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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung
mindestens zweier Lichtquellen, eine Verwendung der Schaltungsanordnung
und ein Verfahren zur Steuerung mindestens zweier Lichtquellen.
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In
Beleuchtungsanordnungen können
mehrere Lichtquellen zusammen eingesetzt werden, wie beispielsweise
eine rote und eine weiße
Leuchtdiode, abgekürzt
LED. Auch eine Verwendung dreier Leuchtdioden, einer roten, einer
grünen
und einer blauen Leuchtdiode, für
eine RGB-Beleuchtung ist häufig
anzutreffen. Beispielsweise dienen derartige Beleuchtungsanordnungen
als Rückseitenbeleuchtung
für eine
Flüssigkristallanzeige.
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Zur Überprüfung, ob
eine derartige Beleuchtungsanordnung Licht mit einer vorgegebenen
Wellenlängencharakteristik
abgibt, sehen Beleuchtungsanordnungen üblicherweise mehrere Photodetektoren
vor, die jeweils unterschiedliche Filter aufweisen. So wird das
Licht einer roten LED mittels eines Photodetektors, der mit einer
für ein
rotes Licht durchlässigen
Filterschicht bedeckt ist, gemessen. Für eine grüne und eine blaue LED werden
ebenfalls mit den entsprechenden Filtern bedeckte Photodetektoren vorgesehen.
Dies ermöglicht
einen Weißabgleich.
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Das
Dokument
US 6,498,440
B2 zeigt eine Lampenanordnung zur Abgabe von Licht eines
gewünschten
Farbtones unter Verwendung einer Vielzahl von Lichtquellen, eines
Detektors, sowie eines Prozessors mit Speicher.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und
ein Verfahren zur Steuerung mindestens zweier Lichtquellen bereitzustellen,
die kosteneffizient und flexibel realisiert werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie dem
Verfahren gemäß Patentanspruch
22 gelöst.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der
abhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Schaltungsanordnung zur Steuerung mindestens zweier Lichtquellen
einen Photodetektor, ein Abtastmittel, eine Steuerungseinheit sowie
eine erste und eine zweite Versorgungsquelle. Das Abtastmittel ist
eingangsseitig mit dem Photodetektor und ausgangsseitig mit der Steuerungseinheit
gekoppelt. Die Steuerungseinheit umfasst ein erstes Filter, das
in Switched Capacitor Technik realisiert und zur Ermittlung einer
Differenz zu einem Vorgabewert ausgelegt ist. Die erste und die
zweite Versorgungsquelle sind jeweils an einem Steuereingang mit
einem ersten beziehungsweise zweiten Ausgang der Steuerungseinheit
gekoppelt. An die erste Versorgungsquelle ist eine erste Lichtquelle
und an die zweite Versorgungsquelle eine zweite Lichtquelle ankoppelbar.
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In
Abhängigkeit
des Lichtes der ersten und der zweiten Lichtquelle wird von dem
Photodetektor ein Photodetektorsignal generiert und dem Abtastmittel
bereitgestellt. Das Abtastmittel dient zum wahlweisen Abtasten des
Photodetektorsignals. Ein von dem Abtastmittel bereitgestelltes
Signal wird der Steuerungseinheit zugeführt. In Abhängigkeit von dem der Steuerungseinheit
zugeführten
Signal werden von der Steuerungsein heit Steuerungssignale bereitgestellt,
die den Steuereingängen
der ersten und der zweiten Versorgungsquelle zugeleitet werden.
In Abhängigkeit
der Steuerungssignale versorgt die erste Versorgungsquelle die erste
ankoppelbare Lichtquelle sowie die zweite Versorgungsquelle die zweite
ankoppelbare Lichtquelle jeweils mit elektrischer Energie.
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Mit
Vorteil ist die Schaltungsanordnung kosteneffizient realisierbar,
da die erste und die zweite Lichtquelle aufeinanderfolgend aktiviert
werden und nur dann von dem Abtastmittel ein Signal zur Weiterverarbeitung
bereitgestellt wird, wenn nur eine der beiden Lichtquellen aktiviert
ist. Somit ist zur Ermittlung einer Helligkeit und/oder Farbe, bzw.
Farbtemperatur der Lichtquellen ein einzelner Photodetektor ausreichend.
Der Photodetektor benötigt
mit Vorteil kein Filter. Es ist somit nicht notwendig, bei Verwendung
von Leuchtquellen mit anderen Wellenlängen als den Wellenlängen der
ursprünglich
vorgesehenen Leuchtquellen ein auf dem Photodetektor befindliches
Filter an die geänderten
Wellenlängen
anzupassen. Dies erhöht
die Flexibilität
der Schaltungsanordnung.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Schaltungsanordnung eine dritte
Versorgungsquelle mit einem Ausgang, an den eine dritte Lichtquelle
ankoppelbar ist. Zur Steuerung ist die dritte Versorgungsquelle
mit einem dritten Ausgang der Steuerungseinheit verbunden. Das Licht
der dritten Lichtquelle generiert ebenfalls das Photodetektorsignal,
welches wahlweise abgetastet wird, um das von der dritten Lichtquelle
erzeugte Photodetektorsignal zu ermitteln.
