DE1934757B2

DE1934757B2 - Einrichtung zum steuern der lichtintensitaet mindestens einer lichtquelle

Info

Publication number: DE1934757B2
Application number: DE19691934757
Authority: DE
Inventors: Stanley Loren; Fitzpatrick Joseph Taylor; St. Paul Minn. Ross (V.StA.)
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1969-07-04
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US3500455A; FR2012412A1; DE1934757A1; GB1270881A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Lichtintensität mindestens einer Lichtquelle in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtungsstärke, um einen bestimmten Kontrast zwischen der Lichtquelle und der Umgebung aufrechtzuerhalten, mit einer in Reihe mit der Lichtquelle an eine Spannungsquelle angeschlossenen Phasenanschnittsteuerschaltung, deren Steuenvinkel durch eine Zweirichtungstriggereinrichtung eingestellt wird, die durch einen die Umgebungsbeleuchtungsstärke abfühlenden Photowiderstand gesteuert wird.

Steuereinrichtungen dieser Art werden insbesondere bei Lichtsignalanlagen venvendet, da deren Lichtsignale bei allen Beleuchtungsstärken des Hintergrunds leichter erkennbar sind, wenn zwischen dem betreffenden Lichtsignal und dem Hintergrund ein Kontrast aufrechterhalten wird.

Bei einer bekannten Einrichtung (GB-PS 9 87 077) der eingangs genannten Art wird von der Überlegung ausgegangen, daß zur gleichbleibend guten Erkennbarkeit von Lichtsignalen vor einem Hintergrund die Leuchtdichte des Lichtsignals in Abhängigkeit von der vorhandenen Umgebungslcuchtdichte unter Berücksichtigung einer physiologischen Funktion des menschlichen Auges gesteuert werden muß. Deshalb ist bei dieser bekannten Einrichtung der Photowiderstand, der die Umgebungsbcleuchtungsstärke abfühli, mit einem Widerstand in Reihe geschaltet, dessen Wert so gewählt ist, daß die Steuerkurve der Einrichtung so eng wie möglich einer die Empfindlichkeit des menschlichen Auges darstellenden Kurve angenähert ist. Diese Widerstandsreihenschaltung liegt in einem Zweig einer Wheatstone-Brücke und liefen den Sollwert der Lichtintensität der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke der Umgebung⁰ In einem weiteren Zweig der Wheatstone-Brücke liegt ein weiterer Photowiderstand, der den Ist-Wert der Lichtintensität der Lampe erfaßt. Bei einer Verstimmung der Brücke ändert die Zweirichtungstriggereinrichtung den Steuenvinkel so lange. bis erneut ein stabiler Zustand hergestellt ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zum Steuern der Lichtintensität der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Kontrast zwischen der Umgebungsbeleuchtungsstärke und der Lichtintensität der Lichtquelle auf einfachere Weise aufrechterhalten wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

GemHß der Erfindung wird also die Lichtintensität der Lichtquelle für alle Hintergrundbeleuchtungsstärken, die. unter einem vorbestimmten Wert liegen, auf einem Mindestwert gehalten, und für alle Hintergrundbeleuchtungsstärken, die über einem vorbestimmten Wert liegen, auf einem Höchstwert gehalten. Bei allen dazwischenliegenden Werten der Hintergrundbeleuchtungsstärke erfolgt eine Veränderung der Lichtintensität linear mit der Hintergrundbeleuchtungsstärke. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß ein ausreichender Kontrast zwischen dem Hintergrund und der Lichtquelle aufrechterhalten werden kann, indem die Lichtintensität der Lichtquelle linear mit der Helligkeit des Hintergrunds in einem zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert liegenden Bereich verändert wird.

Mit »Hintergrund« ist der von einem Betrachter aus hinter dem Signal gelegene Bezirk der Umgebung gemeint.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Schaltplan für eine erfindungsgemäße Einrichtung,

F i g. 2 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Speisespannung einer Lampe bzw. der Lichtausbeute von der Beleuchtungsstärke,

Fig. 3 einen Schaltplan für eine andere Ausfiihrungsfonn der Erfindung und

Fig. 4 eine Darstellung eines Anwendungsbeispiels der Erfindung.

Nach Fig. 1 bewirkt die Schaltung 112 eine Steuerung der Intensität des Lichtes der Lampe 92', die über die Leiter 100 und 110 sowie über einen Schalter 101 mit einer Wechselstromquelle 174 verbunden ist.

