DE102007002382A1

DE102007002382A1 - Beleuchtungsanordnung und Beleuchtungsverfahren

Info

Publication number: DE102007002382A1
Application number: DE102007002382A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Dämmig
Original assignee: ZETT OPTICS GmbH
Current assignee: ZETT OPTICS GmbH
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Bei einer Beleuchtungsanordnung mit einer Lichtquelle (2) zum Beleuchten einer definierten Fläche (3) mit Licht (6) einer veränderbaren Eigenschaft lässt sich die Eigenschaft einfach und kostengünstig einstellen und stabil halten, wenn eine Regeleinrichtung (9) zur Regelung der Eigenschaft des Lichts (6) vorgesehen ist, die an einen Sensor (7) angeschlossen und eingerichtet ist, aus den Ausgangssignalen des Sensors Beleuchtungswerte wenigstens eines Teilsegments der Fläche zu ermitteln, die ermittelten Beleuchtungswerte mit einem vordefinierten Beleuchtungswert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich Regelsignale zu generieren, mit denen die Lichtquelle (2) zur Korrektur der Eigenschaft des Lichts (6) angesteuert wird. Ferner wird ein Beleuchtungsverfahren vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung mit einer Lichtquelle zum Beleuchten einer definierten Fläche mit Licht einer veränderbaren Eigenschaft.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beleuchten einer definierten Fläche mit Licht einer veränderbaren Eigenschaft.
Für eine Reihe technischer Anwendungen ist die Auswahl einer bestimmten Eigenschaft des Lichts, mit dem ein Objekt beleuchtet wird, von entscheidender Bedeutung. Solche Eigenschaften können beispielsweise die Farbe des Lichts, also das abgestrahlte Spektrum, betreffen. Die Farbe einer Lichtquelle wird über die Farbtemperatur, den erreichten Farbwiedergabeindex oder durch den spektralen Verlauf der Beleuchtungsstärke über den Wellenlängenbereich wiedergegeben.
Die richtige Farbe ist zum Beispiel bei der Behandlung von Haut- und Gewebepartien von Bedeutung. Die Untersuchung oder Behandlung folgt oftmals auf kleinem Raum, so dass Mikroskope sowie Kameras und Videoaufzeichnungsgeräte eingesetzt werden. Dabei ist die Beleuchtungsstärke des eingesetzten Lichts ein kritischer Parame ter, da ein kleines Arbeitsfeld stark vergrößert wird. Die richtige Farbe ist wichtig, um einen optimalen Kontrast sicherzustellen, beispielsweise zwischen Fettgewebestrukturen und Knochen oder unterschiedlichen Blutgeweben.
Die richtige Farbwahl wird bislang durch die Nutzung von Farbfiltern oder durch die einmalige oder wiederholte Einstellung verschiedenfarbiger Lichtquellen für den jeweiligen Anwendungsfall erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Beleuchtungsanordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Beleuchtungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Regeleinrichtung zur Regelung der Eigenschaft des Lichtes vorgesehen ist, die an einem Sensor angeschlossen und eingerichtet ist, aus den Ausgangssignalen des Sensors Beleuchtungswerte wenigstens eines Teilsegments der Fläche zu ermitteln, die ermittelten Beleuchtungswerte mit einem vordefinierten Beleuchtungswert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich Regelsignale zu generieren, mit denen die Lichtquelle zur Korrektur der Eigenschaft des Lichts angesteuert wird.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung und der Verwendung einer steuerbaren Lichtquelle wird erreicht, dass eine bestimmte, für eine konkrete Anwendung interessierende Eigenschaft des Lichts stabil auf einen vordefinierten Beleuchtungswert erstmals eingestellt und stabil auf dem eingestellten Wert gehalten wird. Damit wird ein konstant gutes Arbeitsfeld geschaffen. Das ist insbesondere bei medizinischen Anwendungen wichtig ist, um Verletzungen des Patienten zu vermeiden. Der vordefinierte Beleuchtungswert kann dabei nutzerabhängig variieren, zum Beispiel in Form einer Datenbank für unterschiedliche behandelnde Ärzte, die eine entsprechende Einrichtung in einem Krankenhaus nutzen.
Für viele Anwendungen ist eine wichtige Eigenschaft das abgestrahlte Spektrum (Farbe) und/oder die Intensität des abgestrahlten Lichts. Beispielsweise lassen sich Fehlstellen und Farbdifferenzen bei Obst (unreife Früchte, Fäule, Wurmlöcher etc.) gut erkennen, wenn als vordefinierter Beleuchtungswert der Farbhintergrund einwandfreien Obstes benutzt wird. Dabei lässt sich der vordefinierte Beleuchtungswert auf einfache Weise anpassen, wenn der Farbhintergrund einwandfreien Obstes infolge natürlicher Schwankungen (Chargenschwankungen, wechselnde Obstsorte) variiert.
Eine technisch besonders einfache und wirtschaftlich sinnvolle Realisierung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung wird erzielt, wenn als Lichtquelle eine einzelne LEDs (Light Emission Diode) oder eine Vielzahl einzelner LEDs, insbesondere ein LED-Array, verwendet wird. Ein LED-Array weist zweckmäßig farblich unterschiedliche LEDs, beispielsweise farbige LEDs kombiniert mit warmweißen oder kaltweißen LEDs auf. LEDs weisen zudem den Vorteil auf, dass sie sich besonders einfach elektrisch ansteuern lassen. Die Anwendung ist aber nicht auf den Einsatz von LEDs begrenzt. Beispielsweise können auch Laserlichtquellen, etwa Laserdioden oder durchstimmbare Farbstofflaser im Dauerstrichbetrieb oder im Pulsbetrieb als quasi „Weißlicht"-Laser, eingesetzt werden. Die Realisierung ist auch nicht auf das sichtbare Lichtspektrum beschränkt. Die Erfindung lässt sich auch im nicht sichtbaren Spektrum einsetzen, beispielsweise im ultravioletten oder infraroten Spektralbereich.
Eine für viele praktische Anwendungen gute Beleuchtung der definierten Fläche wird erzielt, wenn der Kontrast, die Helligkeit oder die Farbwiedergabequalität, zum Beispiel gemessen über genormte Farbwiedergabeindizes Ra, R1, ..., R9, auf dem Flächensegment als Beleuchtungswert dient.
Wird die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung für verschiedene Anwendungen und/oder von verschiedenen Benutzern genutzt, ist es zweckmäßig, die Beleuchtungswerte nutzerabhängig festzulegen. Vorteilhaft lassen sich die festgelegten Beleuchtungswerte mit Hilfe einer Memory-Funktion speichern, um sie schnell und einfach wieder abrufen zu können.
Zum Bestimmen des Bedeutungswerts wird vorteilhaft eine CCD-Kamera mit entsprechender Auswertungssoftware eingesetzt. Beispielsweise lässt sich der Kontrast mit einer CCD-Kamera besonders gut messen.
Je nach Anwendung und Platzbedarf lässt sich die Beleuchtungsanordnung als Auflichtbeleuchtung oder als Durchlicht-Beleuchtung ausführen. Bei einer Auflichtbeleuchtung befinden sich Lichtquelle und Sensor auf derselben Seite von der zu beleuchtenden Fläche. Bei der Durchlichtbeleuchtung befinden sich Lichtquelle und Sensor auf gegenüberliegenden Seiten von der zu beleuchtenden Fläche.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Beleuchten einer definierten Fläche mit Licht einer veränderbaren Eigenschaft mit den Schritten:

a) Vordefinieren eines Beleuchtungswerts;
b) Beleuchten der Fläche mit Licht veränderbarer Eigenschaften;
c) Bestimmen eines Beleuchtungswerts aus Licht von wenigstens einem Teilsegment der Fläche;
d) Vergleichen des vordefinierten Beleuchtungswerts mit dem bestimmten Beleuchtungswert;
e) Korrigieren der veränderbaren Eigenschaft in Abhängigkeit von dem Vergleich.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung durchführen. Sie ermöglicht eine technisch einfache und wirtschaftlich sinnvolle Regelung von Eigenschaften des verwendeten Lichts, beispielsweise der Farbe und/oder der Beleuchtungsstärke und/oder der Beleuchtungsstärke.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen 1 darstellten Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsanordnung näher erläutert.
In 1 ist eine Beleuchtungsanordnung 1 dargestellt.
Die Beleuchtungsanordnung 1 umfasst eine Lichtquelle 2 zum Beleuchten einer definierten Fläche 3.
Die Lichtquelle 2 besteht aus einem Lichtquellenarray 4 und einer Ansteuerung 5.
Das Lichtquellenarray weist eine Vielzahl einzelner LEDs auf, die teilweise unterschiedliche Farben aussenden. Im vorliegenden Beispiel wird eine Kombination aus warmweißen, kaltweißen, blauen und roten LEDs verwendet.
Die Ansteuerung 5 steuert das von dem Lichtquellenarray 4 ausgesendete Licht 6. Die Einstellung der Farbe und Helligkeit des Lichts 6 erfolgt über die Stromstärken, mit denen die einzelnen LEDs versorgt werden.
Die Beleuchtungsanordnung 1 umfasst weiter einen Sensor 7, der Licht 8 detektiert, das von einem Teilsegment der Fläche 3 imitiert wird. Das Licht 8 kann beispielsweise von Haut- oder Gewebepartien emittiert werden.
Bei dem Sensor handelt es sich vorliegend um eine CCD-Kamera. Die CCD-Kamera ist mit einer geeigneten Auswertsoftware ausgestattet, die den Kontrast des Flächensegments ermittelt. Der Kontrast dient vorliegend als Ist-Wert eines Beleuchtungswerts.
Der Ist-Wert wird auf einen Computer 9 übertragen. In dem Computer 9 ist ein vorgegebener Beleuchtungswert gespeichert. Der gespeicherte Beleuchtungswert stellt einen Soll-Wert für den zu erreichenden Ist-Wert dar. Der Soll-Wert kann entweder manuell vorgegeben oder automatisch ermittelt werden.
Die automatische Ermittlung des Soll-Werts lässt sich in der Weise durchführen, dass das zur Verfügung stehende Farbspektrum „abgefahren", das heißt, nach und nach ausgesendet, und mit Hilfe des Sensors 7 die Einstellung des maximalen Kontrasts bestimmt wird. Die Einstellung, die den maximalen Kontrast liefert, wird als Soll-Wert für den Beleuchtungswert genommen. Die erstmalige Optimierung kann beispielsweise als Teil der Geräteinitialisierung oder auf Anforderung über eine Kalibrierknopf oder entsprechende anzuwählende Softwarefunktionen gestartet werden.
Der Computer 9 ist eingerichtet, den Ist-Wert mit dem Soll-Wert zu vergleichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs, in der Regel die Differenz, ein Prägesignal zu generieren, das auf die Ansteuerung 5 übertragen wird. Aufgrund der Regelsignale lässt sich die Eigenschaft des ausgesendeten Lichts verändern, bis der Ist-Wert mit dem Soll-Wert im Rahmen üblicher Toleranzen übereinstimmt. Je nach Anwendungsfall können solche Toleranzen vorgegeben werden.
Ist der Soll-Wert einmal erreicht, erfolgt während der Arbeit eine fortlaufende Nachregelung, um den Ist-Wert auf dem Soll-Wert zu halten.
Die Beleuchtungsanordnung 1 ist als Auflicht-Beleuchtung realisiert.

