DE102005004938A1

DE102005004938A1 - Illumination spectrum generating device for colored object, has mixing unit mixing selected spectrum, and operating unit intaking illumination spectrum and releasing mixed spectrum, where mixing unit is in connection with light sources

Info

Publication number: DE102005004938A1
Application number: DE102005004938A
Authority: DE
Inventors: Frank Reifegerste
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102005004938B4

Abstract

The device has a control unit (49) to control light sources (5 -8), where spectrum data of the sources are stored in a memory. A light mixing unit (50) stays in connection with the sources, and mixes selected spectrums (10 - 13). The mixing unit has an outlet (14) for outputting the mixed selected spectrum as illumination spectrum (2). An operating unit (15) intake given illumination spectrum and releases mixed selected spectrum. An independent claim is also included for a method for generating an illumination spectrum of a colored object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige Objekte.The The invention relates to a device and a method for generating of illumination spectra for colored objects.

Es gibt Verfahren, bei denen Objekte farblich unter Einsatz eines vorgegebenen Beleuchtungsspektrums an andere Objekte angepasst werden.

– Beispiele dafür sind:
– Anpassen der Farbpigmentmischungen an die ursprünglichen Farben beim Restaurieren von Bildern,
– farblicher Vergleich der neuen Zähne an die ursprünglichen Zähne beim Anpassen von Zahnersatz an die natürlichen Zähne,
– farbliche Anpassung eines neuen Lacks an den ursprünglichen Lack vor dem Nachlackieren von Autoteilen,
– Vergleich und Anpassung von neuen Wandfarben an vorhandenen Wandfarben in Innenräumen, insbesondere bei Ausbesserungsarbeiten.

There are methods in which objects are color matched to other objects using a given illumination spectrum.

- Examples are:
- Matching the color pigment blends to the original colors when restoring images,
- color comparison of the new teeth to the original teeth when fitting dentures to the natural teeth,
- Color adaptation of a new paint to the original paint before repainting of auto parts,
- Comparison and adaptation of new wall paints on existing wall paints in interiors, especially for repair work.

Ein Problem besteht darin, dass zur Durchführung der Vergleiche unterschiedliche Beleuchtungsspektren vorhanden sein können, die sich sogar in den einzelnen Einsatzbereichen unterscheiden und die die jeweilige Anpassung verfälschen können.One Problem is that to perform the comparisons different Lighting spectra may be present even in the different areas of application and the respective adaptation distort can.

Deshalb sind zur gleichartigen Bewertung Verfahren zur Bestimmung der Farbmaßzahlen – Farbmessung – in der Druckschrift DIN 5033, Teil 5, 6, 7 zur Bestimmung des farblichen Unterschieds sowie zur Bestimmung des Farbabstandes in den Druckschriften DIN 6174 und 6176, zur Bestimmung von zulässigen Farbtoleranzen für Autolacke in der Druckschrift DIN 6175 oder auch zur Bestimmung des Farbstichs mit weißen Proben in der Druckschrift DIN 5591 festgelegt.Therefore are for the same evaluation method for determining the Farbmaßzahlen - color measurement - in the Publication DIN 5033, part 5, 6, 7 for the determination of the color Difference and to determine the color difference in the publications DIN 6174 and 6176, for the determination of permissible color tolerances for car paints in the publication DIN 6175 or to determine the color cast with white Samples specified in the document DIN 5591.

Die bekannten Verfahren basieren auf der Annahme eines Normalbeobachters, für den nach der trichromatischen Theorie Norm spektralwerte x, y, z in der Druckschrift DIN 5033 Teil 2 gemäß CIE 1931 festgelegt wurden. Die dabei ermittelten Normspektralwerte ermöglichen eine für die meisten Anwendungen ausreichende Beschreibung zur Reproduktion des Phänomens Farbe.The known methods are based on the assumption of a normal observer, for the according to the trichromatic theory standard spectral values x, y, z in the Publication DIN 5033 Part 2 defined in accordance with CIE 1931 were. The determined standard spectral values allow one for most applications sufficient description for reproduction of the phenomenon Colour.

Ein Problem besteht darin, dass sich eine Farbempfindung jedoch nicht messen lässt. Deshalb ist es erforderlich bzw. zweckmäßig, das Ergebnis der farblichen Anpassung von zwei Objekten visuell zu vergleichen.One The problem is that a color sensation is not can measure. Therefore, it is necessary or appropriate, the result of the color Compare visually matching two objects.

Um einem visuellen Vergleich gerecht zu werden, gibt es ein Verfahren zur Farbabmusterung von Proben unter unterschiedlicher Beleuchtung, wie es in der Druckschrift DIN 6173 Teil 1 beschrieben ist. Dort wird als Farbabmusterung die visuelle Beurteilung der Farbgleichheit oder Farbverschiedenheit von Muster und Probe bei Beleuchtung mit der gleichen Lichtart bezeichnet. Dabei kann grundsätzlich jede Lichtart als Farbabmusterlichtart vereinbart werden, wobei wegen des Vorkommens bedingtgleicher – metamerer – Farben das Abmusterungsergebnis stark von der gewählten Lichtart abhängt. Zur Beurteilung, ob eine Metamerie vorliegt, wird mehr als eine Farbabmusterungslichtart benutzt.Around To meet a visual comparison, there is a procedure for color matching of samples under different lighting, as described in the publication DIN 6173 Part 1. There Color matching is the visual assessment of color uniformity or color difference of pattern and sample when illuminated with referred to the same type of light. Basically every one can Lichtart be agreed as Farbabmusterlichtart, due to the occurrence of conditionally equal - metameric - colors the result of the screening depends strongly on the chosen light. to Assessing whether there is metamerism becomes more than one color matching light used.

Das vergleichende Abmusterungsverfahren farbkritischer Objekte erfolgt in Abmusterungskammern unter genormter Beleuchtung mittels definierten Farbabmusterungslichtarten von spektral definierten Leuchtstoffröhren. Durch den Einsatz der genormten Beleuchtung – einer Farbabmusterungslichtart – wird durch eine Begutachtung überprüft, ob der Farbeindruck unter der vorgegebenen Farbabmusterungslichtart als gleich bewertet wird.The comparative screening of color critical objects takes place in screening chambers under standardized lighting by means of defined Color matching light types of spectrally defined fluorescent tubes. By the use of standardized lighting - a color matching light - is through An appraisal checks if the Color impression under the given Farbabmusterungslichtart as is evaluated the same.

Ein Problem besteht darin, dass bei einer Beleuchtung mit einem anderen Spektrum als der genormten Farbabmusterungslichtart Unterschiede in der Farbempfindung auftreten können. D.h., obwohl die Farben unter Normbeleuchtung als visuell gleich bewertet werden können, werden Unterschiede erkannt. Das betrifft insbesondere die zur Zusammenstellung der Abmusterungslichtart eingesetzten Lichtquellen mit einem ungleichmäßigen Spektrum, beispielsweise bei Leuchtstoffröhren sowie Farbstoffe mit ausgeprägten Unterschieden des spektralen Reflexionsvermögens.One Problem is that when lighting with another Spectrum as the standardized color-matching light-type differences can occur in the color sensation. That is, although the colors under standard lighting can be assessed as visually equal Differences detected. This applies in particular to the compilation the type of illumination light source used with a nonuniform spectrum, for example, with fluorescent tubes as well as dyes with pronounced Differences in the spectral reflectance.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Bereitstellung der oben genannten Lichtarten technisch aufwendig und nicht flexibel ist.One Another problem is that the provision of the above mentioned types of light is technically complex and not flexible.

