У третій частині статті розглядаються актуальні для багатьох автомобільних застосувань датчики світла / кольору (датчики навколишнього світу і інші) і порівнюються різноманітні пропозиції елементної бази датчиків, представлені на сучасному автомобільному ринку.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Сисоєва Світлана


Область наук:
  • Медичні технології
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал
    Компоненти і Технології
    Наукова стаття на тему «Актуальні технології і застосування датчиків автомобільних систем активної безпеки. Частина 3. Елементна база датчиків світла і кольору '

    Текст наукової роботи на тему «Актуальні технології і застосування датчиків автомобільних систем активної безпеки. Частина 3. Елементна база датчиків світла і кольору »

    ?Актуальні технології і застосування датчиків

    автомобільних систем активної безпеки

    Частина 3. Елементна база датчиків світла і кольору

    Світлана СИСОЄВА

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    У третій частині статті розглядаються актуальні для багатьох автомобільних застосувань датчики світла / кольору (датчики навколишнього світу і інші) і порівнюються різноманітні пропозиції елементної бази датчиків, представлені на сучасному автомобільному ринку.

    Вступ

    Без датчиків навколишнього світу і дощу вже не можна уявити новий автомобіль верхнього ринкового сегмента, а виконання автомобільних дисплеїв і відеокамер з розширеними функціями - і без датчиків кольору. Корисну роль датчиків навколишнього світу в автомобільній безпеки, підвищення естетики, ергономіки і комфортабельності автомобілів визначають їх наступні основні функції та застосування:

    • мінімізація аварій внаслідок зниження відволікання водія різними сучасними засобами комунікації: як то стільникові телефони, навігаційні системи, системи нічного бачення, бездротовий Інтернет, розваги - прилади та системи групи Entertainment (контроль розташування та утримання дисплеїв, допустимих режимів і функцій, положення і виділення екранних керуючих елементів);

    • підвищення видимості і ергономіки сприйняття змісту дисплеїв водієм в умовах яскравого сонячного світла - зменшення відблисків дисплеїв, взаємодіючих також з відблисками стекол і дзеркал, дзеркального відображення і дифузного розсіяння дисплеїв і в умовах дуже низької освітленості, при зміні положення водія (регулювання різних характеристик дисплея при зміні кута огляду);

    • підвищення естетики і ергономіки сприйняття водієм будь візуальної інформації (дороги, дисплеїв, дзеркал заднього виду), мінімізація втоми і напруги очей за рахунок регулювання різних характеристик за сигналами від датчиків;

    • автоматичний контроль впливу освітленості на яскравість і контрастність дисплеїв (для зменшення відволікання води-

    теля і ергономіки), адаптація фотоелектричних датчиків і дисплейного обладнання до висвітлення від джерел з різними спектральними характеристиками (оптимально, якщо яскравість дисплея і навколишнього світу збігаються, причому навколишній світ повинен бути трохи темніше, ніж яскраво-білий на дисплеї);

    • контроль зображень, одержуваних за допомогою камер (контроль апертури, балансу білого і т. Д.);

    • контроль інтенсивності підсвічування дисплеїв;

    • контроль підсвічування клавіатур і виділення екранних кнопок;

    • максимальне вилучення ручних налаштувань дисплеїв і багаторівневих систем меню, автоматизація перемикання налаштувань дисплеїв з метою зменшення відволікання водія;

    • датчики дощу, автоматичне включення і коригування швидкості роботи склоочисників - все це звільняє водія від ручного перемикання;

    • контроль Електрохроматичне дзеркал - автоматичне затемнення за сигналами від датчиків навколишнього світу і світла автомобіля, що наближається;

    • контроль включення і затемнення автоматичного освітлення (фар і в салоні);

    • автоматичне затемнення дисплеїв, наприклад, при включенні фар і подальша автоматична активація при їх відключенні, визначення пріоритетів в задачах управління, таких як ігнорування затемнення дисплеїв у разі помилкового вмикання фар при достатньому навколишньому освітленні;

    • контроль сонячного освітлення датчиками Sun load sensors - детекторами положення і інтенсивності джерела сонячного світла для автоматичного включення

    і регулювання систем кондиціонування і опалення, відкриття / закриття люків;

    • розрізнення видимого і інфрачервоного випромінювання;

    • підвищення терміну служби дисплеїв, батарей і інших пристроїв.

    Багато з вищеперелічених автомобільних застосувань датчиків світла / кольору очевидні, але деякі вимагають спеціального пояснення, особливо ті, які пов'язані з розвитком дисплейних технологій FPD - LCD [20-34]. Монохромні або кольорові LCD в даний час широко поширені в стільникових телефонах, автомобільних навігаційних системах і інших терміналах.

    LCD-дисплеї являють собою невипромінюючі пристрою і вимагають освітлення від джерела світла - як правило, для підсвічування, яка застосовується для трансмісійних або Трансрефлективний дисплеїв. Трансрефлективний датчики, використовуючи комбінацію переднього навколишнього освітлення і підсвічування, забезпечують найкращу читаність в широкому діапазоні навколишніх умов.

    Найбільш поширені методи підсвічування LCD Cold Cathode Fluorescent Tubes / Lamps (CCFT / L) і масивами світлодіодів. Значною проблемою, яка асоціюється із заднім підсвічуванням, є помітне споживання батарейній потужності, що найбільш важливо для портативних пристроїв (струм споживання підсвічування порядку 100-400 мА), і зменшення терміну служби (актуальна проблема будь-яких дисплеїв, включаючи автомобільні). Від стільникових телефонів до автомобільних приладовим панелям і дисплейним системам мігрують також корисні опції підсвічування приладових панелей, клавішних і екранних кнопок меню.

    Оптимальне рішення для підвищення автомобільної безпеки і напрацювання на

    0,9

    0,8

    0,7

    < 0,6 z

    J 0,5 I 0,4-

    e 0,3 0,2 0,1

    Спектральна емісія різних джерел світла / чутливість фотодетекторов

    _ Г®!

    _

    | |

    челове-

    ний

    очей

    лампа

    розжарювання

    Енерго-

    сберегающая

    лампа

    галогеновая

    лампа

    флюоресцентная

    лампа

    Мал. 27. Вимоги до спектральної характеристиці фотодетекторов:

    а - різна спектральна емісія від джерел світла з однаковою яскравістю і різна спектральна чутливість фотодетекторов; б - рівні фотострумів кремнієвих фотодетекторов при детектуванні світла від різних джерел з однаковою яскравістю

    відмова, мінімізації відволікання водія при необхідності ручного включення підсвічування і розбору клавішних і екранних функцій - використання підсвічування тільки тоді, коли це необхідно: в умовах темряви або слабкого зовнішнього освітлення, при детектуванні яких підсвічування автоматично включається. В умовах денного світла або при достатньому освітленні в салоні підсвічування не потрібно, для чого виконується її автоматичне відключення.

    Також важливо врахувати, що якщо яскравість і контраст дисплея не відрегульовані, LCD може викликати відблиски, що призводять до спотворення або втрати візуальної інформації, а також до дискомфорту і напруження очей водія.

    Ключовий компонент в детектировании умов навколишнього світу з метою контролю підсвічування, яскравості або контрастності дисплеїв - датчик навколишнього світла, що має спектральну характеристику, для отримання максимальної точності регулювання дисплейних функцій, по можливості максимально наближену до спектральної чутливості людського ока (максимум якої припадає на 550 нм).

    До розширеним дисплейним функцій відносяться:

    • контроль колірної температури для оптимального сприйняття візуальної інформації - інтелектуальна коригування кольорів, регулювання контрастності дисплея, балансу білого камери і т. Д .;

    • коригування кольорів світлодіодів - індикаторів і підсвічування.

    Для цього існує можливість детектування навколишнього світу датчиками кольору в форматі RGB.

