DE102010003055B4

DE102010003055B4 - Sensor for determining a type of dominant light source and measuring method

Info

Publication number: DE102010003055B4
Application number: DE102010003055.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Müller
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2030-03-20
Also published as: DE102010003055A1

Abstract

Einheit (1) zur Bestimmung einer Art einer dominierenden Lichtquelle in einer auf die Einheit (1) einfallenden elektromagnetischen Strahlung (2), die von einer Vielzahl von Lichtquellen verschiedener Art erzeugt wird,- mit mindestens einer ersten Fotodiode (10), ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu detektieren und ein erstes Ausgangssignal (11) zu erzeugen;- mit mindestens einer zweiten Fotodiode (20), ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich zu detektieren und ein zweites Ausgangssignal (21) zu erzeugen;- mit mindestens einer Berechnungseinheit (30), ausgebildet, um ein Quotientenergebnis (23)und ein Frequenzergebnis (13) aus dem ersten (11) und dem zweiten (21) Ausgangssignal abzuleiten, wobei das Frequenzergebnis (13) Informationen über ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein von in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Signalanteilen in einem vorgegebenen Frequenzbereich angibt und- mit mindestens einer Auswerteeinheit (40), ausgebildet, um aus dem Quotientenergebnis (23) und dem Frequenzergebnis (13) die Art der dominierenden Lichtquelle abzuleiten.Unit (1) for determining a type of dominant light source in an electromagnetic radiation (2) incident on the unit (1), which is generated by a plurality of light sources of different types, - with at least one first photodiode (10), designed to to detect electromagnetic radiation in the visible spectral range and to generate a first output signal (11); - with at least one second photodiode (20), designed to detect electromagnetic radiation in the infrared spectral range and to generate a second output signal (21); - with at least a calculation unit (30) designed to derive a quotient result (23) and a frequency result (13) from the first (11) and the second (21) output signal, the frequency result (13) providing information about the presence or absence of in indicates the signal components contained in the electromagnetic radiation in a predetermined frequency range and with at least ens an evaluation unit (40) designed to derive the type of dominant light source from the quotient result (23) and the frequency result (13).

Description

Sensor zur Bestimmung einer Art einer dominierenden Lichtquelle und MessverfahrenSensor for determining a type of dominant light source and measuring method

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung der Art der dominierenden Lichtquelle aus einer Vielzahl von Lichtquellen verschiedener Art. Darüber hinaus ist ein Messverfahren angegeben.The present invention relates to a sensor for determining the type of dominant light source from a multiplicity of light sources of different types. In addition, a measuring method is specified.

Aus dem Stand der Technik sind Sensoren, insbesondere Farbsensoren, bekannt, die eine vollständige spektrale Analyse durchführen. So zeigt die DE 10 2008 016 167 A1 einen Farbsensor mit Infrarotkorrektur, der ein erstes Ausgabesignal erzeugt, das eine Intensität von Licht anzeigt, das aus einer vorgegebenen Richtung in einem ersten Wellenlängenband empfangen wird. Der Lichtsensor enthält ein Substrat, das einen ersten und einen zweiten Fotodetektor, eine erste Filterschicht und eine Steuereinheit aufweist. Die Fotodetektoren reagieren auf Licht im infraroten Bereich des optischen Spektrums sowie auf Licht in dem ersten Wellenlängenband und erzeugen ein erstes und ein zweites Fotodetektorsignal.Sensors, in particular color sensors, are known from the prior art, which carry out a complete spectral analysis. So shows the DE 10 2008 016 167 A1 an infrared corrected color sensor that generates a first output signal indicative of an intensity of light received from a predetermined direction in a first band of wavelengths. The light sensor includes a substrate having first and second photodetectors, a first filter layer, and a control unit. The photodetectors respond to light in the infrared region of the optical spectrum and to light in the first wavelength band and generate a first and a second photodetector signal.

Die DE 10 2008 051 907 A1 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung und zum Nachweis biokonformen Kunstlichts in Personen-Aufenthaltsbereichen, insbesondere in Gebäuderäumen, unter Verwendung einer elektrischen Wechselspannungs-Versorgungsquelle zur Energieversorgung wenigstens eines Leuchtmittels einer Beleuchtungsanlage. Zum Nachweis der Biokonformität des so erzeugten Kunstlichts ist ein Detektiergerät vorgesehen mit einer Photozelle, deren elektrisches Ausgangssignal auf die Abwesenheit und/oder Unterschreitung von Minimalschwellwerten von Photonenrauschpegeln analysiert wird.the DE 10 2008 051 907 A1 shows a method for generating and detecting biocompliant artificial light in areas where people are staying, in particular in building rooms, using an electrical alternating voltage supply source for supplying energy to at least one light source of a lighting system. To prove the bioconformity of the artificial light generated in this way, a detection device is provided with a photocell, the electrical output signal of which is analyzed for the absence and / or undershooting of minimum threshold values for photon noise levels.