Eine Beleuchtungsanordnung, insbesondere eine Leuchte ist in der Druckschrift DE 102 16 645 A1 beschrieben. Die Beleuchtungsanordnung enthält eine Lampe und mindestens eine Leuchtdiode, die Licht mit unterschiedlichen Spektraleigenschaften abgeben. Dabei ist eine Einrichtung zum Mischen von Licht mit unterschiedlichen Spektraleigenschaften der verschiedenen Lichtquellen vorhanden, wobei zumindest die Leuchtdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden farbiges Licht abgeben. Es ist in der gleichen Einrichtung die Lampe vorhanden, wobei die Leuchtdioden und die Lampe unabhängig voneinander mittels jeweils einer Steuereinheit ansteuerbar sind.A lighting arrangement, in particular a lamp is in the document DE 102 16 645 A1 described. The illumination assembly includes a lamp and at least one light emitting diode that emit light having different spectral characteristics. In this case, there is a device for mixing light with different spectral properties of the different light sources, wherein at least the light-emitting diode or a group of light-emitting diodes emit colored light. It is present in the same device, the lamp, wherein the LEDs and the lamp are independently controlled by a respective control unit.

Die Austrittsöffnung der Einrichtung weist mindestens eine Prismenplatte auf, an der die erzeugten Spektren zu einem vorgegebenen, auf die jeweilige Tageszeit bezogene Tageslicht vermischt werden.The outlet opening the device has at least one prism plate on which the generated spectra to a given, to the respective Daylight related daylight will be mixed.

Ein Problem besteht darin, dass mit der Beleuchtungsanordnung im Wesentlichen eine Raumbeleuchtung für Tageslicht zur jeweiligen Tageszeit erzeugt werden soll.One The problem is that with the lighting arrangement substantially a room lighting for Daylight should be generated at the respective time of day.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige objekte anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass in einfacher Weise eine im Spektrum veränderbare Lichtquelle bereitgestellt werden kann. Es soll eine schnelle Verfügbarkeit der vorgegebenen Beleuchtungsspektren vorhanden sein.Of the Invention is based on the object, a device and a method to provide illumination spectra for colored objects, which are designed so suitable that in a simple manner a spectrum changeable light source can be provided. It should be a fast availability the given illumination spectra be present.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 18 gelöst. Die Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige objekte enthält gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1

– Lichtquellen mit jeweils einem vorgegebenen schmalbandigen Spektrum, die unterschiedlich sind und zumindest einen Teil des sichtbaren Spektralbereiches einschließen,
– eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Lichtquellen, deren Spektrum-Daten in mindestens einem Speicher der Steuereinheit abgelegt sind und die mit der Steuereinheit in stromversorgungstechnischer Verbindung stehen,
– eine Licht-Mischeinrichtung, die mit den Lichtquellen in Verbindung steht und in der die ausgewählten, von den Lichtquellen abzustrahlenden Spektren gemischt werden und die eine Austrittsöffnung zur Ausgabe der vermischten, ausgewählten Spektren als Beleuchtungsspektrum aufweist, und
– eine Bedieneinheit zur Eingabe des vorgegebenen Beleuchtungsspektrums und zur Auslösung des Mischvorgangs der ausgewählten Spektren.

The object is solved by the features of claims 1 and 18. The device for generating illumination spectra for colored objects contains according to the characterizing part of patent claim 1

Light sources each having a predetermined narrow-band spectrum which are different and include at least part of the visible spectral range,
A control unit for controlling the light sources whose spectrum data are stored in at least one memory of the control unit and which are connected to the control unit in a power supply-related connection,
A light mixing device, which is in communication with the light sources and in which the selected spectra to be radiated by the light sources are mixed and which has an outlet opening for outputting the mixed, selected spectra as the illumination spectrum, and
- An operating unit for entering the predetermined illumination spectrum and for triggering the mixing process of the selected spectra.

Die Steuereinheit ist mit einer Stromversorgungseinheit und einer Bedieneinheit stromtechnisch verbunden.The Control unit is equipped with a power supply unit and a control unit connected by electricity.

Eine energieversorgende Einkoppeleinrichtung ist an die Lichtquellen geführt, wobei die Einkoppeleinrichtung von der Steuereinheit aktiviert wird.A energy supplying coupling device is to the light sources guided, wherein the coupling device is activated by the control unit.

Zwischen der Licht-Mischeinrichtung und den farbigen Objekten kann eine strahlenbündelformende Optik angebracht sein.Between the light-mixing device and the colored objects can form a beam-shaping Optics be appropriate.

Die Lichtquellen können außerhalb, an und/oder innerhalb der Licht-Mischeinrichtung angebracht sein.The Light sources can outside, attached to and / or within the light mixing device.

Die Lichtquellen können dabei in einer Reihe an und/oder innerhalb der Licht-Mischeinrichtung angeordnet sein.The Light sources can while in a row and / or within the light mixing device be arranged.

Die Lichtquellen können innerhalb der Licht-Mischeinrichtung ähnlich einer Kugeloberfläche strahlenförmig gerichtet angeordnet sein.The Light sources can radially directed within the light mixing device, similar to a spherical surface be arranged.

Als Lichtquellen können Leuchtdioden – LED – eingesetzt sein, die jeweils Schmalbandspektren aufweisen, deren Intensität über den Betriebsstrom und/oder über eine Pulsweitenmodulation einschließlich der Veränderung der Einschaltdauer modulierbar sind. Es können aber auch andere Lichtquellen mit messbaren und mathematisch beschreibbaren Spektren eingesetzt werden.When Light sources can Light emitting diodes - LED - used be each having narrowband spectra whose intensity on the Operating current and / or over a pulse width modulation including the change the duty cycle are modulated. But there may be other sources of light used with measurable and mathematically describable spectra become.

Die Licht-Mischeinrichtung kann eine mit einer Ausgangsöffnung oder einen Lichtmischstab darstellen.The Light mixing device can be one with an output port or represent a light mixing rod.

Die schmalbandigen Spektren der Lichtquellen können gemessen und in einen Speicher der Steuereinheit abgelegt werden.The Narrowband spectra of the light sources can be measured and converted into one Memory of the control unit are stored.

Programmtechnische Mittel können sich im Speicher und/oder in der Steuereinheit befinden, die zur Erzeugung eines in die Bedieneinheit eingebbaren und variabel programmierbaren Ziel-Beleuchtungsspektrums für die farbigen Objekte aus den gespeicherten und instruktionsmäßig ausgewählten, vorgegebenen Lichtquellenspektren vorgesehen sind.Technical program Means can are located in the memory and / or in the control unit, the Generation of a user-programmable and variably programmable Target illumination spectrum for the colored objects from the stored and instructionally selected, predetermined Light source spectrums are provided.

Der Kontroller kann mit einem Digital-Analog-Umsetzer zur Ansteuerung der Lichtquellen über pulsweitenmodulierbare Stromausgänge sowie mit einem wiederbeschreibbaren Festwertspeicher einem EEPROM – für abgelegte Faktoren zur Erzeugung von Ziel-Beleuchtungsspektren in Verbindung stehen.Of the Controller can be controlled with a digital-to-analog converter the light sources via pulse width modulated current outputs as well as with a rewriteable read-only memory an EEPROM - for stored Factors related to the generation of target illumination spectra.

Die Steuereinheit ist auf einer Treiberplatine vorhanden, deren zentrales Bauelement ein Kontroller in Form einer programmierbaren Logikeinheit (engl. FPGA – Field Programmable Gate Array –) ist, die eingangsseitig mit einer Bedieneinheit in Verbindung steht und eine Parametrier- und Bedienschnittstelle sowie eine RESET- und Takteinrichtung aufweist und ausgangsseitig mit dem Digital-Analog-Umsetzer zur Ansteuerung der pulsweitenmodulierbaren Stromquellen für die Lichtquellen versehen ist.The Control unit is available on a driver board whose central Component a controller in the form of a programmable logic unit (engl. FPGA - Field Programmable Gate Array -) is, the input side is connected to a control unit and a parameterization and operator interface as well as a RESET and clock means and the output side with the digital-to-analog converter for controlling the pulse width modulated current sources for the light sources is provided.

