DE4214360C2 - Lichtdetektorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtdetektorschaltung mit einem fo­ toempfindlichen Sensor, dessen Fotostrom ein Anzeigesignal be­ wirkt, wenn auf die Fotodiode Licht einfällt. Die Lichtdetektorschal­ tung ermöglicht es also zu detektieren, ob an einem fotoempfindli­ chen Sensor z. B. einer Fotodiode aus amorphem Silizium, Licht oberhalb eines bestimmten Schwellwertes auftrifft oder nicht.

Aus der DE-OS 22 27 127 ist der Einsatz von Siliziumfotoelementen und die Auswertung ihrer Signale mittels Operationsverstärkern be­ kannt, wobei ein Operationsverstärker Teil der Integratorschaltung ist.

Aus der US-4 553 848 ist der Einsatz zweier Elemente zur Lichter­ kennung bekannt, deren Ausgangssignale mittels einer Auswerte­ schaltung ausgewertet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtdetektorschal­ tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zuverlässig geringe Lichtmengen detektiert werden, wobei hohe Temperatur­ stabilität und weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber vom Netz herrührenden elektromagnetischen Einstreuungen besteht. Ferner soll ermöglicht werden, einen fotoempfindlichen Sensor geringer Effizienz zu verwenden, wobei aber schon geringe Fotoströme sicher detektiert werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Lichtdetektorschal­ tung mit einer Fotodiode aus amorphem Silizium gelöst, deren Fo­ tostrom in einem nachgeschalteten Integrator über ein ganzzahliges Vielfaches der Netzperiodendauer integriert wird, wobei dem Integra­ tor ein Komparator nachgeschaltet ist, der beim Erreichen einer vor­ gegebenen Referenzspannung ein Ausgangssignal abgibt. Die aus­ gangsseitige Verknüpfung eines Integrators mit einem Komparator ist in der DE 37 04 597 A1 offenbart. Bei der erfindungsgemäßen Lichtdetektorschaltung kompensieren sich additive und subtraktive Komponenten der Netzeinstreuung weitgehend und die Detektion von kleinen Fotoströmen wird deshalb möglich. Auf diesem Weg wird durch einfache Mittel das relativ kleine Eingangssignal für die Auswertung kräf­ tig verstärkt. Das derart verstärkte Signal wird nur sehr gering durch Einstreuungen mit Netzperiodendauer beein­ trächtigt. In der Hauptapplikation wird die amorphe Foto­ diode als Stromquelle am Eingang der nachgeschalteten Schaltung betrieben, die einen virtuellen Kurzschluß realisiert. Damit wird weitgehende Unabhängigkeit vom Dunkelstrom der Fotodiode und somit auch von der Tempe­ raturabhängigkeit dieses Dunkelstromes erreicht. Anstelle einer Fotodiode kann auch allgemein ein fotoempfindlicher Sensor anderer Art Verwendung finden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine Fotodiode 1 aus amorphem Sili­ zium dargestellt, die über eine Leitung 2 und einen Ver­ stärker 3 an einem Integrator 4 angeschlossen ist. Dem Integrator 4 ist ein Komparator 5 nachgeschaltet, dem eine Referenzspannung V_ref zugeführt wird. Am Ausgang des Kom­ parators 5 ist ein Flip-Flop 6 angeschlossen, das licht­ emittierende Dioden 7 steuert. Die Steuerung der gesamten Schaltung erfolgt durch einen Zähler 8, der von einem Netzteil 9 angesteuert wird.

Der Verstärker 3 ermöglicht mit Hilfe der Widerstände R1 und R2, die auch als Potentiometer ausgelegt sein können, ein einfaches Einstellen der Fotostromschwelle bei vorge­ gebener Kapazität des Kondensators 10 am Integrator 4 und festem Wert für die Referenzspannung V_ref. Die Zeitablauf­ steuerung erfolgt durch den Zähler 8, der direkt durch die versteilerten Netzspannungs-Nulldurchgänge getastet wird. Damit ist eine sehr gute Anpassung an die aktuelle Netz­ periodendauer gegeben.

Der Zähler 8 durchläuft zyklisch fest eingestellt z. B. zehn Zustände, die jeweils die Dauer einer Netzperiode haben. Bevor ein neuer Zählzyklus beginnt, wird im letzten Zustand des alten Zählzyklus der Kondensator 10 des Inte­ grators 4 entladen und damit die Ausgangsspannung des Integrators 4 auf Null zurückgesetzt.

Während der nun folgenden acht Zustände wird die Spannung am Kondensator 10 aufintegriert. Unterschreitet die Span­ nung am Integratorausgang den Wert von V_ref, so kippt der Komparator 5 in den anderen Zustand. Exakt nach acht Netz­ perioden nach Beginn der Integration wird der Zustand der Komparatorausganges flankengesteuert in das Flip-Flop 6 eingeschrieben. Hierzu wird das Flip-Flop 6 am Eingang 11 vom Zähler 8 entsprechend angesteuert. Das Flip-Flop 6 signalisiert, ob nach der Integrationszeit der einge­ stellte Schwellwert am Komparator 5 erreicht ist. Die Anzeige kann z. B. über die Dioden 7 erfolgen. In einer weitergehenden Applikation kann über das Flip-Flop 6 eine weiterverarbeitende Schaltungsanordnung 12 angesteuert werden, wie dies gestrichelt dargestellt ist.

Der Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung ist die hohe Empfindlichkeit und Störfestigkeit bei geringem Auf­ wand.

An Stelle einer Fotodiode aus amorphem Silizium 1 kann auch eine andere fotoempfindliche Stromquelle wie z. B. eine Fotodiode aus kristallinem Silizium oder ein Foto­ transistor verwendet werden. Unter einer Stromquelle wird auch eine passive fotoempfindliche Struktur verstanden, die in geeigneter Weise mit einer Spannungsquelle ver­ schaltet ist.

Das Licht kann über verschiedene Meßstellen detektiert werden.

Claims (1)

1. Lichtdetektorschaltung mit einer Fotodiode aus amorphem Silizium (1), deren Fotostrom in einem nachgeschalteten Integrator (4) über ein ganzzahliges Vielfaches der Netz­ periodendauer integriert wird, wobei dem Integrator (4) ein Komparator (5) nachgeschaltet ist, der beim Erreichen einer vorgegebenen Referenzspannung (V_ref) ein Ausgangs­ signal abgibt.