Weitere Sensoren sind aus der DE 692 01 104 T2 und der EP 2 284 496 A1 bekanntOther sensors are from the DE 692 01 104 T2 and the EP 2 284 496 A1 famous

Es ist dabei problematisch, dass diese Sensoren aufwendig und damit teuer in der Herstellung sind.The problem here is that these sensors are complex and therefore expensive to manufacture.

Dieses Problem wird durch eine Einheit und ein Messverfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 bzw. 15 gelöst.This problem is solved by a unit and a measuring method according to independent claims 1 and 15, respectively.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Einheit sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further developments and advantageous configurations of the unit are given in the dependent claims.

Beispielhafte AusführungsformenExemplary embodiments

Verschiedene Ausführungsformen weisen eine Einheit zur Bestimmung der Art der dominierenden Lichtquelle in einer auf die Einheit einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf. Die elektromagnetische Strahlung wird aus einer Vielzahl von Lichtquellen verschiedener Art erzeugt. Die Einheit weist mindestens einen ersten Fotodetektor auf, ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu detektieren und ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Einheit weist mindestens einen zweiten Fotodetektor auf, ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich zu detektieren und ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen. Die Einheit weist mindestens eine Berechnungseinheit auf, ausgebildet, um ein Quotientenergebnis und ein Frequenzergebnis aus dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal abzuleiten. Das Frequenzergebnis gibt Informationen über das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Signalanteilen in einem vorgegebenen Frequenzbereich an. Die Einheit weist eine Auswerteeinheit auf, ausgebildet, um aus dem Quotientenergebnis und dem Frequenzergebnis die Art der dominierenden Lichtquelle abzuleiten.Various embodiments have a unit for determining the type of dominant light source in an electromagnetic radiation incident on the unit. The electromagnetic radiation is generated from a large number of light sources of various types. The unit has at least one first photodetector designed to detect electromagnetic radiation in the visible spectral range and to generate a first output signal. The unit has at least one second photodetector designed to detect electromagnetic radiation in the infrared spectral range and to generate a second output signal. The unit has at least one calculation unit designed to derive a quotient result and a frequency result from the first and the second output signal. The frequency result indicates information about the presence or absence of signal components contained in the electromagnetic radiation in a predetermined frequency range. The unit has an evaluation unit designed to derive the type of dominant light source from the quotient result and the frequency result.

Eine Kenntnis der Art der dominierenden Lichtquelle ist hilfreich für eine Rekonstruktion des Lichtspektrums und für eine optimale Belichtung bei Fotographie, um den Farbeindruck korrekt wiederzugeben. Damit kann z.B. die Filterung von IR-Licht in einer Kamera entfallen. Die Farbdarstellung von Displays und Projektoren wird in Abhängigkeit von der dominanten Lichtquelle korrigiert.Knowing the type of dominant light source is helpful for a reconstruction of the light spectrum and for optimal exposure in photography in order to correctly reproduce the color impression. This means that there is no need to filter IR light in a camera, for example. The color representation of displays and projectors is corrected depending on the dominant light source.

Beide Fotodioden basieren auf Siliziumdioden.Both photodiodes are based on silicon diodes.

Die erste Fotodiode weist einen photopischen Filter auf, was bedeutet, dass die Fotodiode an die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst ist. Eine solche Fotodiode bezeichnet man auch als Ambient Light Diode. Diese Fotodiode hat ihre maximale Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm und misst zwischen etwa 400 nm und 700 nm. Die Empfindlichkeit der ersten Fotodiode ist durch die Anzahl und die Art von dielektrischen Schichten einstellbar.The first photodiode has a photopic filter, which means that the photodiode is adapted to the spectral sensitivity of the human eye. Such a photodiode is also known as an ambient light diode. This photodiode has its maximum sensitivity at a wavelength of about 550 nm and measures between about 400 nm and 700 nm. The sensitivity of the first photodiode can be adjusted by the number and type of dielectric layers.

