WO2002012844A1 - Schaltung mit kombiniertem signal- und umgebungslichtsensor - Google Patents

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    • H04N5/57—Control of contrast or brightness
    • H04N5/58—Control of contrast or brightness in dependence upon ambient light

Definitions

  • the invention relates to a circuit for evaluating optical signals. It is based in particular on a circuit according to the preamble of claim 1.
  • the readability of the display or the quality of display of images can vary considerably with the brightness of the ambient light.
  • the user With changing lighting conditions, the user generally has the option of adapting certain operating parameters of the device, such as brightness or contrast, to the lighting conditions in the vicinity of the device.
  • certain devices already have an automatic adjustment of certain operating parameters to the brightness of the ambient light.
  • the detection of the ambient brightness which is necessary for automatic adaptation, is usually based on an optical sensor which is mounted in the housing of the device, generally pointing in the direction of the viewer.
  • the signal provided by the ambient light sensor is fed to a control system which automatically adjusts the operating parameters to the ambient brightness.
  • the use of such an automatic adjustment is suitable, inter alia, in televisions, video projection devices, dashboard lights or devices with liquid crystal displays such as portable computers or mobile telephones.
  • the method described above for adapting the operating parameters of a display or projection device to the ambient brightness is already used in commercially available devices, it is currently only used in a few, mostly high-quality devices.
  • the sensor required for measuring the ambient brightness causes relatively high additional product costs, which are due on the one hand to the costs for the component itself, and on the other hand to the precautions which to install the sensor in the device housing.
  • the optical sensor can impose restrictions on the design of the device housing, which under certain circumstances cannot be reconciled with miniaturization or a special artistic design of the housing.
  • the invention described in claim 1 proposes such a circuit.
  • the sensor that is present in many devices for receiving control or data signals is used at the same time to determine the ambient brightness.
  • the sensor mentioned is usually attached in the direction of the user and thus has an optimal position for determining the ambient brightness.
  • the spectral range in which (infrared) sensors currently used are sensitive to control or data signals also covers the visible part of the spectral range. Since the infrared component contained in the ambient light is proportional to the intensity of the visible light, it is ensured that the ambient light can be detected as well as by a separate sensor.
  • the separation of ambient brightness and control or data signals is technically possible in that the ambient light produces a substantially constant and thus only a slowly changing signal at the optical sensor, while control and data signals are characterized by rapid, pulse-like changes, for example in the case of Infrared receivers LTM-9237-33 from Liton are in the order of 30 kHz.
  • control or data signals and ambient brightness can thus be attributed to the separation of quickly and slowly changing signal components.
  • the simultaneous use of the optical sensor for control or data signals as a sensor for the ambient brightness means that an additional optical sensor, as is currently required in regulations, and the associated measures such as cutouts in the housing, cable feeds, etc., can be omitted. This allows the detection of the invention
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention and Figure 3 shows a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a control circuit according to the invention using the example of an infrared (IR) sensor for receiving control signals from an infrared remote control.
  • the circuit diagram schematically shows an IR diode 10, which is connected via a resistor 11 to a voltage source 12 with the voltage U is operated.
  • the voltage signal falling at the IR diode is used on the one hand via a low-pass filter 13, 14 at an output 17 for regulating the operating parameters such as brightness or contrast, and on the other hand via a capacitor 15 and downstream operational amplifier 16 at the output 18 for signal decoder
  • the rapidly changing signal components which can pass through the capacitor 15 before the operational amplifier, but are blocked by the low pass 13, 14, are separated from the substantially constant signal components, which in turn are blocked by the capacitor and passed through by the low pass ,
  • the latter are proportional to the ambient brightness and can be fed to a control system which, depending on the brightness of the ambient light, approximately the contrast of the Image.
  • the circuit described does not take into account the fact that the voltage at the IR diode 10 may collapse under high ambient brightness.
  • FIG. 2 schematically shows a further exemplary embodiment of a control circuit according to the invention which avoids this problem.
  • two transistors 21, 22 are provided, the bases of which are connected to the output of the operational amplifier 26 via a low-pass filter 23, 24.
  • the transistor 21 the current through the infrared receiving diode 20 is readjusted in accordance with the ambient brightness in such a way that the voltage across the diode remains virtually unchanged and a breakdown of the voltage with a high ambient brightness is impossible.
  • FIG. 3 shows a further advantageous embodiment of the invention, which is based on the combination of a current mirror consisting of the transistors 31, 32 with commercially available IR receiving modules 30.
  • the circuit is suitable for receiving modules whose current consumption is essentially determined by the current consumption of the receiving diode and thus by the ambient brightness.
  • the current consumed by the receiving module only needs to be copied by a current mirror circuit 31, 32 and filtered by means of a low pass 33, 34.
  • the ambient brightness can then be obtained at output 17 from the change in the offset value compared to the basic current consumption in the dark.
  • the circuit thus has the advantage that commercially available IR receiver modules (e.g. LTM-9237-33 from Liton), as are currently used as standard in mass production of consumer electronics, can be used unchanged.
  • the last-mentioned embodiment in particular shows that the invention enables detection to be carried out with extremely little additional technical effort. It should also be noted that the invention can easily be transferred to other areas by a person skilled in the art. At this point, only a few other examples are mentioned, such as mobile phones with an IR interface, in which the display brightness is to be regulated in dependence on the ambient brightness, IR receivers in the motor vehicle sector for opening and closing the vehicle, in which the interior lighting or the display elements are simultaneously illuminated to be regulated, or a slide or video projector, the lamp power of which is to be excited depending on the ambient light.