Der Kontroller steht wahlweise mit einem Temperatursensor in Verbindung.Of the Controller is optionally connected to a temperature sensor.

In der programmierbaren Logikeinheit – FPGA – sind Funktionsgruppen für die Kommunikation mit der Parametrier- und Bedienschnittstelle, dem EEPROM, dem Digital-Analog-Umsetzer, dem Temperatursensor und der Bedieneinheit sowie ein Mikrokontroller mit Programmspeicher und ein Speicherkontroller implementiert.In Programmable Logic Unit - FPGA - are functional groups for communication with the parameterization and user interface, the EEPROM, the digital-to-analogue converter, the temperature sensor and the control unit as well as a microcontroller implemented with program memory and a memory controller.

Die Funktionseinheiten für die Kommunikation sind als eigenständige Kontroller ausgeführt. Sie generieren die zur Kommunikation notwendigen Protokolle und werten die Daten aus. Der Mikrokontroller hat Zugriff auf alle eintreffenden Daten und koordiniert die weitere Berechnung und Datenausgabe.The Functional units for the communications are executed as independent controllers. They generate the protocols necessary for communication and evaluate the data out. The microcontroller has access to all incoming data and coordinates the further calculation and data output.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige Objekte weist gemäß dem Kennzeichenteil nach Anspruch 18 folgende Schritte (I) bis (VII) auf:

– Festlegung (I) einer Anzahl von Lichtquellen mit vorgegebenen unterschiedlichen schmalbandigen Spektren, wobei die Spektren über den sichtbaren Spektralbereich verteilt sind,
– Speicherung (II) der Lichtquellen-Daten und der zugehörigen Lichtquellen-Spektren in einem Speicher einer datenverarbeitenden Steuereinheit,
– Vorgabe (III) mindestens eines ausgangsseitig zu erzielenden Beleuchtungsspektrums und dessen Daten-Speicherung in dem Speicher der datenverarbeitenden Steuereinheit,
– Zusammenschaltung (IV) der ausgewählten Lichtquellen, die dem jeweils vorgegebenen Ziel-Beleuchtungsspektrum zugeordnet sind,
– Um- und Verschaltung (V) der Lichtquellen-Spektren zu einem vorläufigen Beleuchtungsspektrum durch Änderungen von Intensität und/oder Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation,
– Zusammenführung (VI) der ausgewählten Lichtquellen-Spektren der eingeschalteten Lichtquellen in einer Licht-Mischeinrichtung und
– Austritt (VII) des erhaltenen Ziel-Beleuchtungsspektrums aus der Austrittsöffnung der Licht-Mischeinrichtung.

The inventive method for generating illumination spectra for colored objects has, according to the characterizing part according to claim 18, the following steps (I) to (VII):

Determining (I) a number of light sources having predetermined different narrow-band spectra, the spectra being distributed over the visible spectral range,
Storing (II) the light source data and the associated light source spectra in a memory of a data processing control unit,
Specification (III) of at least one illumination spectrum to be achieved on the output side and its data storage in the memory of the data-processing control unit,
Interconnection (IV) of the selected light sources, which are assigned to the respective predetermined target illumination spectrum,
Conversion and interconnection (V) of the light source spectra to a preliminary illumination spectrum by changes in intensity and / or duty cycle of the pulse width modulation,
- Merging (VI) of the selected light source spectra of the switched light sources in a light mixing device and
- Exit (VII) of the obtained target illumination spectrum from the outlet opening of the light mixing device.

Danach kann wahlweise eine Messung des aus der Licht-Mischeinrichtung austretenden Beleuchtungsspektrums durchgeführt werden.After that Optionally, a measurement of the emerging from the light mixing device Lighting spectrum performed become.

Die einzelnen Lichtquellen werden spektral an unterschiedlichen diskreten Frequenzen gemessen, wobei zur Angleichung eines vorläufigen Ausgangsbeleuchtungsspektrums an ein festgelegtes Ziel-Beleuchtungsspektrum ein mathematischer Algorithmus zur Ermittlung des Ziel-Beleuchtungsspektrums vorgesehen wird.The individual light sources are spectrally at different discrete Frequencies are measured, whereby to approximate a preliminary output illumination spectrum to a fixed target illumination spectrum a mathematical Algorithm for determining the target illumination spectrum provided becomes.

Innerhalb des Algorithmus wird das Spektrum einer einzelnen Lichtquelle durch stückweise Interpolation mit Splinefunktionen zu jeweils einem interpolierten Spektrum modelliert, wobei als Splines Polynome dritten Grades nach der Gleichung f(λ) = a3λ3 + a2λ2 + a1λ + a0 (GI)im Intervall λ₀ ≤ λ < λ₁
eingesetzt werden und eine Splinefunktion f(λ) dabei jeweils nur im einem Intervall λ₀ ≤ λ < λ₁ gilt sowie die Faktoren a₃, a₂, a₁, a₀ zu jedem Intervall durch Lösen des durch die Stützstellen und die Randbedingungen, nämlich die Stetigkeit an den Berührungspunkten, gegebenen Gleichungssgstems ermittelt werden.Within the algorithm, the spectrum of a single light source is modeled by piecewise interpolation with spline functions into each one interpolated spectrum, using as thirds polynomials of the third degree according to the equation f (λ) = a 3 λ 3 + a 2 λ 2 + a 1 λ + a 0 (GI) in the interval λ ₀ ≦ λ <λ ₁
be used and a spline function f (λ) in each case only in an interval λ ₀ ≤ λ <λ ₁ and the factors a ₃ , a ₂ , a ₁ , a ₀ at each interval by solving the by the interpolation points and the boundary conditions, namely, the continuity be determined at the points of contact, given Gleichungssgstems.

Die Ermittlung der interpolierten Spektren wird über ein Computeralgebrasystem durchgeführt.The Determination of the interpolated spectra is via a computer algebra system carried out.

Die interpolierten Spektren werden wie analytische Funktionen behandelt, wobei die interpolierten Spektren mehrerer Lichtquellen von der Steuereinheit wahlweise zusammengefasst, abgeleitet und integriert werden und dabei die spektralen Eigenschaften der Lichtquellen abbilden.The interpolated spectra are treated like analytical functions, the interpolated spectra of several light sources from the Control unit optionally combined, derived and integrated and thereby represent the spectral properties of the light sources.

Die gemischten Beleuchtungsspektren werden somit durch Überlagerung schmaler und in ihrer Intensität regelbarer, spektraler Bereiche der Lichtquellen erzeugt.The Mixed illumination spectra are thus superimposed narrower and in their intensity adjustable, spectral regions of the light sources generated.