Die zweite Fotodiode weist einen Infrarotfilter auf. Die Fotodiode hat ihre maximale Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von etwa 860 nm und misst zwischen etwa 800 nm und etwa 900 nm. Die Empfindlichkeit des Infrarotsensor wird entweder durch die Anzahl und die Art von dielektrischen Schichten oder durch den Einsatz eines Tageslichtsperrfilter eingestellt.The second photodiode has an infrared filter. The photodiode has its maximum sensitivity at a wavelength of about 860 nm and measures between about 800 nm and about 900 nm. The sensitivity of the infrared sensor is set either by the number and type of dielectric layers or by the use of a daylight blocking filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Fotodiode, die Berechnungseinheit und die Auswerteeinheit durch einen einzigen integrierten Schaltkreis realisiert. Dies hat den Vorteil, dass der Sensor auf kleinstem Raum realisierbar ist.In a preferred embodiment, the first and the second photodiode, the calculation unit and the evaluation unit are implemented by a single integrated circuit. This has the The advantage that the sensor can be implemented in the smallest of spaces.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Berechnungseinheit eine erste Untereinheit auf, ausgebildet, das Frequenzergebnis derart abzuleiten, dass es Informationen über das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Anteilen des ersten Ausgangssignals in einem vorgegebenen Frequenzbereich angibt.In a preferred embodiment, the calculation unit has a first sub-unit designed to derive the frequency result in such a way that it provides information about the presence or absence of components of the first output signal in a predetermined frequency range.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Untereinheit eine erste Bestimmungseinheit auf, die ein vordefiniertes elektrisches Filter aufweist. Das elektrische Filter ist ausgebildet, um die Gleichanteile des ersten Ausgangssignals durch ein Tiefpassfilter, die Frequenzanteile des ersten Ausgangssignals bei 50 Hz und/oder 60 Hz durch einen Bandpassfilter und die Frequenzanteile des ersten Ausgangssignals im kHz-Bereich durch einen Hochpassfilter voneinander trennbar zu machen. Der Einsatz eines elektrischen Filter ist besonders vorteilhaft, da dies einfach und kostengünstig realisierbar ist.In a preferred embodiment, the first sub-unit has a first determination unit which has a predefined electrical filter. The electrical filter is designed to make the DC components of the first output signal separable from one another by a low-pass filter, the frequency components of the first output signal at 50 Hz and / or 60 Hz by a band-pass filter and the frequency components of the first output signal in the kHz range by a high-pass filter. The use of an electrical filter is particularly advantageous because this can be implemented simply and inexpensively.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die erste Untereinheit, eine erste Bestimmungseinheit auf, die ausgebildet ist, das erste Ausgangssignal zu integrieren.In an alternative preferred embodiment, the first sub-unit has a first determination unit which is designed to integrate the first output signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Bestimmungseinheit ausgebildet mehrere Integrationen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten auszuführen. Aus der Abhängigkeit der Signalhöhe von der Integrationszeit kann festgestellt werden mit welcher Frequenz das Signal moduliert war. Die Integrationen können gleichzeitig oder seriell nacheinander erfolgen.In a preferred embodiment, the first determination unit is designed to carry out several integrations with different time constants. The frequency with which the signal was modulated can be determined from the dependence of the signal level on the integration time. The integrations can take place simultaneously or in series one after the other.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Bestimmungseinheit ausgebildet, eine erste Integration mit einer ersten Zeitkonstante derart durchzuführen, dass die Frequenzgröße eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal einen Spektralanteil um 0 Hz aufweist.In a preferred embodiment, the first determination unit is designed to carry out a first integration with a first time constant in such a way that the frequency variable has information about whether the first output signal has a spectral component around 0 Hz.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Bestimmungseinheit ausgebildet, eine zweite Integration mit einer zweiten Zeitkonstante derart durchzuführen, dass die Frequenzgröße eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal einen Spektralanteil bei 50 bzw. 60 Hz aufweist.In a preferred embodiment, the first determination unit is designed to carry out a second integration with a second time constant in such a way that the frequency variable has information about whether the first output signal has a spectral component at 50 or 60 Hz.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Bestimmungseinheit ausgebildet ist, eine dritte Integration mit einer dritten Zeitkonstante derart durchzuführen, dass die Frequenzgröße eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal einen Spektralanteil im kHz-Bereich, insbesondere um etwa 300 kHz, aufweist.In a preferred embodiment, the first determination unit is designed to carry out a third integration with a third time constant such that the frequency variable has information about whether the first output signal has a spectral component in the kHz range, in particular around 300 kHz.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Untereinheit eine erste Vergleichseinheit auf. Die erste Vergleichseinheit ist ausgebildet, die Frequenzgröße mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und daraus ein Frequenzergebnis abzuleiten.In a preferred embodiment, the first sub-unit has a first comparison unit. The first comparison unit is designed to compare the frequency variable with at least one threshold value and to derive a frequency result therefrom.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Berechnungseinheit eine zweite Untereinheit mit einer zweiten Bestimmungseinheit auf, die ausgebildet ist, die Quotientengröße aus einem Gleichanteil des ersten Ausgangssignals und einem Gleichanteil des zweiten Ausgangssignals abzuleiten.In a preferred embodiment, the calculation unit has a second sub-unit with a second determination unit which is designed to derive the quotient variable from a constant component of the first output signal and a constant component of the second output signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Untereinheit eine zweite Vergleichseinheit auf, die ausgebildet ist, die Quotientengroße mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und daraus ein Quotientenergebnis abzuleiten.In a preferred embodiment, the second sub-unit has a second comparison unit which is designed to compare the quotient variable with at least one threshold value and to derive a quotient result therefrom.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, für jeden möglichen Wert des Frequenzergebnis und jeden möglichen Wert des Quotientenergebnis einen Endwert aus einer Speichereinheit auszulesen. Der Endwert gibt die Art der dominierenden Lichtquelle an, die sich aus dem Wert des Frequenzergebnis und des Quotientenergebnis ableitet.In a preferred embodiment, the evaluation unit is designed to read out an end value from a memory unit for every possible value of the frequency result and every possible value of the quotient result. The final value indicates the type of dominant light source, which is derived from the value of the frequency result and the quotient result.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auswerteeinheit eine zweidimensionale Entscheidungsmatrix auf, die Zuordnungen von Frequenzergebnissen und Quotientenergebnissen zu den Arten verschiedener Lichtquellen beinhaltet.In a preferred embodiment, the evaluation unit has a two-dimensional decision matrix which contains assignments of frequency results and quotient results to the types of different light sources.