    Типовим сенсорним елементом, що виявляє світло, є фотодіод або фототранзистор, принцип детектування кольору в форматі RGB також досить простий - над одним з трьох або чотирьох фотодіодів, об'єднаних в групу, розміщується кольоровий фільтр (червоний, зелений, синій; два блакитних елемента часто використовуються для компенсації низької чутливості кремнію до блакитного світла), що пропускає до фотодіоду світло тільки одного обраного кольору (довжини хвилі). Але сучасний автомобільний ринок створює потребу в датчиках світла / кольору з високими робочими характеристиками, надійністю, точністю, спеціальними можливостями, при цьому відрізняються низькою ціною.

    В першу чергу, як для автомобільних, так і для неавтомобільних дисплейних застосувань (стільникових телефонів, ноутбуків та інших) важливо враховувати, що стандартні кремнієві фотодетектори характеризуються максимальним відгуком в інфрачервоному діапазоні, тому, якщо вони використовуються для контролю підсвічування дисплея, результати будуть неточними - в основному, через відмінності в інфрачервоних спектрах різних джерел світла. різні

    спектральні емісії джерел і спектральна чутливість детекторів, включаючи людське око, показані на рис, 27а [31-32],

    Відмінності в емісіях і спектральних характеристиках фотодетекторов головним чином впливають на вимір яскравості і коригування налаштувань дисплея, Джерела світла з помітною IR-складової будуть сприйматися звичайним фотодетектором як яскраві, хоча людське око їх не бачить (рис, 27б), і виробляють збійні керуючі команди затемнення дисплеїв (підсвічування), дзеркал або фар, За межами дисплейних застосувань будь-яка інформація, призначена для візуального сприйняття людиною або контролю, повинна коректуватися датчиками навколишнього світу, емулює людське око, Багато компаній представили сьогодні на різні ринки датчики Ambient Light Sensor (ALS), адаптовані людське око по пікової спектральної чутливості (55G нм) кривої, але найбільш точні результати досягаються при максимальному наближенні (суміщення) кривої спектральної чутливості до кривої відності (або VX-кривої), Наскільки цього вдається досягти виробляй-

    телям, стає зрозумілим із огляду елементної бази датчиків, яка детально розглядається в даній статті. Необхідно відзначити, що датчики зі спектральною чутливістю, відмінної від характеристики ока людини, можуть бути корисні в інших застосуваннях - наприклад, для виявлення тільки інфрачервоного освітлення з метою його реєстрації або компенсації або автоматичної обробки сцен.

    Оцінити в цифрах вплив некоректної підсвічування і налаштувань дисплеїв на число аварій досить складно, але в даний час статистика поступово накопичується. Значну увагу дослідженням впливу на дорожню безпеку різних допоміжних дій, що відволікають водія, приділяє ИНТ8А. Так, ще в 1996 році ИНТвА встановила, що відволікання водія в різних його формах - це 20-30% від числа аварій, причому основну частку ризикованих відволікань складають саме візуальні, а не слухові та інші (додаткову інформацію можна отримати на сайті w ww. nhtsa.dotg оу).

    ИНТ8А в 2002 році опитала 4010 водіїв про найбільш звичайних відволікання, якими виявилися:

    • розмова з пасажирами - 81%;

    • перемикання радіостанцій і заміна СБ або касет - 66%;

    • їжа або пиття - 49%;

    • вхідні дзвінки на мобільні телефони - 26%, вихідні - 25%;

    • справи, пов'язані з дітьми, які сидять на задньому сидінні, - 24%;

    • розбір карти або з'ясування маршруту - 12%.

    Очевидно, що зі збільшенням продажів навігаційних та інших телематичних систем важливість датчиків систем контролю дисплеїв і камер зростає.

    За статистикою 2005 року (в дослідженні брало участь 100 водіїв; близько 80% з 72 записаних аварій і 65% з 761 ситуації, близької до аварійних, показали, що вони відбулися в результаті відволікання водія) в числі найбільш звичайних факторів відволікання виявилися:

    • дорожні знаки, інші водії - 37% в опитуванні, 29% за кількістю аварій;

    • інші пасажири, включаючи дітей, - 19% в опитуванні, 11% за кількістю аварій;

    • об'єкти або управління всередині автомобіля - 16% в опитуванні, 11% за кількістю аварій;

    • стільникові телефони - 2% в опитуванні і 2% за кількістю аварій.

    Крім того, важливість датчиків навколишнього світу для нових розробок диктується ринковою ситуацією. У деяких водіїв все ще викликає сумнів корисність датчиків навколишнього світла і кольору і зв'язок функцій, таких як автоматичне підсвічування дисплеїв, з дорожньою безпекою, при цьому автоматичне відключення розваг при певних навколишніх умовах і зовсім сприймається як небажаний незручність.

    Проте, все частіше власники автомобілів при покупці навігаційної системи або телевізора віддають перевагу дисплеям з підвищеними робочими характеристиками і додатковими функціями, дзеркал заднього виду, оснащеними датчиками дощу і т. Д.

    Основними робочими характеристиками автомобільних датчиків світла, крім спектральної характеристики чутливості, є [20-34]:

    • тип інтерфейсу (актуальний цифровий інтерфейс, який дозволяє мінімізувати число зовнішніх компонентів, необхідних для обробки сигналу, він забезпечує безперервне підключення сигналу до контрольованого електронного обладнання, гарантує підвищення завадостійкості, зниження ціни і часу розробки);

    • программируемость;

    • швидкий час спрацьовування - зазвичай час наростання фронту імпульсу фотоструму при тестовому імпульсному впливі (рис. 28);

    • значний динамічний діапазон;

    Мал. 28. Визначення часу спрацьовування датчика SFH 5711 [33]

    • чутливість;

    • спектральний діапазон;

    • кут, на якому чутливість зменшується вдвічі (що характеризує механічний кут огляду);

    • рівні темнова струмів;

    • допуски і похибки і ін, Порівняльні технічні характеристики багатьох актуальних автомобільних датчиків наведені в таблиці 2,

    Елементна база датчиків світла, представлена ​​на сучасному ринку

    Компанія Texas Advanced Optoelectronic Solutions (TAOS) Inc, з 1998 року розробляє і виробляє інтегральні оптоелектронні датчики, що комбінують фотодетектори і функціональність ІС зі змішуванням сигналу, Датчики компанії TAOS Inc, призначені максимально спростити подальшу обробку сигналу в зовнішній схемою і зменшити число необхідних дискретних компонентів, Поточна лінійка фотодатчиків TAOS включає (табл, 2, рис, 29-30):

    • перетворювачі світло-напруга - недорогі фотодіоди з інтегрованим трансімпедансним підсилювачем, що формує вихід аналогового напруги;

    • перетворювачі світло-частота з високим динамічним діапазоном вимірювання інтенсивності світла і імпульсним виходом;

    • лінійні сенсорні масиви для сканування зображень, енкодерів;

    • датчики навколишнього світу - цифрові вимірювачі рівня освітленості в люксах, спектральна характеристика чутливості яких наближена до спектральної характеристиці людського ока;

    • датчики кольору з RGB-фільтрами для визначення, придушення і вимірювання квітів (кольорові перетворювачі світло-напруга або колір-частота);

    • рефлективні датчики світла / кольору з RGB-фільтрами, що відрізняються високою чутливістю, вбудованими кольоровими світлодіодами і аналоговим виходом напруги,

    Перетворювачі світло-напруга LTV забезпечують аналоговий вихід, пропорційний інтенсивності світла, для подальшої оцифровки вихідного напруги АЦП і в одній КМОП ІС комбінують фотодіод і трансімпедансним підсилювач (з крутизною характеристики, яка визначається резистором зворотного зв'язку) (рис. 29а). Поточна номенклатура датчиків LTV включає близько 23 найменувань. Необхідно відзначити, що рекомендована робоча температура всіх пристроїв - тільки 0 ... + 70 ° С при допустимих робочих межах -25 ... + 85 ° С, що обмежує можливі автомобільні застосування багатьох LTV (бажано розміщувати їх тільки всередині кабіни).

