WO2007033966A1 - Schaltung zur helligkeitsmessung von lichtquellen - Google Patents

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Andreas Huber
Peter Niedermeyer
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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    • G—PHYSICS
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    • G01J2001/4247—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors for testing lamps or other light sources

Definitions

  • the present invention relates to a Wegungsanord ⁇ tion for measuring the brightness of light sources.
  • circuit arrangements which measure such a large area of a brightness, and it can take ⁇ .
  • a gain switching realized with a digital adjustable resistor is very expensive and expensive.
  • circuit arrangements as integrated circuits, with which a gain can be changed digitally.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a circuit arrangement with which a brightness measurement of light sources can be carried out in a low-cost and reliable manner over a very large brightness range of a light source.
  • a circuit arrangement according to Hellig ⁇ velocity measurement of light sources comprises an operational amplifier, the operational amplifier in wesentli ⁇ cher manner is fixed in its gain.
  • the circuit arrangement has at least one photodetector, which is electrically connected to a first input of the operational amplifier and is designed and arranged to detect the light of the light source.
  • the circuit arrangement has a current path for supplying power to the Operationsver- is more highly trained and is electrically connected to the first input of the operational amplifier.
  • the first input of the operational amplifier is designed as a negative input.
  • a resistor having the ten ers ⁇ input and an output of the operational amplifier is electrically connected. The electrical connection is such that this resistor is connected quasi parallel to the operating amplifier.
  • the voltage supply of at least one Photodetek ⁇ gate is placed in an advantageous manner by a supply voltage negative ⁇ Ver.
  • At least two Photodetek ⁇ motors are connected in the circuit arrangement, wherein the at least two photodetectors are connected in a parallel ⁇ circuit, this parallel circuit is connected electri- cally with the first input of the operational amplifier. This can be achieved that a larger area can be detected and thus the brightness of a larger area can be measured.
  • the photodetectors can be deemed to semiconductor sensors forms, which are preferably driven in the reverse direction be ⁇ be.
  • the current path is preferably connected to a D / A converter.
  • the light source can be designed as an LED or as an electric lamp.
  • FIGURE 1 shows a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 1 according to the invention for measuring the brightness of a light source (not shown).
  • the circuit arrangement 1 comprises an operational amplifier 2, which has a fixed amplification factor ⁇ Ver.
  • the operational amplifier 2 has a first input, which is characterized in the execution ⁇ example by the negative input.
  • This negative input of the operational amplifier 2 is connected to a circuit node to which a parallel connection of photodetectors is also connected.
  • the photodetectors are in the embodiment as semiconducting ⁇ ters sensors 3 and 4 are formed.
  • the circuit arrangement 1 comprises an additional current path 5, which is also connected to the circuit node and thus with the negative input of the operational amplifier 2 is electrically connected ⁇ .
  • the photodetectors are, for example approximately in the exporting ⁇ as semiconductor sensors 3 and 4 are formed.
  • the circuit arrangement 1 comprises an additional current path 5, which is also electrically connected to the circuit node and thus to the negative input of the operational amplifier 2.
  • I_SHIFT power from a non ⁇ represent provided D A converter is provided /.
  • This additional current path 5 and the resulting negative to the input of the operational amplifier 2 transmitted electrical ⁇ 's current I_SHIFT can be achieved that the Hei lotti a very large portion of the le of the Lichtquel ⁇ emitted light can be measured or detected.
  • the D / A converter can be set very precisely.
  • a second input of the operational amplifier which is the positive input, is connected to ground potential.
  • the half ⁇ wire sensors 3 and 4 are operated in the reverse direction and are supplied to a negative supply voltage, which is in the embodiment about -5V. As indicated by the arrows in the vicinity of the semiconductor sensors 3 and 4, so that a corresponding Er ⁇ detection of the brightness of the light of a light source can be performed. It can also be provided that only one semiconductor sensor 3 or 4 or more than the two semiconductor sensors 3 and 4 shown are arranged in a parallel connection. The more such Semiconductor sensors in the circuit 1 maral ⁇ tet are, the larger is the area that can detect these semicon ⁇ tersensoren.
  • the fixed amplification or the fixed amplification factor of the operational amplifier 2 is achieved in the exemplary embodiment in that a resistor 6 is electrically connected to the negative input of the operational amplifier 2 and to an output of the operational amplifier 2.

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Helligkeitsmessung von Lichtquellen mit einem in seiner Verstärkung fest eingestellten Operationsverstärker (2), wobei zumindest ein Photodetektor (3, 4) mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist und ein Strompfad (5) zur Stromeinspeisung an die Operationsverstärker (2) mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist.

