Beschreibung

Schaltungsanordnung und Verfahren zur Steuerung mindestens einer Lichtquelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung mindestens einer Lichtquelle, eine Verwendung der Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Lichtquelle.

In Beleuchtungsanordnungen können mehrere Lichtquellen zusammen eingesetzt werden, wie beispielsweise eine rote und eine weiße Leuchtdiode, abgekürzt LED. Auch eine Verwendung dreier Leuchtdioden, einer roten, einer grünen und einer blauen Leuchtdiode, für eine RGB-Beleuchtung ist häufig anzutreffen. Beispielsweise dienen derartige Beleuchtungsanordnungen als Rückseitenbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeige.

Zur überprüfung, ob eine derartige Beleuchtungsanordnung Licht mit einer vorgegebenen Wellenlängencharakteristik abgibt, sehen Beleuchtungsanordnungen üblicherweise mehrere Photodetektoren vor, die jeweils unterschiedliche Filter aufweisen. So wird das Licht einer roten LED mittels eines Photodetektors, der mit einer für ein rotes Licht durchlässigen Filterschicht bedeckt ist, gemessen. Für eine grüne und eine blaue LED werden ebenfalls mit den entsprechenden Filtern bedeckte Photodetektoren vorgesehen. Dies ermöglicht einen Weißabgleich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Lichtquelle bereitzustellen, die kosteneffizient und flexibel realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie dem Verfahren gemäß Patentanspruch 23 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß umfasst eine Schaltungsanordnung zur Steuerung mindestens einer Lichtquelle einen Photodetektor, ein Abtastmittel, eine Steuerungseinheit sowie eine erste und eine zweite Versorgungsquelle. Das Abtastmittel ist eingangs- seitig mit dem Photodetektor und ausgangsseitig mit der Steuerungseinheit gekoppelt. Die erste und die zweite Versorgungsquelle sind jeweils an einem Steuereingang mit einem ersten beziehungsweise zweiten Ausgang der Steuerungseinheit gekoppelt. An die erste Versorgungsquelle ist eine erste Lichtquelle und an die zweite Versorgungsquelle eine zweite Lichtquelle ankoppelbar.

In Abhängigkeit des Lichtes der ersten und der zweiten Lichtquelle wird von dem Photodetektor ein Photodetektorsignal ge- neriert und dem Abtastmittel bereitgestellt. Das Abtastmittel dient zum wahlweisen Abtasten des Photodetektorsignals. Ein von dem Abtastmittel bereitgestelltes Signal wird der Steuerungseinheit zugeführt. In Abhängigkeit von dem der Steuerungseinheit zugeführten Signal werden von der Steuerungsein- heit Steuerungssignale bereitgestellt, die den Steuereingängen der ersten und der zweiten Versorgungsquelle zugeleitet werden. In Abhängigkeit der Steuerungssignale versorgt die erste Versorgungsquelle die erste ankoppelbare Lichtquelle sowie die zweite Versorgungsquelle die zweite ankoppelbare Lichtquelle jeweils mit elektrischer Energie.

Mit Vorteil ist die Schaltungsanordnung kosteneffizient realisierbar, da die erste und die zweite Lichtquelle aufeinan-

derfolgend aktiviert werden und nur dann von dem Abtastmittel ein Signal zur Weiterverarbeitung bereitgestellt wird, wenn nur eine der beiden Lichtquellen aktiviert ist. Somit ist zur Ermittlung einer Helligkeit und/oder Farbe beziehungsweise Farbtemperatur der Lichtquellen ein einzelner Photodetektor ausreichend. Der Photodetektor benötigt mit Vorteil kein Filter. Es ist somit nicht notwendig, bei Verwendung von Leuchtquellen mit anderen Wellenlängen als den Wellenlängen der ursprünglich vorgesehenen Leuchtquellen ein auf dem Photodetek- tor befindliches Filter an die geänderten Wellenlängen anzupassen. Dies erhöht die Flexibilität der Schaltungsanordnung.

In einer Ausführungsform umfasst die Steuerungseinheit ein erstes Filter, das eingangsseitig mit dem Abtastmittel gekop- pelt ist. Das erste Filter ist ausgangsseitig mit dem ersten und dem zweiten Ausgang der Steuerungseinheit gekoppelt. Mit Vorteil können mittels des ersten Filters Störungen, die das Abtastmittel gegebenenfalls erzeugt, verringert werden.

Vorteilhafterweise ist das erste Filter dem Abtastmittel nachgeschaltet. Damit wird vermieden, dass das in Abhängigkeit des Lichtes der ersten Lichtquelle erzeugte Photodetektorsignal durch das in Abhängigkeit des Lichtes der zweiten Lichtquelle erzeugte Photodetektorsignal beeinflusst werden kann .

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Filter eingangsseitig an das Abtastmittel angeschlossen sein.

