Omgevingslichtsensoren: Functionaliteit, Ontwerp en Belangrijke Toepassingen

De eenheid van verlichtingssterkte, lux, is de internationaal geaccepteerde maat voor omgevingslicht. Typische omgevingslichtsensoren kunnen niveaus detecteren van onder de 50 lux – typisch voor een donkere binnenruimte – tot boven de 10.000 lux, de helderheid van de middagzon. Eén lux is gelijk aan één lumen per vierkante meter, wat fotometrische metingen laat overeenkomen met de perceptie van lichtintensiteit door het menselijk oog.

In de vroege jaren 2000 begonnen omgevingslichtsensoren te verschijnen in een groeiend aandeel mobiele telefoons. In 2004 had ongeveer 30% van de verkochte telefoons een omgevingslichtsensor; in 2016 was dat gestegen tot 85%, wat het belang van de technologie voor energiebeheer en gebruikerscomfort onderstreept.

Wat Is een Omgevingslichtsensor?

Een omgevingslichtsensor (ALS) is een fotodetector die het totale licht in de omgeving van een apparaat meet en automatisch schermhelderheid of achtergrondverlichtingsniveaus aanpast. Door displays te dimmen in laag-lichtomgevingen, bespaart de sensor batterijduur en vermindert oogspanning. ALS units vind je in smartphones, tablets, laptops, automotieve displays, LCD TV's en zelfs buitenafverlichtingscontroles.

Veelvoorkomende ALS-architecturen omvatten fotodioden, fotonische IC's en fototransistors – apparaten die een fotodetector met een versterker op een enkele chip integreren.

Omgevingslichtsensor Schakeling Ontwerp

Veel ALS-schakelingen gebruiken een lichtgevoelige weerstand (LDR) als het lichtmeetelement. De weerstand van de LDR daalt van diverse megaohms in duisternis tot een paar honderd ohm onder direct zonlicht, wat een spanninguitgang evenredig met lichtintensiteit oplevert.

De uitgangsspanning kan worden uitgelezen door een instrumentatieversterker zoals de AD8226, die een wijd voedingbereik (2,7 V–36 V), rail-to-rail uitgang en lage quiescent stroom biedt. De versterking van de versterker wordt ingesteld door een vaste weerstand (49,4 kΩ) in serie met de LDR:

V_OUT = G (V_IN+ – V_IN–) + V_REF

Met V_IN– en V_REF gegrond, wordt de versterking:

G = V_OUT / V_IN+ = 1 + 49,4 kΩ / LDR

Oplossen voor de LDR-weerstand geeft:

LDR = (49,4 kΩ) / (V_OUT / V_IN+) – 1

Door de uitgang van de versterker te meten, kan het systeem omgevingslichtniveaus afleiden en de schermhelderheid dienovereenkomstig aanpassen.

Toepassingen

Omgevingslichtsensoren drijven een breed scala producten:

• Mobiele Apparaten – Dynamische achtergrondverlichtingscontrole bespaart batterijduur en beschermt gebruikersogen.
• Automotief – Koplampintensiteitsaanpassing, cockpit dimmen, en daglichtdetectie voor interieurverlichting.
• Consumentenelektronica – LCD TV's, monitors en draagbare mediaplayers gebruiken ALS om helderheid aan te passen.
• Slimme Verlichting – Straatverlichting en borden schakelen automatisch in of dimmen op basis van omgevingscondities.

Voorbeelden van commerciële sensoren zijn:

• AMI's AMIS74980x – Ontworpen voor automotieve en consumentendisplays, biedend lage donkerstroom en nauwkeurige helderheidsregeling.
• OSRAM's ALS-SFH5711 – Nachteemt menselijk ooggevoeligheid, wat nauwkeurige achtergrondverlichtingstuning in mobiele en automotieve markten mogelijk maakt.
• Avago's APDS-9004 – Gebruikt in DVD-spelers, LCD's en notebooks, het biedt automatische helderheidsaanpassingen om de levensduur van het display te verlengen.

Kortom, omgevingslichtsensoren meten autonoom omgevingsverlichting, passen display- of verlichtingsniveaus aan om energie te besparen, apparatuele levensduur te verlengen en gebruikerscomfort te verbeteren.