Description

Schaltung zur Helligkeitsmessung von Lichtquellen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord¬ nung zur Helligkeitsmessung von Lichtquellen.
Stand der Technik
In vielerlei Hinsicht ist es bei Lichtquellen, beispiels¬ weise mit ein oder mehreren LEDs (Light Emitting Diode) oder sonstigen elektrischen Lampen, erforderlich und er¬ wünscht, deren Helligkeit im Betrieb zu ermitteln. Diese Informationen werden dann verwendet, um optimale Be¬ triebsbedingungen der Lichtquellen einstellen zu können und einen effektiven und effizienten Betrieb gewährleis- ten zu können. Derartige Helligkeitsmessungen sind bei¬ spielsweise wichtig, um Farbortkorrekturen durchführen zu können. Eine Farbortverschiebung des emittierten Lichts von Lichtquellen wird durch Alterung und den Einfluss der Betriebstemperatur verursacht und es ist erforderlich, eine derartige Farbortverschiebung aktiv zu messen und diese auszuregeln. Nur dadurch kann über eine lange Be¬ triebsdauer der Lichtquelle das erforderliche Farbspekt¬ rum durch das emittierte Licht der Lichtquelle bereitge¬ stellt werden.
Da die Helligkeit der Lichtquellen oftmals über einen sehr großen Bereich variiert, ist es erforderlich, dass Schaltungsanordnungen bereitgestellt werden, welche einen derartigen großen Bereich einer Helligkeit messen und er¬ fassen können. Bei bisher bekannten Schaltungsanordnungen zum Messen der Helligkeit von Lichtquellen wird eine Ver- stärkungsumschaltung mit einem digitalen einstellbaren Widerstand realisiert. Eine derartige Ausgestaltung mit einem digitalen Potentiometer ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv. Des Weiteren ist bekannt, Schaltungs- anordnungen als integrierte Schaltungen auszubilden, mit denen eine Verstärkung digital verändert werden kann.
Die bekannten Schaltungsanordnungen ermöglichen jedoch lediglich einen sehr begrenzten Bereich einer Helligkeit erfassen zu können, wodurch eine Farbortkorrektur ledig- lieh suboptimal erfolgen kann.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der eine Helligkeitsmessung von Lichtquellen in aufwandsarmer und zuverlässiger Weise über einen sehr großen Hellig- keitsbereich einer Lichtquelle erfolgen kann.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung, welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Hellig¬ keitsmessung von Lichtquellen umfasst einen Operations- Verstärker, wobei der Operationsverstärker in wesentli¬ cher Weise in seiner Verstärkung fest eingestellt ist. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung zumindest einen Photodetektor auf, welcher mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers elektrisch verbunden ist und zur Detektion des Lichts der Lichtquelle ausgebildet und angeordnet ist. Als weiterer wesentlicher Gedanke der Er¬ findung weist die Schaltungsanordnung einen Strompfad auf, welcher zur Stromeinspeisung an den Operationsver- stärker ausgebildet ist und mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers elektrisch verbunden ist. Indem so¬ wohl der erste Eingang des Operationsverstärkers mit fes¬ tem Verstärkungsfaktor als auch ein zusätzlicher Strom- pfad und zumindest ein Photodetektor zur Helligkeitser¬ fassung einer Lichtquelle mit einem gemeinsamen Schal¬ tungsknoten verbunden sind, kann erreicht werden, dass eine Helligkeitsmessung von von zumindest einer Licht¬ quelle emittiertem Licht zuverlässig über einen sehr gro- ßen Helligkeitsbereich genau erfasst werden kann. Darüber hinaus kann auch ermöglicht werden, dass die Erfassung der Helligkeit möglichst aufwandsarm und kostengünstig durchgeführt werden kann.
In bevorzugter Weise ist der erste Eingang des Operati- onsverstärkers als negativer Eingang ausgebildet. Zur festen Einstellung der Verstärkung des Operationsverstär¬ kers ist in bevorzugter Weise ein Widerstand mit dem ers¬ ten Eingang und einem Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung ist da- bei derart, dass dieser Widerstand quasi parallel zum O- perationsverstärker geschaltet ist.
Die Spannungsversorgung des zumindest einen Photodetek¬ tors ist in vorteilhafter Weise durch eine negative Ver¬ sorgungsspannung gegeben.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Photodetek¬ toren in die Schaltungsanordnung geschaltet sind, wobei die zumindest zwei Photodetektoren in einer Parallel¬ schaltung geschaltet sind, wobei diese Parallelschaltung mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers elekt- risch verbunden ist. Dadurch kann erreicht werden, dass eine größere Fläche erfasst werden kann und somit auch die Helligkeit eines größeren Bereichs gemessen werden kann .