    LTV вимірюють навколишній світ, поглинання або відбиття світла. Багато пристроїв характеризуються значною спектральної чутливістю - в діапазонах 320-1050 нм (TSL12S, TSL14S) (рис. 29б) або 350-1000 нм (TSL250R, TSL254R). Компанією представлені також датчики зі спрацьовуванням тільки в інфрачервоній області спектра- в діапазоні 850-1000 нм (TSL260R, TSL260RD і TSL261RD, TSL267 - рис. 29г). Для підвищення точності вимірювань ці датчики забезпечуються інтегральними фільтрами, що видаляють світло видимого спектру. Нормалізований вихід перетворювачів в залежності від кутового зміщення приблизно однаковий і для датчика TSL257 проілюстрований рис. 29в.

    Перетворювачі LTV TSLB257, TSLG257, TSLR257 є високочутливі інтегровані датчики світла, забезпечені інтегрованим фільтром кольору в форматі RGB (на колір вказує буква в позначенні датчика), розміщеним над фотодиодом. Спектральна характеристика фотодіода матиме вигляд, показаний на рис. 29 д, е. Ці датчики можуть використовуватися як для коригування кольорів дисплея, так і в якості датчиків навколишнього світу в форматі RGB, детектирующих або скидають світло певного кольору.

    Перетворювачі TSLx257, TSL257, TSL257T, а також датчики TSL267 - це малошумливі датчики (200 мкв rms на 1 кГц) з пропорційним аналоговим виходом, тобто вони забезпечують вихідну напругу, пропорційне напрузі харчування. Ці пристрої характеризуються також високим динамічним співвідношенням відхилення стрибків напруги живлення Power Supply Rejection Ratio (PSRR), який визначається як

    PSRR = 20log ^ Dfl ({) (2)

    і становить близько 35 дБ на 1 кГц з UDD (f = 0) = = 5 В і Uout (f = 0) = 2 В (рис. 29 ж).

    Перетворювачі TSL250R, TSL250RD, TSL251R, TSL251RD, TSL252R, TSL253R, TSL254R, TSL260R, TSL260RD, TSL261R,

    Датчик / параметр Функціональне опис Вихід Напруга живлення, В Струм споживання, мА Активна область фотодіода, мм Спектральний діапазон, нм Пікова спектральна чутливість Час затримки датчика-час наростання імпульсу від 10% до 90% при тестовому імпульсному впливі, мкс Кут зменшення чутливості вдвічі, ° Темновое напруга, В / Темнова частота, Гц / Темновой ток, нА Шуми Нелінійність,% від повного діапазону Робоча температура, ° С корпусування Виробник

    TSL12S Перетворювач світло-напруга Аналогове напруга 2& 1,1 0,5x0,5 320- +1050 246 мВ / (мВт / см2) на 640 нм 20 більш ± 45 (0-0,08) мВ - * - * 0-70 3-провідний штирьовий корпус S / SM, з інтегрованою лінзою TAOS Inc.

    TSL254R - * 350- 1000 9 мВ / (мВт / см2) на 635 нм ± 45 (0-0,01) мВ 1,5 мкВ / ^ Гц - *

    TSL267 Високочутливий ^ Пре-освітню світло-напруга (з інтегральним фільтром для видалення впливу світла видимого спектру) Пропорціо- нальное (га1Іо-Ган) аналогове напруга 1,9 850- 1000 450 мВ / (мВт / см2) на 940 нм 160 ± 40 (0-0,015) мВ 200 мкв rms типово до 1 кГц - *

    TSLB257, TSLG257, TSLR257 Високочутливі кольорові перетворювачі світло-напруга (з інтегральним RGB-фільтром) Пропорціо- нальное (га1Іо-Ган) аналогове напруга 2,7 5,5 1,9 - * 350- 1000 1180 мВ / (мВт / см2 ) на470 нм (TSLB257), 1250 мВ / (мВт / см2) на 524 нм (TSLG257), 1820 мВ / (мВт / см2) на 635 нм (TSLR257) 160 (250 максимум) ± 40 (0-0,015) мВ 200 мкв rms типово до 1 кГц - * 0-70 3-провідний штирьовий корпус S, з інтегрованою лінзою TAOS Inc.

    TCS230 Програмований кольоровий перетворювач світло-частота Частотний; максимальна вихідна частота 1 МГц 2,7- 5,5 0,12x 0,12 RGB 424 Гц / (мВт / см2) на470 нм, 495 Гц / (мВт / см2) на 524 нм, 532 Гц / (мВт / см2) на 565 нм, 578 Гц / (мВт / см2) на 635 нм (дані тільки для фотодіода CLEAR) 100 мкс при виході з режиму Power-Down, 100 нс при виборі пристрою на вхідний лінії мікроконтролера ± 70 2-12 Гц - * ± 0,5 (0-500) кГц -40 ... 70, -40 ... 85 (TCS230D) SOIC-8 TAOS Inc.

    TSL237 Високочувстві- вальний перетворювач світло-частота Частотний; максимальна вихідна частота 0,6 МГц 2,7- 5,5 - * 350- 1000 2,3 кГц / (мкВт / см2) на 524 нм - * більше 40 (див. рис. 30) < Гц при 50 ° С - * ± 1 (0-10) кГц -25 ... 70 3-провідний штирьовий корпус S / SM, з інтегрованою лінзою TAOS Inc.

    TSL245R Інфрачервоний перетворювач світло-частота Частотний; максимальна вихідна частота 0,5 МГц 2& -* 850- 1000 500 Гц / (мкВт / см2) на 940 нм - * - * (0,4-10) Гц - * ± 0,2 (0-100) кГц -25 ... 70 3-провідний штирьовий корпус S / SM, з інтегрованою лінзою і фільтром для видалення видимого світла TAOS Inc.

    TSL2560, TSL2561 Перетворювач світло-цифровий код 16-бітний цифровий вихід з SMBus Г ^ 2560) або 12С Г ^ 2561). Швидкий режим на 400 кГц 2,7 3,6 0,24 - * - * 27,5 рахунків / (мкВт / см2) на 640 нм і 8,4 рахунків / (мкВт / см2) на 940 нм (канал 0 АЦП TSL2560T, TSL2561T), для каналу 1-5,5 рахунків / (мкВт / см2) на 640 нм і 6,9 рахунків / (мкВт / см2) на 940 нм - * ± 60 0-4 рахунків АЦП - * - * - 30.70 6-вивідні CS-й Т-корпусу TAOS Inc.

    HSDL-9000 Мініатюрний датчик для детектування навколишнього світу в корпусі поверхневого монтажу Цифровий, напруга 2,7 3,6 0,033- 0,1 - * - * на 550 нм - * 120 - * - * - * -40.85 6-вивідних PLCC (3,2х4х1,1) мм Avago Technologies Inc.

    HSDL 9001 Мініатюрний фотодіод для детектування навколишнього світу в корпусі поверхневого монтажу Аналоговий (Фотострум) - * 0,65 мм2 на 550 нм 2 мс при напрузі живлення 3 В, освітленості 500 лк, R = 500 кОм - * 5 нА 2-вивідних QFN (1,5х2х0,6) мм

    ADJD-S313- QR999 Мініатюрний RGB цифровий датчик кольору для поверхневого монтажу Цифровий, напруга 2,5 3,6 - * - * RGB (33-1104) LSB / (мВт / см2) на 460 нм, (47-1552) LSB / (мВт / см2) на 542 нм, (73-2210) LSB / (мВт / см2) на 622 нм - * - * Напруга зсуву 65 LSB - * - * 0-70 QFN (5х5х0,75) мм Avago Technologies Inc.

