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1. WO1993012515 - PHOTODETECTEUR POUR UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE

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[ DE ]

Lichtsensor für eine Anzeigevorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Lichtsensor für die Helligkeitsregelung einer Beleuchtungseinrichtung für eine Anzeigevorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Beleuchtungseinrichtungen wird beispielsweise zur Beleuchtung eine transflexive oder transmissiven Flüssigkristall-Anzeige über einen Lichtleiter flächenhaft beleuchtet. Dabei wird zur Steuerung der Helligkeit der Anzeige ein Fototransistor verwendet, der im Lichtstrom angeordnet ist und die Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit vom Lichtstrom regelt. In der EP 115 575 Bl wird ein Lichtleiter vorgeschlagen, der mit zwei sich gegenüberliegenden Stirnflächen ausgebildet ist und sowohl das durch die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges einfallende Licht als auch das Licht aus dem Beobachtungsraum vor dem Armaturenbrett erfaßt. An seitlich angeordneten Sensoren wird das gesamte Licht erfaßt, das auf einen milchig weißen Plastikkörper des Lichtleiters fällt. Mit seinen relativ großen Abmessungen ist der Lichtleiter hinter der Windschutzscheibe im Bereich der Armaturenabdeckung eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Er benötigt relativ viel Platz, der in diesem Bereich für andere elektrische Einrichtungen benötigt wird. Des weiteren muß die Anordnung des Lichtleiters hinter der Windschutzscheibe bereits bei der Gestaltung des Fahrgastraumes berücksichtigt werden, so daß dem Konstrukteur gewisse Beeinträchtigungen in der Gestaltungsfreiheit auferlegt sind.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Lichtsensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Lichtsensor mit der Anzeigevorrichtung als kompakte Einheit aufgebaut ist. Ein zusätzlicher Platz im Bereich des Armaturenbrettes ist nicht erforderlich, da der Lichtleiter eine Lichtsammeifolie aufweist, die relativ dünn ist und dadurch die Bauweise der Anzeigevorrichtung kaum verändert. Besonders vorteilhaft ist, daß keine .Nachjustage erforderlich ist, da die komplette Anzeigeeinrichtung werksmäßig vormontierbar ist.

Die Verwendung einer Lichtsamelfolie ist deswegen besonders günstig, weil sie aufgrund ihrer Struktur einen Teil des Lichtes auf die Seitenflächen umlenkt, die nicht vom einfallenden Licht beflutet sind» Ordnet man nun einen Sensor an eine der Seitenflächen an, dann empfängt er das umgelenkte Seitenlicht, ohne daß seine Anordnung das Durchlichtverhalten der Sammelfolie stört. Derartige Lichtsammeifolien sind darüber hinaus preiswert auf dem Markt erhältlich. Auch ist vorteilhaft, daß die Lichtsammelfolie die Funktion der Lichtfilterung übernimmt, wenn die Anzeige in einer bestimmten Farbe erscheinen soll.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Lichtsensors möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Lichtsammelfolie eine Kunststoffolie ist, da sie bei einem Unfall nicht zersplittert und dadurch ungefährlich ist.

Eine sehr einfache Ausgestaltung der Anordnung ergibt sich besonders durch die Verwendung eines Fotowiderstandes einer Fotodiode oder eines Fototransistorelementes, da sie das empfangene Licht direkt in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandeln können.

Wird der Lichtleiter beispielsweise in Blickrichtung direkt vor einer LCD-Anzeige angeordnet, dann wird er durch das auf die Anzeigevorrichtung fallende Licht durchflutet. Für diesen Fall kann die Anzeigenhelligkeit als Flächenintegral über die gesamte Fläche der Anzeigevorrichtung auf einen gewünschten Wert geregelt werden.

Durch Verspiegeln der freien Seitenflächen wird der Lichtaustritt in den Sensor vorteilhaft verstärkt.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Bildung eines Korrekturfaktors für die Beleuchtungsregelung die Anzeigevorrichtung unabhängig von der Anzahl der angesteuerten Elemente gleichmäßig hell erscheint.

Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die Helligkeit der Anzeige mittels eines Einstellelementes vorgebbar ist. Dadurch kann die Helligkeit der Anzeige individuell an die Wünsche des Fahrers angepaßt werden.

Bei einer Anordnung des Lichtleiters hinter der Anzeigevorrichtung, aber vor einer Beleuchtungseinrichtung, erfolgt dagegen die Regelung der Helligkeit im wesentlichen durch die Beleuchtungseinrichtung und durch die transmissiv geschalteten Elemente der Anzeigevorrichtung. Dadurch ist eine einfache beleuchtungsabhängige Helligkeitsregelung möglich.

Weitere Vorteile sind der Beschreibung entnehmbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Lichtleiters, Figur 2 eine Auswerteschaltung, Figur 3 die Anordnung des Lichtleiters hinter einer transmessiven LCD-Anzeige, Figur 4 eine Anordnung mit einem Transflektor, Figur 5 die Anordnung des Lichtleiters vor einer LCD-Anzeige und Figur 6 die Anordnung des Lichtleiters vor einer LCD-Anzeige mit Transflektor.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem quader- förmigen Lichtleiter 1 dargestellt, der an seinen Frontflächen von einem Lichtstrom A in Richtung B beflutet wird. Die Seitenflächen C, D, E, F des Lichtleiters 1 sind relativ schmal ausgebildet. Beispielsweise ist an der Seitenfläche C ein Sensor 2 durch Klebung angebracht. Der Sensor 2 empfängt einen Teil des Lichtstromes A. Er ist mit seiner lichtempfindlichen Fläche in etwa parallel zum Lichtstrom A angeordnet, so daß der Lichtstrom A nicht direkt auf ihn fallen kann. Der Sensor 2 hat elektrische Anschlußleitungen, mit dem ein dem Lichtstrom A proportionales elektrisches Signal abgegriffen werden kann.

Der Lichtleiter 1 weist eine transmissive Filterscheibe auf, die als Lichtsammelfolie ausgebildet ist. Sie koppelt das einfallende Licht teilweise aus und lenkt es auf die Schmalseiten C, D, E, F um. Damit möglichst viel Licht auf den Sensor 2 fallen kann, können die freien Seitenflächen C, D, E, F verspiegelt sein.

Die Lichtsammelfolie ist beispielsweise unter der Bezeichnung LISA on der Firma Baier in verschiedenen Stärken erhältlich.

In Figur 2 ist eine Auswerteschaltung 20 dargestellt, die das elektrische Signal des Sensors 2 zur Regelung der Helligkeit einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung auswertet. Die Auswerteschaltung 20 weist im wesentlichen einen Verstärker 22 auf, der mit üblicher Versorgungsspannung betrieben wird. Zwischen dem Ausgang 25 und einem Eingang des Verstärkers 22 ist ein einstellbarer Widerstand 23 zur Anpassung an den vorgeschalteten Sensor 2 geschaltet. Desweiteren ist an diesem Eingang der Sensor 2 einerseits und mit seinem freien Anschluß andererseits an den Mittenabgriff eines Spannungsteilers 21 angeschlossen. Über den Spannungsteiler 21, der gleichzeitig die VersorgungsSpannung für den Sensor 2 liefert, ist die Empfindlichkeit des Sensors 2 einstellbar. Der Ausgang 25 des Verstärkers 22 ist über einen Vergleicher 27 mit dem Steuereingang eines Transistors T verbunden, in dessen Kollektorkreis eine Lampe 21 mit der Versorgungsspannung verbunden ist. An den Vergleicher 27 ist ein Speicher 28 angeschlossen, in dem Kennliniendaten der Lampe 21 gespeichert sind.