Die Photodetektoren können als Halbleitersensoren ausge- bildet sein, welche bevorzugterweise in Sperrrichtung be¬ trieben werden. Der Strompfad ist bevorzugt mit einem D/A-Wandler verbunden. Die Lichtquelle kann als LED oder als elektrische Lampe ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorlie- genden Erfindung unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 zur Helligkeitsmessung von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Operationsverstärker 2, welcher einen festen Ver¬ stärkungsfaktor aufweist. Der Operationsverstärker 2 weist einen ersten Eingang auf, welcher im Ausführungs¬ beispiel durch den negativen Eingang gekennzeichnet ist. Dieser negative Eingang des Operationsverstärkers 2 ist mit einem Schaltungsknoten verbunden, mit dem auch eine Parallelschaltung von Photodetektoren verbunden ist. Die Photodetektoren sind im Ausführungsbeispiel als Halblei¬ tersensoren 3 und 4 ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung 1 einen zusätzlichen Strompfad 5, welcher ebenfalls mit dem Schaltungsknoten und somit mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 2 elekt¬ risch verbunden ist. Die Photodetektoren sind im Ausfüh¬ rungsbeispiel als Halbleitersensoren 3 und 4 ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung 1 einen zusätzlichen Strompfad 5, welcher ebenfalls mit dem Schaltungsknoten und somit mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 2 elektrisch verbunden ist. In die¬ sen Strompfad 5 ist ein Widerstand 5a geschaltet, wobei der über den Strompfad 5 zusätzlich an den Operationsver- stärker 2 eingespeiste Strom I_SHIFT von einem nicht dar¬ gestellten D/A-Wandler bereitgestellt wird. Durch diesen zusätzlichen Strompfad 5 und den dadurch an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 2 übertragenen elektri¬ schen Strom I_SHIFT kann erreicht werden, dass die HeI- ligkeit eines sehr großen Bereichs des von der Lichtquel¬ le emittierten Lichts gemessen bzw. erfasst werden kann. Der D/A-Wandler kann sehr exakt eingestellt werden.
Wie des Weiteren aus Figur 1 zu erkennen ist, ist ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers, welcher der positive Eingang ist, mit Massepotential verbunden.
Des Weiteren ist aus Figur 1 zu erkennen, dass die Halb¬ leitersensoren 3 und 4 in Sperrrichtung betrieben werden und mit einer negativen Versorgungsspannung, welche im Ausführungsbeispiel etwa -5V beträgt, versorgt werden. Wie durch die Pfeile in der Nähe der Halbleitersensoren 3 und 4 angedeutet ist, kann damit eine entsprechende Er¬ fassung der Helligkeit des Lichts einer Lichtquelle durchgeführt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass lediglich ein Halbeitersensor 3 oder 4 oder auch mehr als die zwei gezeigten Halbleitersensoren 3 und 4 in einer Parallelschaltung angeordnet sind. Je mehr derartige Halbleitersensoren in die Schaltungsanordnung 1 geschal¬ tet sind, umso größer ist die Fläche, die diese Halblei¬ tersensoren erfassen können.
Die feste Verstärkung bzw. der feste Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 2 wird im Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass ein Widerstand 6 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 2 sowie mit einem Aus¬ gang des Operationsverstärkers 2 elektrisch verbunden ist .
Darüber hinaus ist in der Schaltungsanordnung 1 ein wei¬ terer Signalpfad enthalten, in dem eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8 enthalten ist. Dieser weitere Signalpfad ist parallel zum Wider¬ stand 6 geschaltet. Am Ausgang des Operationsverstärkers 2 liegt dann ein die Helligkeit der Lichtquelle charakte¬ risierendes Spannungssignal U_PHOTO an.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Helligkeitsmessung zumindest einer Lichtquelle mit einem in seiner Verstärkung fest eingestellten Operationsverstärker (2), wobei zumin¬ dest ein Photodetektor (3, 4) mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist und ein Strompfad (5) zur Stromeinspeisung an den Ope¬ rationsverstärker (2) mit dem ersten Eingang des Ope¬ rationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang des Operationsverstärkers (2) als negativer Eingang ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur festen Einstellung der Verstärkung des Operations¬ verstärkers (2) ein Widerstand (6) mit dem ersten Ein¬ gang und mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung des zumindest einen Photode¬ tektors (3, 4) durch eine negative Versorgungsspannung erfolgt .
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Photodetektoren (3, 4) in einer Paral¬ lelschaltung geschaltet sind und die Parallelschaltung mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (2) elektrisch verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodetektoren als Halbleitersensoren (3, 4) aus¬ gebildet sind, welche in Sperrrichtung betrieben wer- den.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad mit einem D/A-Wandler verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle als LED oder als elektrische Lampe ausgebildet ist.
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