    ADJD-E622- QR999 Датчик кольору RGB в корпусі QFN Аналогові виходи напруги 4,5- 5,5 - * - * RGB Множинні даних (рекомендовано звернутися до листу даних) 45-220 мкс при тестовому імпульсному впливі - * 20 мВ - * - * -40.85 QFN-16 (5х5х0,75) мм Avago Technologies Inc.

    TEMT6200F Датчик ALS в мініатюрному корпусі для поверхневого монтажу 0805 Цифровий - * - * - * 450 610 на 550 нм - * ± 60 3 нА типово, 50 нА максимум - * - * -40.85 SMD 0805 Vishay Semiconductors, Inc.

    LX1971 Датчик видимого світла широкого діапазону Аналоговий ток 3 5,5 0,35 0,75 0,369 мм 2 - * на 520 нм - * ± 60 150-1150 нА в залежності від оточуючих умов - * - * -40.85 MSOP 8 Microsemi Integrated Products

    LX1973 Автомобільний датчик світла 4,5- 5,5 0,2- 0,25 0,2 мм2 на 555 нм - * 450-2100 мклк

    SFH 5711 Детектор світла Аналоговий ток 2,3 5 0,4- 0,5 0,4x 0,4 475- 625 на 555 нм 30-100 ± 60 0,1 нА типово, 100 нА максимум - * Відхилення від логарифмічною функції ± 3% -30.70 (-40.85) (2,35х2,95х 1,25) мм OSRAM Opto Semiconductors GmbH

    - * Дані відсутні / НЕ специфицируются виробником

    5 л

    6 g * Про

    І

    300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Довжина хвилі А, нм

    Кутове зміщення, в

    Довжина хвилі А ,, нм

    300 500 700 900 1100

    Довжина хвилі А ,, нм

    Довжина хвилі А ,, нм

    Частота f, Гц

    Мал. 29. Перетворювачі світло / колір-напруга компанії TAOS Inc .: а-в - типовий перетворювач світло-напруга (TSL12S): а - функціональна діаграма;

    б - спектральна характеристика чутливості (пік на 640 нм);

    в - типове нормалізоване вихідна напруга датчиків (TSL257) в залежності від кутового зсуву; г - спектральна характеристика чутливості інфрачервоного датчика TSL267 (пік на 940 нм); д, е - спектральні характеристики перетворювачів колір-напруга

    TSLR257, TSLG257, TSLB257 - власні (д) і з застосуванням зовнішнього фільтра HOYA CM500 (е); ж - залежність співвідношення Power Supply Rejectlon Ratlo (PSRR) датчика TSL257 від частоти

    TSL261RD, TSL262R відрізняються зниженими Темнова (зміщується) напруженнями - 10 мВ максимум.

    Перетворювачі світло-частота LTF і світло / цифровий код LTD (LTD відомі також як датчики навколишнього світу ALS) виконують аналогічні функції виявлення світла і обробки сигналу, але включають в ІС інте-

    Гральний перетворювач струм-частота і (або) АЦП, що дозволяє підключати датчик безпосередньо до мікроконтролера (рис. 30-31).

    Вихід ШТ - прямокутна імпульсна хвиля з 50% -ним робочим циклом, частота якої прямо пропорційна інтенсивності світла, що діє на фотодіод (рис. 30а, б). Типові залежності умень-

    шення вихідний частоти LTF при кутовому зміщенні проілюстровані рис. 30в, г.

    Поточна лінійка перетворювачів LTF включає три програмованих датчика TCS230, TSL230R і TSL230RD з максимальною вихідною частотою в 1 МГц і 5 стандартних пристроїв (TSL235R, TSL237, TSL237T, TSL238D, TSL245R). Динамічний діапазон багатьох LTF досягає 120 дБ. Програмовані LTF підтримують вхідний динамічний діапазон 160 дБ, регульовану вхідну чутливість, масштабування виходу-до 100-кратного уповільнення періоду циклу.

    TSL237 і TSL237T відрізняються низькою тим-нової частотою <2 Гц на 50 ° С (рис. 30д), так само як і TSL238 (<2 Гц на 25 ° С).

    За винятком TCS230 і TSL245R, типова спектральна чутливість LTF знаходиться в діапазоні довжин хвиль 350-1000 нм. У діапазоні від 320 до 700 нм пристрої є температурно компенсувати (діапазон робочих температур всіх пристроїв - (-25 ... + 70 ° С). TSL237, TSL237T, TSL238D спеціально рекомендуються компанією для автомобільних застосувань і можуть поставлятися в розширеному діапазоні температур. Програмований RGB-датчик TCS230 також пропонується компанією в розширеній температурної версії TCS230D з робочою температурою -40. +85 ° C. для TSL237, TSL237T, а також для TCS230 і TSL230RD додатково специфицируется стабільний температурний коефіцієнт 200 ppm / ° C.

    TSL245R - це інфрачервоний датчик LTF діапазону довжин хвиль 850-1000 нм.

    LTF TCS230 є кольоровий датчик на основі масиву фотодіодів 8x8 розмірами 120x120 мкм з RGB-фільтрами. Решітка фотодіодів програмованого датчика TCS230 складається з 16 груп по 4 елементи в кожній. Чотири типу фотодіодів допомагають мінімізувати ефекти неоднорідності суміжного випромінювання. Кожна група включає червоний, зелений, синій датчики і Clear - датчик без фільтра. Таким чином, 16 фотодіодів оснащено блакитними фільтрами, 16 - червоними, 16 - зеленими, і 16 фотодіодів - без фільтрів. Вихід фотодіода кожного кольору - частотний, або прямокутна хвиля частотою, прямо пропорційної інтенсивності світла - змішаного (Clear) або обраного кольору. Всі 16 фотодіодів того ж самого кольору з'єднуються паралельно, який з типів фотодіодів використовується, контролюється двома логічними входами ІС.

    Спектральна характеристика датчика TCS230 і високий допустимий кут відхилення від оптичної осі проілюстровані рис. 30з-к.

    Максимальна роздільна здатність і точність з частотними вимірами виходять при накопиченні імпульсів, або методі інтеграції. Частотні вимірювання забезпечують ознака усереднення джиттера, що виникає внаслідок шумів. дозвіл ограничи-

    світло-

    фотодіод

    Перетворювач ток-частота

    вихід

    -90 -60 -30

    30 60 90

    Кутове зміщення, °

    Кутове зміщення, в

    0,1 мкФ

    TSL237

    OUT

    GND

    Таймер / порт

    мікро-

    контролер

    Довжина хвилі X, нм

    Довжина хвилі X, нм

    Кутове зміщення, "

    Мал. 30. Автомобільні перетворювачі світло / колір-частота компанії TAOS Inc .: а-ж - перетворювач світло-частота автомобільного призначення TSL237: а - функціональна діаграма;

    б - залежність вихідної частоти від інтенсивності освітлення;

    в, г - нормалізована вихідна частота в залежності від вертикального (в) і горизонтального (г) зміщення датчика; д - графік залежності темнової частоти від навколишньої температури; е - спектральна чутливість датчика; ж - схема підключення TSL237 до мікроконтролеру;

    з, і - спектральні характеристики перетворювачів колір-частота TCS230 - власні (з) і з застосуванням зовнішнього фільтра HOYA CM500 (і); до - нормалізована вихідна частота в залежності від кутового зміщення датчика

    ється доступними регістрами і часом вимірювання. Частотні вимірювання також добре підходять для детектування повільно змінюються або постійних світлових рівнів і для читання середніх світових рівнів протягом коротких проміжків часу. Інтеграція імпульсів протягом тривалого періоду часу може ефективно вимірювати експозицію камери (суму світла, що діє на дану область протягом певного періоду часу).