In den Figuren 3 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele für die Anordnung des Lichtleiters 1 an der Anzeigevorrichtung 3 dargestellt. In Figur 3 wird der in Figur 1 beschriebene Lichtleiter 1 zwischen einer transmissiven Flüssigkristallanzeige (LCD-Anzeige) und der Beleuchtungseinrichtung 21 angeordnet. Aus der Sicht eines Beobachters ist der Lichtleiter 1 hinter der LCD-Anzeige 3 angeordnet und ist daher nicht sichtbar. Wie der Figur 3 entnehmbar ist, fällt das Umgebungslicht A durch die transmissive LCD-Anzeige 3 direkt auf den Lichtleiter 1.

Die Funktionsweise dieser Anordnung wird wie folgt beschrieben. Auf den Lichtleiter 1 fällt gemäß Figur 3 sowohl das Umgebungslicht (Lichtstrom A) als auch der Lichtstrom C der Beleuchtungseinrichtung 21. Beide Lichtströme werden in dem Lichtleiter 1 teilweise auf die Seitenflächen C-F umgelenkt und indirekt vom Sensor 2 erfaßt, der ein entsprechendes Spannungssignal am Ausgang U der Auswerteschaltung 20 abgibt. Um eine möglichst gute Ausleuchtung der Anzeigevorrichtung bei ausreichendem Kontrast zum Umgebungslicht zu erhalten, muß die Beleuchtungseinrichtung 21 derart gesteuert werden, daß ihr störender Einfluß auf den Lichtleiter 1 eliminiert wird. Am einfachsten kann dieses mittels einer Eichmessung durchgeführt werden. Dazu wird die Frontseite des Lichtleiters 1 abgedeckt, so daß nur das Licht der Beleuchtungseinrichtung 21 auf den Lichtleiter 1 fallen kann. Unter diesen Bedingungen ist jetzt durch Variation der Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung 21, d. h. durch Änderung des Lampenstromes die entsprechende Spannung des Sensors 2 abgreifbar und beispielsweise als Kennlinie für die Beleuchtungseinrichtung 21 speicherbar. Wird nun die Frontseite des Lichtleiters 1 wieder aufgedeckt, so daß auch das Umgebungslicht auf diesen fällt, dann mißt der Sensor 2 eine entsprechend größere Spannung. Durch Substraktion des entsprechenden Lichtstromes der im Speicher 28 gespeicherten Kennlinie kann der Einfluß der Beleuchtungseinrichtung 21 im Vergleicher 27 eliminiert werden, so daß man einen Wert für das Umgebungslicht des Lichtstromes A erhält. Den zugeordneten Wert der Kennlinie kann man beispielsweise durch Messung des Stromes durch die Beleuchtungseinrichtung 21 messen und diese Werte abspeichern. Mit diesen ermittelten Wert für den Lichtstrom A des Umgebungslichtes kann nun wunschgemäß die Beleuchtungseinrichtung 21 angesteuert werden. Über den Spannungsteiler 26 ist noch eine individuelle Feinabstufung für den Kontrast für die Anzeigevorrichtung 3 möglich.

Anstelle der Beleuchtungseinrichtung 21, die insbesondere in Verbindung einer beleuchtbaren Flüssigkristall-Anzeige verwendbar ist, ist das Sensorsignal auch für die Helligkeitsregelung anderer Anzeigen wie Elektrolu inizenzanzeigen o. ä. verwendbar.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 4 ist die in Figur 3 vorgeschlagene Ausführung durch einen zusätzlichen Transflektor 5 erweitert, der zwischen dem Lichtleiter 1 und der Beleuchtungseinrichtung 21 angeordnet ist. Der Transflektor hat die Aufgabe, daß er den Lichtstrom A reflektiert, so daß zur Beleuchtung der LCD-Anzeige 3 im wesentlichen das Umgebungslicht verwendet wird. Die Beleuchtungseinrichtung 21 dient als Hilfsbeleuchtung, deren Licht ungehindert durch den Transflektor durchgeht und die LCD-Anzeige 3 zusätzlich beleuchtet. Die Steuerung der Helligkeit der Hilfsbeleuchtung erfolgt in der gleichen Art und Weise, wie zuvor beschrieben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Figur 4 ein weiterer Sensor 6 an einer Schmalseite E des Lichtleiters 1 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel kann der weitere Sensor 6 für die Eichmessung der Beleuchtungseinrichtung 21 verwendet werden.