In einer Ausführungsform kann das erste Filter als Halteglied oder Sample-and-Hold Glied ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform kann vorteilhafterweise ein Wert an einem Ausgang des ersten Filters gehalten werden, bis dem ersten FiI-

ter durch das nächste Abtasten mittels des Abtastmittels ein weiterer Eingangswert zugeleitet und ein weiterer Wert an dem Ausgang des ersten Filters gehalten wird.

In einer Weiterbildung umfasst die Schaltungsanordnung eine dritte Versorgungsquelle mit einem Ausgang, an den eine dritte Lichtquelle ankoppelbar ist. Zur Steuerung ist die dritte Versorgungsquelle mit einem dritten Ausgang der Steuerungseinheit verbunden. Das Licht der dritten Lichtquelle gene- riert ebenfalls das Photodetektorsignal, welches wahlweise abgetastet wird, um das von der dritten Lichtquelle erzeugte Photodetektorsignal zu ermitteln.

In einer Ausführungsform ist das erste Filter ausgangsseitig mit dem dritten Ausgang der Steuerungseinheit gekoppelt.

In einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung weitere Versorgungsquellen auf, die jeweils an einem Steuereingang mit einem weiteren Ausgang der Steuerungseinheit gekoppelt sind und jeweils einen Ausgang aufweisen, an den jeweils eine weitere Lichtquelle koppelbar ist, deren Licht ebenfalls zu dem Photodetektorsignal beiträgt.

Die Versorgungsquellen können in einer Ausführungsform je- weils eine Stromquelle und einen Schalter umfassen, die in Serie zueinander geschaltet sind.

In einer Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Ablaufsteuerung, welche mit einem Steuereingang des Abtast- mittels und mit weiteren Steuereingängen der ersten, der zweiten und weiterer Versorgungsquellen verbunden ist. Die Ablaufsteuerung stellt ein Steuersignal bereit, das in einer Einstellphase den Ablauf der Aktivierung und Deaktivierung

der Versorgungsquellen und die Abtastung des Photodetektorstromes steuert, so dass in einer zeitlichen Abfolge die Helligkeitswerte der Leuchtquellen erfasst und ausgewertet werden. Das Steuersignal dient einer Synchronisation der Schal- ter in den Versorgungsquellen und in dem Abtastmittel. In einer Weiterbildung ist die Ablaufsteuerung ebenfalls mit der Steuerungseinheit gekoppelt, sodass das Steuersignal ebenfalls der Steuerungseinheit zuführbar ist und in der Steuerungseinheit zur Synchronisation der Abtastung mit der Wei- terverarbeitung der abgetasteten Signale dient.

Die Steuerungseinheit und die von ihr bereitgestellten Steuerungssignale dienen zum Einstellen der Helligkeit der Leuchtquellen mittels Einstellen eines Parameters der Versorgungs- quellen in einer Betriebsphase. Der Parameter kann eine

Stromhöhe, eine Pulsdauer und/oder ein Tastverhältnis oder eine Pulsdichte eines Stromes sein, mit der eine Leuchtquelle von der mit ihr gekoppelten Versorgungsquelle versorgt wird.

Der Photodetektor kann ein Photowiderstand, eine Photodiode oder ein Phototransistor sein. Bevorzugt ist der Photodetektor als Photodiode ausgebildet.

Das Abtastmittel umfasst in einer Ausführungsform eine erste Abtastschaltung, deren Eingang mit dem Photodetektor und deren Ausgang mit der Steuerungseinheit gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist die erste Abtastschaltung in Durchlass geschaltet, wenn genau eine der drei Lichtquellen aktiviert ist.

In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Abtastschaltung der ersten Versorgungsquelle zugeordnet. Das Abtastmittel umfasst eine zweite Abtastschaltung, die der zwei-

ten Versorgungsquelle zugeordnet ist, sowie eine dritte Abtastschaltung, die der dritten Versorgungsquelle zugeordnet ist. In der alternativen Ausführungsform wird die erste Ab- tastschaltung in Durchlass geschaltet, wenn die erste Licht- quelle aktiviert ist. Die zweite und die dritte Abtastschaltung werden in Durchlass geschaltet, wenn jeweils die zweite beziehungsweise die dritte Lichtquelle aktiviert sind. In der alternativen Ausführungsform kann die Ablaufsteuerung derart ausgelegt sein, dass sie über drei Busleitungen mit den drei Versorgungsquellen und den drei Abtastschaltungen verbunden ist. Mittels der ersten Busleitung kann somit die erste Versorgungsquelle aktiviert werden und die erste Abtastschaltung in Durchlass geschaltet sein. über die zweite und die dritte Busleitung können die zweite Versorgungsquelle zusammen mit der zweiten Abtastschaltung beziehungsweise die dritte Versorgungsquelle zusammen mit der dritten Abtastschaltung aktiviert werden.

In einer Weiterbildung ist eine Zeitdauer, während der eine der Abtastschaltungen in Durchlass geschaltet ist, kleiner als eine Zeitdauer, während der die entsprechende Versorgungsquelle aktiviert ist.

