Les capteurs de lumière ambiante reproduisent les capacités de l’œil humain

Définition de la luminosité. La luminance, ou luminosité, est mesurée en lux. La lumière directe du soleil est de 100 000 lux, tandis que celle d'un réverbère est de seulement 20 lux. L'exposition prolongée à des affichages lumineux et brillants peut causer une fatigue oculaire, et jusqu'à récemment, cela était considéré comme un effet secondaire inévitable lié au travail sur ordinateur et sur d'autres équipements électroniques grand public. Les capteurs de lumière ambiante actuels éliminent cependant une grande partie de cette fatigue et de cet inconfort potentiels. Ces composants électroniques, appelés photodétecteurs, détectent et mesurent en permanence la quantité de lumière dans leur environnement, et perçoivent la luminosité d'une manière se rapprochant le plus possible de l'œil humain. Leur objectif est typiquement de correspondre aux exigences de l'œil humain, en ajustant la luminosité par gradation, et réduisant de fait la fatigue oculaire.

Les capteurs de lumière ambiante interviennent également lorsqu'il commence à faire sombre et que les réverbères s'allument automatiquement, dans la commande des phares automobiles quand la nuit tombe ou quand vous entrez dans un tunnel, et dans l'habitacle de votre voiture pour l'éclairage du tableau de bord. De la même manière, sur l'écran d'un téléphone tactile, les capteurs de lumière ambiante initient le rétroéclairage en aidant les processeurs à déterminer la quantité de lumière disponible et permettent la gradation automatique lorsque le rétroéclairage n'est pas nécessaire, lorsque la lumière ambiante est suffisante pour l'œil humain. Ils procèdent également à des mesures constantes de manière à effectuer une gradation de l'écran pour offrir une sortie qui semble toujours la même, quelles que soient les conditions d'éclairage.

Les capteurs de lumière ambiante fonctionnent avec une variété de sources lumineuses, de la lumière naturelle aux lampes fluorescentes et à incandescence, améliorant l'expérience utilisateur et permettant des économies d'énergie en optimisant le confort de visualisation d'un écran, quel que soit le type de lumière ou la vitesse à laquelle elle varie.

Exemples du monde réel

Il existe de nombreux types de capteurs de lumière ambiante sur le marché actuel, et chacun présente ses propres avantages et inconvénients. Prenons l'exemple de quelques capteurs de lumière représentatifs, chacun présentant une approche légèrement différente sur l'art d'imiter l'œil humain.

Le TSL2591 d'ams-TAOS USA (Figure 1) est un convertisseur lumière-numérique très haute sensibilité qui transforme l'intensité lumineuse en une sortie de signal numérique, capable d'interface I²C directe. Le dispositif combine une photodiode large bande (visible et infrarouge) et une photodiode répondant à l'infrarouge sur un seul circuit intégré CMOS. Deux CAN intégrés permettent de convertir les courants des photodiodes en une sortie numérique qui représente l'éclairement énergétique mesuré sur chaque canal. Cette sortie peut être envoyée vers un microprocesseur où le niveau de lumière ambiante en lux est dérivé en utilisant une formule empirique pour approximer la réponse de l'œil humain. Le TSL 2591 prend en charge une interruption de style de niveau traditionnel qui reste activée jusqu'à ce que le micrologiciel la supprime.



Le dispositif permet d'approximer la réponse de l'œil humain et présente un fonctionnement flexible. C'est pourquoi il est adapté à une utilisation derrière des verres sombres, et présente une faible surcharge de fonctionnement et un état de veille basse consommation de 3,0 μA.

Le TSL2591 contient deux CAN qui intègrent les courants de deux photodiodes. L'intégration des deux canaux intervient de manière simultanée. Une fois le cycle de conversion terminé, les résultats de conversion sont transférés aux registres de données de canal 0 et de canal 1, respectivement. Les transferts sont mis en tampon double pour garantir que l'intégrité des données est maintenue. Après le transfert, le dispositif lance automatiquement le prochain cycle d'intégration. Aucun circuit externe n'est requis pour la mise en forme des signaux. La sortie du dispositif étant numérique, la sortie est supposée présenter une immunité efficace au bruit, contrairement à une approche analogique.