    Перетворювачі LTD компанії TAOS включають в КМОП ІС два фотодіода - фотодіод, чутливий в діапазоні 350-1100 нм, і фотодіод, який блокує видиме світло - чутливий в інфрачервоному спектрі, а також інтегральний АЦП і інтерфейсну частину (рис. 31). Два стандартних вихідних формату LTD - SMBus (w ww.smbus.or g / specs) і I2C.

    Стандартне застосування LTD - вимір інтенсивності навколишнього світу

    в лк за сигналами від фотодіодів без застосування фільтра. Як відомо, цифровий вихід більш стійкий до шумів, в порівнянні з аналоговим виходом. Будь-які LTD можуть використовуватися також в автомобільних застосуваннях, вимогою яких є двухпроводной інтерфейс. Лінійка LTD включає п'ять датчиків - TSL2550 і TSL2560 / 1/2/3 (рис. 31). Динамічний діапазон датчиків TSL2560 / 1/2/3 - вище 110 дБ (40 000: 0,1).

    Ф

    Напруга живлення Vpp - 2,7-3,5 В

    ADDR SEL

    Канал Про Відомий і ІКсвет '

    інтегруючий

    АЦП

    Канал 1 Тільки ІК

    І

    Вибір адреси Регістр команд Регістр АЦП Переривання

    Двопровідний послідовний інтерфейс

    300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Довжина хвилі X, нм

    INT

    SCL

    SDA

    -90 -60 -30 0 30 60

    Кутове зміщення, °

    90

    Мал. 31. Датчики навколишнього світу компанії TAOS Inc. - перетворювачі світло / цифровий код TSL2560, TSL2561, рекомендовані для автомобільних застосувань: а - функціональна діаграма датчиків;

    б - спектральна характеристика чутливості датчиків, наближена до чутливості людського ока; в - нормалізований вихід в залежності від кутового зміщення датчика

    Спектральний спрацьовування всіх LTD (TSL2560 / 1/2/3 і TSL2550) - в діапазоні довжин хвиль 350-1100 нм. Ці перетворювачі відрізняються тим, що їх спектральний спрацьовування наближене до спектральної чутливості людського ока (рис. 31б), і вони підходять для підсвічування дисплеїв, освітлення клавіатур і інших аналогічних застосувань. Кут зменшення чутливості вдвічі - порядку ± 60 ° (рис. 31в).

    Крім автомобільних, існують такі застосування для цих датчиків, як ноутбуки, мобільні телефони, камери, контроль вуличного освітлення, системи безпеки та інші, для яких компанією в першу чергу рекомендований датчик TSL2550, що працює в діапазоні температур 0.70 ° C. Для автомобільних застосувань розроблені версії цього датчика з робочою температурою -40 ... + 85 ° C - TSL2550D (SOIC-8) і TSL2550T (T-4), компанія TAOS рекомендує застосовувати і ALS TSL2560 / 1/2/3. Рекомендована робоча температура цих пристроїв -30. + 70 ° C, тип корпусу і інтерфейс вибираються при замовленні.

    Перетворювачі TSL256x підтримують програмовану функцію переривання, що усуває необхідність опитування датчика за величиною інтенсивності світла. мета прерій-

    вання в тому, щоб виявити значущу зміну в інтенсивності світла. Поняття значимого зміни може бути визначено споживачем - як по інтенсивності, так і за часом зміни в інтенсивності. Пристрої TSL256x відрізняються здатністю визначати поріг вище і нижче поточного рівня світла. Переривання генерується, якщо величина перетворення АЦП перевищує будь-який з цих меж. TSL2562 і TSL2563 - датчики, що відрізняються низькою ціною.

    Таким чином, багато перераховані вище датчики TAOS Inc. з урахуванням їх робочої температури, температурного коефіцієнта, напруги живлення або динамічного діапазону підходять для тих чи інших автомобільних завдань. Наприклад, датчики навколишнього світу ALS і перетворювач світло-частота TSL237 компанія рекомендує для застосувань в задніх камерах і для відеомоніторингу пасажирів. ALS забезпечує контроль апертури і баланс білого КМОП камери, перетворювач світло-частота призначений для забезпечення контролю апертури - широкого динамічного діапазону.

    Датчик навколишнього світла ALS, грунтуючись на умовах навколишнього світу, дозволяє регулювати інтенсивність підсвічування HUD, контролювати вплив сонячно-

    го світла і коригувати автоматичне освітлення. Перетворювач світло-частота TSL237 і інші рекомендуються компанією для використання в датчиках дощу, які в даний час знаходять попит, що збільшується в автомобілях верхнього цінового класу. Поточні моделі датчиків дощу додатково вимірюють навколишній світ - для автоматичного включення / вимикання фар.

    Перетворювачі світло-частота або світло-напруга компанія припускає використовувати в натяжителя ременя і для контролю положення сидіння - спільно з лінійними масивами. Багато інші потенційні застосування датчиків навколишнього світу можуть виникнути з метою компенсації і контролю показань різноманітних оптичних датчиків.

    Нові автомобільні системи все більш широко використовують можливості датчиків кольору. Застосування інтегрованого АЦП для оцифровки посилених виходів фотодіодів з типовим дозволом в 8-12 біт дозволяє отримати вихідні сигнали, придатні для безпосереднього підключення до мікроконтролеру. Цей метод менш гнучкий в порівнянні з класичним принципом на основі трьох або чотирьох дискретних фотодіодів з RGB-фільтрами над їх поверхнями, який дозволяє оптимізувати для конкретного застосування за рахунок підбору дискретної електроніки посилення, частотну смугу підсилювача, швидкість і дозвіл АЦП, але в той же час і менш трудомісткий і дорогий.

    Інтегровані датчики компанії TAOS Color LTV TSLR257, TSLG257, TSLB257 і LTF TCS230, які складають лінійку акту-альних1 датчиків кольору, пропонованих компанією, дозволяють зменшити число зовнішніх компонентів, займане ними місце на платі, трудомісткість складання і знизити ціну. Недоліком кольорових LTV є чутливість до шумів і неможливість динамічного зміни посилення і чутливості.

    Кольорові LTF додатково виключають трансімпедансним підсилювач, АЦП і підвищують стійкість датчика до шумів. Обмеження методу перетворення RGB-частоти - в цілях з малої світловий інтенсивністю. Низький світловий рівень і, відповідно, низькі частоти означають збільшене час вимірювань.

    Надалі компанія TAOS планує здійснити перехід від компонентно-зосереджених рішень до ASIC-рішень, які включають також консультаційну підтримку клієнтів і інженерний сервіс.

    Компанія Avago Technologies випускає для підсвічування дисплеїв і аналогічних завдань три датчика навколишнього світу серії ALPS: HSDL-9000 (недорогий датчик в PLCC корпусі), HSDL 9001 (недорогий датчик в корпусі QFN) і APDS-9002/3 (мініатюрні

    1 Компанія TAOS випускає також три рефлективні датчика світла / кольору TRS1722, TRS1755, TRS1766, основне призначення яких - забезпечення лінійного виходу, прямо пропорційного відбитому виходу світлодіода. Ці датчики включають в просторі однієї ІС фотодиод операційний підсилювач, компоненти зворотного зв'язку і кольоровий фільтр. Кожен пристрій випромінює та виявляє один з основних кольорів світла: червоний (TRS1722), зелений (TRS1755), синій (TRS1766). Ці датчики були розроблені для застосувань, в яких вимірюється або ідентифікується дзеркальне відображення або дифузне розсіювання від поверхні, колір і відбивні властивості поверхні, а також прозорість світового шляху, але зараз вони не рекомендуються компанією для нових проектів.

