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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der
Lichtabgabe mehrerer Lichtquellen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem
erfindungsgemäßen Verfabren wird insbesondere
eine Möglichkeit zur effektiven und genauen Farbsteuerung
für LED-Leuchten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung
und das Verfahren arbeiten dabei grundsätzlich entsprechend
dem Prinzip einer sog. Feed-Back-Loop.
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LEDs
bzw. allgemein lichtemittierende Halbleiterelemente werden in letzter
Zeit zunehmend auch in der Beleuchtungstechnik eingesetzt, da die mittlerweile
mit derartigen Lichtquellen erreichbaren Leistungen auch für
größere Beleuchtungsanwendungen ausreichend hoch
sind. LEDs weisen dabei gegenüber anderen Arten von Lichtquellen
den Vorteil einer höheren Effizienz auf. Ferner kann die
Leistung und damit die Helligkeit einer LED verhältnismäßig
einfach eingestellt werden, so dass durch eine entsprechende Mischung
verschiedener Farben Licht in nahezu jedem beliebigen Farbton erzeugt werden
kann.
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Eine
Problematik derartiger LED-Leuchten, welche verschiedenfarbige LEDs
aufweisen, besteht jedoch darin, dass diese Leuchten ohne eine entsprechende
Regelung oder Steuerung aufgrund von thermischen Einflüssen
oder Alterungseinflüssen nicht farbortstabil sind. Da ferner
auch herstellungsbedingt Abweichungen in der Lichtabgabe einzelner LEDs
vorliegen können, bedeutet dies, dass aufwendige Maßnahmen
getroffen werden müssen, um die Leistung der einzelnen
LEDs einzustellen. Andernfalls würde die Gefahr bestehen,
das letztendlich der Farbton des von der Leuchte abgegebenen Mischlichts
nicht dem Wunsch des Anwenders entspricht.
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In
diesem Zusammenhang ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass
von den verschiedenen Lichtquellen abgegebene Licht mit Hilfe eines Sensors
zu erfassen und dann eine auf das Messergebnis abgestimmte Regelung
bei der Ansteuerung der LEDs vorzunehmen. Da zum Erzielen einer
genauen Farbsteuerung Informationen über das Licht jeder
einzelnen Lichtquelle zur Verfügung stehen müssen,
werden besondere Maßnahmen getroffen, um diese Informationen
zu erhalten. Bspw. wird bei einem in der
EP 1 056 993 B1 beschriebenen
Verfahren zum Betreiben von Lichtquellen während des Betriebs
eine Kalibrierung vorgenommen. Hierbei werden vorübergehend
während einer Kalibrierphase die Lichtquellen derart angesteuert,
dass in einer Sequenz von einzelnen Messzeiträumen jeweils
lediglich eine einzelne Lichtquelle aktiv ist. Über den
Sensor kann dann also jeweils die Helligkeitsinformation über
die gerade aktive Lichtquelle erhalten werden, wobei auf Basis dieser
Informationen dann insgesamt eine entsprechende Ansteuerung der
LEDs vorgenommen wird. Die einzelnen Messzeiträume sind dabei
vorzugsweise derart kurz bemessen, dass der reguläre Betrieb
der Leuchte möglichst wenig beeinflusst wird.
