DE69722856T2

DE69722856T2 - Lichtmessgerät

Info

Publication number: DE69722856T2
Application number: DE69722856T
Authority: DE
Inventors: Masaki Kariya-city Takashima; Keiji Kariya-city Horiba; Akihiro Kariya-city Sasaki; Nobutomo Kariya-city Takagi; Tomonori Toyota-shi Suzuki; Kasunori Toyota-shi Sakai
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: EP0809092A3; EP0809092B1; JP3329680B2; US5955726A; EP0809092A2; DE69722856D1; JPH1030960A

Description

TITEL DER ERFINDUNG
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Lichterfassungsvorrichtung, die einen Lichtsensor enthält.
Beschreibung des Standes der Technik
Kraftfahrzeuge sind mit Lampensteuersystemen ausgerüstet, die automatisch auf die Helligkeit der Fahrzeugumgebung hin Scheinwerfer und Rücklichter aktivieren und deaktivieren. Im Allgemeinen werden derartige Systeme als automatische Lichtsysteme bezeichnet.
Das automatische Lichtsystem verwendet eine Lichterfassungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Beleuchtungsstärken in einem vorbestimmten Bereich zu erfassen, der einen Pegel einschließt, der Zwielicht oder einer Halbdunkelheit entspricht. Ein beispielhafter typischer Beleuchtungsstärkenbereich, der von der Lichterfassungsvorrichtung im automatischen Lichtsystem erfasst werden kann, erstreckt sich von 0 bis 1.000 lx.
Ein bekanntes System für ein Fahrzeug korrigiert eine Messgeräteluminanz oder Anzeigeluminanz in Abhängigkeit von der Helligkeit der Fahrzeugumgebung. Das Messgeräteluminanzkorrektursystem verwendet eine Lichterfassungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Beleuchtungsstärken in einem vorbestimmten Bereich zu erfassen, der im Allgemeinen breiter als der die Lichterfassungsvorrichtung im automatischen Lichtsystem betreffenden Beleuchtungsstärkebereich ist. Ein beispielhafter typischer Beleuchtungsstärkenbereich, der von der Lichterfassungsvorrichtung im Messgeräteluminanzkorrektursystem erfasst werden kann, erstreckt sich von 0 bis 10.000 lx.
Eine bekannte Fahrzeug-Klimaanlage enthält eine Lichterfassungsvorrichtung, die als Sonnenscheinerfassungsvorrichtung verwendet wird. In der Klimaanlage wird die Temperatur der in das Fahrzeuginnere eingeleiteten Luft in Abhängigkeit von der Intensität des Sonnenscheins, die von der Sonnenscheinerfassungsvorrichtung erfasst wird, gesteuert. Ein beispielhafter typischer Beleuchtungsstärkenbereich, der von der Sonnenscheinerfassungsvorrichtung in der Klimaanlage erfasst werden kann, erstreckt sich von 1.000 bis 100.000 lx.
Die Lichterfassungsvorrichtungen im automatischen Lichtsystem, im Messgeräteluminanzkorrektursystem und in der Klimaanlage enthalten Lichtsensoren wie z. B. Fotodioden oder Fototransistoren. Die Lichterfassungsvorrichtungen enthalten außerdem Verarbeitungsschaltungen, die die Ausgangssignale der Fotosensoren verarbeiten. Die Fotosensoren und die Verarbeitungsschaltungen sind dazu ausgelegt, geeignete S/R-Verhältnisse bereitzustellen.
Die ungeprüfte offengelegte japanische Patentanmeldung 4-194626 beschreibt eine Lichtsensorschaltung, die einen an einen Fotosensor anschließenden Operationsverstärker enthält. In der Lichtsensorschaltung der japanischen Anmeldung 4-194626 kann die Widerstandsgröße eines mit dem Operationsverstärker verbundenen Verstärkungsrückführwiderstandes zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert verändert werden. Die erste Widerstandsgröße stellt eine erste Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Operationsverstärkers bereit. Die zweite Widerstandsgröße stellt eine zweite Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Operationsverstärkers bereit, die sich von der ersten Eingangs-Ausgangs-Kennlinie unterscheidet. Die Widerstandsgröße des Verstärkungsrückführwiderstandes wird automatisch zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert in Abhängigkeit von einem durch den Lichtsensor fließenden lichtabhängigen Strom, d. h. einem Ausgangssignal des Lichtsensors, geändert. Dementsprechend besitzt die resultierende Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Operationsverstärkers einen Biegepunkt. Die japanische Anmeldung 4-194626 beschreibt, dass Abschnitte der resultierenden Eingangs-Ausgangs-Kennlinie, die sich auf entgegengesetzten Seiten des Biegepunktes erstrecken, entsprechend für einen Lichtsensor in einem automatischen Lichtsystem und für einen Sonnenscheinsensor in einer Klimaanlage geeignet sind.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung 6-344754 beschreibt, dass ein mit einem Lichtsensor verbundener Verstärker ein Ausgangssignal des Lichtsensors vergrößert und ein resultierendes Ausgangssignal des Verstärkers sowohl in eine Klimaanlagensteuerung als auch eine Lichtsteuerung eingegeben wird. Außerdem lehrt die japanische Anmeldung 6-344754, dass ein automatisches Lichtsystem, das die Klimaanlagensteuerung enthält, auf das Ausgangssignal des Verstärkers reagiert. Außerdem lehrt die japanische Anmeldung 6-344754, dass ein automatisches Lichtsystem, das die Lichtsteuerung enthält, auf das Ausgangssignal des Verstärkers reagiert.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung 3-249525 beschreibt eine Lichtmessvorrichtung, die eine Fotodiode gefolgt von zwei Operationsverstärkern mit jeweils unterschiedlichen Eingangs-Ausgangs-Kennlinien enthält. In der Lichtmessvorrichtung der japanischen Anmeldung 3-249525 ist einer der Operationsverstärker aktiviert, während der andere deaktiviert ist. Somit kann die Verstärkung eines Ausgangssignales der Fotodiode zwischen zwei unterschiedlichen Kennlinien geändert werden.
