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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden
einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung
für Film-,
Video- und Fotoaufnahmen mit einer Pulsweitenmodulation des Leuchtdiodenstroms
sowie eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung,
insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung für Film-, Video- und Fotoaufnahmen,
mit einem elektronischen Schalter zur Pulsweitenmodulation des durch
die Leuchtdioden fließenden
Leuchtdiodenstroms.
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Es
sind Beleuchtungsscheinwerfer mit Licht emittierenden Dioden (LEDs)
bzw. Leuchtdioden als Lichtquellen in Scheinwerfer in Film-, Video-
und Fotoaufnahmen bekannt, deren wesentliche Vorteile in der hohen
Lebensdauer, einer gegenüber
anderen Lichtquellen wie beispielsweise Glühlampen oder HMI-Lampen wesentlich
geringeren Wärmeentwicklung,
einem geringeren Gewicht und einer kompakten Bauform bei großer abgegebener
Lichtstärke
bestehen.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil von Leuchtdioden als Lichtquellen
in Beleuchtungsscheinwerfern besteht darin, dass durch die Verwendung
von Leuchtdioden unterschiedlicher Farben die Farbwiedergabe und/oder
die Farbtemperatur eingestellt werden kann. Dieser Vorteil ist insbesondere
bei Film- und Fotoaufnahmen mit lichtempfindlichen Filmmaterial
von Bedeutung, da typische Filmmaterialen für Filmaufnahmen wie „Cinema
Color Negativ Film" für Tageslicht
mit einer Farbtemperatur von 5600 K oder für Glühlampenlicht mit einer Farbtemperatur
von 3200 K optimiert sind und mit diesen Lichtquellen zur Beleuchtung
eines Sets hervorragende Farbwiedergabeeigenschaften erreichen.
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Aus
der
DE 102 33 050
A1 ist eine Lichtquelle auf LED-Basis für die Erzeugung von weißem Licht bekannt,
die von dem Prinzip der Dreifarbenmischung Gebrauch macht. Zur Erzeugung
des weißen Lichts
wird eine Mischung der drei Grundfarben Rot-Grün-Blau (RGB) durchgeführt, wobei
in einem Gehäuse
zumindest eine blaues Licht emittierende LED, die als Transmissions-LED
bezeichnet wird und direkt verwendetes Licht primär im Wellenlängenbereich
von 470 bis 490 nm emittiert, sowie eine andere, mit Konversion
arbeitende und dementsprechend als Konversions-LED bezeichnete LED
kombiniert werden, die Licht primär im Wellenlängenbereich
von höchstens
465 nm emittiert.
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Ein
Nachteil bei der Einstellbarkeit der Farbwiedergabe und/oder Farbtemperatur
durch die Verwendung von verschiedenfarbigen Leuchtdioden in Beleuchtungsscheinwerfern
für Film-,
Video- und Fotoaufnahmen besteht aber darin, dass die Emissionswellenlängen der
Leuchtdioden und damit die Farbwiedergabe und Farbtemperatur stark
von der Temperatur abhängen,
die im wesentlichen von der Umgebungstemperatur und dem durch die
Leuchtdioden fließenden
Strom abhängt.
Eine Möglichkeit,
die Farbwiedergabe und Farbtemperatur konstant zu halten, besteht
darin, eine Farbkorrektur stromabhängig zu regeln. Eine solche
Regelung ist jedoch nur mit hohem Aufwand zu realisieren, da sie
mit einer zusätzlichen,
temperaturabhängigen
Kompensation verbunden werden müsste.
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Um
die Emissionswellenlänge
von Leuchtdioden unabhängig
von dem durch die Leuchtdioden fließenden Strom zu machen, wird
die Helligkeit des von den Leuchtdioden abgegebenen Lichts über eine Pulsweitenmodulation
gesteuert und der durch die Leuchtdioden fließende Strom konstant gehalten.