In einer Ausführungsform umfasst die Steuerungseinheit einen Speicher, der zum Speichern eines abgetasteten Wertes des

Photodetektorstroms für jede Versorgungsquelle oder eines davon abgeleiteten Wertes ausgelegt ist. Alternativ kann der Speicher auch dazu ausgelegt sein, einen Wert für jede Versorgungsquelle abzuspeichern, der mittels der Steuerungsein- heit aus dem jeweiligen Messwert des Photodetektorstroms und einem Sollwert ermittelt wird.

Die Steuerungseinheit kann einen analogen Schaltkreis umfassen. In einer Weiterbildung kann die Steuerungseinheit alternativ oder zusätzlich einen digitalen Schaltkreis umfassen. In einer Ausführungsform kann die Steuerungseinheit zusätz- lieh auch einen MikroController umfassen.

In einer Ausführungsform nach dem vorgeschlagenen Prinzip um- fasst eine Beleuchtungsanordnung die Schaltungsanordnung sowie die erste und die zweite Lichtquelle. Die erste Licht- quelle ist mit der ersten Versorgungsquelle und die zweite

Lichtquelle mit der zweiten Versorgungsquelle verbunden. Eine derartige Beleuchtungsanordnung kann in einer Lampe, deren Helligkeit und deren Wellenlängencharakteristik gesteuert wird, eingesetzt werden. Die Beleuchtungsanordnung kann die dritte Lichtquelle, die mit der dritten Versorgungsquelle verbunden ist, umfassen. Die Steuerung der Versorgungsquellen kann zum Weißabgleich der Beleuchtungsanordnung verwendet werden. Eine derartige Beleuchtungsanordnung ist mit Vorteil als Hintergrundbeleuchtung für eine Anzeige, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige, verwendbar.

Erfindungsgemäß sieht ein Verfahren zum Einstellen mindestens einer Lichtquelle folgende Schritte vor: Eine erste und eine zweite Lichtquelle werden aufeinanderfolgend aktiviert. Ein Photodetektorstrom, der einer der jeweiligen Lichtquellen zugeordnet ist, wird gemessen und abgetastet. Eine erste und eine zweite Versorgungsquelle, die zur Bereitstellung elektrischer Energie für die erste beziehungsweise zweite Lichtquelle vorgesehen sind, werden in Abhängigkeit von den abge- tasteten Werten des Photodetektorstroms gesteuert.

Mit Vorteil kann aufgrund des wahlweisen Aktivierens der Lichtquellen und jeweils zugeordneten Abtastens die Messung mit einem einzelnen Photodetektor erfolgen.

In einer Ausführungsform wird der Photodetektorstrom, der einer der jeweiligen Lichtquellen zugeordnet ist, gemessen, abgetastet und gefiltert. Dabei erfolgt ein Filtern des abgetasteten Photodetektorstroms.

In einer Ausführungsform erfolgt das Aktivieren der Lichtquellen und das Abtasten und Messen in einer Einstellphase. Ein Steuern der Versorgungsquellen wird in einer Betriebsphase durchgeführt. Die Einstellphase kann zu Beginn der Benutzung der Beleuchtungsanordnung erfolgen. Nach Abschluss der Einstellphase folgt die Betriebsphase. Nach einer vorgebbaren Zeitdauer kann von der Betriebsphase wieder in die Einstellphase geschaltet werden. Mit Vorteil können somit mittels der Einstellphasen auch änderungen, die in der Beleuchtungsanordnung aufgrund von einer Temperatur- oder Bauelementedrift er- folgen, kompensiert werden.

Eine Helligkeit einer der Lichtquellen kann durch Einstellung des von der jeweiligen Versorgungsquelle an die Lichtquelle abgegebenen Stroms gesteuert werden. Alternativ kann die für einen Betrachter erkennbare Helligkeit einer der Lichtquellen mittels Pulsweitenmodulation oder Pulsdichtenmodulation des Stroms, der von der jeweiligen Versorgungsquelle der Lichtquelle bereitgestellt wird, gesteuert werden. Somit lässt sich eine Farbcharakteristik der Beleuchtungsanordnung über eine Stromhöhe und/oder ein Tastverhältnis, mit der die jeweiligen Lichtquellen mit elektrischer Energie versorgt werden, eingestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung nach dem vor- geschlagenen Prinzip,

Figuren 2A bis 2D zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Abtastmittels und eines Filters,

Figur 3A und 3B zeigen weitere beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip und