Die japanische Anmeldung 4-194626, die japanische Anmeldung 6-344754 und die japanische Anmeldung 3-249525 beschreiben, dass das Ausgangssignal eines einzelnen Lichtsensors verarbeitet und für mehrere Zwecke verwendet wird. Es ist schwierig, für alle diese Zwecke angemessene S/R-Verhältnisse bereitzustellen.
Das der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 7-92086 entsprechende US-Patent 5.434.430 beschreibt eine optische Tropfenerfassungsschaltung für einen Thermo-Tintenstrahldrucker. Die optische Tropfenerfassungsschaltung des US-Patents 5.434.430 enthält einen optischen Sensor zur Bereitstellung eines elektrischen Ausgangs, der das Vorhandensein eines Tintentropfens anzeigt, einen Transkonduktanzverstärker, der auf den Ausgang des optischen Sensors reagiert, einen ersten und zweiten Kaskadenbandpassverstärker, die auf den Transkonduktanzverstärker reagieren, eine erste Vergleicherschaltung, die auf die Ausgabe der Kaskadenbandpassverstärker reagiert, um eine auf die optische Erfassung einer ersten minimalen Tintentropfengröße folgende Ausgabe bereitzustellen, und eine zweite Vergleicherschaltung, die auf die Ausgabe der Kaskadenbandpassverstärker reagiert, um eine auf die optische Erfassung einer zweiten minimalen Tintentropfengröße folgende Ausgabe bereitzustellen.
Die DE-A-2625977 beschreibt eine Lichterfassungsvorrichtung, die ein lichtempfindliches Element und eine Einrichtung zur Umwandlung des Ausgangssignals des Elementes in ein Frequenzsignal aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lichterfassungsvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lichterfassungsvorrichtung, wie sie in den Ansprüchen beansprucht ist, gelöst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer Lichterfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung,
2 ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Signalstrom und einer Beleuchtungsstärke der Lichterfassungsvorrichtung der 1,
3 ein Zeitdiagramm eines Stromes, einer Spannung und eines Signales der Lichterfassungsvorrichtung der 1,
4 ein Diagramm der Beziehung zwischen einer Signalfrequenz und einer Beleuchtungsstärke der Lichterfassungsvorrichtung der 1,
5 ein schematisches Diagramm eines Abschnittes einer Lichterfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung,
6 ein Diagramm der Beziehung zwischen einer Signalfrequenz und einer Beleuchtungsstärke der Lichterfassungsvorrichtung der 5,
7 ein Diagramm der Beziehung zwischen einer Signalfrequenz und einer Beleuchtungsstärke der Lichterfassungsvorrichtung der 5,
8 ein schematisches Diagramm eines Abschnittes einer Lichterfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
In 1 enthält eine Lichterfassungsvorrichtung ein lichtempfindliches Element 1 wie z. B. eine Fotodiode. Das lichtempfindliche Element 1 ist über einen positiven Energieversorgungsanschluss T1 und einen Masseanschluss T2 mit einer Gleichstromquelle verbunden, so dass durch dieses ein Strom iL in Abhängigkeit von der auf das lichtempfindliche Element 1 einfallende Licht betreffenden Beleuchtungsstärke fließt. Der Strom iL wird im Folgenden als Lichtstrom bezeichnet.
Der Lichtstrom iL fließt vom lichtempfindlichen Element 1 in eine Stromspiegelschaltung 2, die mit dem lichtempfindlichen Element 1 verbunden ist. Die Stromspiegelschaltung 2 dient zum Erzeugen der zum Lichtstrom iL proportionalen Ströme i1 und i2.