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Aus
der
DE 102 27 487
A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe
geschalteten Leuchtdioden bekannt, zu deren Ansteuerung ein Mikroprozessor
als Pulsweitenmodulator vorgesehen ist, der einen gepulsten Betrieb
der in Reihe geschalteten Leuchtdioden ermöglicht, so dass die Leuchtdioden
innerhalb einer sehr kurzen Zeit mit einem Vielfachen des sonst
erlaubten Stromes betrieben werden können und dadurch sowohl die
Leuchtstärke
als auch die Lebensdauer der Leuchtdioden erhöht werden. Der Ausgang des
Mikroprozessors ist mit einem Leistungstreiber verbunden, der die
Ausgangssignale des Mikroprozessor verstärkt und die benötigte elektrische
Leistung an die in Reihe geschalteten Leuchtdioden abgibt. Eingangsseitig
ist der Mikroprozessor mit einem Analog/Digital-Wandler verbunden, der über eine
Anschlussleitung an einen Elektrodenanschluss der Leuchtdioden angeschlossen
ist und eine über
den Leuchtdioden abfallende, zur Umgebungshelligkeit proportionale
Spannung erfasst, die in ein digitales Signal umgewandelt und vom
Mikroprozessor ausgewertet wird. Die Frequenz des vom Mikroprozessor
abgegebenen, pulsweitenmodulierten Stromes liegt dabei im Bereich
von 25 Hz, damit das Pulsen der Leuchtdioden für das menschliche Auge als
solches nicht mehr wahrnehmbar ist und als kontinuierliche Helligkeit
erkannt wird.
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Eine
Pulsweitenmodulation mit einer derart geringen Frequenz, die in
anderen Anwendungsfällen
auch bis zu 100 Hz oder einigen kHz gesteigert wird, ist jedoch
insbesondere für
Film- und Videoaufnahmen unzureichend, da Laufbild- oder Videokameras
auch mit relativ kurzen Belichtungszeiten für jedes zu belichtende Bild
von beispielsweise 1/48 Sekunde bei einer Filmtransportgeschwindigkeit
von 24 Bildern pro Sekunde, die sich bei höheren Filmtransportgeschwindigkeiten
und geringen Sektorwinkeln einer rotierenden, sektorvariablen Spiegelblende
einer Laufbildkamera bis auf wenige 1/10000 Sekunden reduzieren.
Dadurch kommt es bei einer niederfrequenten Pulsweitenmodulation
zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung zu starken
Belichtungsschwankungen bei der Belichtung der einzelnen Film- oder
Videobilder, die für qualitativ
gute Film- und Videoaufnahmen, aber auch für Fotoaufnahmen mit sehr kurzen
Belichtungszeiten, nicht akzeptabel sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen,
die eine Pulsweitenmodulation mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich
freiwählbarer
Frequenz und zuverlässiger
Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung kostengünstiger
Standardbausteine ermöglicht
und einen hohen Wirkungsgrad bei der Ansteuerung der Leuchtdioden
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es, eine aus Leuchtdioden zusammengesetzte Beleuchtungsvorrichtung
pulsweitenmoduliert mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich
frei wählbarer
Frequenz und zuverlässiger
Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung von kostengünstigen
Standardbausteinen zu betreiben und gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad
bei der Ansteuerung der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
die Helligkeit, das heißt
die von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Lichtstärke, mittels
Pulsweitenmodulation gesteuert und gleichzeitig die Farbwiedergabe
und Farbtemperatur bei konstant gehaltenem Leuchtdiodenstrom fest
eingestellt und Belichtungsschwankungen auch bei hohen Aufnahmefrequenzen
einer Laufbild- oder Videokamera bzw. sehr kurzen Belichtungszeiten
bei einer Stehbildkamera ausgeschlossen werden.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
die Erkenntnis zugrunde, durch die Anwendung einer Pulsweitenmodulation
bei der Ansteuerung der Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung
die in den Leuchtdioden erzeugte Verlustwärme gering und damit den Wirkungsgrad
hoch zu halten und gleichzeitig die Frequenz der Pulsweitenmodulation
unabhängig von
dem durch die Leuchtdioden fließenden
Leuchtdiodenstrom bzw. den Leuchtdiodenstrom für eine gewünschte Farbwiedergabe und Farbtemperatur unabhängig von
einer in weiten Grenzen frei wählbaren
Frequenz der Pulsweitenmodulation einstellen zu können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass der im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden
fließende
pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom ermittelt und eine steuerbare
Spannungsquelle zur Einstellung der Leuchtdiodenspannung so angesteuert
wird, dass ein vorgegebener Leuchtdiodenstrom durch die Leuchtdioden
fließt,
wobei der pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom mit einem Stromsensor
erfasst, verstärkt,
integriert und digitalisiert an den Mikroprozessor abgegeben wird,
der den im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließende pulsweitenmodulierte
Leuchtdiodenstrom aus der Beziehung ADval·GN·100%/PWM berechnet,
wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und integrierten Strommesswertes,
GN die Verstärkung
des erfassten Strommesswertes und PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von
0% bis 100% ist.