Figuren 4A und 4B zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Abtastmittels.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Beleuchtungsanordnung umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte Lichtquelle 10, 12, 14 sowie einen Photodetektor 2, welcher derart in der Beleuchtungsanordnung angeordnet ist, dass Licht von jeder der drei Lichtquellen 10, 12, 14 vom Photodetektor 2 erfasst werden kann. Der Photodetektor 2 ist als Photodiode ausgebildet und an einem ersten Anschluss mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 und an einem zweiten Anschluss mit einer Versorgungsschaltung 3 verbunden. An einem Knoten zwischen dem Photodetektor 2 und der VersorgungsSchaltung 3 ist ein Eingang eines optionalen Vorverstärkers 4 angeschlos-

sen. An einen Ausgang des Vorverstärkers 4 ist ein Abtastmit- tel 6 angeschlossen, dem eine Steuerungseinheit 5 nachgeschaltet ist. Das Abtastmittel 6 umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte Abtastschaltung 60, 61, 62, die ein- gangsseitig mit dem optionalen Vorverstärker 4 verbunden sind. Die Steuerungseinheit 5 umfasst ein erstes Filter 30, das eingangsseitig mit einem Ausgang der ersten Abtastschaltung 60 verbunden ist, sowie ein zweites und ein drittes Filter 31, 32, die jeweils eingangsseitig mit einem Ausgang der zweiten und der dritten Abtastschaltung 61, 62 verbunden sind. Ausgangsseitig sind die drei Filter 30, 31, 32 mit einer Auswerteschaltung 33 gekoppelt, die einen Speicher 34 umfasst. Die Steuerungseinheit 5 weist darüber hinaus einen Sollwertgeber 54 auf, der mit der Auswerteschaltung 33 ver- bunden ist.

Die Beleuchtungsanordnung umfasst weiterhin eine erste Versorgungsquelle 7, die an einem Ausgang mit der ersten Lichtquelle 10 verbunden ist. Die erste Versorgungsquelle 7 weist einen Schalter 81 und eine Stromquelle 82 auf. Die erste Versorgungsquelle 7 und die erste Lichtquelle 10 bilden eine Serienschaltung, die zwischen einen Versorgungsspannungsan- schluss 9 und den Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet ist. Ebenso umfasst die Beleuchtungsanordnung eine zweite Versor- gungsquelle 11 und eine dritte Versorgungsquelle 13, die jeweils an einem Ausgang mit der zweiten Lichtquelle 12 beziehungsweise der dritten Lichtquelle 14 verbunden sind. Die zweite Versorgungsquelle 11 weist einen Schalter 83 und eine Stromquelle 84 auf. Entsprechend weist die dritte Versor- gungsquelle 13 einen Schalter 85 und eine Stromquelle 86 auf. Die Auswerteschaltung 33 und damit die Steuerungseinheit 5 sind an einem ersten, einem zweiten und einem dritten Ausgang der Steuerungseinheit 5 über eine Busleitung mit einem Steu-

eranschluss der Stromquelle 82 der ersten Versorgungsquelle 7, einem Steueranschluss der Stromquelle 84 der zweiten Versorgungsquelle 11 und einem Steueranschluss der Stromquelle 86 der dritten Versorgungsquelle 13 verbunden. Die Beleuch- tungsanordnung weist darüber hinaus eine Ablaufsteuerung 16 auf, die ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Schalters 81 der ersten Versorgungsquelle 7, einem Steueranschluss des Schalters 83 der zweiten Versorgungsquelle 11 und einem Steueranschluss der Schalters 85 der dritten Versorgungsquel- Ie 13 und den drei Abtastschaltungen 60, 61, 62 des Abtastmittels 6 verbunden ist.

Die Beleuchtungsanordnung dient zur Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige 15. Die Flüssigkristallanzeige 15 kann Dünnfilmtransistoren, abgekürzt TFT, aufweisen.

Die Ablaufsteuerung 16 stellt in einer ersten Einstellphase ausgangsseitig ein Steuersignal sync bereit, das der ersten Versorgungsquelle 7 sowie der ersten Abtastschaltung 60 zuge- leitet wird. Aufgrund dieses Steuersignals sync wird die erste Versorgungsquelle 7 und damit die erste Lichtquelle 10 aktiviert. Das Licht der ersten Lichtquelle 10 fällt auf den Photodetektor 2, sodass an dem Knoten zwischen dem Photodetektor 2 und der VersorgungsSchaltung 4 ein Photodetektorsig- nal linl anliegt. Das Photodetektorsignal linl wird mittels des optionalen Vorverstärkers 4 verstärkt, sodass an dem Ausgang des Vorverstärkers 4 ein Photodetektorsignal Iin2 bereitsteht. Das Photodetektorsignal Iin2 wird der ersten, der zweiten und der dritten AbtastSchaltung 60, 61, 62 eingangs- seitig zugeführt. Mittels des Steuersignals sync ist die erste Abtastschaltung 60 in Durchlass geschaltet, sodass das Photodetektorsignal Iin2 dem ersten Filter 30 zugeleitet wird. Ein ausgangsseitig an dem ersten Filter 30 abgreifbares

