectangular areas by a grid. The Subpatterns contained in each raster are of the other rasters different.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei dem optischen Sensor um einen CCD-Chip oder ein CMOS-Halbleiterbauelement. Andere optische Sensoren mit mehreren Bildpunkten sind ebenfalls möglich.To a further advantageous embodiment is in the optical sensor around a CCD chip or a CMOS semiconductor device. Other multi-pixel optical sensors are also possible.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Belichtungsmaske eine Folie mit geschwärzten oder farbigen Bereichen. Die Folie besteht beispielsweise aus Kunststoff. Es eignet sich hierfür zum Beispiel ein teilweise belichteter Film. Auf diese Weise lässt sich das Muster der Belichtungsmaske besonders einfach herstellen.To a further advantageous embodiment of the invention is the Exposure mask a foil with blackened or colored areas. The film is for example made of plastic. It is suitable therefor for example, a partially exposed film. That way you can make the pattern of the exposure mask particularly easy.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Belichtungsmaske um eine Flüssigkristallanzeige LCD. Dabei befindet sich eine dünne Schicht flüssiger Kristalle zwischen zwei durchsichtigen leitenden Platten, zum Beispiel Glasplatten, welche mit Elektroden ausgestattet sind. Wird ein elektrisches Feld angelegt, so ändert sich die Orientierung der Kristalle und damit deren optische Eigenschaften. Dies hat Einfluss auf die Transparenz. Das Muster der Belichtungsmaske kann auf diese Weise geändert werden.To a further advantageous embodiment of the invention the exposure mask is a Liquid Crystal Display LCD. there there is a thin one Layer of liquid Crystals between two transparent conductive plates, for example Glass plates, which are equipped with electrodes. Becomes an electrical Field created, so changes the orientation of the crystals and thus their optical properties. This has an impact on transparency. The pattern of the exposure mask can changed that way become.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent description, the drawings and the claims.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:In the drawing is an embodiment of Invention shown. It shows:

1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Sonnenstandes in Seitenansicht, 1 schematic representation of a device for determining the position of the sun in side view,

2 Ausschnitt aus dem Muster der Belichtungsmaske der Vorrichtung gemäß 1 in einer Ansicht von oben, 2 Section of the pattern of the exposure mask of the device according to 1 in a view from above,

3 zweites Ausführungsbeispiel eines Musters der Belichtungsmaske für eine Vorrichtung gemäß 1 in einer Ansicht von oben. 3 second embodiment of a pattern of the exposure mask for a device according to 1 in a view from above.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Bestimmung des Sonnenstandes dargestellt. Ein optischer Sensor 1 mit mehreren Bildpunkten 2 und eine Blende 3 mit einer Belichtungsmaske 4 sind in einem Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand entspricht ungefähr der Hälfte der Breite des optischen Sensors 1. Sensor 1, Blende 3 und Belichtungsmaske können hinsichtlich ihrer Oberfläche rechteckig, insbesondere quadratisch oder rund ausgebildet sein. Bevorzugt sind Sensor, Blende und Belichtungsmaske hinsichtlich ihrer Form aneinander angepasst. Ein Ausschnitt aus dem Muster der Belichtungsmaske 4 ist in einer Ansicht von oben in 2 dargestellt. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Musters für die Belichtungsmaske 4.In 1 is shown the basic structure of a device for determining the position of the sun. An optical sensor 1 with several pixels 2 and a panel 3 with an exposure mask 4 are arranged at a distance from each other. The distance corresponds to approximately half the width of the optical sensor 1 , sensor 1 , Cover 3 and exposure mask can be rectangular in shape, in particular square or round with respect to their surface. Preferably, the sensor, aperture and exposure mask are adapted to each other in terms of their shape. An excerpt from the pattern of the exposure mask 4 is in a view from the top in 2 shown. 3 shows a second embodiment of a pattern for the exposure mask 4 ,

In 1 ist die Richtung des einfallenden Sonnenlichts mit dem Winkel α angegeben. Bei diesen Einfallswinkel wird ein Teil auf der rechten Seite der Belichtungsmaske 4 auf dem optischen Sensor 1 abgebildet und erzeugt dabei ein Schattenmuster auf dem optischen Sensor. Würde das Sonnenlicht unter einem anderen Winkel einfallen, so würde auf dem optischen Sensor 1 ein anderes Schattenmuster erzeugt werden, da ein anderer Bereich des Musters der Belichtungsmaske auf dem Sensor abgebildet werden würde. Das Schattenmuster wird anhand der einzelnen Bildpunkte 2 des optischen Sensors ausgewertet. Diese ermöglichen eine ortsaufgelöste Auswertung.In 1 the direction of the incident sunlight is given by the angle α. At these angles of incidence, a part becomes on the right side of the exposure mask 4 on the optical sensor 1 imaged while creating a shadow pattern on the optical sensor. If the sunlight came in at a different angle, it would be on the optical sensor 1 another shadow pattern may be generated because another area of the pattern of the exposure mask would be imaged on the sensor. The shadow pattern is based on the individual pixels 2 evaluated the optical sensor. These allow a spatially resolved evaluation.