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In
einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung weitere Versorgungsquellen
auf, die jeweils an einem Steuereingang mit einem weiteren Ausgang
der Steuerungseinheit gekoppelt sind und jeweils einen Ausgang aufweisen,
an den jeweils eine weitere Lichtquelle koppelbar ist, deren Licht ebenfalls
zu dem Photodetektorsignal beiträgt.
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Die
Versorgungsquellen können
in einer Ausführungsform
jeweils eine Stromquelle und einen Schalter umfassen, die in Serie
zueinander geschaltet sind.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Schaltungsanordnung eine Ablaufsteuerung, welche mit einem
Steuereingang des Abtastmittels und mit weiteren Steuereingängen der
ersten, der zweiten und weiterer Versorgungsquellen verbunden ist.
Die Ablaufsteuerung stellt ein Steuersignal bereit, das in einer
Einstellphase den Ablauf der Aktivierung und Deaktivierung der Versorgungsquellen
und die Abtastung des Photodetektorstromes steuert, so dass in einer
zeitlichen Abfolge die Helligkeitswerte der Leuchtquellen erfasst
und ausgewertet werden. Das Steuersignal dient einer Synchronisation
der Schalter in den Versorgungsquellen und in dem Abtastmittel. In
einer Weiterbildung ist die Ablaufsteuerung ebenfalls mit der Steuerungseinheit
gekoppelt, sodass das Steuersignal ebenfalls der Steuerungseinheit
zuführbar
ist und in der Steuerungseinheit zur Synchronisation der Abtastung
mit der Weiterverarbeitung der abgetasteten Signale dient.
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Die
Steuerungseinheit und die von ihr bereitgestellten Steuerungssignale
dienen zum Einstellen der Helligkeit der Leuchtquellen mittels Einstellen
eines Parameters der Versorgungsquellen in einer Betriebsphase.
Der Parameter kann eine Stromhöhe, eine
Pulsdauer und/oder ein Tastverhältnis
oder eine Pulsdichte eines Stromes sein, mit der eine Leuchtquelle
von der mit ihr gekoppelten Versorgungsquelle versorgt wird.
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Der
Photodetektor kann ein Photowiderstand, eine Photodiode oder ein
Phototransistor sein. Bevorzugt ist der Photodetektor als Photodiode
ausgebildet.
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Das
Abtastmittel umfasst in einer Ausführungsform eine erste Abtastschaltung,
deren Eingang mit dem Photodetektor und deren Ausgang mit der Steuerungseinheit
gekoppelt ist. In einer Ausführungsform
ist die erste Abtastschaltung in Durchlass geschaltet, wenn genau
eine der drei Lichtquellen aktiviert ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die erste Abtastschaltung der ersten Versorgungsquelle zugeordnet.
Das Abtastmittel umfasst eine zweite Abtastschaltung, die der zweiten
Versorgungsquelle zugeordnet ist, sowie eine dritte Abtastschaltung,
die der dritten Versorgungsquelle zugeordnet ist. In der alternativen
Ausführungsform
wird die erste Abtastschaltung in Durchlass geschaltet, wenn die
erste Lichtquelle aktiviert ist. Die zweite und die dritte Abtastschaltung
werden in Durchlass geschaltet, wenn jeweils die zweite beziehungsweise
die dritte Lichtquelle aktiviert sind. In der alternativen Ausführungsform
kann die Ablaufsteuerung derart ausgelegt sein, dass sie über drei
Busleitungen mit den drei Versorgungsquellen und den drei Abtastschaltungen
verbunden ist. Mittels der ersten Busleitung kann somit die erste
Versorgungsquelle aktiviert werden und die erste Abtastschaltung
in Durchlass geschaltet sein. Über
die zweite und die dritte Busleitung können die zweite Versorgungsquelle
zusammen mit der zweiten Abtastschaltung beziehungsweise die dritte
Versorgungsquelle zusammen mit der dritten Abtastschaltung aktiviert
werden.
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In
einer Weiterbildung ist eine Zeitdauer, während der eine der Abtastschaltungen
in Durchlass geschaltet ist, kleiner als eine Zeitdauer, während der
die entsprechende Versorgungsquelle aktiviert ist.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Steuerungseinheit einen Speicher, der zum Speichern
eines abgetasteten Wertes des Photodetektorstroms für jede Versorgungsquelle
oder eines da von abgeleiteten Wertes ausgelegt ist. Alternativ kann
der Speicher auch dazu ausgelegt sein, einen Wert für jede Versorgungsquelle
abzuspeichern, der mittels der Steuerungseinheit aus dem jeweiligen
Messwert des Photodetektorstroms und einem Sollwert ermittelt wird.