Die Erfindung ermöglicht es, den Aufbau einer bezüglich des Spektrums variablen Beleuchtung in einfacher Weise durchzuführen. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann für verschiedene Beleuchtungssituationen als transportables Gerät aufgebaut sein. Das Einsatzgebiet beschränkt sich dabei nicht nur auf das Nachstellen des Spektrums bekannter Lichtarten, sondern es können auch spezielle Spektren mit Lücken oder schmalen Bändern erzeugt werden, um farbliche Unterschiede farbiger Objekte besser nachweisen zu können.The Invention allows it, the construction of a re perform the spectrum variable lighting in a simple manner. The inventive device can for different lighting situations be constructed as a portable device. The application limited not only adjusting the spectrum of known types of light, but it can also special spectra with gaps or narrow ribbons be created to better color differences of colored objects to be able to prove.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass mit dem genannten handlichen und transportablen Gerät – der erfindungsgemäßen Einrichtung – farbkritische Körperfarben begutachtet bzw. verglichen werden können. Z.B. ist das Spektrum einer Abmusterungslichtart dabei äußerst flexibel und kann frei programmiert werden. Es ist auch möglich, damit andere Lichtarten zu simulieren oder eine Abmusterung auch unter spektral extremen Beleuchtungssituationen vorzunehmen. Farbliche Unterschiede können so eher beseitigt bzw. nachgebessert werden.The Invention opened the possibility, that with said handy and portable device - the device according to the invention - color-critical body paint can be assessed or compared. For example, is the spectrum a Abmusterungslichtart extremely flexible and can be free be programmed. It is also possible to use other types of light to simulate or a synonymous under spectrally extreme lighting situations make. Color differences can be eliminated rather be improved.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Einrichtung zusätzlich durch Anpassung des Spektrums dazu genutzt werden kann, um Kontraste innerhalb eines farbigen Objektes – beispielsweise bei Mikroskopierverfahren – oder Unterschiede zwischen den farbigen Objekten – beispielsweise um Fälschungen zu erkennen – besser herauszufinden.One Another advantage of the invention is that the inventive device additionally by adjusting the spectrum can be used to contrasts within a colored object - for example in microscopy procedures - or differences between the colored objects - for example for fakes to recognize - better out.

Die Erfindung eröffnet des Weiteren die Möglichkeit, dass das modulierbare Beleuchtungsspektrum auch dazu verwendet werden kann, zweckgerichtet den Kontrast von farbigen Objekten mit spektral unterschiedlichem Reflexionsvermögen in vorgegebener Weise zu verstärken, was insbesondere für Mikroskopierverfahren zweckmäßig ist.The invention also opens up the possibility that the modulable illumination spectrum can also be used to purposely pre-empt the contrast of colored objects with spectrally different reflectivity This is especially useful for microscopy methods.

Die Erfindung ermöglicht es auch, einen repräsentativen Querschnitt möglicher Beleuchtungssituationen nachzustellen, um damit Körperfarben visuell vergleichen zu können.The Invention allows it too, a representative one Cross section possible To adjust lighting situations to body colors visually compare.

Dem Verfahren zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige Objekte kann eine Farbabmusterung folgen, bei der die Übereinstimmung des Farbeindruckes von Objekten bewertet wird. Dabei können die Farbempfindungen von zwei farbigen Objekten mit unterschiedlicher Körperfarbe unter dem Einfluss des Spektrums einer Beleuchtung gleich und somit metamer sein. Sollen die gleichen farbigen Objekte unter dem Einfluss unterschiedlicher Beleuchtungssituationen gleich aussehen, können die farbigen Objekte auch unter unterschiedlichen Beleuchtungsspektren abgemustert werden.the Method for generating illumination spectra for colored Objects can follow a color match, where the match the color impression of objects is evaluated. The can Color sensations of two colored objects with different body paint under the influence of the spectrum of a lighting equal and thus be metamer. Shall the same colored objects under the influence different lighting situations can look the same Objects also scrapped under different lighting spectra become.

Die Erfindung ermöglicht es, farbige Objekte mit Beleuchtungsspektren aus einer variablen und programmierbaren Beleuchtungsanordnung zu beleuchten. Der Farbeindruck der farbigen Objekte kann dann unter der festgelegten Beleuchtung visuell verglichen werden.The Invention allows it, colored objects with illumination spectra from a variable and programmable lighting arrangement. The color impression The colored objects can then be under the specified lighting visually compared.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.further developments and advantageous embodiments of the invention are in further dependent claims specified.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.The Invention is based on an embodiment explained in more detail by means of several drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein funktionelles Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für farbige Objekte, 1 FIG. 2 a functional block diagram of a device according to the invention for generating illumination spectra for colored objects, FIG.

2 eine schematische Darstellung der Einrichtung nach 1 als Gerät im Einsatz, z.B. für eine Gemälderestaurierung zur Visualisierung von Gemäldefarbbereichen, 2 a schematic representation of the device according to 1 as a device in use, eg for a painting restoration for the visualization of painting color areas,

3 eine Darstellung eines gemessenen Schmalbandspektrums einer Leuchtdiode, 3 a representation of a measured narrowband spectrum of a light emitting diode,

4 eine Darstellung eines Beleuchtungsspektrums als Summe mehrerer unterschiedlicher Spektren von Leuchtdioden, 4 a representation of an illumination spectrum as the sum of several different spectra of light-emitting diodes,

5 ein Blockschaltbild einer Treiberplatine mit datenverarbeitender Steuereinheit zur Ansteuerung der Leuchtdioden, 5 a block diagram of a driver board with data processing control unit for controlling the LEDs,

6 ein Blockschaltbild der programmierbaren Logikeinheit dem FPGA – als mehrfunktionaler Kontroller, 6 a block diagram of the programmable logic unit the FPGA - as a multi-functional controller,

7 ein Bedienprogramm für ein Spektrallichtquellen-Muster mit sechzehn vorhandenen LED und vier ausgewählten LED, 7 an operating program for a spectral light source pattern with sixteen existing LEDs and four selected LEDs,

8 eine schematische Darstellung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung von Beleuchtungsspektren für die Bewertung farbiger Objekte und 8th a schematic representation of the implementation of the method for generating illumination spectra for the evaluation of colored objects and

9 eine Darstellung einer stückweisen interpolation einer Spektralfunktion mit Polynomen dritten Grades. 9 a representation of a piecewise interpolation of a spectral function with polynomials of third degree.

In 1 ist in einer schematische Darstellung eine Einrichtung 1 zur Erzeugung eines Beleuchtungsspektrums 2 für farbige Objekte 3, 4 gezeigt, die enthält

– Lichtquellen 5, 6, 7, 8 mit jeweils einem vorgegebenen schmalbandigen Spektrum 10, 11, 12, 13, die unterschiedlich sind und zumindest einen Teil des sichtbaren Spektralbereiches einschließen,
– eine Steuereinheit 49 zur Ansteuerung der Lichtquellen 5, 6, 7, 8, deren Spektrum-Daten in mindestens einem Speicher 26 der Steuereinheit 49 abgelegt ist und die mit der Steuereinheit 49 in stromversorgungstechnischer Verbindung stehen,
– eine Licht-Mischeinrichtung 50, die mit den Lichtquellen 5, 6, 7, 8 in Verbindung steht und in dem die ausgewählten, von den Lichtquellen 5, 6, 7, 8 abzustrahlenden Spektren 10, 11, 12, 13 gemischt werden und der eine Austrittsöffnung 14 zur Ausgabe der vermischten, ausgewählten Spektren 10, 11, 12, 13 als Beleuchtungsspektrum 2 aufweist, und
– eine Bedieneinheit 15 zur Eingabe des vorgegebenen Beleuchtungsspektrums 2 und zur Auslösung des Mischvorgangs der ausgewählten Spektren 10, 11, 12, 13.

In 1 is a schematic representation of a device 1 for generating a lighting spectrum 2 for colored objects 3 . 4 shown that contains

- Light sources 5 . 6 . 7 . 8th each with a predetermined narrowband spectrum 10 . 11 . 12 . 13 which are different and include at least part of the visible spectral range,
- a control unit 49 for controlling the light sources 5 . 6 . 7 . 8th whose spectrum data is stored in at least one memory 26 the control unit 49 is stored and with the control unit 49 are in power supply connection,
A light mixing device 50 that with the light sources 5 . 6 . 7 . 8th communicates and in which the selected, from the light sources 5 . 6 . 7 . 8th to be emitted spectra 10 . 11 . 12 . 13 be mixed and the one outlet 14 to output the mixed, selected spectra 10 . 11 . 12 . 13 as a lighting spectrum 2 has, and
- a control unit 15 for entering the given illumination spectrum 2 and for triggering the mixing process of the selected spectra 10 . 11 . 12 . 13 ,

Die vier Lichtquellen 5 bis 8 in 1 sind stellvertretend für eine vorgegebene Anzahl von Lichtquellen angegeben.The four light sources 5 to 8th in 1 are given for a given number of light sources.