Die Stromspiegelschaltung 2 enthält Transistoren 21, 22 und 23. Der Transistor 21 ist zwischen das lichtempfindliche Element 1 und den Masseanschluss T2 geschaltet. Speziell ist der Kollektor des Transistors 21 mit dem lichtempfindlichen Element 1 verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren 21, 22 und 23 sind gemeinsam mit dem lichtempfindlichen Element 1 verbunden. Die Emitter der Transistoren 21, 22 und 23 sind gemeinsam mit dem Masseanschluss T2 verbunden. Die Ströme i1 und i2, die proportional zum Lichtstrom iL sind, fließen in jeweilige Richtungungen der Kollektoren der Transistoren 22 und 23.
Eine Verarbeitungsschaltung 3, die mit der Stromspiegelschaltung 2 verbunden ist, besitzt einen Teil, durch den der Strom i1 fließt. Die Verarbeitungsschaltung 3 dient zur Verarbeitung eines Beleuchtungsstärkesignals, das durch den Strom i1 repräsentiert wird.
Eine Verarbeitungsschaltung 4, die mit der Stromspiegelschaltung 2 verbunden ist, besitzt einen Teil, durch den der Strom i2 fließt. Die Verarbeitungsschaltung 4 dient zur Verarbeitung eines Beleuchtungsstärkesignales, das durch den Strom i2 repräsentiert wird.
Das lichtempfindliche Element 1, die Stromspiegelschaltung 2 und die Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 sind auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt und integriert. Somit bilden das lichtempfindliche Element 1, die Stromspiegelschaltung 2, die Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 und das Substrat einen einzelnen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip besitzt den positiven Energieversorgungsanschluss T1, den Masseanschluss T2 und die Ausgangsanschlüsse T3 und T4. Die Ausgangsanschlüsse T3 und T4 sind mit der jeweiligen Verarbeitungsschaltung 3 und 4 verbunden. Ausgangssignale der Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 werden jeweils über die Ausgangsanschlüsse T3 und T4 zu externen Steuereinheiten übertragen.
Die Stromspiegelschaltung 2 ist eine dem lichtempfindlichen Element 1 folgende und den Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 vorausgehende Vor-Schaltung.
Die Verarbeitungsschaltung 3 ist dazu ausgelegt, ein Stromsignal bereitzustellen, das eine Beleuchtungsstärke in einem vorbestimmten Bereich wie z. B. 0 bis 100.000 lx genau darstellt. Die Verarbeitungsschaltung 3 ermöglicht es, dass das lichtempfindliche Element 1 in geeigneter Weise als Sonnenscheinsensor für eine Klimaanlage verwendet werden kann. Vorzugsweise ist die Verarbeitungsschaltung kompatibel zu einem herkömmlichen Sonnenscheinsensor ausgelegt.
Die Verarbeitungsschaltung 3 enthält einen Operationsverstärker 31, einen Transistor 32 und Widerstände 33 und 34, die geschaltet sind, um eine Stromverstärkerschaltung zu bilden. Der Widerstand 33, der an einer Eingangsseite der Stromverstärkerschaltung angeordnet ist, erhält den Strom i1. Ein dem Strom iL proportionales Stromsignal fließt durch den Emitter-Kollektor-Pfad des Transistors 31, der an einer Ausgangsseite der Stromverstärkerschaltung angeordnet ist. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit dem Ausgangsanschluss T3 verbunden. Der Signalstrom fließt durch den Ausgangsanschluss T3. Der Signalstrom ist ein Ausgangsstrom der Stromverstärkerschaltung. Der Ausgangsstrom Iaus der Stromverstärkerschaltung in der Verarbeitungsschaltung 3 ist wie folgt gegeben: Iaus = i1·(R1/R2),wobei R1 und R2 die jeweiligen Widerstandsgrößen der Widerstände 33 und 34 bezeichnen. Im Allgemeinen werden die Widerstandsgrößen R1 und R2 so angepasst, dass der Ausgangsstrom Iaus einem Ausgangssignal eines Sonnenscheinsensors entspricht bzw. gleich diesem ist.
In 2 verändert sich der Signalstrom oder der Ausgangsstrom Iaus der Verarbeitungsschaltung 3 linear mit der Beleuchtungsstärke im Bereich von 10 bis 100.000 lx. Diese Linearität bedeutet, dass ein großes S/R-Verhältnis über den Beleuchtungsstärkenbereich von 10 bis 100.000 lx verfügbar ist.
In 1 ist die Verarbeitungsschaltung 4 dazu ausgelegt, ein Frequenzsignal bereitzustellen, das eine Beleuchtungsstärke in einem vorbestimmten Bereich wie z. B. 0 bis 10.000 lx genau darstellt. Die Verarbeitungsschaltung 4 ermöglicht es, dass das lichtempfindliche Element 1 in geeigneter Weise als Lichtsensor für ein automatisches Lichtsystem oder ein Messgeräteluminanzkorrektursystem verwendet werden kann.