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Die
Steuerungseinheit kann einen analogen Schaltkreis umfassen. In einer
Weiterbildung kann die Steuerungseinheit alternativ oder zusätzlich einen
digitalen Schaltkreis umfassen. In einer Ausführungsform kann die Steuerungseinheit
zusätzlich auch
einen Mikrocontroller umfassen.
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In
einer Ausführungsform
nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst eine Beleuchtungsanordnung
die Schaltungsanordnung sowie die erste und die zweite Lichtquelle.
Die erste Lichtquelle ist mit der ersten Versorgungsquelle und die
zweite Lichtquelle mit der zweiten Versorgungsquelle verbunden.
Eine derartige Beleuchtungsanordnung kann in einer Lampe, deren
Helligkeit und deren Wellenlängencharakteristik
gesteuert wird, eingesetzt werden. Die Beleuchtungsanordnung kann
die dritte Lichtquelle, die mit der dritten Versorgungsquelle verbunden
ist, umfassen. Die Steuerung der Versorgungsquellen kann zum Weißabgleich
der Beleuchtungsanordnung verwendet werden. Eine derartige Beleuchtungsanordnung
ist mit Vorteil als Hintergrundbeleuchtung für eine Anzeige, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige,
verwendbar.
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Erfindungsgemäß sieht
ein Verfahren zum Einstellen mindestens zweier Lichtquellen folgende Schritte
vor: Eine erste und eine zweite Lichtquelle werden aufeinanderfolgend
aktiviert. Ein Photodetektorstrom, der einer der jeweiligen Lichtquellen
zuordenbar ist, wird gemessen und abgetastet. Anschließend wird
der Photodetektorstrom gefiltert mittels der Schritte Erfassen des
Lichtsignals, Abtasten des Photodetektorstromes, Filtern und Vergleichen
mit einem Vorgabewert. Dabei wird die Ermittlung einer Differenz
zu dem Vorgabewert mittels einer Switched Capacitor Technik durchgeführt. Eine
erste und eine zweite Versorgungsquelle, die zur Bereitstellung elekt rischer
Energie für
die erste beziehungsweise zweite Lichtquelle vorgesehen sind, werden
in Abhängigkeit
von den abgetasteten Werten des Photodetektorstroms gesteuert.
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Mit
Vorteil kann aufgrund des wahlweisen Aktivierens der Lichtquellen
und jeweils zugeordneten Abtastens die Messung mit einem einzelnen
Photodetektor erfolgen.
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In
einer Ausführungsform
erfolgt das Aktivieren der Lichtquellen und das Abtasten und Messen
in einer Einstellphase. Ein Steuern der Versorgungsquellen wird
in einer Betriebsphase durchgeführt.
Die Einstellphase kann zu Beginn der Benutzung der Beleuchtungsanordnung
erfolgen. Nach Abschluss der Einstellphase folgt die Betriebsphase.
Nach einer vorgebbaren Zeitdauer kann von der Betriebsphase wieder
in die Einstellphase geschaltet werden. Mit Vorteil können somit
mittels der Einstellphasen auch Änderungen,
die in der Beleuchtungsanordnung aufgrund von einer Temperatur-
oder Bauelementedrift erfolgen, kompensiert werden.
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Eine
Helligkeit einer der Lichtquellen kann durch Einstellung des von
der jeweiligen Versorgungsquelle an die Lichtquelle abgegebenen
Stroms gesteuert werden. Alternativ kann die für einen Betrachter erkennbare
Helligkeit einer der Lichtquellen mittels Pulsweitenmodulation oder
Pulsdichtenmodulation des Stroms, der von der jeweiligen Versorgungsquelle
der Lichtquelle bereitgestellt wird, gesteuert werden. Somit lässt sich
eine Farbcharakteristik der Beleuchtungsanordnung über eine
Stromhöhe
und/oder ein Tastverhältnis,
mit der die jeweiligen Lichtquellen mit elektrischer Energie versorgt werden,
eingestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche
Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in
ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder
der folgenden Figuren wiederholt.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2A bis 2D zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Abtastmittels und eines Filters,
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3A und 3B zeigen
weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
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4A und 4B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Abtastmittels.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die
Beleuchtungsanordnung umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte
Lichtquelle 10, 12, 14 sowie einen Photodetektor 2,
welcher derart in der Beleuchtungsanordnung angeordnet ist, dass
Licht von jeder der drei Lichtquellen 10, 12, 14 vom
Photodetektor 2 erfasst werden kann. Der Photodetektor 2 ist
als Photodiode ausgebildet und an einem ersten Anschluss mit dem
Bezugspotenzialanschluss 8 und an einem zweiten Anschluss
mit einer Versorgungsschaltung 3 verbunden. An einem Knoten
zwischen dem Photodetektor 2 und der Versorgungsschaltung 3 ist
ein Eingang eines optionalen Vorverstärkers 4 angeschlos sen.