Eine energieversorgende Einkoppeleinrichtung 16 ist an die Lichtquellen 5 bis 8 geführt, wobei die Einkoppeleinrichtung 15 von der Steuereinheit 49 aktiviert wird.An energy supplying coupling device 16 is to the light sources 5 to 8th guided, wherein the coupling device 15 from the control unit 49 is activated.

Die Steuereinheit 49 ist mit einer Stromversorgungseinheit 18 und einer Bedieneinheit 15 stromtechnisch verbunden.The control unit 49 is with a power supply unit 18 and a control unit 15 connected by electricity.

Zischen der Licht-Mischeinrichtung 50 und den farbigen Objekten 3, 4 kann, wie in 2 gezeigt ist, eine strahlenbündelformende Optik 17 angebracht sein.Hissing of the light mixing device 50 and the colored objects 3 . 4 can, as in 2 shown is, a beam-forming optics 17 to be appropriate.

Wie in 1 gezeigt ist, können die Lichtquellen 5 bis 8 in einer Reihe an bzw. innerhalb der Licht-Mischeinrichtung 50 angeordnet sein.As in 1 shown, the light sources 5 to 8th in a row on or within the light mixing device 50 be arranged.

Die Lichtquellen 5 bis 8 können außerhalb, an und/oder auch innerhalb der Licht-Mischeinrichtung 50 angebracht sein.The light sources 5 to 8th may be outside, at and / or inside the light mixing device 50 to be appropriate.

Alternativ können, wie in 2 gezeigt ist, die Lichtquellen 5 bis 8 innerhalb der Licht-Mischeinrichtung 50 auch ähnlich einer Kugeloberfläche 9 strahlenförmig gerichtet angeordnet sein.Alternatively, as in 2 shown is the light sources 5 to 8th within the light mixing device 50 also similar to a spherical surface 9 be arranged directed radially.

Als Lichtquellen 5 bis 8 können vorzugsweise Leuchtdioden – LED – eingesetzt sein, die, wie in 3 gezeigt ist, insbesondere Schmalbandspektren 37 aufweisen können, die wellenlängenzugeordnet den Spektren 10, 11, 12, 13 entsprechen.As light sources 5 to 8th For example, light emitting diodes - LED - can be used, which, as in 3 is shown, in particular narrowband spectra 37 which are assigned to the wavelengths of the spectra 10 . 11 . 12 . 13 correspond.

Die Licht-Mischeinrichtung 50 kann eine Kammer mit einer Austrittsöffnung 14 oder einen Lichtmischstab darstellen, wobei in der Licht-Mischeinrichtung 50 sich die von der Steuereinheit 49 ausgewählten Spektren 10, 11, 12, 13, 37 zum vorgegebenen bzw. nachzubildenden Ziel-Beleuchtungsspektrums 2, wie vergrößert in 4 gezeigt ist, vermischen.The light mixing device 50 can be a chamber with an outlet opening 14 or a light mixing rod, wherein in the light mixing device 50 itself from the control unit 49 selected spectra 10 . 11 . 12 . 13 . 37 to the predetermined or reproducible target illumination spectrum 2 as enlarged in 4 shown, mix.

Die Licht-Mischeinrichtung 50 kann z.B. eine Ulbricht-Kugel darstellen.The light mixing device 50 can represent eg an integrating sphere.

Die schmalbandigen Spektren 10, 11, 12, 13, 37 der Lichtquellen 5 bis 8, die hier für weitere Lichtquellen stellvertretend angeführt sind, können vor ihrer Montage gemessen und in einen Speicher 26, der mit der Steuereinheit 49 verbunden ist, als zugehörige Daten abgelegt sein.The narrowband spectra 10 . 11 . 12 . 13 . 37 the light sources 5 to 8th , which are listed here for other light sources, can be measured before being mounted and stored in a memory 26 that with the control unit 49 is connected, stored as associated data.

Die 5 und 6 werden im Folgenden gemeinsam betrachtet.The 5 and 6 will be considered together below.

Im Wesentlichen können sich programmtechnische Mittel in der Treiberplatine 27 in 5 befinden, die zur Erzeugung des in die Bedieneinheit 15 eingebbaren und variabel programmierbaren Ziel-Beleuchtungsspektrums 2 für die farbigen Objekte 3, 4 aus den gespeicherten und instruktionsmäßig ausgewählten, vorgegebenen Lichtquellenspektren 10, 11, 12, 13 vorgesehen sind.Essentially, programmatic resources can be found in the driver board 27 in 5 located in the control unit 15 input and variable programmable target illumination spectrum 2 for the colored objects 3 . 4 from the stored and instructively selected, predetermined light source spectra 10 . 11 . 12 . 13 are provided.

Der Kontroller 20 steht mit einem Digital-Analog-Umsetzer 21 zur Ansteuerung der Lichtquellen 5 bis 8 über intensitäts- und pulsweitenmodulierbare Stromausgänge 22, 23, 24, 25 sowie mit einem EEPROM 26 für abgelegte Faktoren/Parameter zur Erzeugung der nachzubildenden Ziel-Beleuchtungsspektren 2 in Verbindung. Die Spektren 10, 11, 12, 13 für die Lichtquellen 5, 6, 7, 5 und 37 für weitere Schmalband-Lichtquellen können in dem Speicher 26, der als wiederbeschreibbarer Festwertspeicher – EEPROM – ausgebildet ist, abgelegt sein.The controller 20 stands with a digital-to-analog converter 21 for controlling the light sources 5 to 8th via intensity and pulse width modulated current outputs 22 . 23 . 24 . 25 as well as with an EEPROM 26 for stored factors / parameters for generating the target illumination spectra to be imaged 2 in connection. The spectra 10 . 11 . 12 . 13 for the light sources 5 . 6 . 7 . 5 and 37 for other narrow band light sources may be in the memory 26 , which is designed as a rewritable read-only memory - EEPROM - be stored.

Die Steuereinheit 49 ist auf der Treiberplatine 27 enthalten, deren zentrales Bauelement eine programmierbare Logikeinheit 28 – ein FPGA (engl. Feld Programmable Gate Array) – als mehrfunktionaler Kontroller ist, wobei das FPGA 28 eingangsseitig mit einer Programmierschnittstelle 29 und mit der Bedieneinheit 15 in Verbindung steht sowie eine Parametrier- und Bedienschnittstelle 30 einschließlich eines Schnittstellen-Treibers 38 sowie eine RESET- und Takteinrichtung 31 aufweist und ausgangsseitig mit dem Digital-Analog-Umsetzer 21 zur Ansteuerung der pulsweitenmodulierbaren Stromquellen 32, 33, 34, 35 für die Lichtquellen 5, 6, 7, 8 versehen ist.The control unit 49 is on the driver board 27 whose central component is a programmable logic unit 28 - An FPGA (programmable gate array field) - is a multi-functional controller, where the FPGA 28 on the input side with a programming interface 29 and with the control unit 15 is in communication as well as a parameterization and user interface 30 including an interface driver 38 as well as a RESET and clock device 31 has and the output side with the digital-to-analog converter 21 for controlling the pulse width modulated current sources 32 . 33 . 34 . 35 for the light sources 5 . 6 . 7 . 8th is provided.

Das FPGA 28 ist mit einem Ladespeicher 19 verbunden.The FPGA 28 is with a load memory 19 connected.

Das FPGA 28 steht vorzugsweise mit einem Temperatursensor 36 in Verbindung, der die Erwärmung der Einrichtung 1 registriert und enstsprechende Signale übermittelt.The FPGA 28 is preferably with a temperature sensor 36 in connection, the warming of the device 1 registered and transmitted appropriate signals.