Claims

Beleuchtungsanordnung mit einer Lichtquelle (2) zum Beleuchten einer definierten Fläche (3) mit Licht (6) einer veränderbaren Eigenschaft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (9) zur Regelung der Eigenschaft des Lichts (6) vorgesehen ist, die an einen Sensor (7) angeschlossen und eingerichtet ist, aus den Ausgangssignalen des Sensors Beleuchtungswerte wenigstens eines Teilsegments der Fläche zu ermitteln, die ermittelten Beleuchtungswerte mit einem vordefinierten Beleuchtungswert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich Regelsignale zu generieren, mit denen die Lichtquelle (2) zur Korrektur der Eigenschaft des Lichts (6) angesteuert wird.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft das abgestrahlte Spektrum und/oder die Intensität ist.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) genau eine LED oder eine Kombination mehrerer LEDs aufweist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) eine CCD-Kamera umfasst.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrast, die Helligkeit oder die Farbwiedergabequalität auf dem Flächensegment (3) als Beleuchtungswert dient.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Beleuchtungswert nutzerabhängig festgelegt ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung (1) als Auflicht-Beleuchtung oder als Durchlicht-Beleuchtung ausgeführt ist.
Verfahren zum Beleuchten einer definierten Fläche (3) mit Licht (6) einer veränderbaren Eigenschaft mit den Schritten: a) Vordefinieren eines Beleuchtungswerts; b) Beleuchten der Fläche (3) mit Licht (6) veränderbarer Eigenschaften; c) Bestimmen eines Beleuchtungswerts aus Licht (8) von wenigstens einem Teilsegment der Fläche (3); d) Vergleichen des vordefinierten Beleuchtungswerts mit dem bestimmten Beleuchtungswert; e) Korrigieren der veränderbaren Eigenschaft in Abhängigkeit von dem Vergleich.