Sensores de luz ambiente imitan al ojo humano

¿Cuán brillante es el brillo? La luminiscencia o el brillo de la luz se mide en lux. La luz directa del sol se mide en 100,000 lux mientras que la luz de la calle es de tan solo 20. El cansancio ocular puede resultar de mirar fijo a la luz o mirar a la pantalla durante mucho tiempo y, hasta hace poco tiempo, se creía que era un efecto colateral inevitable de trabajar con computadoras y otros dispositivos electrónicos de consumo. No obstante, los sensores de luz ambiente de la actualidad eliminan una gran cantidad de posibles incomodidad y cansancios. Estos componentes electrónicos, denominados "fotodetectores", detectan y miden constantemente la cantidad de luz en el ambiente percibiendo el brillo de una manera similar a la del ojo humano. Su objetivo es generalmente coincidir con los requisitos del ojo humano, ajustando el brillo al atenuarlo y, por lo tanto, reduciendo el cansancio ocular.

Los sensores de luz ambiente también participan cuando oscurece y las luces de la calle se encienden automáticamente, en el control de faros automotrices cuando el brillo se atenúa al atardecer o cuando se ingresa a un túnel y en el interior del automóvil donde se atenúa el panel de instrumentos para que el conductor pueda ver cómo cambian las condiciones de la luz. De manera similar, en una pantalla táctil de un teléfono, los sensores de luz ambiente encienden la iluminación posterior al ayudar a los procesadores a determinar la cantidad de iluminación disponible y al permitir una atenuación automática cuando la iluminación posterior no se necesita porque la luz en el ambiente es suficiente para el ojo humano. También realizan una medición constante para que puedan atenuar las pantallas para ofrecer un resultado que siempre parezca el mismo, independientemente de las condiciones de luz.

Los sensores de luz ambiente trabajan con una variedad de fuentes de luz desde la luz solar natural a las lámparas fluorescentes e incandescentes mejorando la experiencia del usuario y ahorrando energía al optimizar la capacidad de la pantalla para poder ser visualizada cómodamente, independientemente de la luz o con la rapidez que cambie.

Ejemplos del mundo real

Existen varios tipos de sensores de luz ambiente en el mercado y cada uno ofrece ventajas y desventajas. Veamos ahora a algunos de los sensores de luz representativos, cada uno con una manera un tanto diferente de simular al ojo humano.

El TSL2591 de ams-TAOS USA (Figura 1) es un convertidor de luz a digital de muy alta sensibilidad que transforma la intensidad de la luz en una salida de señal digital con interfaz I²C directa. El dispositivo combina un fotodiodo de banda ancha (visible más infrarrojo) y un fotodiodo de respuesta infrarrojo en un circuito integrado CMOS único. Los dos ADC integrados convierten las corrientes del fotodiodo en una salida digital que representa la irradiación medida en cada canal. Esta salida puede ser la entrada de un microprocesador donde se deriva el nivel de luz ambiental en lux utilizando una fórmula empírica para aproximar la respuesta del ojo humano. El TSL2591 admite una interrupción de estilo de nivel tradicional que es válida hasta que el firmware la elimina.



El dispositivo se asemeja a la respuesta del ojo humano y ofrece un funcionamiento flexible. Por lo tanto, es apto para el uso detrás del vidrio negro, ofrece una sobrecarga baja de trabajo operativo y tiene un estado inactivo de 3.0 μA y bajo consumo.

El TSL2591 contiene dos ADC que integran corrientes de dos fotodiodos. La integración de ambos canales se produce simultáneamente. Una vez finalizado el ciclo de conversión, el resultado de conversión se transfiere a los registros de datos del Canal 0 y Canal 1, respectivamente. Las transferencias se almacenan dos veces en el búfer para garantizar la integridad de los datos. Después de la transferencia, el dispositivo comienza automáticamente el nuevo ciclo de integración. No se requiere circuito externo para el acondicionamiento de señal. Dado que la salida del dispositivo es digital, se dice que la salida es efectivamente inmune al ruido cuando se la compara a un método analógico.
El CI del sensor de luz ambiente de tipo salida de corriente analógica
ROHM BH1603FVC (Figura 2) es un sensor de luz ambiente con salida de corriente analógica e ideal para obtener datos de luz ambiente para ajustar la luz posterior del LCD y el teclado de teléfonos móviles. El sensor ofrece ahorro de energía y mejor visibilidad.

Ofrece un paquete compacto y montado en la superficie de 3.0 x 1.6 mm, sensibilidad espectral similar a la del ojo humano, corriente de salida en proporción a la luz, voltaje de suministro mínimo de 2.4 V y una función de apagado integrada.



Se aloja en un paquete compacto y montado en la superficie de 3.0 x 1.6 mm, sensibilidad espectral similar a la del ojo humano, corriente de salida en proporción a la luz, voltaje de suministro mínimo de 2.4 V.

Ofrece las siguientes aplicaciones: teléfono móvil, TV LCD, computadora portátil, consolas de juego portátiles, cámaras digitales, PDA y pantallas LCD. Para asistir ingenieros, ROHM ofrece un módulo de capacitación Product Training Module para presentar los sensores de luz ambiente. La sesión cubre a BH1603FVC, así como a la versión digital, la BH1710FVC.

Para aplicaciones que requieren bajo consumo como meta, el MAX44009 de Maxim (Figura 3) incluye un fotodiodo integrado y un ADC con interfaz digital I²C. La matriz está alojada en un paquete ópticamente transparente para medir la luz ambiente. Un fotodiodo alojado dentro del CI convierte la luz a una corriente que se procesa mediante un circuito de bajo consumo en un flujo de bits digital. La función de interrupción programable integrada elimina la necesidad del sondeo constante de datos y, por este motivo, el dispositivo ahorra energía; con menos de 1 µA de corriente de funcionamiento, el proveedor afirma que este dispositivo es el sensor de luz ambiente de menor consumo de la industria.

Además del consumo de corriente ultra bajo, el dispositivo también incluye un rango amplio de luz dinámica que se extiende de 0.045 luz a 188,000 lux, un rango mayor a 4,000,000:1.

Esta pieza demuestra que la tecnología de sensores ha recorrido un largo camino en la simulación de las capacidades del ojo humano al poder detectar el brillo de la misma manera que lo hacen los ojos. El sensor ofrece una sensibilidad espectral similar a la del ojo. Si bien el ojo tiene sensibilidad pico de 560 nm (verde), la sensibilidad al azul (~470 nm) y al rojo (~630) es significativamente menor. El ojo es ciego a la radiación infrarroja (>700 nm) y ultravioleta (<400 nm).



Las diferencias en la medición de brillo de efecto espectral de la luz se producen porque algunas de esta radiación infrarroja son captadas por fotodiodos de silicio. Parecería que las fuentes de luz con contenido de IR alto, como la luz solar, ofrecerían un entorno mucho más brillante que el que pueden captar nuestros ojos. MAX44009 ofrece un buen esquema de rechazo de IR y de compensación interna de IR para minimizar los efectos y proporcionar una respuesta precisa en lux.

Los sensores de luz ambiente necesitan responder a la luz visible, pero no responden a la luz UV o infrarroja. TEMT6200FX01 de Vishay también busca equipararse a la sensibilidad espectral del ojo humano. Un fototransistor planar epitaxial NPN de silicio alojado en un paquete 0805 transparente y en miniatura para el montaje superficial es sensible a la luz visible al igual que el ojo humano con una sensibilidad máxima de 550 nm. El dispositivo incluye una tecnología epoxi con filtro infrarrojo que ofrece una sensibilidad mínima a la luz más allá del rango visible. Ayuda a prevenir la interferencia del componente infrarrojo de la luz natural y la luz artifical como las lamparillas incandescentes y halógenas. Se encuentra disponible un módulo de capacitación Product Training Module sobre los sensores de luz ambiente de Vishay en el sitio web de DigiKey.

Desde controlar luces a optimizar la visibilidad de LCD o conservar la alimentación de la batería al controlar la iluminación posterior del teclado, los ingenieros tienen a su disposición una amplia variedad de sensores de luz ambiente que cumplen con todos los requisitos de su aplicación.

Para obtener más información sobre las piezas mencionadas en este artículo, visite los enlaces proporcionados para acceder a las páginas de información sobre productos en el sitio web de DigiKey.