Das FPGA 28 dient als Bindeglied zwischen folgenden Funktionsgruppen: Der Parametrier- und Bedienschnittstelle 30, dem EEPROM 26, dem Digital-Analog-Umsetzer 21, der Bedieneinheit 15 und dem Temperatursensor 36. Zur Ansteuerung der genannten Funktionsgruppen sind jeweils eigene Kontroller als Funktionsblöcke implementiert: Ein Schnittstellenkontroller 42, ein EEPROM-Kontroller 43, ein Digital-Analog-Kontroller 45 und ein Temperatur-Kontroller 46. Die Funktionsblöcke stellen die für die Steuerung der jeweiligen Funktionsgruppen notwendigen Protokolle bereit und werten die Daten aus. Zusätzlich ist im FPGA 28 ein Mikrokontroller 47 ein Programmspeicher 48 und ein Speicherkontroller 44 implementiert. Die Funktionsblöcke er möglichen ein koordiniertes Zusammenspiel der zuvor genannten Funktionsgruppen.The FPGA 28 serves as a link between the following function groups: The parameterization and user interface 30 , the EEPROM 26 , the digital-to-analog converter 21 , the operating unit 15 and the temperature sensor 36 , For controlling the said function groups own controllers are implemented as function blocks: An interface controller 42 , an EEPROM controller 43 , a digital-analogue controller 45 and a temperature controller 46 , The function blocks provide the necessary protocols for the control of the respective function groups and evaluate the data. In addition, in the FPGA 28 a microcontroller 47 a program memory 48 and a memory controller 44 implemented. The function blocks enable a coordinated interaction of the aforementioned function groups.

Das Zusammenspiel gestaltet sich folgendermaßen: Wenn von der Parametrier- und Bedienschnittstelle 30 oder von der Bedieneinheit 15 Befehle zur Änderung des Ziel-Beleuchtungsspektrums 2 empfangen werden, werden die zugehörigen Spektral-Daten aus dem EEPROM 26 geholt. Die Spektral-Daten werden durch den Mikrokontroller 47 und den Speicherkontroller 44 algorithmisch aufbereitet und über den Digital-Analog-Kontroller 45 an den Digital-Analog-Umsetzer 21 gesendet. Eventuelle Temperatureinflüsse können – nach Einlesen des aktuellen Temperaturwertes durch den Temperatur-Kontroller 46 – mit in den Algorithmus einbezogen werden.The interaction is as follows: If from the parameterization and user interface 30 or from the control unit 15 Commands to change the target illumination spectrum 2 are received, the associated spectral data from the EEPROM 26 fetched. The spectral data is passed through the microcontroller 47 and the memory controller 44 algorithmically processed and via the digital-analogue controller 45 to the digital-to-analog converter 21 Posted. Possible temperature influences can - after reading the current temperature value by the temperature controller 46 - be included in the algorithm.

Im Allgemeinen haben die Leuchtdioden ein schmalbandiges Emissionsspektrum, z.B. ein Schmalbandspektrum 37. Das Schmalbandspektrum 37 kann gegessen und mathematisch geeignet dargestellt werden. Durch Mischung des Lichts mehrerer solcher in Intensität 39 und/oder Einschaltdauer (Pulsweitenmodulation) 40 modulierbarer Leuchtdioden – z.B. sechzehn LED –, wie in 7 gezeigt ist, mit unterschiedlichem Spektrum 10, 11, 12, 13, 37 kann ein variables quasikontinuierliches Spektrum als ein auf die farbigen Objekte 3, 4 auftreffendes Beleuchtungsspektrum 2 erzeugt werden.In general, the LEDs have a narrow-band emission spectrum, eg a narrow-band spectrum 37 , The narrowband spectrum 37 can be eaten and presented mathematically suitable. By mixing the light of several such in intensity 39 and / or duty cycle (pulse width modulation) 40 modulable light emitting diodes - eg sixteen LEDs - as in 7 shown, with different spectrum 10 . 11 . 12 . 13 . 37 can have a variable quasi-continuous spectrum as one on the colored objects 3 . 4 incident illumination spectrum 2 be generated.

Ein angegebener mathematisch und signaltechnisch umgesetzter Algorithmus ermöglicht es, die Parameter – Intensität 39 und Einschaltdauer 40 – in der Treiberplatine 27 so abzuändern, dass das von den Lichtquellen 5 bis 8 abgegebene vorlaufige gemischte Spektrum an ein vorgegebenes Ziel-Beleuchtungsspektrum – das Beleuchtungsspektrum 2 zur Bewertung – angepasst wird. Das variable Beleuchtungsspektrum 2 kann z.B. final eine variable Abmusterungslichtart für eine Begutachtung darstellen, in der die Bewertung der farbigen Objekte 3, 4 gemäß 2 durchführt wird. Durch Variation der Parameter – Intensität 39 und Einschaltdauer 40 – können damit eine Vielzahl von Beleuchtungssituationen in Form von variablen Abmusterungslichtarten nachgestellt werden.A specified mathematically and technically implemented algorithm makes it possible to determine the parameter intensity 39 and duty cycle 40 - in the driver board 27 to change that from the light sources 5 to 8th delivered preliminary mixed spectrum to a given target illumination spectrum - the illumination spectrum 2 for evaluation - is adjusted. The variable illumination spectrum 2 For example, it can finally display a variable matching light for a review, in which the rating of the colored objects 3 . 4 according to 2 is performed. By varying the parameter intensity 39 and duty cycle 40 - Can be adjusted so that a variety of lighting situations in the form of variable Abmusterungslichtarten.

Das in 8 als Blockbild dargestellte erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:

1. Festlegung (I) einer Anzahl von Lichtquellen 1, 6, 7, 5 mit vorgegebenen unterschiedlichen schmalbandigen Spektren 10, 11, 12, 13, 37, wobei die Spektren 10, 11, 12, 13, 37 über den sichtbaren Spektralbereich verteilt sind,
2. Speicherung (II) der Lichtquellen-Daten und der zugehörigen Lichtquellen-Spektren 10, 11, 12, 13, 37 in einem Speicher 26 einer datenverarbeitenden Steuereinheit 49,
3. Vorgabe (III) mindestens eines ausgangsseitig zu erzielenden Beleuchtungsspektrums 2 und dessen Daten-Speicherung in dem Speicher 26 der datenverarbeitenden Steuereinheit 49,
4. Zusammenschaltung (IV) der von der Steuereinheit 49 ausgewählten Lichtquellen 5 bis 8, die dem jeweils vorgegebenen Ziel-Beleuchtungsspektrum 2 zugeordnet sind,
5. Um- und Verschaltung (V) der Lichtquellen-Spektren 10, 11, 12, 13 zu einem vorläufigen Beleuchtungsspektrum durch Änderungen von Intensität (Strom) 39 und/oder Einschaltdauer 40 der Pulsweitenmodulation, wie in 7 gezeigt,
6. Zusammenführung (VI) der ausgewählten Lichtquellen-Spektren 10, 11, 12, 13 der eingeschalteten Lichtquellen 5 bis 8 in einer Licht-Mischeinrichtung 50 und
7. Austritt (VII) des erhaltenen Ziel-Beleuchtungsspektrums 2 aus der Austrittsöffnung 14 der Licht-Mischeinrichtung 50.