Die Verarbeitungsschaltung 4 enthält einen Strom/Frequenz-Wandler. Eine Eingangsseite des Strom/Frequenz-Wandlers erhält den Strom i2. Der Strom/Frequenz-Wandler erzeugt und gibt ein Signal in Abhängigkeit vom Strom i2 aus. Das Ausgangssignal des Strom/Frequenz-Wandlers besitzt eine Frequenz, die sich proportional zur Stärke des Stromes i2 ändert. Die Ausgangsseite des Strom/Frequenz-Wandlers ist mit dem Ausgangsanschluss T4 verbunden. Somit wird das Ausgangsfrequenzsignal über den Ausgangsanschluss T4 übertragen.
Im Speziellen erhält eine Eingangsseite der Verarbeitungsschaltung 4 den Strom i2. Die Verarbeitungsschaltung 4 enthält eine Kapazität 41, Transistoren 42a, 42b, 42c und 43 und einen Vergleicher 44, die geschaltet sind, um eine Oszillationsschaltung zu bilden. Die Oszillationsschaltung oszilliert mit einer Frequenz, die proportional zur Stärke des Stromes i2 ist. wie später erläutert wird, ist der Vergleicher 44 mit einer Hysterese versehen. Der Ausgangsanschluss des Vergleichers 44 ist über einen Inverter 49 mit dem Ausgangsanschluss T4 des Halbleiterchips verbunden. In der Verarbeitungsschaltung 4 erzeugt eine der Oszillationsschaltung vorangehende Stufe einen dem Strom i2 proportionalen Strom i21. Wie später beschrieben wird, kann die Kapazität 41 durch den Strom i21 geladen werden. Die Transistoren 42a, 42b und 42c bilden einen Schalter zum wahlweisen Entladen der Kapazität 41 auf das Ausgangssignal des Inverters 49 hin.
In der Verarbeitungsschaltung 4 wird einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 44 über die Kapazität 41 eine Spannung zugeführt. Die Oszillationsschaltung enthält eine Serienkombination aus Widerständen 46 und 47, die über die Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 46 und 47 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 44 verbunden. Außerdem enthält die Oszillationsschaltung eine Serienkombination eines Widerstandes 48 und eines Transistors 45, die parallel zum Widerstand 47 geschaltet sind. Der Transistor 45 dient zum wahlweisen Verbinden oder Trennen des Widerstandes 48 parallel zum und vom Widerstand 47 auf ein Ausgangssignal des Vergleichers 44 hin. Wenn der Transistor 45 den Widerstand 48 vom Widerstand 47 trennt, kooperieren die Widerstände 46 und 47, um eine erste vorbestimmte Schwellenspannung Vref1 an den invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 44 anzulegen. Wenn der Transistor 45 den Widerstand 48 parallel mit dem widerstand 47 verbindet, kooperieren die Widerstände 46, 47 und 48, um eine zweite vorbestimmte Schwellenspannung Vref2 an den invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 44 anzulegen. Die zweite vorbestimmte Schwellenspannung Vref2 ist kleiner als die erste vorbestimmte Schwellenspannung Vref1.
Im Abschnitt (b) der 3 bleibt die Kapazität 41 während eines bestimmten Zeitintervalls durch den Strom i21 geladen, so dass sich die Spannung über der Kapazität 41 weiter erhöht. Es wird darauf hingewiesen, dass der Strom i21 proportional zum Strom i2 ist. Wenn die Spannung über der Kapazität 41 die erste vorbestimmte Schwellenspannung Vref1 erreicht, ändert sich das Ausgangssignal des Vergleichers 44 von einem niedrigen logischen Pegel auf einen hohen logischen Pegel. Gleichzeitig ändert sich das Ausgangssignal des Inverters 49, das über den Ausgangsanschluss T4 des Halbleiterchips übertragen wird, von einem hohen logischen Pegel auf einen niedrigen logischen Pegel, wie es im Abschnitt (c) der 3 gezeigt ist.
Die Änderung des Ausgangssignals des Vergleichers 44 auf den hohen logischen Pegel bewirkt, dass der Transistor 45 in einen Ein-Zustand (on state) übergeht, so dass die an den Vergleicher 44 angelegte erste vorbestimmte Schwellenspannung Vref1 durch die zweite vorbestimmte Schwellenspannung Vref2 ersetzt wird.
Gleichzeitig beginnt die Kapazität 41 sich auf das Ausgangssignal des Inverters 49 hin zu entladen. In diesem Fall schließt der Transistor 42a die Kapazität 41 auf einen von dem Transistor zugeführten großen Strom i22 hin kurz, und die Spannung über der Kapazität 41 fällt folglich mit einer hohen Rate.
Wenn die Spannung über der Kapazität 41 unterhalb die zweite vorbestimmte Schwellenspannung Vref2 absinkt, ändert sich das Ausgangssignal des Vergleichers 44 vom hohen logischen Pegel auf den niedrigen logischen Pegel. Gleichzeitig ändert sich das Ausgangssignal des Inverters 49, das über den Ausgangsanschluss T4 des Halbleiterchips übertragen wird, vom niedrigen logischen Pegel auf den hohen logischen Pegel, wie es im Abschnitt (c) der 3 gezeigt ist.