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Durch
die Einstellung der an die Leuchtdioden angelegten Leuchtdiodenspannung
in Abhängigkeit
von dem im Einschaltzeitpunkt erfassten, durch die Leuchtdioden
fließenden,
pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstrom kann die Frequenz des pulsweitenmodulierten
Leuchtdiodenstroms beliebig und in weiten Grenzen eingestellt werden,
ohne dass dies Rückwirkungen
auf den durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstroms und
damit auf die Farbwiedergabe und Farbtemperatur der Beleuchtungsvorrichtung
hat. Die digitalisierte Regelung unter Einbeziehung eines Mikroprozessor
ermöglicht
dabei Schaltfrequenzen bei der Pulsweitenmodulation der Leuchtdioden
bis in den Megahertzbereich, so dass Belichtungsschwankungen auch
bei extrem kurzen Belichtungszeiten für einzelne Film- oder Videobilder, das
heißt
auch bei sehr großen
Film- oder Videotransportgeschwindigkeiten, auszuschließen sind.
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Vorzugsweise
wird der erfasste pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom fortlaufend
digitalisiert und numerisch integriert an den Mikroprozessor abgegeben.
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Ein
fortlaufendes Digitalisieren des durch die Leuchtdioden fließende Stromes
wie es beispielsweise bei einem Digital-Speicheroszilloskop erfolgt,
und eine numerische Integration bedingen zwar einen größeren Aufwand,
ermöglichen
aber eine extrem genaue Regelung des durch die Leuchtdioden fließenden pulsweitenmodulierten
Leuchtdiodenstroms und damit eine konstante Farbwiedergabe und Farbtemperatur
auch bei höchsten
Frequenzen der Pulsweitenmodulation.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Leuchtdiodenstrom mittels eines in Reihe zu den Leuchtdioden
geschalteten und vom Mikroprozessor angesteuerten elektronischen
Schalters pulsweitenmoduliert und der pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom
mit einem in Reihe zum elektronischen Schalter angeordneten Strommesswiderstand
erfasst, verstärkt,
integriert und digitalisiert an einen Eingang des Mikroprozessors
abgegeben wird, der den im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließende pulsweitenmodulierte
Leuchtdiodenstrom aus der Beziehung (ADval – GC)·GN·100%/PWM berechnet,
wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und integrierten Strommesswertes,
GN die Verstärkung
des erfassten Strommesswertes, PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von
0% bis 100% und GC eine Konstante des elektronischen Schalters ist,
die einen über
den Strommesswiderstand fließenden
Steuer- oder Ladestrom des elektronischen Schalters berücksichtigt.
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In
dieser Ausführungsform
ermöglicht
ein beispielsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildeter elektronischer
Schalter höchste
Schaltfrequenzen und in Verbindung mit einem Strommesswiderstand als
Stromsensor eine Messung des Leuchtdiodenstromes mit einfachen Mitteln
unter Verwendung von Standardbausteinen, wobei die Berechnung des
zum Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstromes
bezüglich
des über
die Gate-Source-Strecke des MOSFETs durch den Strommesswiderstand
nach Masse abfließende
Ladestrom des MOSFETs kompensiert wird.