Die Schaltung 112 enthält einen Photowiderstand 182, der einen Teil einer die Beleuchtungsstärke des Hintergrunds ermittelnden Einrichtung bildet und über einen Widerstand 190 mit der Induktionsspule 178 und über einen Kondensator 192 mit der Lampe 92' in Verbindung steht, sowie eine Phasenanschnitt-Steuerschaltung 188 (beispielsweise in Fomi eines Quadrats) für die Speisung der Lampe 92'. Die Schaltung 112 enthält außerdem ein ÄC-Glied, das

ι. · ner Aufladung auf einen vorherbestimmten Wert

• ^weirichtungstriggereinrichtung 184, 186 trig^e'^ne Fin Kondensator 176 und die Induktionsspule fS' unterdrücken unerwünschte hochfrequente Si-

ι Der Photowiderstand 182 bestimmt als ver-"H licher Widerstand die Zeitkonstante des D^riii-des Zwischen den Photowiderstand 182 und ? Kondensator 192 ist ein Anschluß einer Zwei-•Mnnastrieeerdiode 184 geschaltet, während der "⁰JAnSdI¹UB mit dem Steueranschluß eines t erbaren Zweirichtungshalbleiters 186 verbunden

• f rW im Stromkreis der Lampe 92' liegt. Erreicht HV Sung äußern Kondensator 192 einen vorher-Smten Wert, so wird die Einrichtung 184 in den SnTn Zustand versetzt und bewirkt, daß der

uertre Halbleiter 186 !eitend wird. Die zum Auf- Su L· Kondensators 192 auf den vorherbestimm-Wert erforderliche Zeit und damit der Phasen-Sntel SetdZder steuerbare Halbleiter 186 leitend Srd ist proportional dem Widerstand des Photo-Äs and^Ps 182, der in einem Bereich ausgenutzt SnJ in dem seine Widerstandsänderung eine lineare Funktion d^r Beleuchtungsstärke des Hintergrunds U? Zu" dem Photowiderstand 182 ist ein einstellbarer auf einen vorherbestimmten niedrigen Wert ab, so weist der auf den Photowiderstanu fallende Lichtanteil im wesentlichen den Wert Null auf. so daß der Photowiderstand 182 einen großen Widerstandswert

aufweist. Die Summe der Widerstände des Photowiderstands 182 und des Widerstands 194 bestimmt einen anderen leitenden Zustand der Triggerschaltung, bei dem die Lampe 92' mit -Jem geringsten Strom versorgt wird und daher nur schwach brennt.

ίο Zwischen den beiden Grenzwerten wird die Helligkeit der Lampe 92' linear zur Beleuchtungsstärke des Hintergrundes verändert.

Die Fi u. 2 zeigt die Kennlinien der Schaltung nach der Fig. ϊ, bei der als Filter 200 ein Rotfilter oder

ein Gelbfilter zusammen mit einer Lochscheibe -0-verwendet wird, die eine öffnung mit einer Weite von ungefähr 2 bis 3,5 mm aufweist. Die F ι g. 2 zeigt drei Kurven, von denen die Kurven 206 und 208 den Schaltungen mit einem Rotfilter bzw. einem UeIb-

filter entsprechen und die an der Lampe hegende Spannung als eine Funktion der Beleuchtungsstarke des Hintergrundes darstellen, während die Kurve -ΐυ den Prozentsatz der Lichtausbeute der Lampe als Funktion der Beleuchtungsstärke des Hintergrundes

De de Beleuchtungsstärke des Hintergrunds ermiSlnde Einrichtung weist außer dem Phoiowidcr-Sd 182 noch eine Lichtdämpfungseinrichtung 198 auf die aus einem Rotfilter 200 und einer Lochscheibe 202 besteht. Das Rotfilter 200 und die Lochehe be 202 bestimmen die Menge des Hintergrund-Sites das auf den Photowiderstand 182 fällt. Der rt des Photowiderstands 182 verändert SdS.Schaltzustand des steuerbaren Halb- 186 Auf diese Weise bewirkt die Schaltung

ässs

3. ;its α

stromquelle 222 und einen ^

Die Schaltung 170 weist ein HFF.lle netzt

das zwischen den VeAmdungspunkt^de

158' nut der Schaltung 170 und den 1Lei^¹¹Jf

35 schaltet ist und aus einer Pa«"faltung eines Widerstandes 223 und eines ^d^aUH .-6 und aus einem dieser nachgeschalte ^ konden.._ato γ* besteht. Das Filternetzwerk enthalt ferner nne η duktionsspule 228, deren einer Anschluß mn dem

40 Leiter 172 verbunden ist. _7wi„-hen der

⁵⁰

derPhotowiderstand 182

Wert gp

244 und des Kondensators

steuerbaren Zweirichtungshalblerte« leitenden Zustand versetzt, bei dem d.e Lampe für eine ganze Wechselstrompenode mit Strom versorgt wird und daher sehr hell brennt.