Die Muster gemäß 2 und 3 bestehen aus einem Raster. Jedes dieser Raster unterscheidet sich durch einige Merkmale von dem benachbarten Raster. Damit unterscheidet sich auch das auf dem Sensor abgebildete Schattenmuster eines bestimmten Einfallswinkels von dem Schattenmuster eines anderen Einfallswinkels, da es sich aus verschiedenen Rastern zusammensetzt. Somit ist eine eindeutige Zuordnung zwischen einem Schattenmuster auf dem optischen Sensor 1 und einem Einfallswinkel möglich.The patterns according to 2 and 3 consist of a grid. Each of these rasters differs by some features from the adjacent raster. Thus, the shadow pattern of a certain angle of incidence imaged on the sensor differs from the shadow pattern of another angle of incidence since it is composed of different grids. Thus, there is a clear association between a shadow pattern on the optical sensor 1 and an angle of incidence possible.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All Features of the invention can be both individually essential to the invention also in any combination with one another be.

Claims (16)

Vorrichtung zur Bestimmung des Sonnenstandes mit einem optischen Sensor (1) mit mehreren Bildpunkten (2) zum ortsaufgelösten Nachweis des Sonnenlichtes, mit einer mit Abstand zum Sensor (1) angeordneten Blende (3), mit einer an der Blende (3) angeordneten Belichtungsmaske (4) und mit einem Muster der Belichtungsmaske (4) mit in Abhängigkeit von der Position auf der Belichtungsmaske variabler Transmission, variabler Absorption und/oder variabler Reflexion des Sonnenlichts.Device for determining the position of the sun with an optical sensor ( 1 ) with several pixels ( 2 ) for the spatially resolved detection of Son with a distance from the sensor ( 1 ) arranged aperture ( 3 ), with one at the aperture ( 3 ) exposure mask ( 4 ) and with a pattern of the exposure mask ( 4 ) depending on the position on the exposure mask variable transmission, variable absorption and / or variable reflection of sunlight. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Einrichtung zur Auswertung der durch den Sensor (1) aufgenommenen Daten ausgestattet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a device for evaluation by the sensor ( 1 ) is equipped. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Blende (3) und die durch die Blende (3) begrenzte Fläche der Belichtungsmaske (4) größer als die Fläche des optischen Sensors (1) ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the opening of the diaphragm ( 3 ) and through the aperture ( 3 ) limited area of the exposure mask ( 4 ) larger than the area of the optical sensor ( 1 ). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Blende (3) und die durch die Blende (1) begrenzte Fläche der Belichtungsmaske (4) mindestens doppelt so groß ist wie die Fläche des optischen Sensors (1).Apparatus according to claim 3, characterized in that the opening of the diaphragm ( 3 ) and through the aperture ( 1 ) limited area of the exposure mask ( 4 ) is at least twice as large as the area of the optical sensor ( 1 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) eine 2-dimensionale Maske ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the exposure mask ( 4 ) is a 2-dimensional mask. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) 3-dimensional ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the exposure mask ( 4 ) Is formed 3-dimensionally. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) in entgegengesetzter Richtung des optischen Sensors (1) gewölbt ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the exposure mask ( 4 ) in the opposite direction of the optical sensor ( 1 ) is arched. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) die Form eines Teils einer Kugeloberfläche aufweist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the exposure mask ( 4 ) has the shape of a part of a spherical surface. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster zumindest einen periodischen Anteil aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pattern at least a periodic portion having. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Periode des Musters mit einer individuellen Kodierung ausgestattet ist.Device according to claim 9, characterized in that that each period of the pattern with an individual coding Is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster in eine vorgegebene Anzahl von Bereichen unterteilt ist, und dass jeder Bereich eine individuelle Kodierung aufweist, durch welche er sich von allen anderen Bereichen unterscheidet.Device according to one of claims 1 to 9, characterized that divides the pattern into a predetermined number of areas is, and that each area has an individual coding, by which he differs from all other areas. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (1) ein 2-dimensionaler Sensor ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical sensor ( 1 ) is a 2-dimensional sensor. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Sensor (1) ein CCD-Chip ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that optical sensor ( 1 ) is a CCD chip. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass optische Sensor (1) ein CMOS-Halbleiterbauelement ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that optical sensor ( 1 ) is a CMOS semiconductor device. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) eine Folie ist, die mit durchsichtigen Bereichen und mit schwarzen oder farbigen Bereichen ausgestattet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the exposure mask ( 4 ) is a film which is provided with transparent areas and with black or colored areas. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (4) eine Flüssigkristallanzeige ist.Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the exposure mask ( 4 ) is a liquid crystal display.
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