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Eine
Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung,
insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung für Film-, Video- und Fotoaufnahmen,
mit einem elektronischen Schalter zur Pulsweitenmodulation des durch
die Leuchtdioden fließenden
Leuchtdiodenstroms weist einen Mikroprozessor auf, der eingangsseitig
mit einem den pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstrom erfassenden
Stromsensor und ausgangsseitig mit dem elektronischen Schalter und
einer Einrichtung zur Einstellung der an die Leuchtdioden angelegten Leuchtdiodenspannung
verbunden ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere in Reihe
geschaltete Leuchtdioden mit zumindest teilweise unterschiedlicher
Farbwiedergabe und Farbtemperatur enthält.
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Diese
Vorrichtung ermöglicht
eine Pulsweitenmodulation von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung
mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich frei wählbarer
Frequenz und zuverlässiger
Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung von kostengünstigen
Standardbausteinen zu betreiben und gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad
bei der Ansteuerung der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung,
so dass die Helligkeit bzw. die von der Beleuchtungsvorrichtung
abgegebene Lichtstärke
mittels Pulsweitenmodulation gesteuert und gleichzeitig die Farbwiedergabe
und Farbtemperatur bei konstant gehaltenem Leuchtdiodenstrom fest
eingestellt werden kann und Belichtungsschwankungen auch bei hohen
Aufnahmefrequenzen einer Laufbild- oder Videokamera bzw. sehr kurzen
Belichtungszeiten bei einer Stehbildkamera ausgeschlossen werden.
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Dabei
ist eine Serienschaltung der Leuchtdioden mit zumindest teilweise
unterschiedlicher Farbwiedergabe und Farbtemperatur einfacher aufgebaut und
effizienter als eine Parallelschaltung mehren Leuchtdioden mit entsprechenden
Symmetriewiderständen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Stromsensor über
einen Verstärker,
einen Integrator und einen Digital/Analog-Wandler mit einem Eingang
des Mikroprozessors verbunden und ein erster Ausgang des Mikroprozessors über einen
Digital/Analog-Wandler
mit einem Steueranschluss einer steuerbaren Spannungsquelle verbunden,
die eine Ausgangsspannung an die Leuchtdioden anlegt, die von einem
vom Mikroprozessor an den Steueranschluss der steuerbaren Spannungsquelle
abgegebenen Steuersignal abhängt,
wobei die steuerbare Spannungsquelle vorzugsweise aus einem an eine Gleichspannungsquelle
angeschlossenen Gleichspannungswandler besteht, der elektronische
Schalter und der Stromsensor in Reihe zu den Leuchtdioden angeordnet
sind und die steuerbare Spannungsquelle eine Ausgangsspannung an
die Leuchtdioden anlegt, die von den vom Mikroprozessor an den Steueranschluss
der steuerbaren Spannungsquelle abgegebenen Steuersignalen abhängt.
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Diese
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht bei
hohem Wirkungsgrad der Ansteuerung und Frequenzen der Pulsweitenmodulation
in nahezu beliebiger Höhe
bis in den Megahertzbereich den Einsatz kostengünstiger Standardbausteine,
wobei nur der Verstärker
nach der Strommessung eine sehr geringe Eingangs-Offsetspannung aufweisen muss, was aber
ebenfalls mit kostengünstigen
Standardbausteinen zu realisieren ist.
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Vorzugsweise
wird als Stromsensor ein standardisierter Strommesswiderstand eingesetzt.
Alternativ kann der durch die Leuchtdioden fließende Leuchtdiodenstrom mit
einer Sample-Hold-Schaltung erfasst werden, deren Einsatz aber bei
kleinen Pulsbreiten des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstromes
wegen der stets vorhandenen Induktivitäten der Schaltung und des daraus
resultierenden, nicht exakt rechteckigen Leuchtdiodenstromes problematisch ist.
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In
weiterer Alternative kann zur Strommessung ein Stromwandler, beispielsweise
ein auf einem Hallelement basierender Stromwandler, eingesetzt werden.
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Der
elektronische Schalter kann entweder zwischen den Leuchtdioden und
dem Stromsensor angeordnet und vorzugsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildet
werden oder zwischen dem Gleichspannungswandler und den Leuchtdioden
angeordnet und als P-Kanal-MOSFET
mit höherem
On-Widerstand ausgebildet werden, dessen Ansteuerung jedoch aufwendiger
ist als die Ansteuerung eines am Fußpunkt der vorzugsweise in
Reihe geschalteten Leuchtdioden angeordneten elektronischen Schalters
in Form eines N-Kanal-MOSFETs.