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Das
in der
EP 1 056 993
B1 beschriebene Verfahren wird zwar vielfach zur Farbsteuerung
von LED-Leuchten eingesetzt, als problematisch hat sich allerdings
herausgestellt, dass während den Kalibrierphasen die verschiedenen
LEDs jeweils einzeln aktiviert werden. Dies hat zur Folge, dass
trotz der verhältnismäßig kurzen Messzeiträume,
in denen jeweils Licht einer einzelnen LED bzw. einer einzelnen Farbe
abgegeben wird, es zu geringfügigen Farbveränderungen
in der Lichtabgabe der Leuchte insgesamt kommt, welche für
einen Beobachter – wenn auch gering – wahrnehmbar
sind. Dabei wird dieser Effekt zusätzlich dadurch verstärkt,
dass diese zur Kalibrierung erforderlichen Farbsequenzen regelmäßig
auftreten. Ferner sind einer Verkürzung der einzelnen Messzeiträume
Grenzen gesetzt, da bei einem zu kurzen Ein- und wieder Ausschalten
einzelner Lichtquellen Spitzen auftreten können, welche das
Messergebnis verfälschen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
neuartige Möglichkeit zur Ansteuerung von LED-Leuchten
zu eröffnen, bei der während des laufenden Betriebs
vorgenommene Messungen bzw. Kalibrierungen der einzelnen Lichtquellen
für einen Betrachter nicht bzw. zumindest deutlich weniger
wahrnehmbar sind.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Lichtabgabe, welche die
Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie durch ein Verfahren zur
Steuerung der Lichtabgabe gemäß Anspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Grundsätzlich
gesehen beruht die erfindungsgemäße Lösung
wiederum auf dem bereits bekannten Gedanken, während des
Betriebs in wiederkehrenden Kalibrierphasen die Lichtquellen derart anzusteuern,
dass in einer Sequenz von einzelnen Messzeiträumen durch
einen Sensor das von den Lichtquellen abgegebene Licht erfasst und
bewertet wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik allerdings, bei
dem die zu bewertenden Lichtquellen in den einzelnen Messzeiträumen
jeweils separat aktiviert werden, ist bei der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise vorgesehen, das in zumindest einem der Messzeiträume
durch den Sensor Licht mehrerer Lichtquellen gleichzeitig erfasst
wird. Die Tatsache, dass nunmehr nicht mehr grundsätzlich
gesehen die Lichtquellen einzeln aktiviert werden sondern zumindest
teilweise auch das von den Lichtquellen abgegebene Mischlicht herangezogen
wird, führt dazu, dass die vorübergehenden Abweichungen
in der Lichtabgabe für einen Betrachter der Leuchte deutlich schwerer
erkennbar sind. Letztendlich wird das gegenüber dem regulären
Betrieb abgegebene Licht in der Kalibrierphase verhältnismäßig
geringfügig verändert, wobei allerdings trotz
allem eine exakte Ermittlung der Lichtstärke der einzelnen
Lichtquellen ermöglicht ist. Dementsprechend führt
also die erfindungsgemäße Vorgehensweise wiederum
dazu, dass die Farbsteuerung in zuverlässiger Weise durchgeführt
werden kann, wobei hierfür allerdings weniger stark bzw.
sogar gar nicht in den laufenden Betrieb der Leuchte eingegriffen
werden muss. Die Messungen zur Kalibration können also
dauerhaft während des Normalbetriebs der Leuchte durchgeführt
werden, ohne dass dies mit einer Beeinträchtigung der Lichtabgabe
in der gewünschten Weise verbunden wäre.
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Erfindungsgemäß wird
also eine Vorrichtung zur Lichtabgabe vorgeschlagen, welche mindestens drei
Lichtquellen, Mittel zur Energieversorgung der Lichtquellen, einen
Sensor zur Erfassung des von den Lichtquellen in ihrer Gesamtheit
abgegebenen Lichts und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Mittel
zur Energieversorgung aufweist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet
ist, in einer Kalibrierphase die Mittel zur Energieversorgung derart
anzusteuern, dass in einer Sequenz von Messzeiträumen durch
den Sensor das von den Lichtquellen abgegebene Licht erfasst wird,
und auf Basis der von dem Sensor erhaltenen Informationen die Helligkeit
jeder einzelnen Lichtquelle zu berechnen. Erfindungsgemäß ist
hierbei vorgesehen, dass in zumindest einem Messzeitraum das durch
den Sensor erfasste Licht von mehreren der Lichtquellen stammt.