Es wird ein Messverfahren zur Bestimmung der Art der dominierenden Lichtquelle in einer auf die Einheit einfallenden elektromagnetischen Strahlung angegeben, die aus einer Vielzahl von Lichtquellen erzeugt wird. Es wird elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich detektiert und ein erstes Ausgangssignal erzeugt. Es wird elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich detektiert und ein zweites Ausgangssignal erzeugt. Daran anschließend wird aus dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal ein Quotientenergebnis und ein Frequenzergebnis ermittelt, das Informationen über das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Signalanteilen in einem vorgegebenen Frequenzbereich angibt. Daran anschließend wird die Art der dominierenden Lichtquelle aus dem Quotientenergebnis und aus dem Frequenzergebnis abgeleitet.A measurement method is specified for determining the type of dominant light source in an electromagnetic radiation incident on the unit, which is generated from a multiplicity of light sources. Electromagnetic radiation in the visible spectral range is detected and a first output signal is generated. Electromagnetic radiation in the infrared spectral range is detected and a second output signal is generated. A quotient result and a frequency result are then determined from the first and the second output signal, which indicates information about the presence or absence of signal components contained in the electromagnetic radiation in a predetermined frequency range. The type of dominant light source is then derived from the quotient result and from the frequency result.

FigurenlisteFigure list

Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt die Spektren verschiedener Lichtquellen;
2 zeigt einen Vergleich des Spektrums einer weißen LED mit der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges;
3 zeigt die Frequenzen verschiedener Lichtquellen;
4 zeigt eine erfindungsgemäße Einheit;
5 zeigt eine erste Matrix;
6 zeigt eine aus der ersten Matrix abgeleitete zweite Matrix.

Various exemplary embodiments of the solution according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

1 shows the spectra of different light sources;
2 shows a comparison of the spectrum of a white LED with the spectral sensitivity of the human eye;
3 shows the frequencies of different light sources;
4th shows a unit according to the invention;
5 shows a first matrix;
6th shows a second matrix derived from the first matrix.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTSEXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE OPTOELECTRONIC COMPONENT

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better illustration and for better understanding.

1 zeigt Spektren verschiedener Lichtquellen. Das Spektrum einer Fluoreszenzlampe 100 zeigt eine hohe Intensität im sichtbaren Spektralbereich, also zwischen Wellenlängen von 390 nm und 780 nm. Im infraroten Spektralbereich, also für Wellenlängen größer als 780 nm, weist das Spektrum einer Fluoreszenzlampe 100 nahezu verschwindende Intensitäten auf. Das Spektrum von Sonnenlicht 101 zeigt eine hohe Intensität im sichtbaren Spektralbereich und eine niedrigere Intensität im infraroten Spektralbereich. Das Spektrum eines thermischen Strahlers 102 bei einer Temperatur von 2856 Kelvin steigt zu Wellenlängen von etwa 1000 nm kontinuierlich an. Das Spektrum einer Glühlampe 103 verläuft im Wesentlichen parallel zum Spektrum des thermischen Strahlers 102. 1 shows spectra of different light sources. The spectrum of a fluorescent lamp 100 shows a high intensity in the visible spectral range, that is between wavelengths of 390 nm and 780 nm. In the infrared spectral range, that is for wavelengths greater than 780 nm, the spectrum of a fluorescent lamp 100 almost vanishing intensities. The spectrum of sunlight 101 shows a high intensity in the visible spectral range and a lower intensity in the infrared spectral range. The spectrum of a thermal radiator 102 at a temperature of 2856 Kelvin increases continuously to wavelengths of about 1000 nm. The spectrum of an incandescent lamp 103 runs essentially parallel to the spectrum of the thermal radiator 102 .