An einen Ausgang des Vorverstärkers 4 ist
ein Abtastmittel 6 angeschlossen, dem eine Steuerungseinheit 5 nachgeschaltet
ist. Das Abtastmittel 6 umfasst eine erste, eine zweite
und eine dritte Abtastschaltung 60, 61, 62,
die eingangsseitig mit dem optionalen Vorverstärker 4 verbunden sind.
Die Steuerungseinheit 5 umfasst ein erstes Filter 30,
das eingangsseitig mit einem Ausgang der ersten Abtastschaltung 60 verbunden
ist, sowie ein zweites und ein drittes Filter 31, 32, die
jeweils eingangsseitig mit einem Ausgang der zweiten und der dritten
Abtastschaltung 61, 62 verbunden sind. Ausgangsseitig
sind die drei Filter 30, 31, 32 mit einer
Auswerteschaltung 33 gekoppelt, die einen Speicher 34 umfasst.
Die Steuerungseinheit 5 weist darüber hinaus einen Sollwertgeber 54 auf,
der mit der Auswerteschaltung 33 verbunden ist.
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Die
Beleuchtungsanordnung umfasst weiterhin eine erste Versorgungsquelle 7,
die an einem Ausgang mit der ersten Lichtquelle 10 verbunden
ist. Die erste Versorgungsquelle 7 weist einen Schalter 81 und
eine Stromquelle 82 auf. Die erste Versorgungsquelle 7 und
die erste Lichtquelle 10 bilden eine Serienschaltung, die
zwischen einen Versorgungsspannungsanschluss 9 und den
Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet ist. Ebenso umfasst
die Beleuchtungsanordnung eine zweite Versorgungsquelle 11 und
eine dritte Versorgungsquelle 13, die jeweils an einem
Ausgang mit der zweiten Lichtquelle 12 beziehungsweise
der dritten Lichtquelle 14 verbunden sind. Die zweite Versorgungsquelle 11 weist einen
Schalter 83 und eine Stromquelle 84 auf. Entsprechend
weist die dritte Versorgungsquelle 13 einen Schalter 85 und
eine Stromquelle 86 auf. Die Auswerteschaltung 33 und
damit die Steuerungseinheit 5 sind ausgangsseitig über eine
Busleitung mit einem Steueranschluss der Stromquelle 82 der
ersten Versorgungsquelle 7, einem Steueranschluss der Stromquelle 84 der
zweiten Versorgungsquelle 11 und einem Steueranschluss
der Stromquelle 86 der dritten Versorgungsquelle 13 verbunden.
Die Beleuchtungsanordnung weist darüber hinaus eine Ablaufsteuerung 16 auf,
die ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Schalters 81 der
ersten Versorgungsquelle 7, einem Steueranschluss des Schalters 83 der
zweiten Versorgungsquelle 11 und einem Steueranschluss
der Schalters 85 der dritten Versorgungsquelle 13 und
den drei Abtastschaltungen 60, 61, 62 des
Abtastmittels 6 verbunden ist.
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Die
Beleuchtungsanordnung dient zur Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige 15. Die
Flüssigkristallanzeige 15 kann
Dünnfilmtransistoren,
abgekürzt
TFT, aufweisen.
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Die
Ablaufsteuerung 16 stellt in einer ersten Einstellphase
ausgangsseitig ein Steuersignal sync bereit, das der ersten Versorgungsquelle 7 sowie
der ersten Abtastschaltung 60 zugeleitet wird. Aufgrund dieses
Steuersignals sync wird die erste Versorgungsquelle 7 und
damit die erste Lichtquelle 10 aktiviert. Das Licht der
ersten Lichtquelle 10 fällt
auf den Photodetektor 2, sodass an dem Knoten zwischen dem
Photodetektor 2 und der Versorgungsschaltung 4 ein
Photodetektorsignal lin1 anliegt. Das Photodetektorsignal lin1 wird
mittels des optionalen Vorverstärkers 4 verstärkt, sodass
an dem Ausgang des Vorverstärkers 4 ein
Photodetektorsignal lin2 bereitsteht. Das Photodetektorsignal lin2
wird der ersten, der zweiten und der dritten Abtastschaltung 60, 61, 62 eingangsseitig
zugeführt.
Mittels des Steuersignals sync ist die erste Abtastschaltung 60 in
Durchlass geschaltet, sodass das Photodetektorsignal lin2 dem ersten
Filter 30 zugeleitet wird. Ein ausgangsseitig an dem ersten
Filter 30 ausgangsseitig abgreifbares Signal wird der Auswerteschaltung 33 zuge führt, in
der es mit einem ersten Vorgabewert für die erste Lichtquelle 10 verglichen
wird. Der erste Vorgabewert wird der Auswerteschaltung 33 von
dem Sollwertgeber 54 zur Verfügung gestellt. Ein in Abhängigkeit
des an dem ersten Filter 30 abgreifbaren Signals und des
ersten Vorgabewertes ermittelter Wert wird in dem Speicher 34 abgelegt.