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen der
der Erfindung zugrunde liegende Gedanke sowie weitere Merkmale und
Vorteile der Erfindung näher
erläutert
werden.
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Die
einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung
einer aus einer Reihenschaltung von Leuchtdioden bestehenden Beleuchtungsvorrichtung 10 mit
mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11, bei denen
es sich zur Einstellung einer gewünschten Farbwiedergabe und Farbtemperatur
um LEDs unterschiedlicher Farbe handeln kann. Die in Reihe geschalteten
Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 werden
aus einer steuerbaren Spannungsquelle gespeist, die aus einem steuerbaren
Gleichspannungswandler 2, der an eine Gleichspannungsquelle 1,
beispielsweise an eine Batterie oder einen Akkumulator, angeschlossen
ist. Als Alternative zur Gleichspannungsquelle 1 und zum
Gleichspannungswandler 2 kann als steuerbare Spannungsquelle
eine Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem, steuerbarem Gleichrichter
vorgesehen werden.
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In
Reihe zu den Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 ist
ein elektronischer Schalter 5, der in dem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildet ist und einen Drain-,
Source- und Gate-Anschluss aufweist, und ein mit Massepotential
verbundener Shuntwiderstand angeordnet. Der zur Messung des durch
die Leuchtdioden 11 fließenden Leuchtdiodenstromes vorgesehene
Shuntwiderstand 6 gibt ein Sensorsignal an einen nachgeschalteten
Verstärker 7 ab,
dessen Ausgang mit einem Integrator 8 verbunden ist. Der
Ausgang des Integrators 8 ist mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 9 verbunden,
der digitalisierte Stromsensorsignale an einen Eingang eines Mikroprozessor 3 abgibt.
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Der
Mikroprozessor 3 ist über
einen ersten Ausgang über
einen Digital/Analog-Wandler 4 mit einem Steuereingang
des steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 und über einen
zweiten Ausgang mit einem Steueranschluss des elektronischen Schalters 5,
beispielsweise mit dem Gate-Anschluss eines N-Kanal-MOSFETs verbunden.
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Im
Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 10 erfolgt die Stromversorgung
der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 aus der Gleichspannungsquelle 1 über den
steuerbaren Gleichspannungswandler 2, mit dem die an die
in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 angelegte Spannung
einstellbar ist. Der durch die Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom wird
mittels des elektronischen Schalters 5 pulsweitenmoduliert,
wobei die Pulsbreite von 0 bis 100% verändert und die Frequenz der
Pulsweitenmodulation in weitesten Grenzen frei gewählt werden
kann. Durch die Pulsweitenmodulation der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 kann
die Leuchtstärke der
Leuchtdioden 11 beliebig variiert und bei minimaler Verlustwärme eine
maximale Leuchtstärke
und maximale Lebensdauer der Leuchtdioden erzielt werden, wobei
ein Vielfaches des sonst erlaubten Leuchtdiodenstromes infolge des
Pulsbetriebes zulässig
ist. Die bis in den Megahertzbereich mögliche Frequenz der Pulsweitenmodulation
kann insbesondere so eingestellt bzw. geregelt werden, dass keine Schwankungen
der Lichtintensität
auf einem Laufbild- oder Videofilm auch bei sehr kurzen Belichtungszeiten
auftreten.
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Der
durch die Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom wird
an dem Shuntwiderstand 6 erfasst und über den Verstärker 7 dem
Integrator 8 zugeführt,
dessen analoger Strommesswert über
den Analog/Digital-Wandler 9 in einen digitalen Wert umgewandelt
und dem Eingang des Mikroprozessor 3 zugeführt wird.