Wird die Beleuchtungsstärke des Hintergrunds schwächer, so wird auch der auf den Photow.derstand 182 fallende Lichlante.l entsprechend schwächer. Dementsprechend erhöht sich auch der Widerstand des Photow.derstands 182 als inca.e Funktion des Absinkens der BeleucluungsMnrkc des Hintergrundes mit der Folge, daß d.e Phasen _fin f!" 60 dem

lüdet, ist zu dem Widerstand 244 par-Zweirichtungstriggeidiode igspunkt zwischen 240, dem Kondensator 236 und 244 verbunden.

spnciH am ucn /ahm.i_₆ der Aufladung des Kondensators 242 an und triggerl einen steuerbaren Zwei- :htungshalbleiter 248 (z. B. einen Triac). Die die Beleuchtungsstärke des Hintergrundes erhlung enthält außer dem Photowider-Lichtdämpfungseinrichtuni: 250, die • · τ _ ^₁—u_:u„ -»C.4 „niiiriii rw

auf den

Filter 252 bestimmt zusammen mit der Lochscheibe 254 die Menge des Hintergrundlichtes, das auf den Photowiderstand 240 fällt. Die Kenndaten der die Beleuchtungsstärke des Hintergrundes ermittelnden Einrichtung sind an den Beleuchtungsstärkcbereich des Hintergrundes angepaßt. Wie bereits ausgeführt, geht der Widerstandswert des Photowiderstands linear von einem niedrigen auf einen hohen Wert, wenn die Beleuchtungsstärke von z. B. 22 Lux auf ungefähr 0 Lux absinkt. Mit Hilfe der beschriebenen Lichtdämpfungseinrichtung kann die Menge des auf den Photowiderstand fallenden Lichtes innerhalb dieses Bereiches von 22 Lux verändert werden, und zwar linear mit der Beleuchtungsstärke des Hintergrundes. Die Beleuchtungsstärke des Hintergrundes kann daher innerhalb eines weiten Bereiches von ungefähr 13 000 Lux bis 0 Lux veränderlich sein und trotzdem kann die Lichtintensität der Lampe 158' mit Hilfe des Photowiderstands linear mit der Ände-

rung der Beleuchtungsstärke des Hintergrundes verändert werden.

Die F i g. 4 zeigt als Anwendungsbeispiel einen Teil eines Gehäuses einer Verkehrsampel, in das die Schaltung nach Fig. 1 oder 3 eingebaut ist, die hiei als Ganzes mit 272 bezeichnet ist. Die Rückwand 274 des Gehäuses ist mit einer Gewindebohrung 276 versehen, in die ein gelber oder roter Stopfen 278 (z. B, aus Kunststoff) eingeschraubt ist, dessen dünnei

ίο Außenwandabschnitt 286 ein Filter für das Hintergrundlicht bildet. In einem Hohlraum 290 des Stopfens sitzt unter dem Abschnitt 286 eine Lochscheibe 292. Das Hintergrundlicht in der Nähe der Verkehrsampel fällt durch den Abschnitt 286 des Stopfens 278, wird von der Lochscheibe 292 zu einem kleinen Strahl mit einem Querschnitt in dei Größenordnung von Mikrometern gebündelt unc fällt schließlich auf den in der Schaltung 272 enthal tenen Photowiderstand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern der Lichtintensität mindestens einer Lichtquelle in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtungsstärke, um einen bestimmten Kontrast zwischen der Lichtquelle und der Umgebung aufrechtzuerhalten, mit einer in Reihe mit der Lichtquelle an eine Spannungsquelle angeschlossenen Phasenan^chnittsteuer- schaltung, deren Steuenvinkel durch eine Zweirichtungstriggereinrichtung eingestellt wird, die durch einen die Umgebungsbeleuchtungsstärke abfühlenden Photowiderstand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Photo- widerstand (182; 240) ein Ohmscher Widerstand (194; 244) parallel geschaltet ist, daß zwischen dem Photowjderstand und dem Hintergrund der Lichtquelle (92'; 158') eine Lichtdämpfungseinrichtung (198; 250) angeordnet ist und daß der so Ohmsche Widerstand (194; 244) und die Dämpfungswirkung der Lichtdämpfungseinrichtung so gewählt sind, daß die Phasenanschnittsteuerschaltung (188, 184, 186; 246, 248) entsprechend der Kennlinie des Photowiderstandes in einem Be- as reich arbeitet, in welchem zwischen einer minimalen und einer maximalen Lichtintensität der Lichtquelle eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Steuenvinkel und der Beleuchtungsstärke des Hintergrunds besteht, wobei die Parallelschaltung von Photowiderstand (182; 240) und Ohmschem Widerstand (194; 244) in Reihenschaltung mit einem Kondensator (192; 242) ein KC-Glied bildet, dessen Zeitkonstante den Steuerwinkel festlegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdämpfungseinrichtung (198; 250) aus einem Filter (200; 252) und aus einer Lochscheibe (202; 254) besteht.

40