Signal wird der Auswerteschaltung 33 zugeführt, in der es mit einem ersten Vorgabewert für die erste Lichtquelle 10 verglichen wird. Der erste Vorgabewert wird der Auswerteschaltung 33 von dem Sollwertgeber 54 zur Verfügung gestellt. Ein in Abhängigkeit des an dem ersten Filter 30 abgreifbaren Signals und des ersten Vorgabewertes ermittelter Wert wird in dem Speicher 34 abgelegt. In einer zweiten Einstellphase werden mittels des Steuersignals sync die erste Versorgungsquelle 7 und die erste AbtastSchaltung 60 deaktiviert und die zweite Versorgungsquelle 11 und damit die zweite Lichtquelle 12 sowie die zweite Abtastschaltung 61 aktiviert. Ein von der zweiten Lichtquelle 12 erzeugtes und auf der Photodiode 2 auftreffendes Licht führt zu einem Photodetektorsignal linl und einem mittels des Vorverstärkers 4 verstärkten Photode- tektorsignal Iin2. Die zweite Abtastschaltung 61 ist in Durchlass geschaltet, sodass das Photodetektorsignal Iin2 über das zweite Filter 31 der Auswerteschaltung 33 zugeleitet werden kann. Das gefilterte Signal wird mit einem Sollwert verglichen und ein aus dem Vergleich ermitteltes abgeleitetes Signal wird in dem Speicher 34 abgelegt. In entsprechender

Weise ist in einer dritten Einstellphase mittels des Steuersignals sync die dritte Versorgungsquelle 13 und damit die dritte Lichtquelle 14 sowie die dritte Abtastschaltung 62 aktiviert. Das von der dritten Lichtquelle 14 erzeugte Licht fällt auf den Photodetektor 2 und bewirkt das mittels des Vorverstärkers 4 verstärkte Photodetektorsignal Iin2, das über die dritte Abtastschaltung 62 dem dritten Filter 32 zugeleitet wird. In Abhängigkeit von einem Wert am Ausgang des dritten Filters 32 und einem von dem Sollwertgeber 54 zur Verfügung gestellten Sollwert wird ein Wert gebildet, der in dem Speicher 34 abgelegt wird.

In einer Betriebsphase werden von der Steuerungseinheit 5 Steuerungssignale über die Busleitung den Steuereingängen der Stromquellen 82, 84, 86 der ersten, der zweiten beziehungsweise der dritten Versorgungsquelle 7, 11, 13 zugeleitet. Die Steuerungssignale können in Abhängigkeit der in dem Speicher 34 abgelegten Werte gebildet werden. Somit werden aufgrund des wahlweisen Abtastens der drei Lichtquellen drei Werte des Photodetektorsignals erzeugt, die nach einer Filterung mittels des ersten, des zweiten und des dritten Filters 30, 31, 32 der Auswerteschaltung 33 bereitgestellt werden, sodass in der folgenden Betriebsphase in Abhängigkeit der gespeicherten Werte Einstellparameter den drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 zugeleitet werden können. Damit wird mit Vorteil erzielt, dass das von den drei Lichtquellen 10, 12, 14 abgegebene Licht den Vorgabewerten entspricht.

In einer alternativen Ausführungsform können der Vorverstärker 4 und die Versorgungsschaltung 3 weggelassen werden, wobei der Photodetektor 2 direkt zwischen den Bezugspotenzial- anschluss 8 und den Eingang des Abtastmittels 6 geschaltet ist.

Figuren 2A bis 2D zeigen beispielhafte Ausführungsformen einer Abtastschaltung und eines Filters, wie sie in der Figur 1 als erste Abtastschaltung 60 und als erstes Filter 30, als zweite AbtastSchaltung 61 und als zweites Filter 31 sowie als dritte AbtastSchaltung 62 und drittes Filter 32 eingesetzt werden können.

Figur 2A zeigt eine Abtastschaltung 60, die als Abtast-Halte- Schaltung ausgeführt ist und einen Schalter 63 umfasst. Das Filter 30 ist als Tiefpass ausgebildet und umfasst ein RC- Glied mit einem Widerstand 64 und einem Kondensator 65.

Figur 2B zeigt eine Abtastschaltung, die den Schalter 63 aufweist, und ein Filter, das mittels eines Integrators 35 realisiert ist. Der Integrator 35 uπifasst einen Verstärker 36, einen Kondensator 37 und einen Schalter 38. Ein erster Ein- gang des Verstärkers 36 ist mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 36 ist mit dem Schalter 63 sowie über eine Parallelschaltung, welche den Kondensator 37 und den Schalter 38 umfasst, mit einem Ausgang des Verstärkers 36 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 36 bildet den Ausgang des Integrators 35, welcher mit der in Figur 2B nicht gezeigten Auswerteschaltung 33 gekoppelt ist.