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Ferner
wird ein Verfahren zur Regelung der Lichtabgabe von mindestens drei
Lichtquellen vorgeschlagen, wobei während einer Kalibrierphase
in einer Sequenz von Messzeiträumen das von den Lichtquellen
abgegebene Licht erfasst und auf Basis der in den Messzeiträumen
erhaltenen Informationen die Helligkeit jeder einzelnen Lichtquelle
berechnet wird, und wobei sich das erfindungsgemäße
Verfabren dadurch auszeichnet, dass in zumindest einem der Messzeiträume
das erfasste Licht von mehreren der Lichtquellen stammt.
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Hinsichtlich
der Ansteuerung der verschiedenen Lichtquellen in der Kalibrierphase
bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, welche Gegenstand der
abhängigen Ansprüche sind.
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So
kann bspw. vorgesehen sein, dass in den einzelnen Messzeiträumen
die Lichtquellen derart angesteuert werden, dass jeweils genau eine
Lichtquelle während eines Messzeitraums deaktiviert ist. Diese
Vorgehensweise führt zu einer besonders geringen Beeinflussung
bzw. Abänderung des abgegebenen Lichts im Vergleich zu
einem regulären Betrieb der Leuchte, wobei allerdings trotz
allem sehr genau die Lichtstärke jeder einzelnen Lichtquelle
ermittelt werden kann. Alternativ hierzu würde auch die
Möglichkeit bestehen, in einer Sequenz einzelner Messzeiträume
jeweils nacheinander die Lichtquellen zu deaktivieren, so dass die
Gesamt-Lichtabgabe stufenförmig abnimmt und im letzten
Messzeitraum nur noch das Licht einer einzigen Lichtquelle verbleibt. Auch
in diesem Fall kann aus den in den einzelnen Messzeiträumen
erfassten Signalen auf die Lichtstärke der Lichtquelle
jeweils einzeln zurückgeschlossen werden. Hierbei besteht
zusätzlich auch die Möglichkeit, die Reihenfolge,
in der die Lichtquellen deaktiviert werden, zu variieren, was letztendlich
zusätzlich dazu beträgt, für einen Betrachter
der Leuchte wahrnehmbare Lichteffekte zu vermeiden.
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Im
Zusammenhang mit den zuvor genannten beiden Varianten sei angemerkt,
dass alternativ zu einem vollständigen Deaktivieren einzelner
Lichtquellen auch vorgesehen sein könnte, diese in ihrer Leistung
derart zu reduzieren bzw. zu dimmen, dass sie unterhalb einer für
den Sensor wahrnehmbaren Schwelle Licht abgeben. Hierbei würde
nach wie vor in richtiger Weise auf die Lichtstärke der
einzelnen Lichtquellen zurückgeschlossen werden können,
da allerdings das menschliche Auge bei niedrigen Lichtstärken
verhältnismäßig stark empfindlich ist,
würde sich das Herunterdimmen der Lichtquellen für
einen Betrachter der Leuchte weniger stark auswirken.
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Bei
den beiden zuvor genannten Ausführungsbeispielen kann der
Einfachheit halber vorgesehen sein, dass die Messzeiträume
jeweils die gleiche Dauer aufweisen. Bei einer dritten Variante,
welche besondere Vorteile mit sich bringt, kann allerdings auch
die Länge der Messzeiträume in geeigneter Weise
angepasst werden. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere
dann an, wenn die Helligkeitssteuerung der Lichtquellen dadurch
erfolgt, dass diese mit pulsweiten-modulierten (PWM) Signalen betrieben
werden. Die Dauer der Messzeiträume wird dabei jeweils
auf die Differenzen zwischen den jeweiligen Pulsweiten für
die Lichtquellen abgestimmt, was letztendlich bedeutet, dass die
Helligkeit der einzelnen Lichtquellen während des laufenden Betriebs
ermittelt werden kann, ohne das eine Abweichung in der Ansteuerung
während der Kalibrierphase vorliegt. Dies bedeutet, dass
beim Kalibrieren keinerlei Flackererscheinungen bzw. Intensitäts-
oder Farbveränderungen auftreten.