2 zeigt einen Vergleich des Spektrums einer warmweiß emittierenden LED 200 mit der Kurve 201 der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Das Haupt-Maximum des Spektrums der warmweiß emittierenden LED 200 liegt bei einer Wellenlänge von etwa 590 nm; ein Nebenmaximum liegt im blauen Spektralbereich bei einer Wellenlänge von 460 nm. 2 shows a comparison of the spectrum of a warm white emitting LED 200 with the curve 201 the spectral sensitivity of the human eye. The main maximum of the spectrum of warm white emitting LEDs 200 is at a wavelength of about 590 nm; a secondary maximum lies in the blue spectral range at a wavelength of 460 nm.

3 zeigt die Frequenzen verschiedener Lichtquellen. Das Licht einer Taschenlampe 300, einer mit Gleichstrom betriebenen LED 301 und einer optischen Bank 304 ist unmoduliert, die Frequenz ist also 0 Hz. Das Licht einer Fluoreszenzlampe 302, einer Glühlampe 303 und einer Energiesparlampe 305 ist jeweils mit einer Frequenz von 50 Hz moduliert. 3 shows the frequencies of different light sources. The light of a flashlight 300 , a DC powered LED 301 and an optical bench 304 is unmodulated, so the frequency is 0 Hz. The light from a fluorescent lamp 302 , a light bulb 303 and an energy saving lamp 305 is modulated with a frequency of 50 Hz.

4 zeigt die Einheit 1 zur Bestimmung der Art der dominierenden Lichtquelle in einer auf die Einheit 1 einfallenden elektromagnetischen Strahlung 2, die aus einer Vielzahl von Lichtquellen verschiedener Art erzeugt wird. Die Einheit weist eine erste Fotodiode 10 auf, die ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu detektieren und ein erstes Ausgangssignal 11 zu erzeugen. Weiters weist die Einheit 1 eine zweite Fotodiode 20 auf, ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich zu detektieren und ein zweites Ausgangssignal 21 zu erzeugen. Die Einheit weist eine Berechnungseinheit 30 auf, die ausgebildet ist, ein Quotientenergebnis 23 und ein Frequenzergebnis 13 aus dem ersten 11 und dem zweiten 21 Ausgangssignal abzuleiten. Das Frequenzergebnis 13 liefert Informationen über das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Signalanteilen in einem vorgegebenen Frequenzbereich. Die Einheit 1 weist eine Auswerteeinheit 40 auf, ausgebildet, um aus dem Quotientenergebnis 23 und dem Frequenzergebnis 13 die Art der dominierenden Lichtquelle abzuleiten. 4th shows the unit 1 to determine the type of dominant light source in an on the unit 1 incident electromagnetic radiation 2 generated from a variety of different types of light sources. The unit has a first photodiode 10 which is designed to detect electromagnetic radiation in the visible spectral range and a first output signal 11 to create. Furthermore, the unity 1 a second photodiode 20th on, designed to detect electromagnetic radiation in the infrared spectral range and a second output signal 21 to create. The unit has a calculation unit 30th that is formed, a quotient result 23 and a frequency result 13th from the first 11 and the second 21 Derive output signal. The frequency result 13th supplies information about the presence or absence of signal components contained in the electromagnetic radiation in a predetermined frequency range. The unit 1 has an evaluation unit 40 on, trained to get from the quotient result 23 and the frequency result 13th derive the type of dominant light source.

Die erste 10 und die zweite 20 Fotodiode, die Berechnungseinheit 30 und die Auswerteeinheit 40 sind durch einen einzigen integrierten Schaltkreis realisiert. Die Berechnungseinheit 30 weist eine erste Untereinheit 31 auf, ausgebildet, das Frequenzergebnis 13 derart abzuleiten, dass es Informationen über das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Anteilen des ersten Ausgangssignals 11 in einem vorgegebenen Frequenzbereich angibt. Die erste Untereinheit 31, weist eine erste Bestimmungseinheit 31a auf, die ein vordefiniertes elektrisches Filter aufweist. Das elektrische Filter ist ausgebildet, um die Gleichanteile des ersten Ausgangssignals 11 durch ein Tiefpassfilter , die Frequenzanteile des ersten Ausgangssignals 11 bei 50 Hz bzw. 60 Hz durch einen Bandpassfilter und die Frequenzanteile des ersten Ausgangssignals 11 im kHz-Bereich durch einen Hochpassfilter voneinander trennbar zu machen. Alternativ weist die erste Untereinheit 31, eine erste Bestimmungseinheit 31a auf, die ausgebildet ist, das erste Ausgangssignal 11 zu integrieren. Die erste Bestimmungseinheit 31a ist ausgebildet, mehrere Integrationen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten auszuführen. Eine erste Integration mit einer ersten Zeitkonstante ist derart durchzuführen, dass die Frequenzgröße 12 eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal 11 einen Spektralanteil um 0 Hz aufweist. Eine zweite Integration mit einer zweiten Zeitkonstante ist derart durchzuführen, dass die Frequenzgrö-ße 12 eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal 11 einen Spektralanteil bei 50 bzw. 60 Hz aufweist. Eine dritte Integration mit einer dritten Zeitkonstante ist derart durchzuführen, dass die Frequenzgröße 12 eine Information darüber aufweist, ob das erste Ausgangssignal 11 einen Spektralanteil im kHz-Bereich, insbesondere um etwa 300 kHz, aufweist.The first 10 and the second 20th Photodiode, the unit of calculation 30th and the evaluation unit 40 are implemented by a single integrated circuit. The calculation unit 30th has a first subunit 31 on, trained, the frequency result 13th in such a way that there is information about the presence or absence of components of the first output signal 11 indicates in a given frequency range. The first subunit 31 , has a first determination unit 31a which has a predefined electrical filter. The electrical filter is designed to absorb the DC components of the first output signal 11 through a low-pass filter, the frequency components of the first output signal 11 at 50 Hz or 60 Hz through a bandpass filter and the frequency components of the first output signal 11 to make them separable from each other in the kHz range by a high-pass filter. Alternatively, the first subunit 31 , a first determination unit 31a which is formed, the first output signal 11 to integrate. The first determination unit 31a is designed to carry out several integrations with different time constants. A first integration with a first time constant is to be carried out in such a way that the frequency variable 12th has information about whether the first output signal 11 has a spectral component around 0 Hz. A second integration with a second time constant is to be carried out in such a way that the frequency variable 12th has information about whether the first output signal 11 has a spectral component at 50 or 60 Hz. A third integration with a third time constant is to be carried out in such a way that the frequency variable 12th has information about whether the first Output signal 11 has a spectral component in the kHz range, in particular around 300 kHz.