In einer zweiten Einstellphase werden mittels des Steuersignals
sync die erste Versorgungsquelle 7 und die erste Abtastschaltung 60 deaktiviert
und die zweite Versorgungsquelle 11 und damit die zweite
Lichtquelle 12 sowie die zweite Abtastschaltung 61 aktiviert.
Ein von der zweiten Lichtquelle 12 erzeugtes und auf der
Photodiode 2 auftreffendes Licht führt zu einem Photodetektorsignal
lin1 und einem mittels des Vorverstärkers 4 verstärkten Photodetektorsignal
lin2. Die zweite Abtastschaltung 61 ist in Durchlass geschaltet,
sodass das Photodetektorsignal lin2 über das zweite Filter 31 der Auswerteschaltung 33 zugeleitet
werden kann. Das gefilterte Signal wird mit einem Sollwert verglichen und
ein aus dem Vergleich ermitteltes abgeleitetes Signal wird in dem
Speicher 34 abgelegt. In entsprechender Weise ist in einer
dritten Einstellphase mittels des Steuersignals sync die dritte
Versorgungsquelle 13 und damit die dritte Lichtquelle 14 sowie
die dritte Abtastschaltung 62 aktiviert. Das von der dritten Lichtquelle 14 erzeugte
Licht fällt
auf den Photodetektor 2 und bewirkt das mittels des Vorverstärkers 4 verstärkte Photodetektorsignal
lin2, das über
die dritte Abtastschaltung 62 dem dritten Filter 32 zugeleitet wird.
In Abhängigkeit
von einem Wert am Ausgang des dritten Filters 32 und einem
von dem Sollwertgeber 54 zur Verfügung gestellten Sollwert wird
ein Wert gebildet, der in dem Speicher 34 abgelegt wird.
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In
einer Betriebsphase werden von der Steuerungseinheit 5 Steuerungssignale über eine
Busleitung den Steuereingängen der
Stromquellen 82, 84, 86 der ersten, der
zweiten beziehungsweise der dritten Versorgungsquelle 7, 11, 13 zugeleitet.
Die Steuerungssignale können
in Abhängigkeit
der in dem Speicher 34 abgelegten Werte gebildet werden.
Somit werden aufgrund des wahlweisen Abtastens der drei Lichtquellen
drei Werte des Photodetektorsignals erzeugt, die nach einer Filterung
der Auswerteschaltung 33 bereitgestellt werden, sodass
in der folgenden Betriebsphase in Abhängigkeit der gespeicherten
Werte Einstellparameter den drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 zugeleitet
werden können. Damit
wird mit Vorteil erzielt, dass das von den drei Lichtquellen 10, 12, 14 abgegebene
Licht den Vorgabewerten entspricht.
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In
einer alternativen Ausführungsform
können
der Vorverstärker 4 und
die Versorgungsschaltung 3 weggelassen werden, wobei der
Photodetektor 2 direkt zwischen den Bezugspotenzialanschluss 8 und
den Eingang des Abtastmittels 6 geschaltet ist.
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2A bis 2D zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
einer Abtastschaltung und eines Filters, wie sie in der 1 als
erste Abtastschaltung 60 und als erstes Filter 30,
als zweite Abtastschaltung 61 und als zweites Filter 31 sowie
als dritte Abtastschaltung 62 und drittes Filter 32 eingesetzt
werden können.
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2A zeigt
eine Abtastschaltung 60, die als Abtast-Halte-Schaltung ausgeführt ist
und einen Schalter 63 umfasst. Das Filter 30 ist
als Tiefpass ausgebildet und umfasst ein RC-Glied mit einem Widerstand 64 und
einem Kondensator 65.
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2B zeigt
eine Abtastschaltung, die einen Schalter 63 aufweist, und
ein Filter, das mittels eines Integrators 35 realisiert
ist. Der Integrator 35 umfasst einen Verstärker 36,
einen Kondensator 37 und einen Schalter 38. Ein
erster Eingang des Verstärkers 36 ist mit
dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Ein zweiter Eingang
des Verstärkers 36 ist
mit dem Schalter 63 sowie über eine Parallelschaltung,
welche den Kondensator 37 und den Schalter 38 umfasst,
mit einem Ausgang des Verstärkers 36 verbunden.
Der Ausgang des Verstärkers 36 bildet
den Ausgang des Integrators 35, welcher mit der in 2B nicht
gezeigten Auswerteschaltung 33 gekoppelt ist.
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Durch
Schließen
des Schalters 38 wird der Kondensator 37 entladen
und der Integrator 35 somit zurückgesetzt. Wird der Schalter 63 mittels
des Steuersignals sync von einem offenen in einen geschlossenen
Zustand geschaltet, so wird der Kondensator 37 von dem
Photodetektorstrom lin2 aufgeladen. Eine Spannung an dem Ausgang
des Integrators 35 ist somit proportional zu der Höhe des Photodetektorstroms
lin2 und der einstellbaren Dauer, während der der Schalter 63 geschlossen
ist. Die Spannung wird von der Auswerteschaltung 33 weiterverarbeitet.