This in 8th The block diagram of the inventive method has the following steps:

1. Definition (I) of a number of light sources 1 . 6 . 7 . 5 with predetermined different narrow-band spectra 10 . 11 . 12 . 13 . 37 , where the spectra 10 . 11 . 12 . 13 . 37 distributed over the visible spectral range,
2. Storage (II) of the light source data and the associated light source spectra 10 . 11 . 12 . 13 . 37 in a store 26 a data processing control unit 49 .
3. specification (III) of at least one illumination spectrum to be achieved on the output side 2 and its data storage in the memory 26 the data processing control unit 49 .
4. Interconnection (IV) of the control unit 49 selected light sources 5 to 8th , which correspond to the respective predetermined target illumination spectrum 2 assigned,
5. Conversion and interconnection (V) of the light source spectra 10 . 11 . 12 . 13 to a preliminary illumination spectrum by changes of intensity (current) 39 and / or duty cycle 40 the pulse width modulation, as in 7 shown,
6. Merging (VI) the selected light source spectra 10 . 11 . 12 . 13 the switched-on light sources 5 to 8th in a light mixing device 50 and
7. exit (VII) of the obtained target illumination spectrum 2 from the outlet 14 the light mixing device 50 ,

Zusätzlich kann wahlweise eine Messung des Ziel-Beleuchtungsspektrums 2 durchgeführt werden.In addition, optionally, a measurement of the target illumination spectrum 2 be performed.

Die einzelnen Lichtquellen 5 bis 8 können spektral an unterschiedlichen diskreten Frequenzen gemessen werden. Zur Angleichung eines vorläufigen Ausgangsbeleuchtungsspektrums an ein festgelegtes Ziel-Beleuchtungsspektrum 2 ist ein mathematischer Algorithmus zur Ermittlung des Ziel-Beleuchtungsspektrums 2 vorgesehen. Dabei ist es im Hinblick auf eine höhere Genauigkeit zweckmäßig, das Ziel-Beleuchtungsspektrum 2 als kontinuierliches Spektrum zu behandeln.The individual light sources 5 to 8th can be measured spectrally at different discrete frequencies. To match a preliminary output illumination spectrum to a fixed target illumination spectrum 2 is a mathematical algorithm for determining the target illumination spectrum 2 intended. It is expedient with regard to a higher accuracy, the target illumination spectrum 2 to treat as a continuous spectrum.

Da die vorhandenen Spektren im Allgemeinen durch eine analytische Funktion schlecht beschrieben werden können, wird, wie in 9 gezeigt ist, mittels des Algorithmus das schmalbandige Spektrum 10, 11, 12, 13 einer einzelnen Lichtquelle 5, 6, 7 und/oder 8 durch stückweise Interpolation mit Splinefunktionen zu einem interpolierten Spektrum 41 modelliert. Als Splines kommen Polynome dritten Grades nach der Gleichung.Since the existing spectra can generally be described poorly by an analytical function, as in 9 is shown, by means of the algorithm, the narrow-band spectrum 10 . 11 . 12 . 13 a single light source 5 . 6 . 7 and or 8th by piecewise interpolation with spline functions to an interpolated spectrum 41 modeled. As splines, polynomials of third degree come after the equation.

f(λ) = a3λ3 + a2λ2 + a1λ + a0 (GI)im Intervall λ₀ ≤ λ < λ₁
zum Einsatz. Eine Splinefunktion f(λ) gilt dabei jeweils nur in einem Intervall λ₀ ≤ λ < λ₁. Die Faktoren a₃, a₂, a₁, a₀ zu jedem Intervall können durch Lösen des durch die Stützstellen und die Randbedingungen, nämlich die Stetigkeit an den Berührungspunkten, gegebenen Gleichungssystems ermittelt werden. Für n Messwerte sind n – 1 solcher Funktionen notwendig. Die Berechnung erfolgt über ein Computeralgebrasystem. Die Berechung kann aber ebenfalls durch einen Algorithmus innerhalb eines Anwendungsprogramms durchgeführt werden. f (λ) = a 3 λ 3 + a 2 λ 2 + a 1 λ + a 0 (GI) in the interval λ ₀ ≦ λ <λ ₁
for use. A spline function f (λ) in each case applies only in an interval λ ₀ ≦ λ <λ ₁ . The factors a ₃ , a ₂ , a ₁ , a ₀ for each interval can be determined by solving the system of equations given by the interpolation points and the boundary conditions, namely the continuity at the points of contact. For n readings n - 1 of such functions are necessary. The calculation is done by a computer algebra system. However, the calculation can also be performed by an algorithm within an application program.

So modellierte Funktionen können anschliesend wie analytische Funktionen behandelt werden. Die interpolierten Spektren 41 mehrerer Lichtquellen 5 bis 8 können in der Steuereinheit 49 zusammengefasst, abgeleitet und integriert werden. Die interpolierten Spektren 41 geben die spektralen Eigenschaften der Lichtquellen 5 bis 8 weitgehend übereinstimmend wieder und sind genauer als bekannte Verfahren, die mit diskreten Werten arbeiten.Functions modeled in this way can then be treated like analytical functions. The interpolated spectra 41 several light sources 5 to 8th can in the control unit 49 summarized, derived and integrated. The interpolated spectra 41 give the spectral properties of the light sources 5 to 8th are largely consistent and more accurate than known methods that operate on discrete values.

Das transportable Gerät 1 erzeugt variable gemischte Beleuchtungsspektren 2 durch Überlagerung schmaler und in ihrer Intensität regelbarer Spektraler Bereiche. Dadurch sind nahezu beliebige Beleuchtungsspektren möglich und es können andere Beleuchtungssysteme simuliert werden.The portable device 1 generates variable mixed illumination spectra 2 by superposition of narrow and in their intensity adjustable spectral ranges. As a result, almost any illumination spectra are possible and other lighting systems can be simulated.

11: EinrichtungFacility
22: Beleuchtungsspektrumillumination spectrum
33: Erstes farbiges Objektfirst colored object
44: Zweites farbiges Objektsecond colored object
55: Erste LichtquelleFirst light source
66: Zweite LichtquelleSecond light source
77: Dritte Lichtquellethird light source
88th: Vierte LichtquelleFourth light source
99: Kugeloberflächespherical surface
1010: Erstes Spektrumfirst spectrum
1111: Zweites Spektrumsecond spectrum
1212: Drittes Spektrumthird spectrum
1313: Viertes Spektrumfourth spectrum
1414: Austrittsöffnungoutlet opening
1515: Bedieneinheitoperating unit
1616: Einkoppeleinrichtunglaunching device
1717: Optikoptics
1818: StromversorgungseinheitPower supply unit
3939: Ladespeicherload memory
2020: Kontrollercontroller
2121: Digital-Analog-UmsetzerDigital-to-analog converter
2222: Erster Stromausgangfirst current output
2323: Zweiter Stromausgangsecond current output
2424: Dritter Stromausgangthird current output
2525: Vierter Stromausgangfourth current output
2626: Wiederbeschreibbarer Speicher – EEPROM –rewritable Memory - EEPROM -
2727: Treiberplatinedriver board
2828: Programmierbare Logikeinheit – FPGA –programmable Logic Unit - FPGA -
2929: Programmierschnittstelleprogramming
3030: Parametrier- und Bedienschnittstelleparameterization and user interface
3131: RESET- und TakteinrichtungRESET and clock device
3232: Erste StromquelleFirst power source
3333: Zweite StromquelleSecond power source
3434: Dritte Stromquellethird power source
3535: Vierte StromquelleFourth power source
3636: Temperatursensortemperature sensor
3737: SchmalbandspektrumNarrowband spectrum
3838: Schnittstellen-TreiberInterface Driver
3939: Intensität – Strom –Intensity - current -
4040: Einschaltdauer, Pulsweitenmodulationduty, Pulse Width Modulation
4141: Intpoliertes SpektrumIntpoliertes spectrum
4242: SchnittstellenkontrollerInterface controller
4343: EEPROM-KontrollerEEPROM controller
4444: Speicherkontrollermemory controller
4545: Digital-Analog-KontrollerDigital to analog controller
4646: Temperatur-KontrollerTemperature controller
47 47: Mikrokontrollermicrocontroller
4848: Programmspeicherprogram memory
4949: Steuereinheitcontrol unit
5050: Licht-MischeinrichtungLight mixing device
(I)(I): Festlegungestablishing
(II)(II): Speicherungstorage
(III)(III): Vorgabespecification
(IV)(IV): Zusammenschaltunginterconnection
(V)(V): Um- und Verschaltung Around- and interconnection
(VI)(VI): Zusammenführungtogether
(VII)(VII): Austrittexit

Claims

Device for generating illumination spectra for colored objects, characterized in that it contains - light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) each having a predetermined narrowband spectrum ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ), which are different and include at least part of the visible spectral range, - a control unit ( 49 ) for controlling the light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) whose spectrum data is stored in at least one memory ( 26 ) of the control unit ( 49 ) are stored and with the control unit ( 49 ) are in power supply connection, - a light mixing device ( 50 ) with the light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) and in which the selected one of the light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) spectra to be radiated ( 10 . 11 . 12 . 13 ) and an outlet opening ( 14 ) for outputting the mixed, selected spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 ) as the illumination spectrum ( 2 ), and - a control unit ( 15 ) for entering the predetermined illumination spectrum ( 2 ) and to initiate the mixing process of the selected spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 ).