    фотодетектор

    \

    Компаратор з гістерезисом

    /

    Т рансімпедансний

    "+" Харчування

    (1)

    а

    I

    З 1

    А

    HSDL-9000

    GND

    (4)

    Я "

    (5)

    AGain

    І

    Схема аналогоцифрового перетворення

    АТ

    (2)

    А1

    (6)

    (3)

    350 450 550 650 750 850 950 105011501250 Довжина хвилі, нм

    І

    *

    Висновок 2: Висновок 3:

    vcc VCC

    V0 = -iLxRf

    APDS-9002

    Висновок 4: NC

    Висновок 1: lOUT

    І

    ? rl<

    Мал. 32. Датчики навколишнього світу серії ALPS Avago Technologies: а-г - датчик HSDL-9000;

    а - зовнішній вигляд цифрових датчиків HSDL-9000 в PLCC корпусі, рекомендованих для автомобільних застосувань; б - функціональна діаграма і схема застосування датчика HSDL-9000; в - ділянка, що ілюструє інтегровані елементи схеми датчика; г - спектральна характеристика чутливості датчика; д - зовнішній вигляд фотодіодів HSDL-9001 в корпусі QFN; е - функціональна діаграма і схема застосування датчика HSDL 9001; ж - зовнішній вигляд фотодіодів APDS-9002 в корпусі chipLED; з - схема застосування APDS-9002

    і недорогі датчики). Пікова спектральна чутливість всіх датчиків узгоджена з максимумом спектральної чутливості людського ока (на 550 нм).

    Істотна відмінність між людським оком і кремнієвим фотодіодів в тому, що фотодіод також реєструє світло в інфрачервоній області спектра (пік кремнієвих фотодіодів лежить в діапазоні 700-1100 нм), що залежить від умов навколишнього освітлення. Різні джерела світла мають різні спектральні характеристики, отже, рівні вихідного сигналу фотодіода, що дають інформацію про інтенсивність освітлення, можуть відрізнятися в залежності від джерела. Тому електричні перешкоди, що наводяться джерелами світла, які інтерферують з корисним сигналом датчика, повинні бути відфільтровані, що реалізовано, наприклад, в датчиках HSDL-9000 і інших, була рекомендована для автомобільних застосувань - приладових панелей, контролю переднього світла і заднього підсвічування дисплеїв. Фотодіод датчика HSDL-9000 проводиться за спеціальною технологією, яка використовує багатошарову фільтрацію світла для досягнення емуляції людського ока (рис. 32г).

    HSDL-9000 - це високо інтегрований ALS з цифровим виходом, що включає всі необхідні схемні компоненти для прямого підключення до мікроконтролеру (кремнієвий фотодіод, трансімпеданс-ний підсилювач, що перетворює фототок в напругу, ФНЧ, відфільтровує гармоніки в електричному спектрі багатьох джерел світла, компаратор з гістерезисом у уникнути перекидання рівнів внаслідок шумів) (рис. 32а-г). Можливість використання трьох цифрових рівнів і спеціальний аналоговий висновок для контролю посилення дозволяє здійснювати тюнінг для досягнення необхідного рівня чутливості.

    HSDL-9000 може бути об'єднаний з TFT LCD, продажі яких для автомобільної індустрії різко зростають, - для заощадження потужності підсвічування і підвищення терміну служби дисплея, контролю яскравості і контрасту. Мікроконтролер за сигналами від датчика буде управляти, наприклад, ASIC дисплея.

    HSDL 9001 (рис. 32д-е) - недорогий датчик на основі фотодіода з струмовим виходом в мініатюрному корпусі QFN для поверхневого монтажу - альтернатива HSDL-9000 для інших варіантів дизайну.

    APDS-9002/3/4/5 (рис. 32ж-з) - недорогі ALS в мініатюрному корпусі chipLED для поверхневого монтажу, що відрізняються особливо низькою ціною. Датчики включають спектрально узгоджений фототранзистор. Вихідним сигналом датчика є фототок. Основне призначення цих датчиків - для портативних пристроїв, але вони можуть бути використані і в автомобільних при-

    змінах, що дозволяє їх робоча температура -40 ... + 85 ° С.

    Сімейство датчиків кольору в форматі RGB Avago включає пристрої ADJD-S313-QR999, НТШ-8722 ^ 999 і ADJD-E622-QR999.

    ADJD-S313-QR999 - цифровий датчик (двухпроводной послідовний вихід) з робочою температурою 0 ... + 70 ° С, HDJD-S722-QR999 - аналоговий датчик з рекомендованої робочою температурою 0. + 70 ° С, але допускає роботу при -40 ... + 85 ° С.

    ADJD-E622-QR999 (рис. 33) - датчик кольору, введений в серпні 2006 року і розроблений спеціально для автомобільних застосувань, ефективний у вартісному відношенні. Цей пристрій малого розміру є перетворювач світло / колір-напруга. Основу датчика складає масив фотодіодів і три трансімпедансним підсилювача, інтегровані в КМОП ІС. Масив фотодіодів покривається RGB-фільтрами, за рахунок чого датчик перетворює

    Мал. 33. Автомобільний датчик кольору ADJD-E622-QR999 Avago Technologies: а - функціональна діаграма датчика; б - спектральна характеристика

    *

    и

    . Л Iл * Ї *

    е

    «гцшмт-

    Яг- •

    в 1? L

    В.

    Н

    І

    н

    і

    Мал. 34. Набір розробника HDJD-JD06

    для автомобільного датчика кольору ADJD-E622-QR999

    Avago Technologies:

    а - плата контролера датчика кольору;

    б - модуль датчика;

    в- CD з програмним забезпеченням;

    г - USB-кабель

    Довжина хвилі А., нм

    А А

    емітер Детектор

    Довжина хвилі А, нм 0 ° 10е 20е

    Довжина хвилі А, нм

    0 ° 10 ° 20е

    0,6 0,4 0,2

    0,2 0,4 0,6

    0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0л

    Мал. 35. Оптоелектронні датчики Vishay Semiconductor: а - зовнішній вигляд фототранзистор NPN TEMT6000 в корпусі SMD; б - спектральна характеристика фототранзистора; в - зовнішній вигляд фототранзистор NPN TEMT6200F в корпусі SMD; г-спектральна характеристика фототранзистора;

    д - відносна чутливість датчика до джерела світла в залежності від кутового зсуву; е - зовнішній вигляд фототранзистор TEPT5700; ж - спектральна характеристика фототранзистора;

    з - відносна чутливість датчика до джерела світла в залежності від кутового зсуву; і - зовнішній вигляд фототранзистор TEPT4400;

    до - зовнішній вигляд і функціональна схема рефлективно датчика TCND3000

    відфільтровані виходи фотодіодів в три аналогових виходу напруги. Робоча температура пристрою -40 ... + 85 ° С, але рекомендовані робочі умови - при температурі 0 ... + 70 ° С, так само як і для двох інших датчиків кольору від Avago, названих вище.

    Датчик ADJD-E622-QR999 кваліфікований відповідно до автомобільним стандартом AEC-Q100 і сконструйований для таких автомобільних застосувань, як освітлення і підсвічування приладових панелей,

    контроль освітлення в салоні, панелей і дисплеїв навігаційних систем і т. д. Для цього датчика Avago Technologies випускає набір розробника HDJD-JD06 (рис. 34) і контролер HDJD-J822, за допомогою якого може бути сформована система контролю квітів, що працює в замкнутому циклі.