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Die
Lichtquellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind vorzugsweise durch lichtemittierende Halbleiterelemente bzw.
LEDs gebildet. Hierbei kann selbstverständlich auch vorgesehen
sein, dass jeweils eine einzelne Lichtquelle durch eine Vielzahl von
LEDs, die Licht gleicher Farbe abgeben, repräsentiert wird.
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Nachdem
entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
die Helligkeit für jede einzelne Lichtquelle ermittelt
wurde, kann dann eine Änderung in der Intensität,
die auf Alterungserscheinungen zurückzuführen
ist, durch die Steuereinheit ausgeglichen werden. Hierzu ist diese
vorzugsweise mit Speichermittel verbunden bzw. weist Speichermittel auf,
in denen Referenzwerte für die Helligkeit der jeweiligen
Lichtquelle hinterlegt sind. Anhand eines Vergleichs zwischen den
in der Kalibrierphase ermittelten Helligkeitswerten und den Referenzwerten können
dann die den Lichtquellen zugeführten Ströme während
des Betriebs angepasst werden, um entsprechende Abweichungen auszugleichen.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert werden. Es zeigen:
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1 den
schematischen Ausbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Lichtabgabe;
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2 ein
erstes Schema zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung
einer Kalibrierung;
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3 bis 5 alternative
Vorgehensweisen zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Kalibrierung.
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Die
in 1 dargestellte und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene
Vorrichtung zur Lichtabgabe weist zunächst drei Lichtquellen 21 bis 23 auf,
welche zur Abgabe von Licht in den Farben rot (LR),
grün (LG) und blau (LB)
ausgebildet sind. Die Lichtquellen 21 bis 23 können jeweils unabhängig voneinander
in ihrer Helligkeit eingestellt werden, wodurch die Möglichkeit
eröffnet wird, Mischlicht eines nahezu beliebigen Farbtons
und in einer gewünschten Intensität bereit zu
stellen. Die zum Mischen des Lichts erforderlichen optischen Elemente sind
zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt, allerdings
bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die
voneinander unabhängige Ansteuerung der Lichtquellen 21 bis 23 wird
durch drei Treiberschaltungen 31 bis 33 erzielt, welche die ihnen jeweils zugeordnete
Lichtquelle 21 bis 23 mit einer entsprechenden Leistung
versorgen. Die Ansteuerung der Lichtquellen 21 bis 23 durch die Treiberschaltungen 31 bis 33 erfolgt
dabei entsprechend den Treiberschaltungen 31 bis 33 zugeführten Steuersignalen,
welche von einer Steuereinheit 4 der Vorrichtung zur Lichtabgabe
generiert werden.
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Die
Ansteuerung der Lichtquellen 21 bis 23 durch die Treiberschaltungen 31 bis 33 ,
um deren Helligkeit einzustellen, kann auf unterschiedliche Art
und Weise erfolgen. So besteht einerseits die Möglichkeit,
die Lichtquellen 21 bis 23 mit einem in seiner Höhe
veränderbaren Gleichstrom zu versorgen. Alternativ hierzu
besteht auch die Möglichkeit, die Lichtquellen 21 bis 23 im
PWM-Betrieb zu betreiben, wobei ihnen pulsweiten-modulierte Versorgungsströme
zugeführt werden und eine Einstellung der Intensität über
eine Veränderung der Pulsweite erfolgt. Beide vorbeschriebenen
Verfahren eignen sich insbesondere für den Fall, dass die
Lichtquellen 21 bis 23 durch LEDs gebildet werden, wobei
jede Lichtquelle auch jeweils aus einer Anzahl mehrerer LEDs gleicher
Farbe gebildet sein kann.