Device according to claim 1, characterized in that the control unit ( 49 ) with a power supply unit ( 18 ) and a control unit ( 15 ) is connected by electricity.

Device according to claim 2, characterized in that an energy-supplying coupling device ( 16 ) to the light sources ( 5 to 8th ) is guided, wherein the coupling device ( 16 ) from the control unit ( 49 ) is activated.

Device according to any preceding claim, characterized in that between the light mixing device ( 50 ) and the colored objects ( 3 . 4 ) a beam-shaping optic ( 17 ) is attached.

Device according to claim 1 to 4, characterized in that the light sources ( 5 to 8th ) outside, on and / or inside the light mixing device ( 50 ) are mounted.

Device according to any preceding claim, characterized in that the light sources ( 5 to 8th ) in a row and / or within the light mixing device ( 50 ) are arranged.

Device according to any preceding claim, characterized in that the light sources ( 5 to 8th ) within the light mixing device ( 50 ) similar to a spherical surface ( 9 ) are arranged directed radially.

Device according to any preceding claim, characterized in that as light sources ( 5 to 8th ) Light emitting diodes - LED - are used, the narrow band spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) whose intensity ( 39 ) via the operating current and / or via a pulse width modulation ( 40 ) are modulated including the change in the duty cycle.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light mixing device ( 50 ) a chamber with an outlet opening ( 14 ) or a light mixing rod.

Device according to claim 9, characterized in that the light mixing device ( 50 ) represents an Ulbricht sphere.

Device according to any preceding claim, characterized in that the narrow-band spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) of the light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) and stored in memory ( 26 ) of the control unit ( 49 ) are stored.

Device according to any preceding claim, characterized in that program-technical means in the memory ( 26 ) and / or in the control unit ( 49 ), which are used to generate one in the control unit ( 15 ) and variable programmable target illumination spectrum ( 2 ) for the colored objects ( 3 . 4 ) from the stored and instructively selected predetermined light source spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) are provided.

Device according to any preceding claim, characterized in that the controller ( 20 ) with a digital-to-analog converter ( 21 ) for controlling the light sources ( 5 to 8th ) via pulse width modulated current outputs ( 22 . 23 . 24 . 25 ) and a rewritable read-only memory ( 26 ) - EEPROM - for stored factors for generating target illumination spectra ( 2 ).

Device according to any preceding claim, characterized in that the control unit ( 49 ) on a driver board ( 27 ) whose central component is a microcontroller as a programmable logic unit ( 28 ) - an FPGA: Field Programmable Gate Array - is the input side with the operating unit ( 15 ) and a parameterization and operator interface ( 30 ) and the output side with a digital-to-analog converter ( 21 ) for activating the pulse width modulatable current sources ( 32 . 33 . 34 . 35 ) for the light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) is provided.

Device according to any preceding claim, characterized in that the FPGA ( 28 ) with a temperature sensor ( 36 ), which registers the heating and transmits corresponding signals.

Device according to any preceding claim, characterized in that the FPGA ( 28 ) serves as a link between the following function groups: The parameterization and operator interface ( 30 ), the EEPROM ( 26 ), the digital-to-analog converter ( 21 ), the operating unit ( 15 ), the digital-to-analog converter ( 21 ) and the temperature sensor ( 36 ), wherein for controlling the function groups respectively associated controllers as function blocks: An interface controller ( 42 ), an EEPROM controller ( 43 ), a digital-analogue controller ( 45 ) and a temperature controller ( 46 ), wherein the function blocks provide the necessary protocols for the control of the respective function groups, evaluate data and allow a coordinated interaction with the function groups.

Device according to claim 16, characterized in that in the FPGA ( 28 ) a microcontroller ( 47 ) with a program memory ( 48 ) and a memory controller ( 44 ) are implemented.

Method for generating illumination spectra for colored objects, characterized by the following steps: - determining (I) a number of light sources ( 5 . 6 . 7 . 8th ) with predetermined different narrow-band spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ), the spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) are distributed over the visible spectral range, - storage (II) of the light source data and the associated light source spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) in a memory ( 26 ) of a data processing control unit ( 49 ), - Specification (III) of at least one illumination spectrum to be output on the output side ( 2 ) and its data storage in the memory ( 26 ) of the data processing stowage unit ( 49 ), - interconnection (IV) of the control unit ( 49 ) selected light sources ( 5 to 8th ), which correspond to the respective predetermined target illumination spectrum ( 2 ), - switching and interconnection (V) of the light source spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 ) to a preliminary illumination spectrum by changes in intensity - of the current - ( 39 ) and / or duty cycle ( 40 ) of the pulse width modulation, - merging (VI) of the selected light source spectra ( 10 . 11 . 12 . 13 ) of the switched-on light sources ( 5 to 8th ) in a light mixing device ( 50 ) and - exit (VII) of the obtained target illumination spectrum ( 2 ) from the exit opening ( 14 ) of the light mixing device ( 50 ).

A method according to claim 15, characterized in that optionally a measurement of the from the outlet opening ( 14 ) radiated illumination spectrum ( 2 ) is carried out.

Method according to any preceding claim, characterized in that the individual light sources ( 5 to 8th ) are spectrally measured at different discrete frequencies, wherein to match a preliminary output illumination spectrum to a fixed target illumination spectrum ( 2 ) a mathematical algorithm for determining the target illumination spectrum ( 2 ) is provided.

Method according to any preceding claim, characterized in that within the algorithm the spectrum ( 10 . 11 . 12 . 13 . 37 ) of a single light source ( 5 . 6 . 7 and or 8th ) by piecewise interpolation with spline functions to one interpolated spectrum ( 41 ) is modeled, where as splines polynomials of the third degree according to the equation f (λ) = a 3 λ 3 + a 2 λ 2 + a 1 λ + a 0 (GI) in the interval λ ₀ ≤ λ <λ ₁ are used and a spline function f (λ) in each case only in an interval λ ₀ ≤ λ <λ ₁ and the factors a ₃ , a ₂ , a ₁ , a ₀ for each interval by Solving the system of equations given by the interpolation points and the boundary conditions, namely the continuity at the points of contact, can be determined.

Method according to any preceding claim, characterized in that the determination of the interpolated spectra ( 41 ) is performed via an algorithm.

Method according to any preceding claim, characterized in that the interpolated spectra ( 41 ) how analytical functions are treated, the interpolated spectra ( 41 ) of several light sources ( 5 to 8th ) can be summarized, derived and integrated, and the spectral properties of the light sources ( 5 to 8th ) depict.

Method according to any preceding claim, characterized in that the mixed illumination spectra ( 2 ) narrowed by their overlapping and in their intensity ( 39 ) controllable spectral regions of the light sources ( 5 to 8th ) be generated.