Die Änderung des Ausgangssignals des Vergleichers 44 auf den niedrigen logischen Pegel bewirkt, dass der Transistor 45 in einen Aus-Zustand (off state) übergeht, so dass die an den Vergleicher 44 angelegte zweite vorbestimmte Schwellenspannung Vref2 durch die erste vorbestimmte Schwellenspannung Vref1 ersetzt wird. Gleichzeitig endet das Entladen der Kapazität 41 auf das Ausgangssignal des Inverters 49 hin. Folglich beginnt sich die Kapazität 41 durch den Strom i21 erneut aufzuladen.
Auf diese Weise ändert sich das Ausgangssignal des Inverters 49, das über den Ausgangsanschluss T4 des Halbleiterchips übertragen wird, periodisch zwischen dem niedrigen logischen Pegel und dem hohen logischen Pegel mit einer vom Strom i21 abhängigen Frequenz. Da der Strom i21 proportional zum Strom i2 ist, hängt die Frequenz des Ausgangssignals des Inverters 49 vom Strom i2 ab. Das Ausgangssignal des Inverters 49, d. h. das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 ist binär oder digital.
In den Abschnitten (a) und (b) der 3 erhöht sich die Rate des Ladens und Entladens der Kapazität, da sich der Strom i2 (oder der Strom i21) erhöht, und folglich erhöht sich die Frequenz des Ausgangssignals des Inverters 49 (das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4).
Wie aus der vorherigen Erläuterung deutlich wird, wandelt die Verarbeitungsschaltung 4 ein analoges Stromsignal (den Strom i2) in ein digitales Frequenzsignal, das kaum durch Störungen wie z. B. Rauschen beeinflusst wird. Dementsprechend ist das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 zuverlässig und genau.
In 1 ist mit der Verarbeitungsschaltung 4 und der Stromspiegelschaltung 2 eine Vorspannungsschaltung 5 verbunden. Die Vorspannungsschaltung 5 enthält Transistoren 51 und 52 und einen Widerstand 53. Die Basisanschlüsse der Transistoren 51 und 52 und der Kollektor des Transistors 52 sind gemeinsam mit einem Ende des Widerstands 53 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 53 ist mit dem positiven Energieversorungsanschluss T1 verbunden. Die Emitter der Transistoren 51 und 52 sind gemeinsam mit dem Masseanschluss T2 verbunden. Der Kollektor des Transistors 51 ist mit einem Punkt einer Leitung verbunden, längs der der Strom i2 fließt.
Der Strom i2 ist mit einem vorbestimmten Versatz eines Vorspannungsstromes (bias current) i3 versehen, der in den Kollektor des Transistors 51 fließt. Wie im Abschnitt (a) der 3 gezeigt, nimmt der Strom i2 einen gegebenen positiven Wert an (einen gegebenen Wert, der nicht Null ist), der gleich dem Vorspannungsstrom i3 ist, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 näherungsweise gleich Null ist. Der Strom i2 erhöht sich entsprechend der Erhöhung einer Beleuchtungsstärke von etwa 0 bis 10.000 lx linear vom positiven Wert i3 an. Daher gibt die Verarbeitungsschaltung 4 ein Frequenzsignal von nicht Null sogar dann aus, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 näherungsweise gleich Null ist. Dieses ist bei der Entscheidung unter Bezugnahme auf das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 vorteilhaft, ob eine Signalleitung, die von der Verarbeitungsschaltung 4 kommt, unterbrochen ist oder nicht.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Verarbeitungsschaltung 4 eine Begrenzerschaltung 6. Die Begrenzerschaltung 6 weist Transistoren 61 und 62 und Widerstände 63, 64 und 65 auf. Die Transistoren 61 und 62 sind geschaltet, um einen Vergleicher zu bilden. Der Widerstand 63 bildet eine von dem Vergleicher gefolgte Eingangsschaltung. Die Widerstände 64 und 65 sind in Serie geschaltet, um eine Spannungsteilerschaltung zu bilden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 64 und 65 ist mit dem Vergleicher verbunden. Die Serienkombination der Widerstände 64 und 65 ist über die Gleichspannungsquelle geschaltet. Die Widerstände 64 und 65 kooperieren, um eine vorbestimmte Bezugsspannung an den Vergleicher anzulegen. Der Ausgangsanschluss des Vergleichers, d. h. ein Schaltungspunkt P innerhalb der Begrenzerschaltung 6 ist mit dem Basisanschluss eines Transistors 40 verbunden, der außerhalb der Begrenzerschaltung 6 angeordnet ist. An den Transistor 40 schließt eine Stromspiegelschaltung (kein Bezugscharakter) zur Erzeugung der zuvor genannten Ströme i21 und i22 an.
