DE3925151A1 - Verfahren zur anpassung der lichtstaerke des summenlichts an das aussenlicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Lichtstärke des Summenlichtes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Verfahren dieser Art finden Anwendung beim Ausgleich von durch wechselndes Außenlicht hervorgerufenen Licht­ stärkeschwankungen in einem Raum. Zur Erfassung der Lichtstärke des Außenlichtes wird ein Außenlichtsensor außerhalb des zu beleuchtenden Raumes angeordnet. Eine außenlichtabhängige Steuerung der Lichtstärke des Innenlichtes erfolgt im wesentlichen gegenläufig; bei abnehmendem Außenlicht, wird das Innenlicht des Raumes heller gesteuert.

In "Journal of the Illuminating Engineering Society, (Winter 1989, Seiten 70-90)" werden ein Verfahren und eine Beleuchtungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens für einen Raum gezeigt. Dort ist ein licht­ empfindliches Sensorteil mit einem Steuerteil verbunden, das seinerseits ein Dimmerschaltungsteil steuert. Das Dimmerschaltungsteil steuert in dem Raum angeordnete Lichtquellen, welche einer gedimmten Lichtpegel erzeugen. Das lichtempfindliche Sensorteil ist so angeordnet, daß es den gedimmten Lichtpegel der Lichtquellen nicht erfassen kann. Die Steuerung der Lichtquellen erfolgt gemäß einer linearen gegenläufigen Abhängigkeit des gedimmten Lichtpegels von dem erfaßten Sensorsignal. Die Neigung dieser, die Abhängigkeit definierenden Funktion wird durch einen Steigungsfaktor eingestellt.

Die Einstellung erfolgt bei der Inbetriebnahme der Beleuchtungsanordnung zu einer beliebigen Tageszeit.

Ein solches Verfahren hat den Nachteil, daß mit der Einstellung der Steigung der linearen Funktion nicht nur der zum Zeitpunkt des Abgleichs vorliegende gedimmte Lichtpegel verändert wird, sondern auch die allen anderen Lichtstärken des Außenlichtes zugeordneten gedimmten Lichtpegel verändert werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei denen verfeinerte Einstellungsmöglichkeiten zur Anpassung der Lichtstärke in einem Raum gegeben sind.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abhängigkeits­ funktion durch eine Mehrzahl von unabhängig voneinander einstellbaren Funktionswerten bestimmt wird und daß jeder Funktionswert unabhängig von anderen Funktionswerten veränderbar ist.

Die Erfindung macht von der Überlegung Gebrauch, daß ein individuelles Beleuchtungsbedürfnis nicht durch Vorgabe eines einzelnen Parameters der Funktion beispielsweise der Steigung oder der parallelen Verschie­ bung erfüllt wird, sondern daß dieses nur durch indivi­ duelle punkt- oder abschnittsweise Festlegung der Funktion erfüllbar ist.

Dabei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß sich auch eine komplizierte Abhängigkeit der Lichtstärke des Innenlichtes von der Lichtstärke des Außenlichtes, des Summenlichtes oder der Zeit durch relativ wenige unabhängig voneinander festlegbare Funktionswerte definieren läßt. Somit wird bei gleichzei­ tiger Bedienungsfreundlichkeit allen individuellen Ausleuchtungswünschen Rechnung getragen.

Anspruch 6 ist gerichtet auf die Anpassung der struk­ turellen Ausleuchtung eines Raumes, die nicht nur außenlichtstärkeabhängig sondern auch tageslichtrichtungs­ abhängig sein kann. Hierbei ist erfindungsgemäß die Verteilung der Lichtstärke in dem Raum abhängig vom Tageslicht anpaßbar, so daß eine bestimmte ggf. ungleich­ mäßige Lichtverteilung in dem Raum realisiert werden kann.

Ein in einem Raum anwesender Betrachter nimmt, wie Fig. 7 beispielsweise zeigt, die Summe aus Lichtstärke des einfallenden Außenlichtes E′_i und des künstlich erzeugten Innenlichtes E_k als gesamte Lichtstärke des Summenlichtes E_i wahr. Die in dem Raum anwesende Person kann nun gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 einerseits zu jeder beliebigen Tageszeit und anderer­ seits zu jedem beliebigen Lichtverhältnis eine ent­ sprechende Lichtstärke des Innenlichtes und damit die Lichtstärke des Summenlichtes. d.h. die Innenhellig­ keit wählen, ohne daß sie (die Person) mit der eigent­ lichen Funktion der Abhängigkeit selbst belastet wird. Diese Funktion wird erfindungsgemäß durch Wahl einzelner Punkte festgelegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Anpassung der Lichtstärke des Innenlichtes im Blockschaltbild,

Fig. 2 mögliche Abhängigkeitsfunktionen der Lichtstärke des Innenlichtes von der Lichtstärke des Außen­ lichtes,

Fig. 3 spezielle Abhängigkeiten, wie sie zur Vermeidung zu krasser Lichtstärkedifferenzen einsetzbar sind,

Fig. 4 ein individuelles Abhängigkeitsverhältnis der Lichtstärke des Innenlichtes von der Tages­ zeit,

Fig. 5 ein durch eine Wertefolge festgelegtes und durch Interpolation vollständig definiertes Abhängigkeitsverhältnis zwischen Lichtstärke des Innenlichtes und Lichtstärke des Außenlichtes,

Fig. 6 ein weiteres Abhängigkeitsverhältnis der Licht­ stärke des Innenlichtes von der Lichtstärke des Außenlichtes der Tageszeit oder der Summen­ lichtstärke,

Fig. 7 einen Zusammenhang zwischen Lichtstärke des Summenlichtes, Lichtstärke des Innenlichtes und Lichtstärke des Außenlichtes und

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren Außenlichtsensoren und Dimmern bzw. Dimmerschaltungsteilen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Außenlichtsensor 1, einem Dimmerschaltungsteil 3 und an diesen anschließbare Lichtquellen 5, 6, 7. Das Dimmerschaltungsteil 3 weist ein Steuerschaltungsteil 2, einen nicht flüchtigen Schreib-Leserspeicher 8 und mehrere Dimmer 4 auf, von denen zur Erläuterung der Wirkungsweise nur einer gezeigt ist. In einem Raum können mehrere Beleuchtungseinheiten vorgesehen werden, von denen jede nach einer unterschiedlichen Funktion vom Außenlicht (gemeinsamer Außenlichtsensor) gesteuert wird. Die unterschiedlichen Funktionen sind in dem vorzugsweise gemeinsamen Schreib-Lesespeicher 8 gespeichert. Der Außenlichtsensor 1 gibt ein licht­ stärkeabhängiges Steuersignal an das Steuerschaltungsteil 2 ab, das seinerseits gemäß festgelegter Werte 11 im Speicher 8 ein vorbestimmtes Phasenanschnitt­ steuerungssignal an den Dimmer 4 abgibt, wodurch die Lichtstärke der Lichtquellen 5, 6, 7 eingestellt wird. Als Lichtquellen können beispielsweise Glühfadenlampen 5, Gasentladungslampen 6 oder Lichtbogenlampen 7 Verwen­ dung finden.

Fig. 2 zeigt mit dem Kurvenverlauf a) eine linear fallende Lichtstärke des Innenlichtes bei steigender Lichtstärke des Außenlichtes. Ein in dem Raum, d.h. innen, anwesender Betrachter nimmt nun, wie bereits anhand von Fig. 7 erläutert, die Summe aus Innenlicht­ stärke E_k und einem, je nach Anordnung und Größe der lichtdurchlässigen Flächen in diesem Raum, mehr oder weniger großen Bruchteil E_i′ der Lichtstärke des Außenlichtes E_a wahr. Je nach individuellem Empfinden kann eine in dem Raum anwesende Person durch Anpassung der Steigung oder Verschiebung der Funktion a) in E_k- oder in E_a-Richtung eine Summenlichtstärke E_i einstellen, die beispielsweise konstant ist. Wird ein Lichtstärkeverlauf des Innenlichtes gemäß Kurve c) gewählt, so gibt es bei steigender Außenhelligkeit E_a auch einen Bereich in dem die Lichtstärke des Innen­ lichtes E_k näherungsweise proportional (mitläufig) zur Lichtstärke des Außenlichtes E_a ist. So wird es möglich, trotz steigender Lichtstärke des Außenlichtes die Lichtstärke des Innenlichtes E_k zu vergrößern und den Kontrast, d.h. die Lichtstärkedifferenz zwischen innen und außen zu vermindern. Dieses ist wünschenswert zur Vermeidung von Silhouetten, wenn man gegen eine Fensterseite einen Gegenstand oder eine Person aus der Tiefe des Raumes betrachtet. Die an den Funktionen a), b), c), c1), c2), c3) angezeichneten Doppelpfeile kenn­ zeichnen eine Verschiebe- und Änderungsmöglichkeit zur Anpassung erwünschter Funktionsverläufe. Werden individuell und unabhängig voneinander einzelne Punkte des Funktionsverlaufes c) oder der Funktionsverläufe c1), c2) oder c3) festgelegt und im Speicher 8 abgelegt, so ist eine präzise Wiederholgenauigkeit einer einmal definierten Funktion möglich.

Die in den Fig. 2, 3 und 6 dargestellten Funktionsver­ läufe sind stetig und kontinuierlich gezeichnet, eine punktweise Abspeicherung und lückenlose Definition würde unendlich viele Punkte erfordern. Wird nun gemäß Fig. 5 ein erwünschtes Abhängigkeitsverhältnis durch eine endliche Anzahl von Werten 11 festgelegt, so legt eine vorher zu bestimmende Interpolation fest wie der die Lichtstärke steuerende kontinuierliche Funktionsverlauf erzeugt wird.

In Fig. 5 sind beispielsweise acht Punkte definiert, die mit einer linearen Interpolation zu der Funktion c5) und bei stufenförmiger Interpolation zu der Funktion c4) führen. Auch sind quadratische Interpolationsmöglich­ keiten zum Ausgleich von Unstetigkeitsstellen im Funktionsverlauf möglich. Die im Speicher 8 befindlichen Werte 11 werden abhängig von dem Steuersignal des Tageslichtsensors 1 von dem Steuerschaltungsteil 2 ausgelesen und ein entsprechendes Netzspannungs-Phasenan­ schnittwinkelsignal an den Dimmer 4 abgegeben, welches die beispielsweise nach der c5)-Funktion vorgegebene Lichtstärke des Innenlichtes einstellt. Hat das Außenlicht eine Lichtstärke, die zwischen vorgegebenen Werten 11 liegt, so liest das Steuerschaltungsteil 2 die beiden benachbarten Werte aus dem Speicher 8 und bestimmt gemäß der eingestellten Interpolation den erwünschten Lichtstärkewert E_k.

Fig. 4 zeigt einen Lichtstärke-Funktionsverlauf in Abhängigkeit von der Tageszeit. Auch hierbei sind Lichtstärke des Innenlichtes E_k und die Zeitpunkte, zu denen die gewünschten und vorab eingestellten Licht­ stärken des Innenlichtes eingeschaltet werden an der stufenförmigen Funktion erkenntlich. Ein in einem Raum befindlicher Beobachter hat nun den optischen Eindruck aus durch Glasflächen einfallendem Außenlicht und dem zeitabhängig gesteuerten Lampenlicht. Für einen ganz bestimmten Tag und ein vorgegebenes Witterungs­ verhältnis entsteht dabei die individuell erwünschte Raumhelligkeit bzw. -lichtstärke.

Fig. 6 zeigt einen Sonderfall eines Lichtstärkever­ laufes E_k des Innenlichtes mit konstantem Minimum. Ein solcher Lichtstärkeverlauf wäre, wie eingezeichnet, bei linearer Interpolation bereits zufriedenstellend mit fünf Werten 12 näherbar.

Weiter verbesserte Einstellmöglichkeiten erhält man durch Kombination des Verfahrens nach Fig. 4 (Zeit­ steuerung) und der Lichtstärkesteuerung nach Fig. 5, Funktion c5).

Hierbei wird die Lampenlichtstärke im Grunde (Grobein­ stellung) zeitabhängig gesteuert, d.h. gewissen Tages­ zeiten werden Grundlichtstärken zugeordnet, die Feinan­ passung in Richtung der Doppelpfeile von Fig. 4 wird von der Lichtstärke des Außenlichtes gesteuert. Die beiden Abhängigkeiten können vertauscht werden, die Grundlichtstärke wird außenlichtabhängig vorgegeben, zeitabhängig findet der Feineinfluß auf die Lichtstärke E_k statt. Es ergibt sich so eine vereinfachte Einfluß­ möglichkeit einer Bedienungsperson.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Außenlichtsensor 1-1, einem Dimmer­ schaltungsteil 3 und mehreren an diesen anschließbare Lichtquellen 5-1, 5-2, 5-3 und 5-4. Das Dimmerschaltungs­ teil 3 weist einen Steuerschaltungsteil 2, einen nicht­ flüchtigen Schreib-Lesespeicher 8 und mehrere Dimmer 4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 auf. Dem Steuerschaltungsteil 2 ist ein von dem Außenlichtsensor 1-1 abgegebenes Steuersignal zugeführt und jede anschließbare Lichtquelle, beispielsweise 5-4, wird von je einem Dimmer, beispiels­ weise 4-4, angesteuert. Das Steuerschaltungsteil 2 ist hier einteilig ausgeführt, kann jedoch für die Ansteuerung der vier Dimmer 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 vierteilig ausgeführt werden; diese vier Steuerschaltungsteile werden dann von einem einzigen Außenlichtsensor 1-1 eingangsparallel angesteuert. Ferner können auch mehrere Dimmerschaltungsteile 3-1, 3-2, 3-3 und 3-4 zur Ansteue­ rung jeweils eines Innenlichterzeugers gemäß Fig. 1 eingesetzt werden, wobei das dort von dem Außenlichtsensor 1 abgegebene Steuersignal den mehreren Dimmerschaltungs­ teilen eingangsparallel zugeführt wird. Es versteht sich, daß die Beschränkung auf vier Dimmer bzw. vier Dimmerschaltungsteile hier nur beispielshaften Charakter aufweist, es kann jede beliebige Anzahl von Dimmerschal­ tungsteilen bzw. Dimmern mit einer entsprechenden Anzahl von Innenlichterzeugern eingesetzt werden.

Der nicht-flüchtige Schreib-Lesespeicher 8 enthält eine Vielzahl von Werten 11, 12, die mehrere unabhängig voneinander änderbare Funktionen c1, c2, c3, c4, c5 festlegen. Abhängig von dem Steuersignal, das der Außenlichtsensor 1-1 abgibt und welches dem (oder den) Steuerschaltungsteil(en) 2, 2-1, 2-2, 2-3, und 2-4 zugeführt wird, werden abhängig von vier durch die Vielzahl von Werten 11,12 definierten unterschied­ lichen Funktionen den vier Dimmern 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 unterschiedliche vorbestimmte Phasenanschnitt-Steue­ rungssignale zugeführt. Die unterschiedlichen Funktio­ nen für die Steuerung der jeweiligen Dimmer bzw. Innen­ lichterzeuger sind gemeinsam in dem einen nicht-flüchtigen Schreib-Lesespeicher 8 gespeichert.

Die mehreren Funktionen (hier sind vier angenommen) erlauben die unabhängige Steuerung der in einem Raum an unterschiedlichen Orten anbringbaren Innenlichterzeuger 5-1, 5-2, 5-3 bzw. 5-4. Alle die Dimmer 4-1, 4-2, 4-3 bzw. 4-4 steuernden Steuerschaltungsteile 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 empfangen das gleiche lichtstärkeabhängige Signal des Außenlichtsensors 1-1. So ist es möglich, die Lichtstärkeverteilung in einem Raum individuell zu gestalten, d.h. nicht nur gemeinsam als bloße Funktion der Helligkeit, sondern beispielsweise gestaffelt nach der Raumtiefe. Besonders krasse Helligkeitsunter­ schiede innerhalb eines Raumes können auf diese Weise durch unterschiedliche Steuerfunktionen mit jeweiligem zugeordneten Innenlichterzeuger an individuell festzu­ legenden Orten des Raumes ausgeglichen werden.

Eine Variante des Ausführungsbeispiels von Fig. 8 liegt nun darin, daß statt des einen Außenlichtsensors 1-1 mehrere Außenlichtsensoren, im vorliegenden Fall vier Außenlichtsensoren 1-1, 1-2, 1-3 und 1-4, die vier Steuerschaltungsteile 2-1, 2-2, 2-3 bzw. 2-4 steuern. Hierbei steuert jeweils ein Außenlichtsensor, beispielsweise 1-2, einen Steuerschaltungsteil, beispiels­ weise 2-2. Eine solche mehrdimensionale Anordnung ist ebenfalls durch mehrere unterschiedliche Dimmerschal­ tungsteile 3-1, 3-2, 3-3 bzw 3-4 realisierbar. Dann wird jeweils ein Dimmerschaltungsteil, beispielsweise 3-1 von einem Außenlichtsensor, beispielweise 1-1 angesteuert. In einer solchen Anordnung ist es möglich das Innenlicht nicht nur außenhelligkeitsabhängig zu variieren, sondern auch außenlichtrichtungsabhängig, d.h. abhängig von der Himmelsrichtung des auf die Außenlichtsensoren treffendes Außenlichtes, zu be­ einflussen.

Die Beeinflussung der Lichtstärke des Innenlichts durch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 kann auf gleiche Art und Weise erfolgen, wie es beispielsweise in Fig. 5 gezeigt wurde.

Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurden zur besseren Verständlichkeit die im Dimmer 4 auftretenden Nichtlinearitäten, d.h. die Abhängigkeit der Lichtstärke des Innenlichtpegels von dem Zündwinkel (Netz­ spannungs-Phasenanschnittwinkel) des Dimmers nicht schwerpunktmäßig erwähnt. Diese sind jedoch bei der Berechnung, Abspeicherung und Änderung von Lichtstärke­ werten im Speicher 8 von dem Steuerschaltungsteil 2 selbstverständlich berücksichtigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Anpassung der Lichtstärke des Summen­ lichtes (E_i) eines mit Innenlicht (E_k) und Außenlicht (E′_i) beleuchteten Raumes an das sich mit der Tageszeit ändernde Außenlicht (E_a), bei dem die Lichtstärke des Innenlichtes nach einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von einer oder mehreren Führungsgrößen gesteuert wird und die Funktion nach individuellem Empfinden veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion durch eine Mehrzahl von unabhängig voneinander einstellbaren Funktionswerten (11) bestimmt wird und daß jeder Funktionswert (11) unabhängig von anderen Funktionswerten (11) veränderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte zwischen zwei eingestellten Funktions­ werten (11) durch Interpolation gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolation stufenförmig (c4) oder linear (c5) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängig voneinander eingestellten Funktions­ werte (11) einzeln, unabhängig voneinander abrufbar, löschbar oder ggf. nach Änderung wieder speicherbar sind.

5. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße das Außenlicht (E_a), das Summen­ licht (E_i), die Tageszeit (t) oder eine Kombination dieser ist.

6. Schaltungsanordnung insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorherstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere unabhängige Außenlichtsensor(en) (1) mit einem oder mehreren unabhängigen Dimmerschal­ tungsteil(en) (3) verbunden ist (sind), welche mehrere unabhängige, an unterschiedlichen Orten im Raum angeordnete Innenlichterzeuger (5, 6) so steuern, daß die Ausleuchtung des Raumes abhängig von dem Lichteinfall des Außenlichts auf die Außen­ lichtsensoren (1) ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Außenlichtsensor (1, 1-1) mehrere Dimmer (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) über ein oder mehrere Steuerschaltungsteile (2, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4) abhängig von mehreren unterschiedlichen Steuerfunktionen (c1, c2, c3, c4, c5) so steuert, daß jeweils eine der mehreren unabhängigen Innenlichterzeuger (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) von jeweils einer der mehreren unter­ schiedlichen Steuerfunktionen (c1, c2, c3, c4, c5) beeinflußbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichteinfall des Außenlichts auf den Außenlicht­ sensor (1, 1-1) die Helligkeit des Außenlichtes ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Außenlichtsensoren (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) mehrere Dimmer (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) über mehrere Steuerschaltungsteile (2, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4) abhängig von mehreren unterschiedlichen Steuerfunktionen (c1, c2, c3, c4, c5) so steuern, daß jeweils eine der mehreren unabhängigen Innenlichterzeuger (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) von jeweils einer der mehreren unter­ schiedlichen Steuerfunktionen (c1, c2, c3, c4, c5) beeinflußbar ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichteinfall des Außenlichtes auf die mehreren Außenlichtsensoren (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) die Helligkeit (E_a) und die Richtung des einfallenden Außenlichtes ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Steuerfunktionen (c1, c2, c3, c4, c5) in einem gemeinsamen Schreib-Lesespeicher (8) vorliegen und unabhängig voneinander durch eine Mehrzahl unabhängig voneinander einstellbarer Funktionswerte (11,12) bestimmt sind.