Die erste Untereinheit 31 weist eine erste Vergleichseinheit 31b auf, die ausgebildet ist, die Frequenzgröße 12 mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und daraus ein Frequenzergebnis 13 abzuleiten.The first subunit 31 has a first comparison unit 31b on, which is formed, the frequency magnitude 12th to be compared with at least one threshold value and a frequency result therefrom 13th derive.

Die Berechnungseinheit 30 weist eine zweite Untereinheit 32 mit einer zweiten Bestimmungseinheit 32a auf. Die Bestimmungseinheit 32a ist ausgebildet, um die Quotientengröße 22 aus einem Gleichanteil des ersten Ausgangssignals 11 und einem Gleichanteil des zweiten Ausgangssignals 21 abzuleiten.The calculation unit 30th has a second subunit 32 with a second determination unit 32a on. The unit of determination 32a is designed to be the quotient size 22nd from a direct component of the first output signal 11 and a DC component of the second output signal 21 derive.

Die zweite Untereinheit 32 weist eine zweite Vergleichseinheit 32b auf, die ausgebildet ist, die Quotientengröße 22 mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und daraus ein Quotientenergebnis 23 abzuleiten.The second subunit 32 has a second comparison unit 32b on, which is formed, the quotient variable 22nd to be compared with at least one threshold value and a quotient result from this 23 derive.

Die Auswerteeinheit 40 ist ausgebildet, für jeden möglichen Wert des Frequenzergebnis 13 und jeden möglichen Wert des Quotientenergebnis 23 einen Endwert 60 aus einer Speichereinheit 50 auszulesen. Der Endwert 60 gibt die Art der dominierenden Lichtquelle an, die sich aus dem Wert des Frequenzergebnis 13 und des Quotientenergebnis 23 ergibt.The evaluation unit 40 is designed for every possible value of the frequency result 13th and every possible value of the quotient result 23 a final value 60 from a storage unit 50 read out. The final value 60 indicates the type of dominant light source that results from the value of the frequency result 13th and the quotient result 23 results.

Die Auswerteeinheit 40 weist eine Entscheidungsmatrix 41 auf, die Zuordnungen von Frequenzergebnissen 13 und Quotientenergebnissen 23 zu den Arten verschiedener Lichtquellen beinhaltet.The evaluation unit 40 has a decision matrix 41 on the assignments of frequency results 13th and quotient results 23 on the types of different light sources involved.

5 zeigt für verschiedene Lichtquellen die Werte für die Gleichanteile des ersten Ausgangssignal 11 im sichtbaren Spektralbereich, für die Gleichanteile des zweiten Ausgangssignal 21 im infraroten Spektralbereich, für das Verhältnis von Gleichanteilen des zweiten Ausgangssignals 21 zu den Gleichanteilen des ersten Ausgangssignal 11, vorliegend Quotientenergebnis genannt, und für das Frequenzergebnis. 5 shows the values for the DC components of the first output signal for different light sources 11 in the visible spectral range, for the constant components of the second output signal 21 in the infrared spectral range, for the ratio of constant components of the second output signal 21 to the constant components of the first output signal 11 , here called quotient result, and for the frequency result.