Ein dem Strom i2 proportionaler Strom i23 wird durch eine Stromspiegelschaltung (kein Bezugscharakter) erzeugt. Der Strom i23 fließt von der Stromspiegelschaltung in den Widerstand 63 innerhalb der Begrenzerschaltung 6. Wenn die Spannung über dem Widerstand 63, die proportional zur Größe des Stromes i23 ist, die vorbestimmte Bezugsspannung übersteigt, befindet sich das Ausgangssignal des Vergleichers in der Begrenzerschaltung 6 (die Spannung am Schaltungspunkt P) in einem Zustand mit hohem logischen Pegel, so dass der Transistor 40 sich in einem Ein-Zustand befindet. Daher wird der Strom i21 in diesem Fall auf eine vorbestimmte obere Grenze begrenzt. Im Speziellen hängt die obere Grenze des Stromes i21 von der vorbestimmten Bezugsspannung am Vergleicher innerhalb der Begrenzerschaltung 6 ab. Die obere Grenze des Stromes i21 kann entsprechend den Widerstandsgröflen der Widerstände 64 und 65 angepasst werden.
Im dem Fall, in dem das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 nur von einem automatischen Lichtsystem verwendet wird, entspricht die obere Grenze des Stromes i21 vorzugsweise einem Wert, der etwas größer als eine Beleuchtungsstärke von 2.000 lx ist. Im dem Fall, in dem das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 sowohl von einem automatischen Lichtsystem als auch von einem Messgerätehelligkeitskorrektursystem verwendet wird, entspricht die obere Grenze des Stromes i21 vorzugsweise einer Beleuchtungsstärke von etwa 10.000 lx.
Wie in den Abschnitten (a) und (c) der 3 gezeigt ist, erreicht die Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 34 ihre obere Grenze, wenn der Strom i21 seine obere Grenze erreicht. Wie im Abschnitt (a) der 3 gezeigt ist, bleibt der Strom i21 in dem Fall, in dem die obere Grenze des Stromes i21 einer Beleuchtungsstärke von etwa 10.000 lx entspricht, gleich seiner oberen Grenze, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 gleich oder größer als etwa 10.000 lx ist. Wie im Abschnitt (c) der 3 gezeigt ist, bleibt außerdem die Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 34 gleich ihrer oberen Grenze, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 gleich oder größer als etwa 10.000 lx ist. Diese Frequenzsättigung ist vorteilhaft, wenn vermieden werden soll, dass ein automatisches Lichtsystems oder ein Messgerätehelligkeitskorrektursystems aufgrund einer übermässig hohen Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 34 fehlerhaft arbeitet.
In 4 erhöht sich die Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 4 proportional zur Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 in dem Bereich, der gleich oder kleiner als etwa 10.000 lx ist. Sogar wenn kein Licht auf das lichtempfindliche Element 1 fällt, besitzt das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 eine vorbestimmte Frequenz von nicht Null (eine vorbestimmte Versatzfrequenz), die dem zuvor genannten Vorspannungsstrom i3 entspricht. Die vorbestimmte Frequenz von nicht Null wird von der Vorspannungsschaltung 5 bereitgestellt. Die Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 4 bleibt gleich ihrer oberen Grenze, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 etwa 10.000 lx überschreitet. Diese Frequenzsättigung wird durch die Begrenzerschaltung 6 bereitgestellt.
Wie aus der vorherigen Darstellung deutlich wird, dient die Stromspiegelschaltung 2 zur Erzeugung der Signalströme i1 und i2 in Abhängigkeit vom Lichtstrom iL. Die Signalströme i1 und i2 sind proportional zum Lichtstrom iL. Die Signalströme i1 und i2 sind voneinander getrennt. Die Signalströme i1 und i2 werden von den jeweiligen Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 verarbeitet. Die Trennung zwischen den Signalströmen i1 und i2 gewährleistet, dass angemessene S/R-Verhältnisse bezüglich beider Ausgangssignale der Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 verfügbar sind. Die Stromspiegelschaltung 2 ermöglicht es, dass die zum Lichtstrom iL proportionalen Signalströme i1 und i2 leicht bereitgestellt werden können.
Wie zuvor erläutert kann durch die Verarbeitungsschaltung 3 eine Kompatibilität mit einem herkömmlichen Sonnenscheinsensor erreicht werden. Dieses ist für die Lichterfassungsvorrichtung der 1 vorteilhaft.
Die Verarbeitungsschaltung 4 gibt das Frequenzsignal aus, das kaum durch Störungen wie z. B. Rauschen beeinflusst wird. Daher ist das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 genau und zuverlässig.
Wie zuvor erläutert gibt die Verarbeitungsschaltung 4 ein Frequenzsignal von nicht Null sogar dann aus, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 näherungsweise gleich Null ist.
Dieses ist vorteilhaft, wenn entschieden werden soll, ob unter Bezugnahme auf das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 4 eine Signalleitung, die von der Verarbeitungsschaltung 4 kommt, unterbrochen ist oder nicht.
Die Begrenzerschaltung 6 gibt die obere Grenze für die Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 34 an. Dieses ist vorteilhaft, wenn verhindert werden soll, dass ein automatisches Lichtsystems oder ein Messhelligkeitskorrektursystem aufgrund einer übermäßig hohen Frequenz des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 34 fehlerhaft arbeitet.