Zur Ermittlung der Einflußgröße der Beleuchtungseinrichtung 21 ist weiter vorgesehen, die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung 21 schrittweise zu erhöhen und dabei die Spannungsänderung U am Ausgang der Auswerteschaltung 20 zu vergleichen. Aufgrund der iterativen Änderung der Spannung U ist der Einfluß der Beleuchtungseinrichtung 21 bei gleichbleibender Umgebungshelligkeit direkt erfaßbar.

In einem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist die Anordnung des Lichtleiters vor einer transmissiven LCD-Anzeige 3. Die LCD-Anzeige 3 wird von der hinter ihr angeordneten Beleuchtungseinrichtung 21 beleuchtet. Die Regelung der Beleuchtung erfolgt in ähnlicher Weise, wie sie in Figur 3 beschrieben wurde.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer transflexiven LCD-Anzeigevorrichtung 3, bei der der Lichtleiter 1 ebenfalls vor der LCD-Anzeige 3 angeordnet ist. Die Funktionsweise ist ebenfalls vergleichbar mit dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Allerdings wurde nur ein Sensor 2 verwendet.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Figuren 3, 4, 5, 6 mit der Anordnung der Filterscheibe hinter und vor der LCD-Anzeige können bei der Ermittlung des Einflusses des Umgebungslichtes und des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung 21 Fehler auftreten, wenn nur ein Teil der angezeigten Elemente der Anzeigevorrichtung 3 lichtdurchlässig geschaltet ist. Denn wenn im Falle der Figuren 3 und 4 wenig Elemente lichtdurchlässig geschaltet sind, dann ist der von dem Lichtleiter 1 erfaßte Einfluß des Umgebungslichtes entsprechend gering, so daß die Hinterleuchtung verstärkt werden muß. Sind alle Elemente der Anzeigevorrichtung 3 lichtdurchlässig geschaltet, dann wird der maximale Einfluß der Umgebungslichtes 21 erfaßt, so daß die Hinterleuchtung relativ verringert werden muß.

Bei der Anordnung gemäß den Figuren 5 und 6 ist entsprechend der Anzahl der lichtdurchlässig geschalteten Elemente der Einfluß der Beleuchtungseinrichtung (21) zu beachten.

Bei nur teilweise lichtdurchlässiger Anzeigevorrichtung 3 entsteht daher ein Fehler, der von der Anzahl der lichtdurchlässig geschalteten Elemente abhängt. Dieser Fehler ist jedoch leicht korrigierbar. Da aufgrund der Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 3 die jeweilige Anzahl der angesteuerten bzw. lichtdurchlässigen Elemente bekannt ist, kann durch Verhältnisbildung zur maximalen Anzahl der Anzeigeelemente ein Faktor gebildet werden, der als Korrekturfaktor für die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 21 zusätzlich verwendbar ist. Der Korrekturfaktor bewirkt bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 bei wenigen anzuzeigenden Elementen beispielsweise eine Abschwächung der Hinterleuchtung, während er bei vielen anzuzeigenden Elementen eine Verstärkung bewirkt. Dadurch wird in vorteilhafterweise erreicht, daß unabhängig von der Anzahl der darzustellenden Anzeigeelemente auf der Anzeigevorrichtung 3 stets eine gleich helle und gleich kontrastreiche Anzeige als Bild auf der erscheint, deren Helligkeit sich lediglich mit dem Einfluß der Umgebungshelligkeit ändert. Denn bei hellem Tageslicht muß die Anzeige entsprechend hell beleuchtet werden, während sie bei Fahrten beispielsweise durch einen Tunnel entsprechend reduziert wird, damit sie den Fahrer nicht blendet.