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Abstract

In Anzeige- und Bildwiedergabegeräten ist für eine optimale Darstellungsqualität die Umgebungshelligkeit zu berücksichtigen. Dazu ist ein optischer Sensor erforderlich, der mit technischem Mehraufwand verbunden ist. Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung, die es gestattet, die Umgebungshelligkeit über einen im Gerät bereits für den Empfang von Daten- oder Steuersignalen vorhandenen Sensor zu bestimmen. Insbesondere für Geräte der Unterhaltungselektronik.

Description

Schaltung mit kombiniertem Signal- und Umgebungslichtsensor
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Auswertung von optischen Signalen. Sie geht insbesondere von einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 aus.
In Geräten mit Leuchtanzeigen, Displays, oder Mitteln zur Projektion kann die Lesbarkeit der Anzeige bzw. die Darstellungsqualität von Bildern beträchtlich mit der Helligkeit des Umgebungslichtes variieren. Der Benutzer hat bei wechselnden Lichtverhältnissen in der Regel die Möglichkeit, bestimmte Betriebsparameter des Gerätes wie etwa Helligkeit oder Kontrast auf die Lichtverhältnisse in der Umgebung des Gerätes anzupassen. Um dem Benutzer eine manuelle Anpassung zu ersparen, weisen verschiedene Geräte bereits eine automatische Anpassung bestimmter Betriebsparameter an die Helligkeit des Umgebungslichtes auf. Die für eine automatische Anpassung notwendige Erfassung der Umgebungshelligkeit basiert üblicherweise auf einem optischen Sensor, der im Gehäuse des Gerätes, in der Regel in die Richtung des Betrachters zeigend, angebracht ist. Das durch den Umgebungslichtsensor zur Verfügung gestellte Signal wird einer Regelung zugeführt, die eine optimale Anpassung der Betriebsparameter an die Umgebungshelligkeit automatisch vornimmt. Die Anwendung einer derartigen automatische Anpassung bietet sich unter anderem in Fernsehern, Videoprojektionsgeräten, Armaturenbrettbeleuchtungen oder Geräten mit Flüssigkristalldisplays wie tragbaren Computern oder Mobiltelefonen an.
Obwohl das oben beschriebene Verfahren zur Anpassung der Betriebsparameter eines Anzeige- oder Projektionsgerätes an die Umgebungshelligkeit bereits in kommerziell erhältlichen Geräten Verwendung findet, kommt es derzeit nur bei wenigen, meist hochwertigen Geräten zum Einsatz. Grund dafür ist, daß der für die Messung der Umgebungshelligkeit notwendige Sensor relativ hohe zusätzliche Produktkosten verursacht, die zum einen in den Kosten für das Bauteil an sich, zum anderen aber in den Vorkehrungen begründet liegen, die zum Einbau des Sensors im Gerätegehäuse erforderlich sind. Daneben kann der optische Sensor Einschränkungen für die Ausgestaltung des Gerätegehäuses mit sich bringen, die sich unter Umständen nicht mit einer Miniaturisierung oder einer speziellen künstlerischen Ausgestaltung des Gehäuses in Einklang bringen lassen.
Es ist von daher wünschenswert, eine Schaltung zur Erfassung der Umgebungshelligkeit mit möglichst geringem technischen Mehraufwand bereitzustellen.
Die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung schlägt eine derartige Schaltung vor. Erfindungsgemäß wird dabei der in vielen Geräten ohnehin für den Empfang von Steuer- oder Datensignalen vorhandene Sensor gleichzeitig zur Bestimmung der Umgebungshelligkeit benutzt.