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Um
nunmehr eine Farbsteuerung für das von den Lichtquellen 21 bis 23 abgegebene
Mischlicht vornehmen zu können, wird das von den Lichtquellen 21 bis 23 abgegebene
Licht in seiner Gesamtheit von einem Sensor 5, bspw. einer
Fotodiode erfasst, die ein entsprechendes Signal S an die Steuereinheit 4 übermittelt.
Wie später noch ausführlich erläutert
wird, wird in einer Kalibrierphase eine geeignete Ansteuerung der
Lichtquellen 21 bis 23 vorgenommen, wobei dann aus den von
dem Sensor 5 gelieferten Signalen S durch die Steuereinheit 4 jeweils
die Helligkeit für die einzelnen Lichtquellen 21 bis 23 berechnet
wird. Die hierbei gewonnenen Informationen werden mit Referenzwerten
verglichen, welche in einem Speicher 6 hinterlegt sind.
Der Speicher 6 kann dabei entweder mit der Steuereinheit 4 verbunden
oder Bestandteil der Steuereinheit 4 sein. Anhand der Vergleichswerte
kann dann eine entsprechende Modifizierung der Ansteuerung der Lichtquellen 21 bis 23 vorgenommen
werden, um im Laufe der Zeit auftretende Abweichungen der Lichtstärke
der einzelnen Lichtquellen, die bspw. auf Alterungserscheinungen zurückzuführen
sind, auszugleichen.
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Die
zuvor allgemein beschriebene Vorgehensweise zum Ausgleichen von
Alterungserscheinungen bei der Ansteuerung von LED-Lichtquellen, die
auch als Feed-Back-Loop bezeichnet wird, war grundsätzlich
bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Gegenüber den
bekannten Vorgehensweisen unterscheidet sich allerdings die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nunmehr
in der Art und Weise, wie die Lichtquellen 21 bis 23 während der Kalibrierphase
angesteuert werden und in welcher Weise die hierbei gewonnen Informationen,
die von dem Sensor 5 geliefert werden, durch die Steuereinheit 4 ausgewertet werden.
Dies soll nachfolgend anhand der 2 bis 5 erläutert
werden.
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2 zeigt
hierbei zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, wobei der
zeitliche Verlauf der von dem Sensor 5 an die Steuereinheit 4 übermittelten
Signale dargestellt ist. Hierbei ist zunächst noch einmal
darauf hinzuweisen, dass der Sensor 5 nicht nach den Farben
des von den Lichtquellen abgegebenen Lichts unterscheidet sondern
lediglich die Gesamthelligkeit erfasst. Während eines Normalbetriebs
wird also von dem Sensor ein Signal S erfasst, welches die Summe
der Helligkeitswerte L1, L2 und L3 der drei Lichtquellen dargstellt.
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Während
einer Kalibrierphase werden nunmehr die Lichtquellen in aufeinander
folgenden Messzeiträumen derart angesteuert, dass gezielt
jeweils eine der drei Lichtquellen deaktiviert wird. So wird in
einem ersten Messzeitraum die dritte Lichtquelle, in einem zweiten
Messzeitraum die zweite Lichtquelle und in einem dritten Messzeitraum
die erste Lichtquelle deaktiviert. Die während dieser drei Messzeiträume
von dem Sensor erfassten Signale setzen sich dann wie folgt zusammen: S1 = L1 + L2 S2 = L1 +
L3 S3 = L2 + L3
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Anhand
dieser Messsignale S1, S2, S3 kann dann durch die Steuereinheit
in einfacher Weise die Helligkeit für jede einzelne Lichtquelle
ermittelt werden, da aus den drei obigen Gleichungen folgt: L1 = (S1 + S2 – S3)/2 L2
= (S1 – S2 + S3)/2 L3 = (- S1 +
S2 + S3)/2
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Die
auf diese Weise erhaltenen individuellen Helligkeitsinformationen
L1, L2 und L3 werden anschließend durch die Steuereinheit
mit den in dem Speicher hinterlegten Referenzwerten verglichen. Der
Strom bzw. die Leistung für jede der drei Lichtquellen
kann dann in entsprechender Weise angepasst werden, um dem jeweiligen
Referenzwert zu entsprechen, wodurch Alterungserscheinungen ausgeglichen
werden.