6 zeigt die zweidimensionale Entscheidungsmatrix 41, die die Zuordnungen von Frequenzergebnissen 13 und Quotientenergebnissen 23 zu den Arten verschiedener Lichtquellen beinhaltet. Das Quotientenergebnis 23 wird gebildet aus dem Gleichanteil des zweiten Ausgangssignals 21 geteilt durch den Gleichanteil des ersten Ausgangssignals 11. Die Quotientenergebnisse 23 können sehr gering, gering und hoch sein. Die Frequenzergebnisse 13 können im kHz Bereich, bei 50 Hz bzw. 60 Hz oder bei 0 Hz liegen. Sonnenlicht hat das Quotientenergebnis 23 gering und das Frequenzergebnis 13 0 Hz. Eine Glühlampe hat das Quotientenergebnis 23 hoch und das Frequenzergebnis 13 50 bzw. 60 Hz. Eine Taschenlampe hat das Quotientenergebnis 23 hoch und das Frequenzergebnis 13 0 Hz. Eine Fluoreszenzlampe hat das Quotientenergebnis 23 sehr gering und das Frequenzergebnis 13 50 bzw. 60 Hz. Eine weiße LED, die gepulst betrieben wird, hat das Quotientenergebnis 23 sehr gering und das Frequenzergebnis 13 im kHz-Bereich, insbesondere um 300 kHz. Eine weiße LED, die mit Gleichstrom betrieben wird, hat das Quotientenergebnis 23 sehr gering und das Frequenzergebnis 0 Hz. 6th shows the two-dimensional decision matrix 41 showing the assignments of frequency results 13th and quotient results 23 on the types of different light sources involved. The quotient result 23 is formed from the direct component of the second output signal 21 divided by the DC component of the first output signal 11 . The quotient results 23 can be very low, low and high. The frequency results 13th can be in the kHz range, at 50 Hz or 60 Hz or at 0 Hz. Sunlight has the quotient result 23 low and the frequency result 13th 0 Hz. An incandescent lamp has the quotient result 23 high and the frequency result 13th 50 or 60 Hz. A flashlight has the quotient result 23 high and the frequency result 13th 0 Hz. A fluorescent lamp has the quotient result 23 very low and the frequency result 13th 50 or 60 Hz. A white LED, which is operated in a pulsed manner, has the quotient result 23 very low and the frequency result 13th in the kHz range, in particular around 300 kHz. A white LED that is operated with direct current has the quotient result 23 very low and the frequency result 0 Hz.

Die Einheit wurde zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso denkbar, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt.The unit was described using a few exemplary embodiments to illustrate the underlying concept. The exemplary embodiments are not limited to specific combinations of features. Even if some features and configurations have only been described in connection with a particular exemplary embodiment or individual exemplary embodiments, they can each be combined with other features from other exemplary embodiments. It is also conceivable to omit or add individual features or special configurations shown in exemplary embodiments, provided that the general technical teaching remains implemented.

Auch wenn die Schritte des Messverfahrens eines Sensors in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben sind, so ist es selbstverständlich, dass jedes der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren in jeder anderen, sinnvollen Reihenfolge durchgeführt werden kann, wobei auch Verfahrensschritte ausgelassen oder hinzugefügt werden können, soweit nicht von dem Grundgedanken der beschriebenen technischen Lehre abgewichen wird.Even if the steps of the measuring method of a sensor are described in a certain order, it goes without saying that each of the methods described in this disclosure can be carried out in any other, meaningful order, with method steps also being able to be omitted or added, unless of the basic idea of the technical teaching described is deviated from.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Einheit/SensorUnit / sensor
22: einfallende elektromagnetische Strahlungincident electromagnetic radiation
1010: erste Fotodiodefirst photodiode
1111: erstes Ausgangssignalfirst output signal
1212th: FrequenzgrößeFrequency magnitude
1313th: FrequenzergebnisFrequency result
2020th: zweite Fotodiodesecond photodiode
2121: zweites Ausgangssignalsecond output signal
2222nd: QuotientengrößeQuotient size
2323: QuotientenergebnisQuotient result
3030th: BerechnungseinheitCalculation unit
3131: erste Untereinheitfirst subunit
31a31a: erste Bestimmungseinheitfirst determination unit
31b31b: erste Vergleichseinheitfirst comparison unit
3232: zweite Untereinheit second subunit
32a32a: zweite Bestimmungseinheitsecond determination unit
32b32b: zweite Vergleichseinheitsecond comparison unit
4040: Auswerteeinheit Evaluation unit
4141: Entscheidungsmatrix Decision matrix
5050: Speichereinheit Storage unit
6060: Endwert Final value
100100: Spektrum einer FluoreszenzlampeSpectrum of a fluorescent lamp
101101: Spektrum des Sonnenlichts Spectrum of sunlight
102102: Spektrum eines thermischen Strahlers bei 2856K Spectrum of a thermal radiator at 2856K
103103: Spektrum einer Glühlampe Spectrum of an incandescent lamp
200200: Spektrum einer weißen LEDSpectrum of a white LED
201201: Spektrale AugenempfindlichkeitSpectral eye sensitivity
300300: Frequenz einer TaschenlampeFrequency of a flashlight
301301: Frequenz einer OSTAR-LEDFrequency of an OSTAR LED
302302: Frequenz einer Leuchtstoff-RöhreFrequency of a fluorescent tube
303303: Frequenz einer GlühlampeFrequency of an incandescent lamp
304304: Frequenz einer optischen Bank (Tungsten-Lampe bei konstantem Strom)Frequency of an optical bench (tungsten lamp at constant current)
305305: Frequenz einer EnergiesparlampeFrequency of an energy-saving lamp