    Vishay Intertechnology, Inc. (Vishay Semiconductors, Inc.) з 2004 року випускає мініатюрний кремнієвий планарний фототранзистор NPN TEMT6000 в корпусі 1206

    Мал. 36. Датчики навколишнього світу Місговеті, рекомендовані для автомобільних застосувань: а-г - датчик навколишнього світла LX1971: а - зовнішній вигляд датчиків; б - функціональна діаграма;

    в, г - схема застосування датчика (в) і вихідна характеристика (г); д - оцінний комплект датчика LX1971; е-і - автомобільний датчик навколишнього світла LX1973B: е-функціональна діаграма; ж- схема застосування датчика; з - вихідна характеристика; і - спектральна характеристика датчика

    (4x2) мм для поверхневого монтажу, основним призначенням якого є автоматична заднє підсвічування або затемнення дисплеїв у відповідь на зміни в навколишньому освітленні (рис. 35а-в). Пікова чутливість датчика - на 570 нм (жовто-зелені ділянки видимого спектру). Пристрій відрізняється підвищеною чутливістю до видимого спектру і пригнічує інфрачервоний спектр - для максимальної адаптації до людського зору. Датчик TEMT6000 відрізняється широким кутом зменшення чутливості вдвічі в ± 60 °.

    Застосування пристрою включають як стільникові телефони, ноутбуки і плазмові телевізори, так і пристрої автомобільних приладових панелей. Робоча температура датчика -40.85 ° C. Ціна близько $ 35,00 за 100 штук в кількості від 50 000.

    У 2006 році компанія Vishay додала до сімейства фотодатчиків, яке включає також рефлективні датчики і оптопреривателі, три датчика ALS, призначені для автоматичного контролю яскравості LCD-дисплеїв і реалізації інших функцій з метою підвищення комфорту водія і безпеки: фототранзистор NPN TEMT6200F в корпусі для поверхневого монтажу 0805 і фототранзистори TEPT5700 в 5-міліметровому фотодіодному корпусі з плоским верхом і 3-міліметровий датчик TEPT4400.

    Кути зменшення вдвічі чутливості до інтенсивності складають ± 60 ° для TEMT6200F, ± 50 ° для TEPT5700 і ± 30 ° для TEPT4400.

    Максимальна спектральна чутливість датчиків TEMT6200F - на довжині хвилі 550 нм, TEPT5700 і TEPT4400 - на 570 нм. Перш компанія випускала, крім TEMT6000, датчик TEPT5600 в 5-міліметровому корпусі.

    Всі ці пристрої в двохвивідною корпусах за ціною для клієнта близько $ 0,25 в кількості від 1 млн на рік, допомагають знижувати енергоспоживання за рахунок контролю яскравості і підсвічування дисплеїв і клавіш в широкому діапазоні застосувань. Ціна знижується також за рахунок того, що зовнішній підсилювач для цих датчиків - фототранзисторів - не потрібно. В автомобільній сфері, де в першу чергу рекомендується TEMT6200F, датчики ALS допомагають здійснювати автоматичний контроль фар, виявлення тунелів і автоматично коректувати яскравість дисплеїв в залежності від інтенсивності навколишнього світу.

    Серед інших фотодатчиків Vishay автомобільного призначення цікавий, наприклад, мініатюрний рефлективний оптичний датчик TCND3000 (рис. 35К), здатний працювати при яскравому сонячному світлі до 200 Клюкс. Датчик дозволяє визначати наближення на відстані 2 см і виявляти дотик (touch-функція) на відстані в 1 см від поверхні датчика. TCND3000 включає IR-джерело світла з піковою чутливістю

    на 870 нм (для виключення впливу на сигнал навколишнього світу) і фотодіод. Датчик комбінується зі схемою E909.01 на основі технології ELMOS Semiconductor HALIOS (High Ambient Light Independent Optical System).

    Це пристрій пропонується як недорога альтернатива механічним перемикачів - для підвищення функціональності і рівня дизайну багатьох систем, включаючи автомобільні. Робочий температурний діапазон -40. + 85 ° C.

    Розміри корпусу TCND3000 5x2,6x3 мм, кут, на якому чутливість зменшується вдвічі, становить ± 20 °. Ціна датчика невелика - $ 65 за 100 одиниць в кількості від 50 000.

    Microsemi Corp. випускає лінійку датчиків навколишнього світу видимого спектру, емулює людське око, яка включає датчик общецелевого призначення LX1970 з лінійним струмовим виходом, датчик LX1971 з виходом square root і широким

    GND про з E0 = 1 лк / Sensivity S = 10 mkA lOUT = S * log (Ev / E0)

    ВІТ »мк ^ 5о

    Г<1 І2 и 40

    ? |А1

    Про 1 '30

    II

    1_ 1, и 20

    II Дії

    < »10

    0

    H

    10 ^

    EvT

    100

    AE,

    v Ev;

    1000_

    eJT

    AE,

    10 000 100 000 Еу, лк

    v E,

    S = 0,35 мкА / лк (тип.)

    мікро-

    контрол-

    лер

    S = 10 мкА / дек (тип.) Е0 = 1 лк (тип.)

    мікро-

    контрол-

    лер

    AEV = EV1 / EV2 = 10 * EV.

    -90 ° -60 ° -ЗО '

    Мал. 37. Приклади датчиків навколишнього світу OSRAM Opto Semiconductors: а-ж - високоточний датчик навколишнього світла SFH 5711: а- зовнішній вигляд датчика; б - функціональна діаграма;

    в - вихідний струм lout в залежності від яскравості Ev в лк; I0ut = S * log (Ev / E0) СЕО = 1 лк іS = 10 мкА / дек (логарифмічний вихід перетворює рівні співвідношення детектіруемих рівнів яскравості Ev1, Ev2 вуровні вихідного струму з рівними кроками (I2, I1));

    г - порівняння схем застосування детектора з лінійним виходом (зліва) і детектора з логарифмічним виходом (праворуч): для досягнення достатнього дозволу при різних рівнях яскравості робочий діапазон лінійного детектора регулюється різними резисторами;

    д - спектральні чутливості всіх датчиків навколишнього світу OSRAM в порівнянні з кремнієвим фотодіодів і людським оком;

    е - прочитання детекторів різних джерел світла, але з однаковою яскравістю (значення нормалізовані до джерела світла A (2856 K); дані вимірювань яскравості показують значні відхилення стандартного Si фотодіода внаслідок його чутливості до інфрачервоних променів і високу точність вимірювань датчика SFH 5711); ж - характеристика зменшення чутливості датчика SFH 5711 в залежності від кутового зсуву; з - датчик-фотодіод SFH 2430 автомобільного призначення;

    і - відносна чутливість датчика SFH 2430 в залежності від кутового зсуву; до - датчик-фототранзистор SFH 3410 автомобільного призначення; л-фототранзистор SFH 3710 для промислових застосувань

    динамічним діапазоном, рекомендований для автомобільних застосувань, мініатюрний двохвивідною датчик для недорогих клієнтських застосувань LX1972. Робоча температура всіх пристроїв -40 ... + 85 ° C. На відміну від багатьох неспеціалізованих датчиків, LX197x не вимагають оптичних фільтрів для захисту від впливу ультрафіолетових і інфрачервоних довжин хвиль, навідних помилки при налаштуванні яскравості з використанням звичайних датчиків.

    LX1970 в корпусі MSOP-8 являє собою фотодіодний масив з інтегрованими підсилювачами і струмового передавальної функцією. Пікове спектральний спрацьовування датчика - на 520 нм.

    LX1971 - датчик світла з унікальним доданими розміщенням, сумісний (pin to pin) з LX1970, також емулює людське око (пік на 520 нм), і різким пригніченням ультрафіолетових і IR-променів, але відрізняється більш широким динамічним діапазоном (рис. 36а-г ). Застосування датчика включають контроль вуличного або штучного освітлення, затемніть-лей або екранів, автомобільні завдання, які вирішуються за допомогою ALS, і контроль підсвічування / затемнення дисплеїв. Струмова передавальна функція датчика є квадратний корінь від посиленого сигналу. Для оцінки LX1971 Microsemi випускає також оціночний комплект (рис. 36д).