Der genannte Sensor ist in der Regel in Richtung des Benutzers angebracht und weist damit eine optimale Lage zur Bestimmung der Umgebungshelligkeit auf. Zudem überdeckt der Spektralbereich, in welchem derzeit verwendete (Infrarot- )Sensoren für Steuer- oder Datensignale sensitiv sind, auch den sichtbaren Teil des Spektralbereiches ab. Da der im Umgebungslicht enthaltene Infrarotanteil proportional zur Intensität des sichtbaren Lichtes ist, ist gewährleistet, daß das Umgebungslicht ebenso gut wie durch einen separaten Sensor erfaßt werden kann. Technisch möglich wird die Trennung von Umgebungshelligkeit und Steuer- oder Datensignalen dadurch, daß das Umgebungslicht im wesentlichen konstant und damit ein nur langsam veränderliches Signal am optischen Sensor hervorruft, während Steuer- und Datensignale durch schnelle, pulsartige Änderungen charakterisiert sind, die beispielsweise im Falle des Infrarotreceivers LTM-9237-33 der Firma Liton in der Größenordnung von 30 kHz liegen. Damit kann die Trennung von Steuer- oder Datensignalen und Umgebungshelligkeit auf eine Trennung schnell und langsam veränderlicher Signalanteile zurückgeführt werden. Durch die gleichzeitige Verwendung des optischen Sensors für Steuer- oder Datensignale als Sensor für die Umgebungshelligkeit kann ein zusätzlicher optischer Sensor, wie er derzeit in Regelungen erforderlich ist, sowie die damit verbundenen Maßnahmen wie Aussparungen am Gehäuse, Kabelzuführungen etc. entfallen. Damit läßt sich mit der Erfindung die Erfassung der
Umgebungshelligkeit in Geräten, die ohnehin schon einen optischen Sensor zum Empfang von Steuer- oder Datensignalen haben, wesentlich günstiger implementieren.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 stellt eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung am Beispiel eines lnfrarot(IR-)Sensors für den Empfang von Steuersignalen einer Infrarotfernbedienung dar. Das Schaltbild zeigt schematisch eine IR-Diode 10, die über einen Widerstand 11 an einer Spannungsquelle 12 mit der Spannung U betrieben wird. Das an der IR-Diode abfallende Spannungssignal wird zum einen über einen Tiefpass 13, 14 an einen Ausgang 17 zur Regelung der Betriebsparameter wie beispielsweise Helligkeit oder Kontrast und zum anderen über einen Kondensator 15 und nachgeschaltetem Operationsverstärker 16 an den Ausgang 18 zum Signaldecoder zur
Verarbeitung der Fernbedienungssignale weitergeleitet. In der bestehenden Schaltung werden somit die schnellveränderlichen Signalanteile, die den Kondensator 15 vor dem Operationsverstärker passieren können, jedoch von dem Tiefpass 13, 14 blockiert werden, von den im wesentlichen konstanten Signalanteilen, die umgekehrt von dem Kondensator blockiert und vom Tiefpass durchgelassen werden, getrennt. Letztere sind proportional zur Umgebungshelligkeit und können einer Regelung zugeführt werden, die in Abhängigkeit von der Helligkeit des Umgebungslichtes etwa den Kontrast des Bildes anpaßt. In der beschriebenen Schaltung bleibt unberücksichtigt, dass bei hoher Umgebungshelligkeit die Spannung an der IR-Diode 10 unter Umständen zusammenbrechen kann.
Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, die dieses Problem umgeht. Es sind zusätzlich zwei Transistoren 21, 22 vorgesehen, deren Basis mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 26 über einen Tiefpaß 23, 24 verbunden sind. Durch den Transistor 21 wird der Strom durch die Infrarotempfangsdiode 20 entsprechend der Umgebungshelligkeit derart nachgeregelt, daß die Spannung an der Diode nahezu unverändert bleibt und ein Zusammenbruch der Spannung bei großer Umgebungshelligkeit ausgeschlossen ist. Der Transistor 22, dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors parallel verschaltet ist, liefert entsprechend ein Signal, das die Umgebungshelligkeit widerspiegelt.