Claims

Unit (1) for determining a type of a dominant light source in an electromagnetic radiation (2) incident on the unit (1) which is generated by a multiplicity of light sources of different types, - With at least one first photodiode (10) designed to detect electromagnetic radiation in the visible spectral range and to generate a first output signal (11); - With at least one second photodiode (20) designed to detect electromagnetic radiation in the infrared spectral range and to generate a second output signal (21); - With at least one calculation unit (30), designed to derive a quotient result (23) and a frequency result (13) from the first (11) and the second (21) output signal, the frequency result (13) information about a presence or a Indicates the absence of signal components contained in the electromagnetic radiation in a predetermined frequency range and - With at least one evaluation unit (40) designed to derive the type of dominant light source from the quotient result (23) and the frequency result (13).

Unit according to Claim 1 wherein the at least one first (10) and the at least one second (20) photodiode, the at least one calculation unit (30) and the at least one evaluation unit (40) are implemented by a single integrated circuit.

Unit according to one of the preceding claims, wherein the calculation unit (30) has a first sub-unit (31) designed to derive the frequency result (13) in such a way that it contains information about the presence or absence of components of the first output signal (11) in a specified frequency range.

Unit according to Claim 3 , wherein the first sub-unit (31) has a first determination unit (31a) which has a predefined electrical filter, designed to filter direct components of the first output signal (11) through a low-pass filter, frequency components of the first output signal (11) at 50 Hz or 60 Hz by a bandpass filter and to make frequency components of the first output signal (11) in the kHz range separable from one another by a high-pass filter.

Unit according to Claim 3 wherein the first sub-unit (31) has a first determination unit (31a) which is designed to integrate the first output signal (11).

Unit according to Claim 5 , wherein the first determination unit (31a) is designed to carry out a plurality of integrations with different time constants.

Unit according to Claim 6 , wherein the first determination unit (31a) is designed to carry out a first integration with a first time constant in such a way that a frequency variable (12) has information about whether the first output signal (11) has a spectral component around 0 Hz.

Unit according to Claim 6 or 7th , wherein the first determination unit (31a) is designed to carry out a second integration with a second time constant in such a way that the frequency variable (12) has information about whether the first output signal (11) has a spectral component at 50 or 60 Hz.

Unit according to one of the Claims 6 until 8th , wherein the first determination unit (31a) is designed to carry out a third integration with a third time constant in such a way that the frequency variable (12) has information about whether the first output signal (11) has a spectral component in the kHz range, in particular around 300 kHz.

Unit according to one of the Claims 7 until 9 wherein the first sub-unit (31) has a first comparison unit (31b) which is designed to compare the frequency variable (12) with at least one threshold value and to derive the frequency result (13) therefrom.

Unit according to one of the preceding claims, wherein the calculation unit (30) has a second sub-unit (32) with a second determination unit (32a) which is designed to calculate a quotient variable (22) from a constant component of the first output signal (11) and a constant component derive the second output signal (21).

Unit according to Claim 11 wherein the second sub-unit (32) has a second comparison unit (32b) which is designed to compare the quotient variable (22) with at least one threshold value and to derive the quotient result (23) therefrom.

Unit according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (40) is designed to read out an end value (60) from a memory unit (50) for each possible value of the frequency result (13) and each possible value of the quotient result (23) which contains the type the dominant light source.

Unit according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (40) has a two-dimensional decision matrix (41) which contains assignments of the frequency results (13) and the quotient results (23) to the types of different light sources.

Measurement method for determining a type of dominant light source in electromagnetic radiation (2) incident on a unit (1), which radiation is generated by a large number of light sources, with the following process steps: - Detection of electromagnetic radiation in the visible spectral range and generation of a first output signal (11), - Detection of electromagnetic radiation (2) in the infrared spectral range and generation of a second output signal (21), - Deriving a quotient result (23) and a frequency result (13), the frequency result (13) indicating information about the presence or absence of signal components contained in the electromagnetic radiation (2) in a predetermined frequency range, from the first (11) and the second (21) output signal, - Deriving the type of dominant light source from the quotient result (23) and from the frequency result (13).