Датчик света автомобильный

В третьей части статьи рассматриваются актуальные для многих автомобильных применений датчики света/цвета (датчики окружающего света и другие) и сравниваются разнообразные предложения элементной базы датчиков, представленные на современном автомобильном рынке.

Все статьи цикла:

  • Часть 1. Новые технологии и применения датчиков автомобильных систем помощи водителю
  • Часть 2. Подробнее об элементной базе автомобильных видеокамер
  • Часть 3. Элементная база датчиков света и цвета
  • Часть 4. Инфракрасные тепловые камеры
  • Часть 5. Ультразвуковые датчики
  • Часть 6. Радары
  • Часть 7. Активные ик системы: лидары, системы ночного видения, 3d – камеры
  • Часть 8. Батарейные Датчики систем TPMS. Эволюция к высокоинтегрированным решениям

Датчики света/цвета. Введение

Без датчиков окружающего света и дождя уже нельзя представить новый автомобиль верхнего рыночного сегмента, а исполнения автомобильных дисплеев и видеокамер с расширенными функциями — и без датчиков цвета. Полезную роль датчиков окружающего света в автомобильной безопасности, повышении эстетики, эргономики и комфортабельности автомобилей определяют их следующие основные функции и применения:

  • минимизация аварий вследствие снижения отвлечения водителя различными современными средствами коммуникации: как то сотовые телефоны, навигационные системы, системы ночного видения, беспроводной Интернет, развлечения — приборы и системы группы Entertainment (контроль расположения и содержания дисплеев, допустимых режимов и функций, положения и выделения экранных управляющих элементов);
  • повышение видимости и эргономики восприятия содержания дисплеев водителем в условиях яркого солнечного света — уменьшение бликов дисплеев, взаимодействующих также с бликами стекол и зеркал, зеркального отражения и диффузного рассеяния дисплеев и в условиях очень низкой освещенности, при смене положения водителя (регулировка различных характеристик дисплея при изменении угла обзора);
  • повышение эстетики и эргономики восприятия водителем любой визуальной информации (дороги, дисплеев, зеркал заднего вида), минимизация усталости и напряжения глаз за счет регулировки различных характеристик по сигналам от датчиков;
  • автоматический контроль влияния освещенности на яркость и контрастность дисплеев (для уменьшения отвлечения водителя и эргономики), адаптация фотоэлектрических датчиков и дисплейного оборудования к освещению от источников с различными спектральными характеристиками (оптимально, если яркость дисплеяи окружающего света совпадают, причем окружающий свет должен быть немного темнее, чем ярко-белый на дисплее);
  • контроль изображений, получаемых с помощью камер (контроль апертуры, баланса белого и т. д.);
  • контроль интенсивности подсветки дисплеев;
  • контроль подсветки клавиатур и выделения экранных кнопок;
  • максимальное исключение ручных настроек дисплеев и многоуровневых систем меню, автоматизация переключения настроек дисплеев с целью уменьшения отвлечения водителя;
  • датчики дождя, автоматическое включение и корректировка скорости работы стеклоочистителей — все это освобождает водителя от ручного переключения;
  • контроль электрохроматических зеркал— автоматическое затемнение по сигналам от датчиков окружающего света и света приближающегося автомобиля;
  • контроль включения и затемнения автоматического освещения (фар и в салоне);
  • автоматическое затемнение дисплеев, например, при включении фар и последующая автоматическая активация при их выключении, определение приоритетов в задачах управления, таких как игнорирование затемнения дисплеев при ошибочном включении фар при достаточном окружающем освещении;
  • контроль солнечного освещения датчиками Sun load sensors — детекторами положения и интенсивности источника солнечного света для автоматического включения и регулировки систем кондиционирования и отопления, открытия/закрытия люков;
  • различение видимого и инфракрасного излучения;
  • повышение срока службы дисплеев, батарей и других устройств.

Многие из вышеперечисленных автомобильных применений датчиков света/цвета очевидны, но некоторые требуют специального пояснения, в особенности те, которые связаны с развитием дисплейных технологий FPD — LCD [20–34]. Монохромные или цветные LCD в настоящее время широко распространены в сотовых телефонах, автомобильных навигационных системах и других терминалах.

LCD-дисплеи представляют собой неизлучающие устройства и требуют освещения от источника света — как правило, задней подсветки, которая применяется для трансмиссионных или трансрефлективных дисплеев.

Трансрефлективные датчики, используя комбинацию переднего окружающего освещения и задней подсветки, обеспечивают наилучшую читаемость в широком диапазоне окружающих условий.

Наиболее распространены методы подсветки LCD Cold Cathode Fluorescent Tubes/Lamps (CCFT/L) и массивами светодиодов. Значительной проблемой, ассоциируемой с задней подсветкой, является заметное потребление батарейной мощности, что наиболее важно для портативных устройств (ток потребления подсветки порядка 100–400 мА), и уменьшение срока службы (актуальная проблема любых дисплеев, включая автомобильные). От сотовых телефонов к автомобильным приборным панелям и дисплейным системам мигрируют также полезные опции подсветки приборных панелей, клавишных и экранных кнопок меню.

Оптимальное решение для повышения автомобильной безопасности и наработки на отказ, минимизации отвлечения водителя при необходимости ручного включения подсветки и разбора клавишных и экранных функций — использование подсветки только тогда, когда это необходимо: в условиях темноты или слабого окружающего освещения, при детектировании которых подсветка автоматически включается. В условиях дневного света или при достаточном освещении в салоне подсветка не требуется, для чего выполняется ее автоматическое отключение.

Также важно учесть, что если яркость и контраст дисплея не отрегулированы, LCD может вызывать блики, приводящие к искажению или потере визуальной информации, а также к дискомфорту и напряжению глаз водителя.

Ключевой компонент в детектировании условий окружающего света с целью контроля подсветки, яркости или контрастности дисплеев — датчик окружающего света, имеющий спектральную характеристику, для получения максимальной точности регулировки дисплейных функций, по возможности максимально приближенную к спектральной чувствительности человеческого глаза (максимум которой приходится на 550 нм).

К расширенным дисплейным функциям относятся:

  • контроль цветовой температуры для оптимального восприятия визуальной информации — интеллектуальная корректировка цветов, регулировка контрастности дисплея, баланса белого камеры и т. д.;
  • корректировка цветов светодиодов— индикаторов и подсветки.

Для этого существует возможность детектирования окружающего света датчиками цвета в формате RGB.

Типичным сенсорным элементом, обнаруживающим свет, является фотодиод либо фототранзистор, принцип детектирования цвета в формате RGB также довольно прост — над одним из трех или четырех фотодиодов, объединенных в группу, размещается цветной фильтр (красный, зеленый, синий; два голубых элемента часто используются для компенсации низкой чувствительности кремния к голубому свету), пропускающий к фотодиоду свет только одного выбранного цвета (длины волны). Но современный автомобильный рынок создает потребность в датчиках света/цвета с высокими рабочими характеристиками, надежностью, точностью, специальными возможностями, при этом отличающихся низкой ценой.

В первую очередь, как для автомобильных, так и для неавтомобильных дисплейных применений (сотовых телефонов, ноутбуков и других) важно учитывать, что стандартные кремниевые фотодетекторы характеризуются максимальной чувствительностью в инфракрасном диапазоне, поэтому, если они используются для контроля подсветки дисплея, результаты будут неточными — в основном, из-за различий в инфракрасных спектрах различных источников света. Разные спектральные эмиссии источников и спектральная чувствительность детекторов, включая человеческий глаз, показаны на рис. 27а [31–32].

01 Июнь 2013

Ваш отзыв