Fig. 3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung, die auf der Kombination eines Stromspiegels bestehend aus den Transistoren 31 , 32 mit kommerziell erhältlichen IR-Empfangsmodulen 30 beruht. Die Schaltung ist für Empfangsmodule geeignet, deren Stromaufnahme im wesentlichen von der Stromaufnahme der Empfangsdiode und mithin von der Umgebungshelligkeit bestimmt wird. Zur Gewinnung der Umgebungshelligkeit braucht hier der durch das Empfangsmodul aufgenommene Strom lediglich durch eine Stromspiegelschaltung 31, 32 kopiert und mittels eines Tiefpasses 33, 34 gefiltert zu werden. Die Umgebungshelligkeit kann dann am Ausgang 17 aus der Änderung des Offsetwertes gegenüber der Grundstromaufnahme bei Dunkelheit gewonnen werden. Damit besitzt die Schaltung den Vorteil, dass kommerziell erhältliche IR-Empfangsmodule (z.B. LTM-9237-33 der Fa. Liton), wie sie derzeit standardmäßig in der Massenproduktion von Unterhaltungselektronik verwendet werden, unverändert eingesetzt werden können.
Insbesondere die letztgenannte Ausführungsform zeigt, dass durch die Erfindung eine Erfassung mit äußerst geringem technischem Mehraufwand realisiert werden kann. Es sei zudem angemerkt, dass die Erfindung durch einen Fachmann problemlos auf andere Bereiche übertragen werden kann. An dieser Stelle seien nur einige weitere Beispiele genannt wie Mobilfunktelefone mit IR-Schnittstelle, bei denen die Displayhelligkeit in Anhängigkeit der Umgebungshelligkeit geregelt werden soll, IR-Empfänger im Kraftfahrzeugbereich zum Öffnen und Schließen des Fahrzeuges, bei denen gleichzeitig die Beleuchtung des Innenraumes oder der Anzeigelemente geregelt werden soll, oder ein Dia- oder Videoprojektor, dessen Lampenleistung in Abhängigkeit des Umgebungslichtes geregt werden soll.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur Auswertung von optischen Signalen mit einem optischen 5 Sensor (10), der optische Signale in elektrische Signale umwandelt, wobei der optische Sensor elektrisch an eine Ansteuerschaltung angeschlossen ist, wobei die Ansteuerschaltung einen Ausgang (18) aufweist, der die von dem optischen Sensor empfangenen Daten- oder Befehlssignale zur Verfügung stellt, 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung an einem zweiten Ausgang (17) ein Signal bereitstellt, das die Helligkeit des Lichtes in der Umgebung des Sensors repräsentiert.
15 2. Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung Mittel umfaßt, die am zweiten Ausgang (17) ein mit der Stromaufnahme der Ansteuerschaltung (30) veränderliches Signal erzeugt, dessen Wert von der Umgebungshelligkeit abhängt.
20 3. Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltung Mittel umfaßt zur Trennung des Eingangssignals in schnell und langsam veränderliche, im wesentlichen konstante Signalanteile, wobei letztere das Signal am zweiten Ausgang (17) generieren.
25 4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ausgang (17) mit dem Eingang einer Regelung verbunden ist, die die Betriebsparameter einer Anzeige, eines Displays, eines Bildschirmes oder einer Projektion in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit optimiert.
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