Alternativ kann auch der Schalter 63 mehrfach für die vorgegebene
Zeit geschlossen werden, sodass die Spannung am Ausgang des Integrators 35 einen
integrierten Mittelwert des Photodetektorstroms lin2 repräsentiert.
Der Schalter wird von dem Steuersignal sync, das von der Ablaufsteuerung 14 bereitgestellt wird,
gesteuert. Mittels des Steuersignals sync kann eingestellt werden,
wie viele Male und für
welche Zeitdauer der Schalter 63 geschlossen wird.
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2C zeigt
eine Abtastschaltung, welche einen Schalter 63 umfasst,
und ein Filter, das einen Integrator 35' aufweist. Der Integrator 35' umfasst den
Verstärker 36,
den Kondensator 37 und einen weiteren Kondensator 41 sowie
zwei Umschalter 39 und 40'. Der Integrator 35' ist als Switched
Capacitor Schaltung ausgebildet. Ein Eingang des Integrators 35' ist mit dem
Ausgang des Schalters 63 und dem zweiten Eingang des Verstärkers 36 verbunden.
Der erste Eingang des Verstärkers 36 ist
mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Die beiden Umschalter 39 und 40 sind
in Serie mit dem weiteren Kondensator 41 geschaltet, wobei
der weitere Kondensator 41 zwischen dem Umschalter 39 und
dem Umschalter 40 angeordnet ist. Diese Serienschaltung
ist parallel zu dem Kondensator 37 geschaltet. Diese Parallelschaltung
verbindet den zweiten Eingang des Verstärkers 36 mit dem Ausgang
des Verstärkers 36,
der gleichzeitig den Ausgang des Integrators 35' bildet, welcher
mit der Auswerteschaltung 33 verbunden ist. Die Serienschaltung,
umfassend den weiteren Kondensator 41 und die beiden Umschalter 39, 40, übernimmt
die Funktion eines Widerstandes. Der Umschalter 39 schaltet
eine Elektrode des Kondensators 41 zwischen den zweiten
Eingang des Verstärkers 36 und
den Bezugspotenzialanschluss 8 und der Umschalter 40 schaltet
eine weitere Elektrode des Kondensators 41 zwischen den Ausgang
des Verstärkers 36 beziehungsweise
den Bezugspotenzialanschluss 8. Dabei ist immer nur einer
der beiden Elektroden des Kondensators 41 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Über die
Frequenz der Umschaltung kann der Widerstandswert eingestellt werden.
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2D zeigt
eine Abtastschaltung, welche den Schalter 63 umfasst, und
ein Filter, das den Integrator 35' umfasst. Der Integrator 35' wiederum umfasst
den Verstärker 36,
den Kondensator 37, den Schalter 38, den weiteren
Kondensator 41, die Umschalter 39, 40 und
eine Spannungsquelle 42. Der Kondensator 37 und
ebenso der Schalter 38 sind zwischen den zweiten Eingang
des Verstärkers 36 und den
Ausgang des Verstärkers 36 geschaltet.
Der Ausgang des Verstärkers 36 bildet den
Ausgang des Integrators 35''. Der erste
Eingang des Verstärkers 36 ist
mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Der zweite
Eingang des Verstärkers 36 ist über eine
Serienschaltung, umfassend den Umschalter 39, den weiteren
Kondensator 38 und den Umschalter 40, mit der
Spannungsquelle 42 verbunden. Die Umschalter 39, 40 schalten
jeweils eine Elektrode des weiteren Kondensators 41 mit
der Spannungsquelle 42 beziehungsweise dem zweiten Eingang des
Verstärkers 36 und
mit dem Bezugspotenzialanschluss 8.
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Die
Spannungsquelle 42 stellt ein Einstellwert Vset zur Verfügung, der
einen Vorgabewert für die
dazugehörige
Lichtquelle repräsentiert.
Der Integrator 35'' ermöglicht somit,
dass der Einstellwert von dem Photodetektorstrom lin2 abgezogen
wird. Am Ausgang des Integrators 35'' steht
somit bereits ein vorverarbeitetes Signal zur Verfügung.
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3A zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Beleuchtungsanordnung. Im Unterschied zu der Beleuchtungsanordnung
in 1 umfasst die Beleuchtungsanordnung in 3A einen
Frequenzmultiplizierer 55, der zwischen der Ablaufsteuerung 16 und
dem Abtastmittel 6 geschaltet ist. Das Abtastmittel 6 weist
die erste Abtastschaltung 60 auf, welche den Schalter 63 umfasst.