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Der
Mikroprozessor 3 errechnet aus dem ihm zugeführten digitalen,
verstärkten
und integrierten Strommesswert ADval, der Verstärkung GN des erfassten Strommesswertes
und der Aussteuerung PWM der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% nach
der Beziehung ADval·GN·100%/PWMden Einschaltzeitpunkt
des durch die Leuchtdioden 11 in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz
des elektronischen Schalters 5 durch die Leuchtdioden 11 fließenden Leuchtdiodenstromes
und stellt über
einen in den Mikroprozessor 3 implementierten digitalen
Regler und den Digital/Analog-Wandler 4 den steuerbaren
Gleichspannungswandler 2 in seiner Ausgangsspannung so
ein, dass der für
eine bestimmte Farbwiedergabe und Farbtemperatur erforderliche Leuchtdiodenstrom
durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 fließt.
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Infolge
der Einstellbarkeit des durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließenden Leuchtdiodenstromes
kann die Schaltfrequenz des vom zweiten Ausgang des Mikroprozessor 3 angesteuerten
elektronischen Schalters 5 und damit die Frequenz des pulsweitenmodulierten
Leuchtdiodenstromes in weiten Grenzen frei gewählt werden, wobei Frequenzen
bis in den Megahertzbereich schaltungstechnisch problemlos zu realisieren
sind.
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Wird
daher zur Veränderung
der Leuchtstärke
der Beleuchtungsvorrichtung 10 bzw. zur Änderung
der Frequenz des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstromes bei hohen
Aufnahmegeschwindigkeiten einer Film- oder Videokamera bzw. kurzen
Filmbelichtungszeiten die Schaltfrequenz des elektronischen Schalters 5 verändert, so
wird über die
Regelung des Leuchtdiodenstromes der für eine bestimmte Farbwiedergabe
und/oder Farbtemperatur erforderliche Leuchtdiodenstrom durch eine
entsprechende Veränderung
der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 nachgeführt.
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Die
Berechnung des zum Einschaltzeitpunkt durch die in Reihe geschalteten
Leuchtdioden 11 fließenden
Leuchtdiodenstromes mittels des Mikroprozessor 3 kann zur
Kompensation des über
den Steueranschluss des elektronischen Schalters 5, beispielsweise über die
Gate-Source-Strecke eines N-Kanal-MOSFETs, und durch den Shuntwiderstand 6 nach
Massepotential abfließenden
Ladestroms durch die Beziehung (ADval – GC)·GN·100%/PWM
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Erweitert
werden, wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und
integrierten Strommesswertes, GN die Verstärkung des erfassten Strommesswertes,
PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% und
GC eine Konstante des elektronischen Schalters ist, die einen über den
Strommesswiderstand fließenden
Steuer- oder Ladestrom
des elektronischen Schalters berücksichtigt.
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Damit
kann der tatsächlich
durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom
sehr exakt ermittelt und durch eine entsprechende Ansteuerung des
steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 die Ausgangsspannung
am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 so eingestellt werden,
dass ein für
eine bestimmte Farbwiedergabe und Farbtemperatur erforderlicher
Leuchtdiodenstrom eingehalten wird.
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Alternativ
zu der in der Zeichnung dargestellten Anordnung des elektronischen
Schalters 5 am Fußpunkt
der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 kann
der elektronische Schalter auch auf der Versorgungsseite, das heißt zwischen
dem Ausgang des steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 und
der Anodenseite der Beleuchtungsvorrichtung 10, angeordnet
werden, was jedoch eine aufwändigere
Ansteuerung des elektronischen Schalters oder die Verwendung eines P-Kanal-MOSFETs
mit einem höheren
On-Widerstand erforderlich macht.
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Ebenfalls
alternativ zu dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild
kann der durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom
mittels einer Sample-and-Hold-Schaltung oder mittels eines Stromwandlers
erfasst und als Strom-Istwert dem Mikroprozessor 3 zugeführt werden.
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- 1
- Gleichspannungsquelle
- 2
- steuerbarer
Gleichspannungswandler
- 3
- Mikroprozessor
- 4
- Digital/Analog-Wandler
- 5
- elektronischer
Schalter (N-Kanal-MOSFET, P-Kanal-MOSFET)
- 6
- Strommesswiderstand
(Shuntwiderstand)
- 7
- Verstärker
- 8
- Integrator
- 9
- Analog/Digital-Wandler
- 10
- Beleuchtungsvorrichtung
- 11
- Leuchtdioden
(LEDs)