Durch Schließen des Schalters 38 wird der Kondensator 37 entladen und der Integrator 35 somit zurückgesetzt. Wird der Schalter 63 mittels des Steuersignals sync von einem offenen in einen geschlossenen Zustand geschaltet, so wird der Kondensator 37 von dem Photodetektorstrom Iin2 aufgeladen. Eine Spannung an dem Ausgang des Integrators 35 ist somit proportional zu der Höhe des Photodetektorstroms Iin2 und der ein- stellbaren Dauer, während der der Schalter 63 geschlossen ist. Die Spannung wird von der Auswerteschaltung 33 weiterverarbeitet. Alternativ kann auch der Schalter 63 mehrfach für die vorgegebene Zeit geschlossen werden, sodass die Spannung am Ausgang des Integrators 35 einen integrierten Mittel- wert des Photodetektorstroms Iin2 repräsentiert. Der Schalter wird von dem Steuersignal sync, das von der Ablaufsteuerung 14 bereitgestellt wird, gesteuert. Mittels des Steuersignals sync kann eingestellt werden, wie viele Male und für welche Zeitdauer der Schalter 63 geschlossen wird.

Figur 2C zeigt eine Abtastschaltung, welche den Schalter 63 umfasst, und ein Filter, das einen Integrator 35' aufweist. Der Integrator 35' umfasst den Verstärker 36, den Kondensator

37 und einen weiteren Kondensator 41 sowie zwei Umschalter 39 und 40. Der Integrator 35' ist als Switched Capacitor Schaltung ausgebildet. Ein Eingang des Integrators 35' ist mit dem Ausgang des Schalters 63 und dem zweiten Eingang des Verstär- kers 36 verbunden. Der erste Eingang des Verstärkers 36 ist mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Die beiden Umschalter 39 und 40 sind in Serie mit dem weiteren Kondensator 41 geschaltet, wobei der weitere Kondensator 41 zwischen dem Umschalter 39 und dem Umschalter 40 angeordnet ist. Diese Se- rienschaltung ist parallel zu dem Kondensator 37 geschaltet. Diese Parallelschaltung verbindet den zweiten Eingang des Verstärkers 36 mit dem Ausgang des Verstärkers 36, der gleichzeitig den Ausgang des Integrators 35' bildet, welcher mit der Auswerteschaltung 33 verbunden ist. Die Serienschal- tung, umfassend den weiteren Kondensator 41 und die beiden

Umschalter 39, 40, übernimmt die Funktion eines Widerstandes. Der Umschalter 39 schaltet eine Elektrode des Kondensators 41 zwischen den zweiten Eingang des Verstärkers 36 und den Bezugspotenzialanschluss 8 und der Umschalter 40 schaltet eine weitere Elektrode des Kondensators 41 zwischen den Ausgang des Verstärkers 36 beziehungsweise den Bezugspotenzialanschluss 8. Dabei ist immer nur einer der beiden Elektroden des Kondensators 41 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. über die Frequenz der Umschaltung kann der Wider- standswert eingestellt werden.

Figur 2D zeigt eine Abtastschaltung, welche den Schalter 63 umfasst, und ein Filter, das den Integrator 35'' umfasst. Das Filter ist in Switched Capacitor Technik realisiert. Der In- tegrator 35' ' wiederum umfasst den Verstärker 36, den Kondensator 37, den Schalter 38, den weiteren Kondensator 41, die Umschalter 39, 40 und eine Spannungsquelle 42. Der Kondensator 37 und ebenso der Schalter 38 sind zwischen den zweiten

Eingang des Verstärkers 36 und den Ausgang des Verstärkers 36 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 36 bildet den Ausgang des Integrators 35' '. Der erste Eingang des Verstärkers 36 ist mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden. Der zweite Eingang des Verstärkers 36 ist über eine Serienschaltung, umfassend den Umschalter 39, den weiteren Kondensator 38 und den Umschalter 40, mit der Spannungsquelle 42 verbunden. Der Umschalter 39 schaltet eine Elektrode des Kondensators 41 zwischen der Spannungsquelle 42 und den Bezugspotenzialan- Schluss 8 um. Der Umschalter 40 schaltet eine weitere Elektrode des Kondensators 41 zwischen den zweiten Eingang des Verstärkers 36 und den Bezugspotenzialanschluss 8 um. Dabei ist immer nur eine der beiden Elektroden des Kondensators 41 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden.

Die Spannungsquelle 41 stellt ein Einstellwert Vset zur Verfügung, der einen Vorgabewert für die dazugehörige Lichtquelle repräsentiert. Der Integrator 35' ' ermöglicht somit, dass der Einstellwert Vset von dem Photodetektorstrom Iin2 abgezo- gen wird. Am Ausgang des Integrators 35' ' steht somit bereits ein vorverarbeitetes Signal zur Verfügung. Das Filter ist somit sowohl zur Integration des abgetasteten Photodetektorstroms Iin2 als auch zur Ermittlung einer Differenz des abgetasteten Photodetektorstroms Iin2 zu dem Einstellwert Vset ausgebildet.