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Die
Steuerungseinheit 5 umfasst gemäß 3A einen
Integrator 35'', der zur seriellen
Verarbeitung mehrerer Eingangssignale ausgelegt ist. Der Integrator 35''' weist
den Verstärker 36 auf,
der an dem ersten Eingang mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 und
an dem zweiten Eingang mit dem Ausgang des Schalters 63 verbunden
ist. Der Rückkopplungszweig
des Verstärkers 36 umfasst
drei Parallelschaltungen. Eine erste Parallelschaltung weist den Kondensator 37 und
den Schalter 38 auf, eine zweite Parallelschaltung weist
einen Kondensator 44 und einen Schalter 45 auf,
eine dritte Parallelschaltung weist einen Kondensator 46 und
einen Schalter 47 auf. Ein Anschluss der drei Parallelschaltungen
ist jeweils mit dem zweiten Eingang des Verstärkers 36 verbunden.
Jeweils ein weiterer Anschluss der drei Parallelschaltungen ist über einen
Umschalter 43 mit dem Ausgang des Verstärkers 36 und damit
dem Ausgang des Integrators 35''' gekoppelt.
Ist die erste Versorgungsquelle 7 und damit die erste Lichtquelle 10 aktiviert,
so empfängt
der Photodetektor 2 ein Lichtsignal und stellt den Photodetektorstrom
lin2 bereit. Dieser wird beispielsweise mittels des Schalters 6 mit
der doppelter Frequenz des Steuersignals sync 3 abgetastet. Während der
Abtastung mittels des Schalters 63 ist der Schalter 38 in
einem offenen Zustand und verbindet der Umschalter 43 den
Ausgang des Verstärkers 36 mit
der Parallelschaltung, umfassend den Kondensator 37 und
den Schalter 38. In Abhängigkeit
des Lichtsignals, das die erste Lichtquelle 10 bereitstellt,
wird somit der Kondensator 37 im Integrator 35''' aufgeladen.
Dieser Wert wird der Auswerteeinrichtung 33 zugeführt.
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Die
Auswerteeinheit 33' ist
an einem Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 36 und an einem
weiteren Eingang mit der Ablaufsteuerung 16 verbunden.
Abwechselnd werden nun die drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 aktiviert
und die drei Kondensatoren 37, 44, 46 geladen.
Die Spannung an den drei Kondensatoren 37, 44, 46 wird
somit zeitversetzt der Auswerteschaltung 33' zugeführt und von dieser mit Sollwerten,
die von dem Sollwertgeber 54 bereitgestellt werden, verglichen.
In Abhängigkeit
der Vergleichsergebnisse werden die drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 in
der folgenden Betriebsphase gesteuert.
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Mit
Vorteil ist somit ein einzelner Verstärker 36 ausreichend
zur Integration des Photodetektorstromes lin2 mit drei verschiedenen
Werten, die in Abhängigkeit
von den drei Lichtquellen 10, 12, 14 auftreten.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann der Schalter 38 im Integrator 35''' durch
den Kondensator 41 und die beiden Umschalter 39, 40 ersetzt werden,
wie es rechts oben in 3A und ebenfalls in 2C gezeigt
ist. Ebenfalls können
die beiden Schalter 45, 47 durch zwei weitere
Serienschaltungen, die jeweils zwei Umschalter und einen Kondensator
umfassen, ersetzt werden.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der Beleuchtungsanordnung 3 gemäß 3A umfasst
die Beleuchtungsanordnung den auf der rechten Seite der 3A gezeigten,
mit einer gestrichelten Linie umrahmten Block, welcher die drei
Kondensatoren 48, 49, 50, die Auswerteschaltung 33'', den Sollwertgeber sowie den Umschalter 51 umfasst. Gemäß der alternativen
Ausführungsform
wird der Ausgang des Integrators 35''' über den
Umschalter 51 mit jeweils einem der Kondensatoren 48, 49, 50 verbunden.
Da ein Steuereingang des Umschalters 51 mit der Ablaufsteuerung 16 gekoppelt
ist, erfolgt ein phasenrichtiges Schalten des Umschalters 51, sodass
am Kondensator 48 ein Signal anliegt, welches den Wert
des Photodetektorstroms lin2 repräsentiert, der von der ersten
Lichtquelle 10 hervorgerufen wird. Dies wird entsprechend
für die
zweite und dritte Lichtquelle 12, 14 und die weiteren
Kondensatoren 49, 50 durchgeführt. Am Eingang der Steuerungseinheit 33'' liegen somit drei Signale parallel
an, welche die drei Werte des in Abhängigkeit von den drei Lichtquellen
erzeugten Photodetektorstromes lin2 repräsentiert. In dieser alternativen
Ausführungsform
kann die Steuerungseinheit 33' entfallen.
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3B zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Beleuchtungsanordnung, welche eine Weiterbildung der Beleuchtungsanordnung
gemäß 3A und 2D darstellt.