Zweite Ausführungsform
5 zeigt einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung, die, abgesehen von später gezeigten Änderungen, der Ausführungsform der 1 ähnelt. Die in 5 gezeigte zweite Ausführungsform enthält einen Prozessor 600 anstelle der Begrenzerschaltung 6 (siehe 1 ). Zusätzlich wird der Transistor 23 in der Stromspiegelschaltung 2 (siehe 1) durch Transistoren 23a und 23b ersetzt. Zum Lichtstrom iL proportionale Ströme i4 und i5 fließen in die jeweiligen Kollektoren der Transistoren 23a und 23b.
In 5 erzeugt eine mit dem Transistor 23a verbundene und einen Transistor 71 enthaltene Stromspiegelschaltung einen dem Strom i4 proportionalen Strom i41. Der Transistor 71 und ein Widerstand 72 sind in Serie geschaltet. Die Serienkombination des Transistors 71 und des Widerstands 72 ist über die Gleichstromquelle geschaltet.
Eine mit dem Transistor 23b verbundene und einen Transistor 73 enthaltende Stromspiegelschaltung erzeugt einen dem Strom i5 proportionalen Strom i51. Der Transistor 73 und ein Widerstand 74 sind in Serie geschaltet. Die Serienkombination des Transistors 73 und des Widerstands 74 ist über die Gleichspannungsquelle geschaltet. Eine Konstant-Strom-Schaltung 77 ist über den Widerstand 74 geschaltet. Der Transistor 73, der Widerstand 74 und die Konstant-Strom-Schaltung 77 sind im Prozessor 600 enthalten. Die Widerstandsgröße des Widerstands 74 ist kleiner als die Widerstandsgröße des Widerstands 72.
Der Prozessor 600 enthält eine Konstant-Strom-Schaltung 75 und einen Widerstand 76, die in Serie geschaltet sind. Die Serienkombination der Konstant-Strom-Schaltung 75 und des Widerstands 76 ist über die Gleichspannungsquelle geschaltet.
Der Prozessor 600 enthält außerdem einen Operationsverstärker 78, der drei nicht invertierende Eingangsanschlüsse aufweist. Ein erster nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 78 ist mit dem Verbindungspunkt "a" zwischen dem Transistor 71 und dem Widerstand 72 verbunden. Ein zweiter nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 78 ist mit der Verbindungsstelle "b" zwischen dem Transistor 73 und dem Widerstand 74 verbunden. Ein dritter nicht invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 78 ist mit der Verbindungsstelle "c" zwischen der Konstant-Strom-Schaltung 75 und dem Widerstand 76 verbunden. Der Operationsverstärker 78 wählt aus den Spannungen der Verbindungsstellen "a", "b" und "c" die niedrigste Spannung aus und gibt die ausgewählte niedrigste Spannung an den Basisanschluss des Transistors 40, der an den Prozessor 600 anschließt, aus.
Wie zuvor erläutert ist der Strom i4 proportional zum Lichtstrom iL. Der Strom i41 ist proportional zum Strom i4. Der Strom i41 fließt durch den Widerstand 72. Die Spannung über dem Widerstand 72, die proportional zur Größe des Stromes i41 ist, wird über die Verbindungsstelle "a" in den Operationsverstärker 78 eingegeben.
Wie zuvor erläutert ist der Strom i5 proportional zum Lichtstrom iL. Der Strom i51 ist proportional zum Strom i5. Der Strom i51 fließt durch den Widerstand 74. Außerdem fließt ein von der Konstant-Strom-Quelle 77 bereitgestellter Strom durch den Widerstand 74. Die Spannung über dem Widerstand 74, die proportional zur Summe aus dem Strom i51 und dem zusätzlichen Strom ist, wird über die Verbindungsstelle "b" in den Operationsverstärker 78 eingegeben.
Die Konstant-Strom-Quelle 75 erzeugt einen konstanten Strom i60. Der konstante Strom i60 fließt durch den Widerstand 76. Die Spannung über dem Widerstand 76, der proportional zur Größe des Konstantstromes i60 ist, wird über die Verbindungsstelle "c" in den Operationsverstärker 78 eingegeben.
Der Strom i41 gibt eine in 6 gezeigte Beleuchtungsstärken-Frequenz-Kennlinie L31 an. Der Strom i51 gibt eine in 6 gezeigte Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L32 an. Der konstante Strom i60 gibt eine in 6 gezeigte Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L33 an. Die Steigung der Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L31 hängt von der Widerstandsgröße des Widerstands 72 ab. Die Steigung der Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L32 hängt von der Widerstandsgröße des Widerstands 74 ab. Da die Widerstandsgröße des Widerstands 72 größer als die Widerstandsgröße des Widerstands 74 ist, ist die Steigung der Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L31 größer als die der Steigung der Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L32.