Figur 3A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung. Im Unterschied zu der Beleuchtungsanordnung in Figur 1 umfasst die Beleuchtungsanordnung in Figur 3A einen Frequenzmultiplizierer 55, der zwischen der Ablaufsteuerung 16 und dem Abtastmittel 6 geschaltet ist. Das Abtastmittel 6 weist die erste Abtastschaltung 60 auf, welche den Schalter 63 umfasst.

Die Steuerungseinheit 5 umfasst gemäß Figur 3A einen Integrator 35' ' ', der zur seriellen Verarbeitung mehrerer Eingangssignale ausgelegt ist. Der Integrator 35' ' ' weist den Verstärker 36 auf, der an dem ersten Eingang mit dem Bezugspo- tenzialanschluss 8 und an dem zweiten Eingang mit dem Ausgang des Schalters 63 verbunden ist. Der Rückkopplungszweig des Verstärkers 36 umfasst drei Parallelschaltungen. Eine erste Parallelschaltung weist den Kondensator 37 und den Schalter 38 auf, eine zweite Parallelschaltung weist einen Kondensator 44 und einen Schalter 45 auf, eine dritte Parallelschaltung weist einen Kondensator 46 und einen Schalter 47 auf. Ein An- schluss der drei Parallelschaltungen ist jeweils mit dem zweiten Eingang des Verstärkers 36 verbunden. Jeweils ein weiterer Anschluss der drei Parallelschaltungen ist über ei- nen Umschalter 43 mit dem Ausgang des Verstärkers 36 und damit dem Ausgang des Integrators 35' ' ' gekoppelt. Ist die erste Versorgungsquelle 7 und damit die erste Lichtquelle 10 aktiviert, so empfängt der Photodetektor 2 ein Lichtsignal und stellt den Photodetektorstrom Iin2 bereit. Dieser wird bei- spielsweise mittels des Schalters 6 mit der doppelter Frequenz des Steuersignals sync 3 abgetastet. Während der Abtastung mittels des Schalters 63 ist der Schalter 38 in einem offenen Zustand und verbindet der Umschalter 43 den Ausgang des Verstärkers 36 mit der Parallelschaltung, umfassend den Kondensator 37 und den Schalter 38. In Abhängigkeit des

Lichtsignals, das die erste Lichtquelle 10 bereitstellt, wird somit der Kondensator 37 im Integrator 35' ' ' aufgeladen. Dieser Wert wird der Auswerteeinrichtung 33 zugeführt.

Die Auswerteeinheit 33' ist an einem Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 36 und an einem weiteren Eingang mit der Ablaufsteuerung 16 verbunden. Abwechselnd werden nun die drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 aktiviert und die drei Kondensa-

toren 37, 44, 46 geladen. Die Spannung an den drei Kondensatoren 37, 44, 46 wird somit zeitversetzt der Auswerteschaltung 33 ' zugeführt und von dieser mit Sollwerten, die von dem Sollwertgeber 54 bereitgestellt werden, verglichen. In Abhän- gigkeit der Vergleichsergebnisse werden die drei Versorgungsquellen 7, 11, 13 in der folgenden Betriebsphase gesteuert.

Mit Vorteil ist somit ein einzelner Verstärker 36 ausreichend zur Integration des Photodetektorstromes Iin2 mit drei ver- schiedenen Werten, die in Abhängigkeit von den drei Lichtquellen 10, 12, 14 auftreten.

In einer alternativen Ausführungsform kann der Schalter 38 im Integrator 35' ' ' durch den Kondensator 41 und die beiden Um- Schalter 39, 40 ersetzt werden, wie es rechts oben in Figur 3A und ebenfalls in Figur 2C gezeigt ist. Ebenfalls können die beiden Schalter 45, 47 durch zwei weitere Serienschaltungen, die jeweils zwei Umschalter und einen Kondensator umfassen, ersetzt werden.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 3 gemäß Figur 3A umfasst die Beleuchtungsanordnung den auf der rechten Seite der Figur 3A gezeigten, mit einer gestrichelten Linie umrahmten Block, welcher die drei Kondensatoren 48, 49, 50, die Auswerteschaltung 33 ' ' , den

Sollwertgeber sowie den Umschalter 51 umfasst. Gemäß der alternativen Ausführungsform wird der Ausgang des Integrators 35' ' ' über den Umschalter 51 mit jeweils einem der Kondensatoren 48, 49, 50 verbunden. Da ein Steuereingang des Umschal- ters 51 mit der Ablaufsteuerung 16 gekoppelt ist, erfolgt ein phasenrichtiges Schalten des Umschalters 51, sodass am Kondensator 48 ein Signal anliegt, welches den Wert des Photodetektorstroms Iin2 repräsentiert, der von der ersten Licht-

quelle 10 hervorgerufen wird. Dies wird entsprechend für die zweite und dritte Lichtquelle 12, 14 und die weiteren Kondensatoren 49, 50 durchgeführt. Am Eingang der Steuerungseinheit 33 ' ' liegen somit drei Signale parallel an, welche die drei Werte des in Abhängigkeit von den drei Lichtquellen erzeugten Photodetektorstromes Iin2 repräsentieren. In dieser alternativen Ausführungsform kann die Steuerungseinheit 33 ' entfallen.