Auch in 3B umfasst das Abtastmittel
den Schalter 63, der über den
Frequenzmultiplizierer 55 mit der Ablaufsteuerung 16 verbunden
ist. Das Filter 35'''' ist
in Switched Capacitor Technik realisiert und weist den Verstärker 36 auf.
Der Rückkopplungszweig
des Verstärkers 36 verbindet
den zweiten Eingang des Verstärkers 36 mit
dem Ausgang des Verstärkers 36 und
umfasst die Kondensatoren 37, 44 und 46,
die wahlweise über den
Umschalter 43 mit dem Ausgang des Verstärkers 36 verbunden
werden können.
Der zweite Eingang des Verstärkers 36 ist über eine
Serienschaltung, umfassend den weiteren Kondensator 41 und
die beiden Umschalter 39, 40 und einen weiteren
Umschalter 51, mit der Spannungsquelle 42, einer
weiteren Spannungsquelle 52 und einer zusätzlichen
Spannungsquelle 53 verbunden. Die drei Spannungsquellen 42, 52, 53 repräsentieren
Vorgabewerte für
die erste, die zweite beziehungsweise die dritte Lichtquelle 10, 12, 14.
Somit kann mit Vorteil mittels der Switched Capacitor Technik sowohl
die Integration des Photodetektorstrom lin2 als auch die Ermittlung einer
Differenz zu einem Vorgabewert kosteneffizient realisiert werden.
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4A und 4B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Abtastmittels, wie sie als erste, zweite und dritte Abtastschaltung 60, 61, 63 in den 1, 2A bis 2D, 3A und 3B eingesetzt
werden können.
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4A zeigt
ein Abtastmittel, das einen Schalter 63 umfasst. Der Schalter 63 ist
als Feldeffekttransistor 70, insbesondere als n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter
Feldeffekttransistor, abgekürzt n-Kanal
MOS-Feldeffekttransistor, ausgebil det. Alternativ kann der Feldeffekttransistor 70 als
p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor mit invertiertem Schaltsignal ausgebildet
sein.
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4B zeigt
ein Abtastmittel, das einen Schalter 63 umfasst, welcher
als Transmission Gate 71 realisiert ist. Das Transmission
Gate 71 umfasst einen n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 72,
einen p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 73 und einen Inverter 74.
Ein Steueranschluss des Abtastmittels ist mit einem Steueranschluss
des n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 72 und über den
Inverter 74 mit einem Steueranschluss des p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 73 verbunden.
Ein erster Anschluss des n-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 72 ist
mit einem ersten Anschluss des p-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 73 verbunden.
Ebenso ist ein zweiter Anschluss des n-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 72 mit
einem zweiten Anschluss des p-Kanal
MOS-Feldeffekttransistors 73 verbunden. Mittels des Transmission
Gate 71 lassen sich Schalter mit besonders niedrigen Durchlasswiderständen realisieren.
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- 2
- Photodetektor
- 3
- Versorgungsschaltung
- 4
- Vorverstärker
- 5
- Steuerungseinheit
- 6
- Abtastmittel
- 7
- erste
Versorgungsquelle
- 8
- Bezugspotenzialanschluss
- 9
- Versorgungsspannungsanschluss
- 10
- erste
Lichtquelle
- 11
- zweite
Versorgungsquelle
- 12
- zweite
Lichtquelle
- 13
- dritte
Versorgungsquelle
- 14
- dritte
Lichtquelle
- 15
- Flüssigkristallanzeige
- 16
- Ablaufsteuerung
- 30
- erstes
Filter
- 31
- zweites
Filter
- 32
- drittes
Filter
- 33,
33', 33'', 33'''
- Auswerteschaltung
- 34
- Speicher
- 35,
35', 35'', 35''', 35''''
- Integrator
- 36
- Verstärker
- 37
- Kondensator
- 38
- Schalter
- 39,
40
- Umschalter
- 41
- Kondensator
- 42
- Spannungsquelle
- 43
- Umschalter
- 44
- Kondensator
- 45
- Schalter
- 46
- Kondensator
- 47
- Schalter
- 48,
49, 50
- Kondensator
- 51
- Umschalter
- 52,
53
- Spannungsquelle
- 54
- Sollwertgeber
- 55
- Frequenzmultiplizierer
- 60
- erste
Abtastschaltung
- 61
- zweite
Abtastschaltung
- 62
- dritte
Abtastschaltung
- 63
- Schalter
- 64
- Widerstand
- 65
- Kondensator
- 66,
67
- Puffer
- 70
- Feldeffekttransistor
- 71
- Transmission
Gate
- 72
- n-Kanal
MOS-Feldeffekttransistor
- 73
- p-Kanal
MOS-Feldeffekttransistor
- 74
- Inverter
- 81,
83, 85
- Schalter
- 82,
84, 86
- Stromquelle
- B
- blau
- G
- grün
- lin1,
lin2
- Photodetektorstrom
- R
- rot
- sync
- Steuersignal
- Vset
- Einstellwert
- W
- weiß