Le circuit de capteur de lumière ambiante BH1603FVC de ROHM (Figure 2) est un capteur de lumière ambiante à sortie de courant analogique, convenant parfaitement pour obtenir des données de lumière ambiante pour l'ajustement du rétroéclairage de clavier et d'écran LCD de téléphones portables. Le capteur offre une visibilité améliorée et des économies d'énergie.

Les fonctionnalités incluent un boîtier à montage en surface compact de 3,0 mm x 1,6 mm, une sensibilité spectrale proche de l'œil humain, un courant de sortie proportionnel à la luminosité, une tension d'alimentation minimum de 2,4 V, et une fonction d'arrêt intégrée.



Le dispositif est logé dans un boîtier à montage en surface compact de 3,0 mm x 1,6 mm, et il présente une sensibilité spectrale proche de la sensibilité de l'œil humain, un courant de sortie proportionnel à la luminosité, et une tension d'alimentation minimum de 2,4 V.

Les applications incluent les téléphones portables, les téléviseurs LCD, les ordinateurs portables, les consoles de jeu portables, les appareils photo numériques, les PDA et les écrans LCD. ROHM offre un module de formation pour présenter ses capteurs de lumière ambiante. La session couvre le BH1603FVC, ainsi qu'une version numérique, le BH1710FVC.

Pour les applications exigeant une faible consommation, le MAX44009 de Maxim (Figure 3) intègre une photodiode et un CAN avec une interface numérique I²C. La puce est logée dans un boîtier optiquement transparent pour mesurer la lumière ambiante. Une photodiode se trouvant dans le circuit intégré convertit la lumière en courant qui est traité par un circuit basse consommation en train binaire numérique. Une fonction d'interruption programmable intégrée élimine l'interrogation continuelle du dispositif pour les données, ce qui constitue la base des économies d'énergie fournies par le dispositif. Avec un courant de fonctionnement inférieur à 1 µA, le dispositif est l'un des capteurs de lumière ambiante présentant la plus faible consommation énergétique de l'industrie.

Le dispositif affiche également une vaste plage de lumières dynamique s'étendant de 0,045 lux à 188 000 lux, soit une plage supérieure à 4 000 000:1.

Cette section montre que les technologies de capteurs ont fait leur chemin en matière de reproduction des capacités de l'œil humain. Elles détectent la luminosité de la même manière que l'œil. Le capteur offre une sensibilité spectrale similaire à celle de l'œil. Tandis que l'œil atteint une sensibilité maximale à 560 nm (vert), celle du bleu (~470 nm) et celle du rouge (~630 nm) sont considérablement inférieures. L'œil est aveugle au rayonnement infrarouge (>700 nm) et ultraviolet (<400 nm).



Les différences dans les spectres lumineux affectent les mesures de luminosité car une partie de ce rayonnement infrarouge est absorbée par les photodiodes silicium. Les sources lumineuses avec contenu infrarouge élevé, telles que la lumière du soleil, sembleraient indiquer un environnement beaucoup plus lumineux que celui que nos yeux peuvent percevoir. Le MAX44009 affiche une bonne réjection infrarouge et un schéma de compensation infrarouge interne pour minimiser ces effets et offrir une réponse en lux précise.

Les capteurs de lumière ambiante doivent répondre à la lumière visible et ne pas répondre à la lumière infrarouge ou UV. Le TEMT6200FX01 de Vishay vise également à atteindre la sensibilité spectrale de l'œil humain. Il s'agit d'un phototransistor planar épitaxial NPN silicium en boîtier 0805 miniature transparent à montage en surface, sensible à la lumière visible comme l'œil humain avec une sensibilité de crête de 550 nm. Ce dispositif présente une technologie époxy de filtrage infrarouge supposée afficher une sensibilité minimale à la lumière au-delà de la plage visible. Cela permet d'éviter les interférences depuis le composant infrarouge de la lumière naturelle et de l'éclairage artificiel, comme les ampoules à incandescence et halogène. Un module de formation sur les capteurs de lumière ambiante de Vishay est disponible sur le site Web de DigiKey.

Qu'il s'agisse de contrôler des éclairages pour optimiser la visibilité LCD ou d'économiser la batterie en contrôlant le rétroéclairage de claviers, les ingénieurs pourront trouver une vaste sélection de capteurs de lumière ambiante répondant à toutes les exigences de leurs applications.

Pour plus d'informations sur les composants abordés dans cet article, cliquez sur les liens fournis pour accéder aux pages d'informations produits sur le site Web de DigiKey.