Der Operationsverstärker 78 wählt aus den Spannungen der Verbindungsstellen "a", "b" und "c" ,die den jeweiligen Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinien L31, L32 und L33 entsprechen, die niedrigste Spannung aus. Der Operationsverstärker 78 gibt die ausgewählte niedrigste Spannung an den Basisanschluss des Transistors 40 aus, der an den Prozessor 600 anschließt. Wie in 6 gezeigt ist, stimmt eine resultierende Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie mit einer Kombination der mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Abschnitte der Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinien L31, L32 und L33 überein.
In 7 erhöht sich eine verfügbare Signalfrequenz mit einer großen Steigung, wenn sich die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 von etwa 0 auf einen ersten Begrenzungspunkt von etwa 1.000 lx erhöht. Die Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Beleuchtungsstärke wird in diesem Bereich durch die Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L31 angegeben. Dieser Beleuchtungsstärkenbereich ist für ein automatisches Lichtsystem ausgelegt. Die große Steigung der Frequenzerhöhung gibt eine höhere Genauigkeit der Signalfrequenz an. Die verfügbare Signalfrequenz erhöht sich mit einer leichten Steigung, wenn sich die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 vom ersten Begrenzungspunkt auf einen zweiten Begrenzungspunkt von etwa 10.000 lx erhöht. Die Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Beleuchtungsstärke wird in diesem Bereich durch die Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L32 angegeben. Die verfügbare Signalfrequenz bleibt gleich ihrer oberen Grenze, wenn die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element 1 den zweiten Begrenzungspunkt überschreitet. Die Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Beleuchtungsstärke wird in diesem Bereich durch die Beleuchtungsstärke-Frequenz-Kennlinie L33 angegeben.
Dritte Ausführungsform
8 zeigt einen Abschnitt einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung, die der Ausführungsform der 1 oder der Ausführungsform der 5 mit Ausnahme später dargestellter Änderungen ähnelt.
In der Ausführungsform der 8 enthält eine mit dem lichtempfindlichen Element 1 verbundene Stromspiegelschaltung den Transistor 21 und mindestens drei Transistoren 24, 25 und 26. Die Transistoren 21, 24, 25 und 26 sind so geschaltet, dass die zum Lichtstrom iL proportionalen Ströme iL1, iL2 und iL3 in die jeweiligen Kollektoren der Transistoren 24, 25 und 26 fließen. Die durch die Ströme iL1, iL2 und iL3 dargestellten Signale werden durch die Verarbeitungsschaltungen für jeweilige unterschiedliche Zwecke verarbeitet.
Andere Ausführungsformen
Mindestens eine der Verarbeitungsschaltungen 3 und 4 der Ausführungsformen der 1 und 5 kann durch eine Verarbeitungsschaltung für einen Sonnenrichtungserfassungs-Sonnenscheinsensor, der mehrere Stromsignale ausgibt, eine Verarbeitungsschaltung, die ein Spannungssignal ausgibt, oder eine Verarbeitungsschaltung zur Verbindung mit einem fahrzeuginternen LAN (local area network), das serielle Daten ausgibt, ersetzt werden.
Die Stromspiegelschaltungen der Ausführungsformen der 1, 5 und 8 können durch Schaltungen ersetzt werden, die Stromsignale oder Spannungssignale erzeugen, die proportionale Beziehungen zum Lichtstrom iL aufweisen.

Claims

Lichterfassungsvorrichtung für verschiedene Steuersysteme, die aufweist: ein lichtempfindliches Element (1), das in Abhängigkeit von einem darauf einfallenden Licht einen Lichtstrom erzeugt; eine Vor-Schaltung, die mit dem lichtempfindlichen Element verbunden ist und eine Stromspiegelschaltung (2) zum Erzeugen von Stromsignalen aufweist, die zu dem von dem lichtempfindlichen Element (1) erzeugten Lichtstrom proportional sind; und eine Verarbeitungsschaltung (4), die mit der Vor-Schaltung verbunden ist und zum Wandeln von mindestens einem der Stromsignale zu Frequenzsignalen, die eine von dem Lichtstrom abhängige Frequenz aufweisen, und zum Ausgeben der Frequenzsignale zu mindestens einem Steuersystem dient.
Lichterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsschaltung (4) eine Oszillationsschaltung aufweist, welche bei einer Frequenz oszilliert, die von den von der Vor-Schaltung erzeugten Stromsignalen abhängt.
Lichterfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung (4) weiterhin eine Vorspannungsschaltung (5) zum Versehen der Frequenzsignale mit einem vorbestimmten Versatz aufweist.
Lichterfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorspannungsschaltung (5) zwischen das lichtempfindliche Element (1) und die Oszillationsschaltung geschaltet ist.
Lichterfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung (4) weiterhin eine Begrenzerschaltung (6) zum Halten der Frequenz der Frequenzsignale an einem vorbestimmten Wert, wenn sich eine auf das Licht beziehende Beleuchtungsstärke in einem vorbestimmten Bereich befindet,
Lichterfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Begrenzerschaltung (6) zwischen das lichtempfindliche Element (1) und die Oszillationsschaltung geschaltet ist.