    LX1972 - недорогий кремнієвий датчик світла, емулює людське око (пік на 520 нм), але з IR-спрацьовуванням менш ніж ± 5% і спектральної чутливістю понад 900 нм.

    Доданий масив датчика забезпечує струмовий передавальну функцію. Вихідний фототок датчика може бути використаний безпосередньо або перетворений в напругу. Струмові дзеркала підсилюють фототок до рівня чутливості, який може бути перетворений в масштабується напругу зі стандартним номіналом зовнішнього резистора.

    Новітнім доповненням до лінійки пристроїв автомобільного призначення Microsemi є LX1973 (рис. 36е-й) - датчик з широким динамічним діапазоном і частково експоненційної вихідний характеристикою, з технологією скасування темнова струмів, оптимізований для сприйняття рівнів низького світла. З 8-бітовим АЦП датчик детектирует рівні освітленості від 0,001 до 500 лк. LX1973 також відрізняється високим PSRR в 35 дБ.

    LX1973 розрахований на автомобільні застосування, такі як автоматичний контроль яскравості автомобільних дисплеїв і фар або контроль контрастності дзеркал заднього виду. LX1973 також підходить для багатьох інших застосувань - наприклад, ноутбуків, LCD-телевізорів і т. П.

    OSRAM Opto Semiconductors пропонує на автомобільний ринок високоточний датчик

    ALS SFH 5711 (рис. 37а-ж) зі спектральною чутливістю, максимально наближається до спектральної характеристиці чутливості людського ока - з адаптацією до навколишнього освітлення і придушенням IR-променів (рис. 37е). Логарифмічний вихід датчика SFH 5711 (рис. 37б-г) забезпечує роботу датчика з високою точністю в широкому динамічному діапазоні. Передавальна функція становить 10 мкА / дек. Кут зменшення чутливості вдвічі - ± 60 °. SFH 5711 відрізняється низьким температурним коефіцієнтом. Напруга живлення датчика 2,3-5 В. Розміри корпусу складають 2,8х2,2х1,1 мм з чутливою областю 0,4х0,4 мм.

    Основні застосування цього датчика - автомобільні, включаючи контроль дисплеїв, приладових панелей, підсвічування, фар, дисплеїв HUD. У стільникових телефонах пристрій може бути використано для контролю підсвічування дисплеїв і клавіатур.

    Інші ALS автомобільного призначення OSRAM - це фототранзистор SFH 3410 з придушенням IR світла і SFH 2430 - фотодіод з високими робочими характеристиками і дуже помітним пригніченням IR-променів (рис. 37з-к, рис. 37е). Компанія також випускає SFH 3710 для промислових застосувань (рис. 37л). Додаткові відомості по датчикам OSRAM можна отримати на сайті компанії (w ww.catalog.osram-os.c om).

    Крім ALS, компанія OSRAM виробляє і розробляє багато інших оптоелектронні випромінювачі, наприклад, IR-світлодіоди, потужні лазери і детектори, привносячи свій внесок в дорожню безпеку - надійність і точність. У цьому OSRAM спільно з партнерами розробляє інфрачервону систему нічного зору на основі потужних лазерів.

    висновок

    Датчики навколишнього світу / кольору грають все більш зростаючу роль в автомобільних застосуваннях, починаючи від датчиків дощу та контролю роботи склоочисників до оптимального управління підсвічуванням і коригування налаштувань дисплеїв, автоматичного включення / вимикання фар і контролю контрастності дзеркал заднього виду. Низька ціна, ефективність і досить високий рівень багатьох технологій датчиків світла / кольору дають можливість розробникам підвищувати ергономіку дисплеїв, приладових панелей, дзеркал і якість візуального сприйняття інформації, що надається камерами, оптимізувати передачу кольору, виконувати контроль екранних колірних режимів та можливі варіанти залежно від навколишніх умов . Всі ці корисні ознаки допомагають підвищувати видимість об'єктів, що оточують автомобіль, і зменшувати відволікання водія, привносячи тим самим помітний внесок в дорожню безпеку. |

    література

    20. Ambient Light Sensing and Safety for In-vehicles Displays. Lee G. W. White Paper Texas Advanced Optoelectronic Solutions, Inc. w ww.taosinc.c om / downloads / pdf / in-vehicle.pdf

    21. Ambient Light Sensing. Presentation for Safety for In-vehicles Displays. Lee G. W. Texas Advanced Optoelectronic Solutions, Inc. Oct, 2003. w ww.taosinc.c om / downloads / pdf / PV2003.pdf

    22. Berlien J., King R. Choosing color sensors. Three cost-effective approaches have advantages and tradeoffs., Texas Advanced Optoelectronic Solutions.

    w w w. e l e c t r o n i c p r o d u c t s. c om /

    ShowPage.asp? SECTI0N = 3700&PRIMID =&File

    Name = JUNTAO1.JUN2003

    23. Berlien J. Color Classification with the TCS230. Identifying and Sorting Colors by Hue. Texas Advanced Optoelectronic Solutions. 3/4/04. w ww.taosinc.c om / application.asp? cateid = 11&appid = 18,

    w ww.taosinc.c om / downloads / pdf / DN11_Color.pdf

    24. Holland W. E. Automotive Design and Optoelectronic Sensors - An Emerging Alliance That Promises to Light the Road to the Future. Automotive Market Specialist, Texas Advanced Optoelectronic Solutions, Inc. (Plano, TX)

    w ww.taosinc.c om / downloads / pdf / gamt2003.pdf

    25. Ambient Light Sensing using Agilent HSDL-9000. White Paper Agilent Technologies, Inc. May 2003.

    ww w.avagotech.c om / assets / downloadDocument. do? id = 1876 (файл 5988-9361EN.pdf)

    26. Agilent HSDL-9000/1. General Application Guide. Application Note 5099. Dec 2004. w ww.avagotech.c om / assets / downloadDocument.do? Id = 997

    27. ADJD-E622-QR999 RGB Color Sensor in QFN Package. Data Sheet. Avago Technologies, June, 2006. w ww.avagotech.c om / assets / download-Document.do? Id = 5361 (AV01-0143EN.pdf)

    28. HDJD-JD06 Development Kit User guide. Avago Technologies. August 14, 2006. w ww.avagotech.c om / assets / downloadDocument.do? Id = 8641 (AV01-0358EN.pdf)

    29. LX1971Wide Range Visible Light Sensor. PRODUCTION DATA SHEET. Rev. 1.1b, 2005-08-10. Microsemi Integrated Products.

    w ww.microsemi.c om / datasheets / lx1971.pdf

    30. LX1973. Automotive Light Sensor. PRODUCTION DATA SHEET Rev. 1.0 2006-01-04. Microsemi Integrated Products Division.

    w ww.microsemi.c om / datasheets / lx1973.pdf

    31. Silicon eye-Ambient Light Sensor. The New Silicon Sensor Seeing Light The Way. Технічна інформація OSRAM Technologies. w ww.catalog.OSRAM-os. c om / media / _en / Graphics / 00030937_0.pdf

    32. Ambient Light Sensors. General Application Note. OSRAM Opto Semiconductors, Jul 2006.

    w ww.catalog.osram-os.c om / media / _en / Graphics / 00039056_0.pdf

    33. High accuracy Ambient Light Sensor SFH 5711. Application Note. OSRAM Opto Semiconductors, 2006. w ww.catalog.osram-os.c om / media / _en / Graphics / 00039059_0.pdf

    34. Ambient Light Sensors SFH3410, SFH3710. Application Note. OSRAM Opto Semiconductors, 2006. ww w.catalog.osram-os.c om / media / _en / Graphics / 00039053_0.pdf


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити