DE10031303A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit lichtemittierenden Dioden (LED), Beleuchtungsverfahren und Verfahren zur Bildaufzeichnung mit derartiger LED-Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung 1 mit lichtemittierenden Dioden (LED) mit einem LED-Trägerelement 10, auf dem eine Vielzahl von Leuchtpixeln 11, 11' angeordnet sind, die Licht emittieren. Die Leuchtpixel 11' umfassen jeweils eine Mehrzahl von LEDs, die unterschiedliche, zur additiven Farbmischung des Lichts der Leuchtpixel 11' geeignete Emissionswellenlängen aufweisen. Dem LED-Trägerelement 10 ist eine Ansteuervorrichtung 5 zugeordnet, mit der sich dem additiv farbgemischten Licht jedes einzelnen Leuchtpixels 11' ein Farbtemperatur- und ein Intensitätsparameter vorgeben lassen. Die Ansteuervorrichtung 5 ordnet den Farbtemperatur- und Intensitätsparametern elektrische LED-Ströme zu und steuert die LEDs der Leuchtpixel 11' mit den zugeordneten LED-Strömen an. Regelungsmittel 2 messen die Farbtemperatur und Intensität des emittierten Lichts mindestens eines Leuchtpixels 11', vergleichen die gemessenen mit den vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparametern des Leuchtpixels 11' und regeln bei Abweichungen der gemessenen von den vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparametern die Ansteuervorrichtung 5 so, daß das emittierte Licht des Leuchtpixels 11' die vorgegebenen Farbtemperautr- und Intensitätsparameter aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit lichtemittierenden Dioden (LED) nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Im Vergleich zu einer Lichtquelle, bei der das Licht durch einen glühenden Körper beispielsweise eine dünne Drahtwen­ del erzeugt wird, hat eine LED eine Reihe von Vorteilen, wie einen besseren Wirkungsgrad, geringere Abwärmeleis­ tung, höhere mechanischer Stabilität und längere Lebensdau­ er. Zu Beginn der technologischen Entwicklung wiesen LEDs allerdings vergleichsweise geringe Lichtleistungen auf. Ins­ besondere die Entwicklung leistungsstarker LEDs im kurzwel­ ligen sichtbaren Spektralbereich des Lichtes erwies sich als problematisch. Daher war die Erzeugung vergleichsweise leistungsstarken Weißlichtes durch additive Farbmischung des Lichtes mindestens dreier LEDs, die eine rote, eine grüne und eine blaue Emissionswellenlänge aufweisen bzw. durch ein genügend breites sichtbares LED-Emissionsspektrum einer einzelnen LED nicht möglich. Aus diesen Gründen kamen LEDs für Beleuchtungszwecke, bei denen Weißlicht benötigt wird, lange Zeit nicht zum Einsatz.

Inzwischen ist es möglich, LEDs mit Emissionswellenlängen in allen Bereichen des sichtbaren Lichtspektrums mit Licht­ leistungen herzustellen, die den Anforderungen einer Viel­ zahl konventioneller Glühwendel-Beleuchtungseinrichtungen gerecht werden. Der Einsatz eines LED-Beleuchtungseinrich­ tungen ist daher oftmals nur noch eine Preisfrage.

Die WO 99/31560 offenbart eine große Zahl von Vorrichtungen und Verfahren, bei denen jeweils LEDs als Lichtquellen zum Einsatz kommen. LED-Beleuchtungsvorrichtungen sind zum Beispiel in der WO 97/48134, WO 98/40665 und der WO 99/30537 offenbart. Insbesondere in der WO 98/40665 und der WO 99/30537 werden Vorrichtungen beschrieben, bei denen das Licht durch eine Vielzahl auf einem flächigen Träger angeordneter LED-Leuchtpixel erzeugt wird. Jeder Leuchtpi­ xel umfaßt drei LEDs: eine LED mit einer Emissionswellenlän­ gen im roten, eine im grünen und eine im blauen Spektralbe­ reich. Durch die steuerbare additive Farbmischung des roten, grünen und blauen LED-Lichts kann die LED-Beleuch­ tungsvorrichtung Licht jeder gewünschten Farbtemperatur ab­ strahlen.

Durch Degeneration des LED-Materials, insbesondere der lichtemittierenden Schichten, ändern sich jedoch mit der Zeit Intensität und Wellenlänge des emittierten LED-Lich­ tes. Dies führt trotz konstant gehaltenen LED-Strömen dazu, daß das Licht der LED-Beleuchtungseinrichtung ebenfalls ver­ änderte Intensität und Farbtemperatur aufweist. Die bekann­ ten LED-Beleuchtungsvorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß eine derartige Änderung von Farbemperatur und Intensi­ tät des Lichtes der LED-Beleuchtungsvorrichtung hingenommen werden muß. Gerade in professionellen Anwendungsbereichen ist aber die Verläßlichkeit, daß die Beleuchtungsvorrich­ tung Licht der gewünschten Farbtemperatur und Intensität abstrahlt von entscheidender Bedeutung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Beleuchtungsvorrichtung mit lichtemittierenden Dioden (LED) bereitzustellen, die Licht einer Vielzahl vorgegebener Farbtemperatur- und Intensitätsparameter abstrahlen kann, wobei die Farbtemperatur- und Intensitätsparameter des abgestrahlten Lichtes mit hoher Verläßlichkeit während der gesamten Lebensdauer der Vorrichtung den vorgegebenen Farb­ temperatur- und Intensitätsparametern entsprechen sollen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach weist die Beleuchtungsvorrichtung ein LED-Trägerele­ ment auf, das sowohl als plane als auch als gekrümmte Fläche ausgeformt werden kann. Auf dem LED-Trägerelement sind eine Vielzahl lichtemittierender Leuchtpixel beispiels­ weise matrixartig angeordnet. Diese Leuchtpixel umfassen jeweils eine Mehrzahl LEDs mit Emissionswellenlängen, die zur additiven Farbmischung des vom Leuchtpixel emittierten Lichtes geeignet sind. Um sämtliche Farbtöne des sichtbaren Lichtspektrums darstellen zu können, ist die Kombination dreier LEDs mit Emissionswellenlängen im roten, im grünen und im blauen Bereich des sichtbaren Lichtspektrums notwen­ dig.

Für ein farbechtes Erscheinen beleuchteter Gegenstände ist es jedoch weiterhin notwendig, daß die spektralen Emissions­ bandbreiten der rot, grün und blau emittierenden LED den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken. Besteht eine spektrale Lücke zwischen den Emissionsbandbreiten zweier LEDs, so kann zwar ein Farbton, der in dieser spektralen Lücke liegt, durch die entsprechende Mischung roten, grünen und blauen Lichts generiert werden; bei der Beleuchtung eines Gegenstandes, der eben diesen Farbton aufweist, kommt es allerdings hinsichtlich des vom Gegenstand reflektierten Lichtes zwangsläufig zu Farbfehlern. Dieser Effekt liegt darin begründet, daß der beleuchtete Gegenstand für das Licht der verschiedenen Wellenlängen unterschiedliche Refle­ xionskoeffizienten aufweist, so daß sich in Reflexion durch das veränderte Mischungsverhältnis der unterschiedlichen Lichtanteile ein verfälschter Farbton resultiert. Um diesen Effekt zu kompensieren, kann beispielsweise in jedem Leucht­ pixel zusätzlich zu den LEDs mit Emissionswellenlängen im roten, grünen und blauen Spektralbereich eine breitbandig emittierende Weißlicht-LED eingesetzt werden.

Weiterhin weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Ansteuer­ vorrichtung auf, mit der sich für das additiv farbgemischte Licht jedes einzelnen Leuchtpixels ein Farbtemperaturparame­ ter und ein Intensitätsparameter vorgeben lassen. Die Ansteuervorrichtung ordnet diesen vorgegebenen Parametern entsprechende LED-Ströme zu und steuert die LEDs der Leucht­ pixel mit den zugeordneten LED-Strömen an.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfaßt Regelungsmittel, die die Farbtemperatur und Intensität des Lichtes mindestens eines Leuchtpixels messen, die gemessenen Farbtemperatur- und Intensitätsparameter mit den entsprechend vorgegebenen Parametern vergleichen und bei Abweichungen der gemessenen Parameter von den vorgegebenen Parametern die Ansteuervor­ richtung derart regeln, daß die gemessenen Parameter mit den vorgegebenen Parametern übereinstimmen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Rege­ lungsmittel eine Halbleitersensoreinheit, die zur Messung der jeweiligen roten grünen und blauen Spektralanteile des Lichtes der Leuchtpixel geeignet ist. Aus dem Verhältnis und dem Betrag der jeweiligen spektralen Meßwerte lassen sich Farbtemperatur- und Intensitätsparameter des abge­ strahlten Lichtes bestimmen. Die der Halbleitersensorein­ heit zugeordnete Vergleichs- und Regeleinheit vergleicht die gemessenen mit den vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparametern. Weichen die Parameter voneinander ab, so veranlaßt die Vergleichs- und Regeleinheit, daß die Ansteuervorrichtung des LED-Trägerelementes die LED-Ströme derart nachregelt, daß keine Unterschiede mehr zwischen gemessenen und vorgegebenen Farbtemperatur- und Helligkeit­ sparametern bestehen.

Es ist weiterhin von Vorteil, die Regelungsmittel räumlich vom LED-Trägerelement zu beabstanden, damit beispielsweise die Abwärme des LED-Trägerelementes nicht zu einer Verfäl­ schung der Meßwerte der Halbleitersensoreinheit führen. Bei einer derartigen Beabstandung muß das Licht des Leuchtpi­ xels der entfernt angeordneten Halbleitersensoreinheit zugeführt werden. Dies erfolgt geeigneterweise mit Hilfe eines Lichtleiters, beispielsweise in Form einer optischen Glas- oder Kunststofffaser oder eines integriert optischen Lichtwellenleiters.

Einerseits ist es möglich, den Lichtleiter an einen einzel­ nen Leuchtpixel zu koppeln, der dann als Referenzlichtquel­ le benutzt wird, andererseits ist eine Messung des emittier­ ten Lichtes jedes einzelnen Leuchtpixels wünschenswert. Zu diesem Zweck ist es von vorteilhaft, den Lichtleiter in einer solchen Ring- bzw. Schleifenform am LED-Trägerelement anzuordnen, daß Anteile des emittierten Lichtes jedes einzelnen Leuchtpixels in den Lichtleiter einkoppeln kön­ nen.

Insbesondere bei Verwendung einer Glas- bzw. Plastikfaser als Lichtleiter kann die Faser im Bereich des LED-Träger­ elementes so geformt und angeordnet werden, daß Licht, das aus Richtung der Leuchtpixel einfällt, in den Lichtleiter einkoppeln kann, während beispielsweise Fremd- und Umge­ bungslicht, das aus anderen Richtungen kommend auf den Lichtleiter trifft, nur zu einem sehr geringen Teil in den Lichtleiter einkoppelt.

Zur aktiven Steuerung der Farbtemperatur- und Intensitätspa­ rameter jedes einzelnen Leuchtpixels ist es notwendig, aus dem Gemisch des Lichtes aller Leuchtpixel jeweils das Licht einzelner Leuchtpixel zu extrahieren. Dies geschieht am einfachsten, indem man die Lichtsignale der Leuchtpixel im Zeitmultiplex auswertet. Dazu steuert man die einzelnen LEDs der Leuchtpixel geeigneterweise mit LED-Strömen an, die im MHz-Bereich getaktet sind. Kalkuliert man beispiels­ weise pro Leuchtpixel zur aktiv geregelten Erzeugung einer Anzahl von Lichtpulsen, die ein ausreichendes Detektorsi­ gnal liefern, ein Zeitfenster von 10 µs, so können innerhalb von 1 ms 100 Leuchtpixel hintereinander aktiv geregelt ange­ steuert werden. Daraus resultiert eine Beleuchtungsfrequenz von 1 kHz, so daß störende Schwebungseffekte beispielsweise bei der Aufnahme einer beleuchteten Szene mit einer Lauf­ bildkamera erst bei entsprechend hohen Laufbildfrequenzen auftreten können.

Zum Zweck der einfachen Handhabbarkeit ist es von Vorteil, das LED-Trägerelement und in einem Scheinwerfergehäuse anzu­ ordnen.

Weiterhin kann dem Scheinwerfergehäuse eine Beobachtungska­ mera zur Abbildung einer mit dem Scheinwerfer beleuchteten Szene zugeordnet sein. Die Beobachtungskamera ist entweder innerhalb oder außerhalb des Scheinwerfergehäuses angeord­ net und fest mit dem Scheinwerfergehäuse verbunden.

Es ist von Vorteil, als Beobachtungskamera eine Halblei­ ter-Kamera (CCD, CMOS) einzusetzen. Diese kann sehr klein ausgebildet sein, was dessen platzsparende Anordnung inner­ halb des Scheinwerfergehäuses ermöglicht.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Ansteuerungsvor­ richtung ein Bedienungsterminal mit einem Bildschirm auf. Dieser Bildschirm erlaubt eine bequeme Benutzerführung der Beleuchtungsvorrichtung und kann darüber hinaus das mittels der Beobachtungskamera aufgezeichnete Bild der beleuchteten Szene darstellen.

Mit Hilfe der auf dem LED-Trägerelement angeordneten Leucht­ pixel ist es bei allen Ausführungsformen der Beleuchtungs­ vorrichtung möglich, mit Hilfe der Ansteuervorrichtung beliebige zweidimensionale Farbverlaufs- und Intensitätspro­ file des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Lich­ tes auf einfache Weise nachzubilden. Dazu müssen die LEDs der Leuchtpixel jeweils mit den entsprechenden Strömen angesteuert werden. Im Vergleich dazu ist bei Anwendung eines konventionellen Glühlampen-Scheinwerfers für jedes Farbverlaufs- und Intensitätsprofil ein individuelles Filterelement notwendig. Bei einem Einsatz der Beleuchtungs­ vorrichtung sind derartige Filterelemente überflüssig.

Bei einer Beleuchtungsvorrichtung mit Beobachtungskamera besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Beleuchtung einer Szene aktiv zu kontrollieren und zu steuern. Dazu läßt sich die zu beleuchtende Szene mittels der Beobachtungskamera auf dem Bildschirm der Ansteuerungsvorrichtung darstellen. Der Nutzer legt dann anhand dieses Bildes die gewünschten Beleuchtungsbedingungen der zu beleuchtenden Szene fest.

Daraufhin ermittelt die Ansteuervorrichtung das zugehörige Farbverlaufs- und Intensitätsprofil und steuert die LEDs des LED-Trägerelementes mit den entsprechenden Strömen an. Das Bild der beleuchteten Szene wird anschließend mit der Beobachtungskamera aufgezeichnet, die Ansteuerungsvorrich­ tung wertet es aus und vergleicht es mit den vom Nutzer gewünschten Beleuchtungsbedingungen. Treten dabei beispiels­ weise aus Gründen besonderer Reflexionseigenschaften der beleuchteten Szene Abweichungen auf, so regelt die Ansteue­ rungsvorrichtung die LED-Ströme nach, bis die vom Nutzer ge­ wünschten Beleuchtungsbedingungen eingestellt sind.

Ein weiteres vorteilhaftes Arbeitsverfahren besteht in der Nutzung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung bei der Aufzeichnung von Bildern eines bewegten Körpers mit einer Kamera. Die Beleuchtungsvorrichtung stellt dabei Beleuchtungslicht für den Körper zur Verfügung, der sich vor einem Hintergrund bewegt, der relativ zur Kamera ruht. Während oder zwischen der Aufzeichnung der einzelnen Bilder des bewegten Körpers mit der Kamera wird die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes verändert. Dabei ist die Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes als Funktion der Zeit vorgebbar. Dadurch ist in jedem Bild des bewegten Kör­ pers die Information über die bereits abgelaufene Bewegungs­ zeit anhand der Farbe codiert, in der der bewegte Körper abgebildet ist.

Je mehr Farbtemperaturen das Beleuchtungslicht während der Aufnahme eines einzelnen Bildes aufweist, desto farbloser, d. h. grau bzw. weiß, erscheint der Hintergrund, vor dem sich der bewegte Körper in den verschiedenen Farbtemperatu­ ren an unterschiedlichen Bildpositionen deutlich abzeich­ net.

Um diesen Effekt zu optimieren, ist es notwendig, daß das Beleuchtungslicht während der Aufzeichnungszeit zwischen einem Startzeitpunkt und einem Endzeitpunkt sämtliche sichtbaren Spektralfarben aufweist. Es ist vorteilhaft, die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes während der Aufzeich­ nungszeit schrittweise oder kontinuierlich vom violetten zum roten Bereich des Spektrums hin zu verändern, weil auf diese Weise die Bewegungszeit durch die bekannte Farbfolge des Weißlichtspektrums codiert ist. Die umgekehrte Rich­ tung, vom roten zum violetten Spektralbereich, stellt aus dem genannten Grund ebenfalls eine vorteilhafte Möglichkeit zur Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes dar.

Wird die Farbtemperatur zwischen der Aufnahme einzelner Bilder verändert, so ist eine nachträgliche Überlagerung der Einzelbilder notwendig, um den gleichen Darstellungsef­ fekt zu erhalten. Für eine solche Bild-Nachbearbeitung ist es vorteilhaft, wenn die verwendete Kamera digitale Bildsi­ gnale liefert, so daß die nachträgliche Überlagerung mit Hilfe eines Computers mit entsprechender Software durchge­ führt werden kann.

Die Zeitauflösung bei der Darstellung der Bewegung des Körpers ergibt sich aus dem Quotienten der Aufzeichnungs­ zeit durch die Zahl der möglichen Farbtemperaturen des Be­ leuchtungslichtes. Die Zeitauflösung läßt sich jedoch noch erheblich steigern, indem die Beleuchtung des Körpers mit einer zeitlich definierten Abfolge sämtlicher erzeugbarer Farbtemperaturen in periodischen Abständen wiederholt wird. Dadurch liegt die theoretisch erreichbare Zeitauflösung in der Zeitkonstante, die die Beleuchtungsvorrichtung benö­ tigt, zwischen zwei Farbtemperaturen umzuschalten. Den begrenzenden Faktor wird in der Praxis allerdings die minimale Bildaufnahmezeit darstellen, die die Kamera benö­ tigt, um den mit Licht der jeweiligen Farbtemperatur be­ leuchteten Körper "farbecht" abbilden zu können.

Bei einer gleichförmigen Bewegung des Körpers ist es vor­ teilhaft, die Farbtemperatur proportional mit der Bewegungs­ zeit zu ändern.

Werden Bilder einer räumlich und zeitlich periodischen Körperbewegung mit einer Periodizitätszeit T aufgenommen, so ist es von Vorteil, wenn die Aufzeichnungszeit der halben Periodizitätszeit T/2 entspricht, um die Überlage­ rung der Hin- und Rückbewegung des Körpers bei der Darstel­ lung zu vermeiden. Insbesondere bei sehr kleinen Periodizi­ tätszeiten T beleuchtet man den Körper geeigneterweise während einer Vielzahl hintereinander erfolgender Hin- oder Rückbewegungen der Dauer T/2 mit Licht identischer Farbco­ dierung. Auf diese Weise wird die Bewegung des Körpers in einer Art Stroboskopbetrieb der Beleuchtungsvorrichtung ab­ gebildet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Beleuchtungsvorrichtung werden anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvor­ richtung;

Fig. 2 eine erste mögliche Ausführungsform der Vorrich­ tung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform der Beleuch­ tungsvorrichtung und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen mögliche Ausfüh­ rungsform eines Scheinwerfers der Beleuchtungsvor­ richtung.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrich­ tung 1 schematisch dargestellt. Das LED-Trägerelement 10 ist als plane oder gekrümmte Fläche ausgebildet und weist auf seiner Oberfläche eine Vielzahl von Leuchtpixeln 11 auf. Diese Leuchtpixel 11 sind in dichtem Abstand angeord­ net und bilden eine auf dem LED-Trägerelement 10 eine Leuchtfläche aus. Das flächige LED-Trägerelement 10 kann beliebige geometrische Formen aufweisen. Runde bzw. recht­ eckige Leuchtflächen lassen sich am einfachsten auf entspre­ chend runden bzw. rechteckigen LED-Trägerelementen 10 realisieren.

Jeder Leuchtpixel 11 umfaßt mindestens drei LEDs. Die erste LED weist eine rote, die zweite eine grüne und die dritte eine blaue Emissionswellenlänge auf, wobei die Emissionswel­ lenlängen zur additiven Farbmischung sämtlicher Farbtempera­ turen des sichtbaren Lichtes geeignet sind und die Emissionsbandbreiten der drei LEDs den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken. Wenn sich spektrale Lücken zwischen den Emissionsbandbreiten der drei LEDs ergeben, ist die Verwendung einer zusätzlichen weißen LED notwendig, deren breites Emissionsspektrum die Lücke zwischen den farbigen LEDs schließt.

Die LEDs der Leuchtpixel werden mittels einer Ansteuerungs­ vorrichtung 5 mit elektrischem Strom versorgt. Der LED-Be­ trieb erfolgt mit Strompulsen, so daß durch eine Modulation der Pulsweite die Intensität des emittierten LED-Lichtes beeinflußt werden kann. Auf diese Weise lassen sich die Mischungsverhältnisse der drei Farbanteile des additiv gemischten LED-Lichtes und somit die resultierende Farbtem­ peratur jedes einzelnen Leuchtpixels 11 ansteuern. Vorgege­ benen Parametern für Farbtemperatur und Intensität der Leuchtpixel ordnet die Ansteuerungsvorrichtung 5 die ent­ sprechenden LED-Ströme zu und steuert die LEDs mit den zugeordneten Strömen an.

Die Regelungsmittel 2 messen Farbtemperatur und Intensität des emittierten Lichtes mindestens eines Leuchtpixels 11' des LED-Trägerelementes 10, vergleichen die gemessenen Para­ meter mit den durch die Ansteuervorrichtung 5 vorgegebenen Parametern für Farbtemperatur und Intensität und veranlas­ sen die Ansteuerungsvorrichtung 5, die LED-Ströme nachzure­ geln, bis die gemessenen Parameter den vorgegebenen Parame­ tern entsprechen.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der schematisch in Fig. 1 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung 1. Ein Halbleitersensoreinheit 20 mißt die Farbtemperatur und Intensität des Lichtes mindestens eines Leuchtpixels 11' des LED-Trägerelements 10, das mittels eines Lichtlei­ ters 25 vom LED-Trägerelement 10 zur Halbleitersensorein­ heit 20 geführt wird. Als Lichtleiter 25 können sowohl opti­ sche Glas- als auch Plastikfasern benutzt werden. Vorteil­ haft ist auch der Einsatz eines integriert optischen Licht­ leiter-Detektorsystems. Dabei handelt es sich um ein Bauele­ ment, bei dem Lichtleiter und Detektor auf einem gemeinsa­ men Substrat in Halbleiter-Dünnschichttechnologie herge­ stellt werden. Durch die Verwendung eines solchen Bauteiles entfällt die aufwendige optische Kopplung eines separaten Lichtleiters an die Halbleitersensoreinheit bei der Montage der Beleuchtungsvorrichtung 1.

Es ist vorteilhaft, wenn die Halbleitersensoreinheit 20 drei Einzeldetektoren aufweist, von denen der erste das Signal des roten, der zweite das Signal des grünen und der dritte das Signal des blauen LED-Lichtes Lichtes erzeugt. Diese Meßvorrichtung läßt sich auf einfache Weise durch den Einsatz entsprechender Transmissionsfilter vor den jeweili­ gen Einzeldetektoren realisieren.

Die Vergleichs- und Regeleinheit 21 vergleicht die vom Halbleitersensoreinheit 20 gemessenen Farbtemperatur- und Intensitätsparameter mit den durch die Ansteuerungsvorrich­ tung 5 vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparame­ tern. Bei einem Abweichen veranlaßt die Vergleichs- und Re­ geleinheit 21 die Ansteuervorrichtung 5, die LED-Ströme nachzuregeln, bis die gemessenen Parameter mit den vorgege­ benen übereinstimmen.

Mit den durch die Leuchtpixel 11 auf dem LED-Trägerele­ ment 10 ausgebildeten Leuchtflächen ist es möglich, beliebi­ ge Farbverlaufs- und Intensitätsprofile zu realisieren. Als Intensitätsprofil kann zum Beispiel das Gauß-förmige Profil eines konventionellen Glühlampenscheinwerfers simuliert werden.

Durch die Halbleitersensoreinheit 20 und die Vergleichs- und Regeleinheit 21 wird dabei gewährleistet, daß die Farb­ temperatur- und Intensitätsparameter des abgestrahlten Lichtes der Leuchtpixel 11' mit hoher Verläßlichkeit wäh­ rend der gesamten Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung 1 den mit der Ansteuerungsvorrichtung 5 vorgegebenen Farbtem­ peratur- und Intensitätsparametern entsprechen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Beleuchtungs­ vorrichtung 1 entspricht weitgehend der in Fig. 2 darge­ stellten Vorrichtung. Für gleiche Bauelemente werden daher gleiche Bezugszeichen verwendet.

Das LED-Trägerelement 10 ist in einem Scheinwerfergehäu­ se 12 angeordnet. Dem Scheinwerfergehäuse ist eine Beobach­ tungskamera 27 zugeordnet. Die Beobachtungskamera 27 ist mit der Ansteuerungsvorrichtung 5 verbunden und bildet eine mit der Beleuchtungseinrichtung zu beleuchtende Szene auf dem Bildschirm 52 der Ansteuerungsvorrichtung 5 ab. Außer­ dem weist die Ansteuerungsvorrichtung 5 Eingabemittel 51, beispielsweise eine Computertastatur mit einer Maus auf. Dadurch wird eine bequeme Bedienung der Beleuchtungsanla­ ge 1 durch einen Nutzer ermöglicht.

Damit das Scheinwerfergehäuse 12 leicht zu handhaben ist, bietet es sich an, die Beobachtungskamera 27 als Miniatur- CCD-Kamera auszulegen, so daß sie problemlos im Inneren des Scheinwerfergehäuses 12 befestigt werden kann.

Die dargestellte Ausführungsform der Beleuchtungsvorrich­ tung 1 bietet die Möglichkeit, daß ein Benutzer mit Hilfe der auf dem Bildschirm 52 abgebildeten zu beleuchtenden Szene über die Eingabemittel 51 gewünschte Beleuchtungsbe­ dingungen der Szene vorgibt. Die Ansteuerungsvorrichtung 5 ermittelt daraufhin die entsprechenden LED-Ströme und steuert die Leuchtpixel 11 des LED-Trägerelementes 10 entsprechend an.

Die nun beleuchtete Szene wird wiederum mittels der Beobach­ tungskamera 27 auf dem Bildschirm 52 dargestellt, woraufhin die Ansteuerungsvorrichtung 5 durch eine geeignetes Softwa­ reprogramm die Unterschiede zwischen den vom Nutzer ge­ wünschten und den durch die Beobachtungskamera 27 abgebilde­ ten Beleuchtungsbedingungen auswertet. Daraufhin kann entweder manuell durch den Nutzer oder automatisch durch ein Softwareprogramm der Ansteuerungsvorrichtung 5 die Stromansteuerung der Leuchtpixel 11 nachgeregelt werden, bis die gewünschten Beleuchtungsbedingungen erreicht sind.

Bei Verwendung einer optischen Faser als Lichtleiter 25 ist es möglich, die Halbleitersensoreinheit 20 und die Ver­ gleichs- und Regeleinheit 21 mit in das Gehäuse der Ansteue­ rungsvorrichtung 5 zu integrieren. Dadurch ergibt sich eine einzige kompakte Geräteeinheit, die lediglich über ein elektrisches Kabel und den Lichtleiter 25 mit dem Scheinwer­ fergehäuse 12 verbunden werden muß.

Weiterhin kann die Ansteuerungsvorrichtung 5 Schnittstellen aufweisen, die eine Vernetzung und zentrale Steuerung einer Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 1 ermöglicht.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Anordnung von Lichtlei­ ter 25 und LED-Trägerelement 10 in einem Scheinwerfergehäu­ se 12. Dabei verläuft der im Scheinwerfergehäuse 12 angeord­ nete Endabschnitt des Lichtleiters 25 in einem im Scheinwer­ fergehäuse 12 kehlförmig ausgebildeten Abschnitt 13 im wesentlichen parallel zum LED-Trägerelement 10. Die Öffnung dieses kehlförmig ausgebildeten Abschnittes 13 zeigt dabei in Richtung des LED-Trägerelementes 10, so daß ein Anteil des Lichtes jedes Leuchtpixels 11 auf den Lichtleiter trifft, aber kein störendes Umgebungslicht, das direkt in das Scheinwerfergehäuse 12 fällt, in den Lichtleiter 25 ein­ koppeln kann.

Der im kehlförmig ausgebildeten Abschnitt 13 angeordnete Bereich des Lichtleiters 25 ist derart aufgebaut, daß die lichtführende Schicht 26 eine Grenzfläche zur Luft inner­ halb des Scheinwerfergehäuses 12 aufweist. Dies läßt sich beispielsweise durch das Anschleifen einer Glasfaser längs ihrer Erstreckungsrichtung realisieren. Dadurch wird sicher­ gestellt, daß ein ausreichender Anteil des Lichts der Leuchtpixel 11 in den Lichtleiter 25 einkoppelt und zur Detektoreinheit 20 gelangt.

Claims (22)

1. Beleuchtungsvorrichtung mit lichtemittierenden Dioden (LED) mit
einem LED-Trägerelement, auf dem eine Vielzahl von Leuchtpixeln angeordnet sind, die Licht emittieren, wobei die Leuchtpixel jeweils eine Mehrzahl von LEDs umfassen, die unterschiedliche, zur additiven Farbmi­ schung des Lichts der Leuchtpixel geeignete Emissions­ wellenlängen aufweisen, und
einer dem LED-Trägerelement zugeordneten Ansteuervor­ richtung, mit der sich dem additiv farbgemischten Licht jedes einzelnen Leuchtpixels ein Farbtemperatur- und ein Intensitätsparameter vorgeben lassen, wobei die Ansteuervorrichtung den vorgegebenen Farbtempera­ tur- und Intensitätsparametern entsprechende elektri­ sche LED-Ströme zuordnet und die LEDs der Leuchtpixel mit den zugeordneten LED-Strömen ansteuert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (1) Regelungsmittel (2) aufweist, die Farbtemperatur und Intensität des emittier­ ten Lichtes mindestens eines Leuchtpixels (11') des LED-Trägerelementes (10) messen, die gemessenen Farbtem­ peratur- und Intensitätsparameter mit den vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparametern des Leuchtpi­ xels (11') vergleichen und bei Abweichungen der gemesse­ nen Farbtemperatur- und/oder Intensitätsparameter von den vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparame­ tern die Ansteuervorrichtung (5) derart regeln, daß das emittierte Licht des Leuchtpixels (11') die vorgegebenen Farbtemperatur- und Intensitätsparameter aufweist.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelungsmittel (2) eine Halbleitersen­ soreinheit (20) für das von den Leuchtpixeln (11) emit­ tierte Licht und eine der Halbleitersensoreinheit (20) zugeordnete mikroprozessorgesteuerte Vergleichs- und Re­ geleinheit (21) umfassen.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem LED-Trägerelement (10) mindestens ein Lichtleiter (25) angeordnet ist, der emittiertes Licht mindestens eines Leuchtpixels (11') zu der von dem LED-Trägerelement (10) beabstandet angeordneten Halblei­ tersensoreinheit (20) führt.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lichtleiter (25) schleifen- oder ringförmig am LED-Trägerelement (10) angeordnet ist, so daß Anteile des emittierten Lichtes sämtlicher Leuchtpi­ xel (11) in den Lichtleiter (25) einkoppeln.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lichtleiter (25) als Glas- oder Plastikfaser ausgebildet ist und im Bereich des LED-Trä­ gerelementes (10) derart geformt ist, daß lediglich Licht, das aus der Richtung der Leuchtpixel (11) auf den Lichtleiter (25) trifft, in diesen einkoppelt.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuervor­ richtung (5) die einzelnen LEDs der Leuchtpixel (11) mit Strompulsen ansteuert, die im MHz-Bereich getaktet sind.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das LED-Trägerele­ ment (10) in einem Scheinwerfergehäuse (12) angeordnet ist.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Abschnitt des Lichtleiters (25) im Scheinwerfergehäuse (12) im wesentlichen parallel zum LED-Trägerelement (10) verläuft und daß dieser Abschnitt des Lichtleiters (25) so ausgebildet ist, daß Licht der Leuchtpixel (11) in den Lichtleiter (25) einkoppeln kann.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abschnitt des Lichtleiters (25) in einem kehlförmig ausgeformten Abschnitt (13) des Schein­ werfergehäuses (12) angeordnet ist und daß die Öffnungs­ richtung des kehlförmig ausgeformte Abschnitt (13) so auf das LED-Trägerelement (10) hin ausgerichtet ist, daß kein direkt in das Scheinwerfergehäuse (12) einfallendes Umgebungslicht in den Lichtleiter (25) einkoppeln kann.

10. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Scheinwerfergehäuse (12) und der An­ steuervorrichtung (5) eine Beobachtungskamera (27) zuge­ ordnet ist, die eine mit der Beleuchtungsvorricht­ ung (1) beleuchtete Szene abbildet und daß die Beobach­ tungskamera (27) entweder innerhalb oder außerhalb des Scheinwerfergehäuses (12) fest mit diesem verbunden ist.

11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beobachtungskamera (12) als CCD- oder CMOS-Kamera ausgebildet ist.

12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungs­ vorrichtung (5) einen Bildschirm (52) und Dateneingabe­ mittel (51) aufweist.

13. Beleuchtungsverfahren mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farb- und Intensitätsparameter des von den ein­ zelnen Leuchtpixeln (11) emittierten Lichtes derart an­ gesteuert werden, daß zweidimensionale Farbverlaufspro­ file und/oder Intensitätsprofile des Lichtes konventio­ neller Glühwendel-Scheinwerfer mittels der Leuchtpi­ xel (11) des LED-Trägerelementes (10) nachgebildet wer­ den.

14. Verfahren zur Beleuchtung einer Szene mit einer Beleuch­ tungsvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:

• - Darstellung der durch die Beobachtungskamera (27) ab­ gebildeten zu beleuchtenden Szene auf dem Bild­ schirm (52) der Ansteuerungsvorrichtung (5),
• - Vorgabe gewünschter Beleuchtungsbedingungen der zu beleuchtenden Szene durch Dateneingabemittel (51) der Ansteuerungsvorrichtung (5),
• - Ermittlung und Ansteuerung eines den gewünschten Beleuchtungsbedingungen entsprechenden Farbverlaufs - und Intensitätsprofils des vom LED-Trägerelement (10) abgestrahlten Lichtes mittels der Ansteuerungsvorrich­ tung (5),
• - Darstellung und Auswertung des mit der Beobachtungska­ mera (27) aufgenommenen Bildes der beleuchteten Szene mit Hilfe der Ansteuerungsvorrichtung (5),
• - Durchführen einer Korrektur des zweidimensionalen Farbverlaufs- und Intensitätsprofiles des vom LED-Trä­ gerelement (10) abgestrahlten Lichtes mittels der An­ steuerungsvorrichtung (5) bis die beleuchtete Szene die gewünschten Beleuchtungsverhältnisse aufweist.

15. Verfahren zur Aufzeichnung von Bildern einer Bewegung mindestens eines Körpers vor einem Hintergrund, mit
einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprü­ che 1 bis 12 zur Bereitstellung von Beleuchtungslicht für die Beleuchtung des Körpers und
einer Kamera, die die Bilder der Bewegung des Körpers vor dem Hintergrund aufzeichnet,
wobei die Kamera bei der Aufzeichnung der Bilder rela­ tiv zum Hintergrund ruht,
dadurch gekennzeichnet, daß während oder zwischen der Aufzeichnung der Bilder Farbtemperatur und/oder Intensität des Beleuchtungslich­ tes der Beleuchtungsvorrichtung (1) verändert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Bewegung des Kör­ pers während einer Aufzeichnungszeit zwischen einem An­ fangszeitpunkt und einem Endzeitpunkt aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungslicht zum Anfangszeitpunkt eine Anfangsfarbtemperatur im violetten Spektralbereich, zum Endzeitpunkt eine End­ farbtemperatur im roten Spektralbereich und während der Aufzeichnungszeit eine Vielzahl von Farbtemperaturen zwischen dem roten und violetten Spektralbereich des Farbspektrums aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Bewegung des Körpers während einer Aufzeichnungszeit zwischen einem Anfangszeitpunkt und einem Endzeitpunkt aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungslicht zum Anfangszeitpunkt eine Anfangsfarbtemperatur im roten Spektralbereich, zum Endzeitpunkt eine Endfarbtem­ peratur im violetten Spektralbereich und während der Aufzeichnungszeit eine Vielzahl von Farbtemperaturen zwischen dem roten und violetten Spektralbereich des Farbspektrums aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes zwischen dem Anfangs- und dem Endzeitpunkt der Aufzeich­ nung der Bilder schrittweise oder kontinuierlich von der Anfangsfarbtemperatur zur Endfarbtemperatur verän­ dert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes proportional mit der Aufzeichnungszeit verändert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Körper eine zeitlich und räumlich periodische Bewegung mit einer Periodizitätszeit T ausführt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufzeichnungszeit zwischen Anfangs- und Endzeitpunkt der halben Periodizitätszeit T/2 ent­ spricht.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Kamera eine Video-, CCD- oder CMOS-Kamera eingesetzt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einzelbildern, die während der Auf­ zeichnungszeit aufgezeichnet wurden, mit Mitteln der di­ gitalen Bildverarbeitung in einem einzigen Bild überla­ gert dargestellt werden.