Figur 3B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung, welche eine Weiterbildung der Beleuchtungsanordnung gemäß Figur 3A und 2D darstellt. Auch in Figur 3B umfasst das Abtastmittel 6 den Schalter 63, der über den Frequenzmultiplizierer 55 mit der Ablaufsteuerung 16 ver- bunden ist. Das Filter 35' ' ' ' ist in Switched Capacitor Technik realisiert und weist den Verstärker 36 auf. Der Rückkopplungszweig des Verstärkers 36 verbindet den zweiten Eingang des Verstärkers 36 mit dem Ausgang des Verstärkers 36 und umfasst die Kondensatoren 37, 44 und 46, die wahlweise über den Umschalter 43 mit dem Ausgang des Verstärkers 36 verbunden werden können. Der zweite Eingang des Verstärkers 36 ist über eine Serienschaltung, umfassend den weiteren Kondensator 41 und die beiden Umschalter 39, 40 und einen weiteren Umschalter 51, mit der Spannungsquelle 42, einer weiteren Spannungs- quelle 52 und einer zusätzlichen Spannungsquelle 53 verbunden. Die drei Spannungsquellen 42, 52, 53 repräsentieren Vorgabewerte für die erste, die zweite beziehungsweise die dritte Lichtquelle 10, 12, 14. Somit kann mit Vorteil mittels der Switched Capacitor Technik sowohl die Integration des Photo- detektorstrom Iin2 als auch die Ermittlung einer Differenz zu einem Vorgabewert kosteneffizient realisiert werden.

Figuren 4A und 4B zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Abtastmittels, wie sie als erste, zweite und dritte Abtastschaltung 60, 61, 63 in den Figuren 1, 2A bis 2D, 3A und 3B eingesetzt werden können.

Figur 4A zeigt ein Abtastmittel, das einen Schalter 63 um- fasst. Der Schalter 63 ist als Feldeffekttransistor 70, insbesondere als n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor, abgekürzt n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor , ausgebil- det. Alternativ kann der Feldeffekttransistor 70 als p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor mit invertiertem Schaltsignal ausgebildet sein.

Figur 4B zeigt ein Abtastmittel, das einen Schalter 63 um- fasst, welcher als Transmission Gate 71 realisiert ist. Das Transmission Gate 71 umfasst einen n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 72, einen p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 73 und einen Inverter 74. Ein Steueranschluss des Abtastmittels ist mit einem Steueranschluss des n-Kanal MOS-Feldeffekttransis- tor 72 und über den Inverter 74 mit einem Steueranschluss des p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 73 verbunden. Ein erster An- schluss des n-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 72 ist mit einem ersten Anschluss des p-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 73 verbunden. Ebenso ist ein zweiter Anschluss des n-Kanal MOS- Feldeffekttransistors 72 mit einem zweiten Anschluss des p- Kanal MOS-Feldeffekttransistors 73 verbunden. Mittels des Transmission Gate 71 lassen sich Schalter mit besonders niedrigen Durchlasswiderständen realisieren.

Bezugszeichenliste

2 Photodetektor

3 Versorgungsschaltung 4 Vorverstärker

5 Steuerungseinheit

6 Abtastmittel

7 erste Versorgungsquelle

8 Bezugspotenzialanschluss 9 Versorgungsspannungsanschluss

10 erste Lichtquelle

11 zweite Versorgungsquelle

12 zweite Lichtquelle

13 dritte Versorgungsquelle 14 dritte Lichtquelle

15 Flüssigkristallanzeige

16 Ablaufsteuerung

30 erstes Filter

31 zweites Filter 32 drittes Filter

33, 33', 33'', 33 " ' ' Auswerteschaltung

34 Speicher

35, 35', 35' ', 35 ^{1 1} ', 35 ¹ ' ^{1 1} Integrator

36 Verstärker 37 Kondensator

38 Schalter

39, 40 Umschalter

41 Kondensator

42 Spannungsquelle 43 Umschalter

44 Kondensator

45 Schalter

46 Kondensator

47 Schalter

48, 49, 50 Kondensator

51 Umschalter

52, 53 Spannungsquelle 54 Sollwertgeber

55 Frequenzmultiplizierer

60 erste Abtastschaltung

61 zweite Abtastschaltung

62 dritte Abtastschaltung 63 Schalter

64 Widerstand

65 Kondensator 66, 67 Puffer

70 Feldeffekttransistor 71 Transmission Gate

72 n-Kanal MOS-

Feldeffekttransistor

73 p-Kanal MOS-

Feldeffekttransistor 74 Inverter

81, 83, 85 Schalter

82, 84, 86 Stromquelle B blau

G grün linl, Iin2 Photodetektorstrom

R rot sync Steuersignal

Vset Einstellwert

W weiß