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Nach
Abschluss der Kalibrierphase wird dann wieder in einen herkömmlichen
Betrieb übergegangen.
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Die
zuvor beschriebene Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass
in allen drei Messzeiträumen jeweils lediglich eine einzige
Lichtquelle deaktiviert wird bzw. von dem Sensor ein Mischlicht anstelle
einer einzelnen Farbe bewertet wird. Dies hat zur Folge, das in
den einzelnen Messzeiträumen gegenüber dem Lichtsignal
während des Normalbetriebs deutlich geringere Abweichungen
auftreten, als dies der Fall wäre, wenn jeweils lediglich
eine einzige Lichtquelle aktiviert werden würde. Die gegenüber dem
Normalbetrieb auftretenden Abweichungen in dem von der gesamten
Vorrichtung abgegebenen Licht sind dementsprechend für
einen Beobachter deutlich weniger stark wahrnehmbar. Dies bringt bspw.
auch den Vorteil mit sich, dass die Messzeiträume verhältnismäßig
lang bemessen werden können, ohne dass dieser Effekt für
einen Betrachter erkennbar wäre. Hierdurch wird die Genauigkeit
beim Feststellen der einzelnen Lichtstärken deutlich erhöht,
da insbesondere nicht die Gefahr besteht, dass aufgrund von kurzfristigen
Ein- und Ausschalteffekten, die zu Spannungsspitzen führen
können, Verfälschungen im Messergebnis auftreten.
So können die Messungen während der Kalibrierphase
ohne Probleme im Bereich von etwa 100 Hz durchgeführt werden,
wobei selbstverständlich auch die Möglichkeit bestehen
würde, Messungen im KHz-Bereich vorzunehmen.
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Eine
Variante zu der anhand von 2 erläuterten
Vorgehensweise ist in 3 dargestellt und besteht darin,
dass in den drei Messzeiträumen der Kalibrierphase nacheinander
die Lichtquellen deaktiviert werden, so dass sich die folgenden
Messsignale ergeben: S1 = L1 + L2 + L3 S2 = L1 + L2 S3 = L1
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Auch
in diesem Fall kann ohne weiteres durch die Steuereinheit auf die
einzelne Helligkeit rückgeschlossen werden, da nunmehr
folgendes gilt: L1 = S3 L2
= S2 – S3 L3 = S1 – S2
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Auch
hier treten in den ersten zwei Messzeiträumen gegenüber
den Lichtsignalen während des Normalbetriebs geringere
Abweichungen auf, so dass keine störenden Lichteffekte
entstehen. Dieses Verfahren kann zusätzlich ferner dadurch
optimiert werden, dass in aufeinanderfolgenden Kalibrierphasen die
Reihenfolge, in der die Lichtquellen in den einzelnen Messzeiträumen
deaktiviert werden, variiert wird. Auf diese Weise wird das sich
wiederholende Entstehen gleichartiger Licht- bzw. Farbsequenzen
vermieden, wobei eine derartige Variation der Reihenfolge auch bei
dem Verfahren gemäß 2 eingesetzt
werden könnte.
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Eine
weitere Möglichkeit, das in 3 dargestellte
Verfahren zu ergänzen, ist in 4 dargestellt. Hierbei
werden die LEDs während den einzelnen Messzeiträumen
nicht vollständig deaktiviert sondern – wie schematisch
angedeutet – auf einen Pegel herabgedimmt, der unterhalb
einer durch den Sensor wahrnehmbaren Schwelle liegt. Der Beitrag
dieser Lichtquelle zu dem Sensorsignal ist in diesem Fall vernachlässigbar,
weshalb nach wie vor die zuvor angeführten Gleichungen
gelten und dementsprechend wiederum die Intensität jeder
einzelnen Lichtquelle bestimmt werden kann. Da auf der anderen Seite
die Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei niedrigen Helligkeitswerten
verhältnismäßig hoch ist, ist die Intensitätsänderung
gegenüber dem herkömmlichen Betrieb für
einen Betrachter nochmals geringer, weshalb diese Maßnahme – die
selbstverständlich auch bei dem Verfahren gemäß 2 einsetzbar wäre – zusätzlich
dazu beiträgt, Störungen durch die Kalibrierung
der Lichtquellen zu vermeiden.
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Ein
Vorteil der bislang beschriebenen Varianten der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise besteht – wie bereits erwähnt – darin,
dass im Rahmen der Kalibrierphase die Intensitätsabweichungen
gegenüber dem Normalbetrieb geringer sind, so dass für
einen Betrachter der Leuchte keine Flackererscheinungen auftreten.
Anhand von 5 soll nunmehr eine weitere
Variante beschrieben werden, welche für den Fall anwendbar
ist, dass die Lichtquellen mit pulsweiten-modulierten Signalen betrieben
werden. Diese Art der Ansteuerung von LEDs bietet sich insbesondere
dann an, wenn LEDs in ihrer Intensität verändert werden
sollen, um bspw. Mischlicht eines gewünschten Farbtons
zu erzielen. Dabei werden die LEDs alternierend ein- und ausgeschalten,
wobei das zeitliche Verhältnis zwischen Einschaltzeit und
Ausschaltzeit die durchschnittliche Intensität der jeweiligen LED
beeinflusst. Durch eine Veränderung dieses Tastverhältnisses
kann dementsprechend die Intensität der entsprechenden
Lichtquelle nahezu stufenlos eingestellt werden.
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5 zeigt
nunmehr den zeitlichen Verlauf der von dem Sensor empfangenen Signale
bei einem derartigen PWM-Betrieb, wobei die Signalfolge den Normalbetrieb
der LED-Leuchte wiedergibt.
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Die
Besonderheit des nunmehr beschriebenen Verfahrens besteht darin,
dass die während des Normalbetriebs erzeugten Lichtsignale
auch zur Ermittlung der Intensitäten L1, L2 und L3 der
einzelnen Lichtquellen herangezogen werden können. Dies
ist möglich, da die Pulsweiten für die einzelnen
Lichtquellen bekannt (da durch die Steuereinheit vorgegeben) sind
und hieraus die Zeitabstände Δt1, Δt2
und Δt3 ermittelt werden können.
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Es
wäre nunmehr also möglich, gezielt innerhalb der
drei Zeiträume jeweils kurz durch den Sensor die Gesamtintensität
des von den Lichtquellen abgegebenen Lichts zu bestimmen und dann
wie oben erläutert die Intensität jeder Lichtquelle
einzeln zu bestimmen. Die Genauigkeit der Messungen kann allerdings
noch erhöht werden, indem das von dem Sensor erfasste Signal über
die Dauer des jeweiligen Messzeitraums hinweg integriert wird. Die
Besonderheit besteht nunmehr darin, dass die Messzeiträume für
eine Kalibrierung der Lichtquellen an diese Zeitabstände
angepasst werden, wobei sich dann für die über
die drei Messzeiträume hinweg integrierten und auf die
Pulsweitendauer PW normierten Signale folgendes ergibt: S1* = L1·Δt1/PW + L2·Δt1/PW
+ L3·Δt1/PW S2* = L1·Δt2/PW
+ L2·Δt2/PW S3* = L1·Δt3/PW
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Wiederum
kann hieraus dann die Intensität für die jeweilige
Lichtquelle nach folgenden Gleichungen berechnet werden: L1 = S3*·PW/Δt3 L2 = (S2* – S3*·Δt2/Δt3)·PW/Δt2 L3 = (S1* – S3*·Δt1/Δt3 – (S2* – S3*·Δt2/Δt3)·PW/Δt2)·PW/Δt1
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Der
Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Intensitäten
der einzelnen Lichtquelle während des laufenden Betriebs
ermittelt werden können, ohne dass gegenüber dem
herkömmlichen Betrieb eine Abweichung in der Ansteuerung
der Lichtquellen vorgenommen werden muss. Mit anderen Worten, die
Maßnahmen zur Kalibrierung der Lichtquellen sind für
einen Betrachter nicht mehr wahrnehmbar. Dies wiederum bedeutet
ferner, dass während des Betriebs dauerhaft eine entsprechende Nachregelung
der LEDs stattfinden kann, da nicht lediglich in bestimmten Zwischenphasen
eine Kalibrierung vorgenommen werden muss.
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Das
soeben beschriebene Verfahren kann ferner auch dahingehend modifiziert
werden, dass die Zeitpunkte, zu denen die im PWM-Betrieb betriebenen
LEDs aktiviert werden, unterschiedlich gewählt werden.
Für unterschiedliche Dimmpegel können dann verschiedene
Start- und Stoppzeiten herangezogen werden, bspw. anhand einer Tabelle,
um keine regelmäßigen Intensitätsspitzen
hervorzurufen. Diese Maßnahme trägt wiederum dazu
bei, dass die äußerlich wahrnehmbaren Effekte
beim Kalibrieren der Lichtquellen reduziert werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich
auf Vorrichtungen zur Lichtabgabe anwendbar, welche mindestens drei
voneinander unabhängig ansteuerbare Lichtquellen, insbesondere
LEDs aufweisen. Für den Fall, dass mehr als drei Lichtquellen
eingesetzt werden, kann das Verfahren ohne weiteres entsprechend
erweitert werden. Die sich hierbei ergebenden Gleichungen zur Ermittlung
der jeweils individuellen Lichtstärken würden
dann entsprechend zunehmen, wobei allerdings trotz allem eine eindeutige
Ermittlung der einzelnen Lichtstärken für jede
Lichtquelle möglich ist. Es ist hierbei auch nicht zwingend
erforderlich, dass die verschiedenen Lichtquellen Licht unterschiedlicher
Farbe emittieren. Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist lediglich, dass zumindest zwei verschiedene Farben
von der Lichtquelle zur Verfügung gestellt werden.
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Die
vorbeschriebenen Maßnahmen dienen insbesondere dazu, Abweichungen
in den Intensitäten der einzelnen Lichtquellen auszugleichen,
welche auf Alterungserscheinungen zurückzuführen sind.
Um ferner auch Fertigungstoleranzen beim Herstellen der LEDs berücksichtigen
zu können, kann ergänzend vorgesehen sein, dass
bei der Herstellung die LEDs nach deren Montage einmalig mit Hilfe
eines geeigneten Farbsensors vermessen werden und jeweils für
die einzelnen Lichtquellen exakt festgestellt wird, in welcher Stärke
und Farbe Licht von den entsprechenden LEDs emittiert wird. Diese
Information kann dann während des späteren Betriebs
dazu genutzt werden, festzulegen, wie stark die Lichtquellen angesteuert
werden müssen, um Licht einer gewünschten Mischfarbe
zu erzeugen. Diese Maßnahme trägt also zusätzlich
dazu bei, sicherzustellen, dass letztendlich ein Mischlicht generiert
wird, welches exakt auf dem gewünschten Farbort liegt.
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Letztendlich
wird also durch die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit
geschaffen, Lichtquellen während des laufenden Normalbetriebs
einer LED-Leuchte nachzuregeln, ohne dass hierbei Intensitätsveränderungen
im abgegebenen Licht auftreten, welche für einen Betrachter
deutlich wahrnehmbar sind. Die lichttechnischen Eigenschaften der
Vorrichtung werden auf diese Weise signifikant verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1056993
B1 [0004, 0005]