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Allgemeiner Stand der Technik
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Farbbeleuchtungssysteme
arbeiten mit mehreren verschiedenen Farbemittern, um eine große Bandbreite
an Farben anzuzeigen. Einige Beleuchtungssysteme arbeiten mit roten,
grünen
und blauen Emittern. Andere Beleuchtungssysteme arbeiten mit anderen
Farben, wie zum Beispiel rot, grün,
blau und gelb. Es werden Kombinationen dieser Farben verwendet,
um die große
Bandbreite an Farben auszusenden, die durch Beleuchtungssysteme
ausgesendet werden.
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Um
sicher zu sein, dass die richtigen Farben von dem Beleuchtungssystem
ausgesendet werden, sind mehrere Farbsensoren oder -detektoren in
der Nähe
der Emitter angeordnet. Die Sensoren messen die Intensität von Licht,
das von ihren zugeordneten Emittern ausgesendet wird, was es ermöglicht,
das Lichtverhältnis
für bestimmte
Bereiche des Beleuchtungssystems zu berechnen. Wie oben angemerkt, bestimmt
das Lichtverhältnis
die Farbe des Lichts, das von dem Beleuchtungssystem ausgesendet wird.
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Das
berechnete Lichtverhältnis
wird mit dem Lichtverhältnis
verglichen, das von einem Beleuchtungssystem ausgesendet werden
soll, und es werden Korrekturen ausgeführt, um die Farbe zu korrigieren.
Zum Beispiel soll eine bestimmte Farbe ausgesendet werden, die folgende
Lichtanteile aufweist: 20% rot, 20% grün und 60% blau. Wenn die Farbsensoren
andere Verhältnisse
detektieren, so werden die Verhältnisse
durch ein Beleuchtungsfarbverwaltungssystem oder dergleichen, das
mit dem Beleuchtungssystem zusammenarbeitet, korrigiert.
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Um
eine exakte Rückmeldung
bezüglich
der tatsächlich
ausgesendeten Farben zu erhalten, müssen die Farbsensoren exakt
kalibriert sein. In dem Maße,
wie die Bandbreite der Farben oder die Farbskala größer wird,
die ausgesendet werden kann, muss die Genauigkeit der Kalibrierung
zunehmen.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren zur Kalibrierung
eines Beleuchtungssystems bereitzustellen, welches eine verbesserte Genauigkeit
der Kalibrierung bereitstellen mag.
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Die
Aufgabe wird durch die Verfahren zu Kalibrierung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Beleuchtungssystems bereitgestellt,
wobei das Beleuchtungssystem zumindest einen Lichtemitter und zumindest
einen Farbsensor aufweist, wobei das Verfahren ein Emittieren eines
Lichts einer ersten Lichtfarbe mit einer ersten Peakwellenlänge mittels des
zumindest einen Lichtemitters und ein Messen der ersten Lichtfarbe
unter Verwendung des zumindest einen Farbsensors aufweist. Ferner
weist das Verfahren ein Emittieren eines Lichts einer zweiten Lichtfarbe
mit einer zweiten Peakwellenlänge
mittels des zumindest einen Lichtemitters und das Messen der zweiten
Lichtfarbe unter Verwendung des zumindest einen Farbsensors auf.
Nachfolgend wird eine Verschiebung zwischen der ersten und zweiten
Lichtfarbe berechnet und auf Grundlage der berechneten Verschiebung
zumindest eine Kalibrierungsmatrix berechnet. Insbesondere mag das
Beleuchtungssystem eine Mehrzahl von Lichtemittern und/oder Farbsensoren
aufweisen.
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Gemäß einem
anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel
wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Beleuchtungssystems bereitgestellt,
wobei das Beleuchtungssystem eine Mehrzahl von Lichtemitter und
eine Mehrzahl von Farbsensoren aufweist, wobei das Verfahren ein
Kalibrieren des Beleuchtungssystems aufweist. Das Kalibrieren weist
ein Emittieren von Licht einer ersten Lichtfarbe mit einer ersten Peakwellenlänge unter
Verwendung eines ersten der Mehrzahl von Lichtemittern und ein Messen
der ersten Lichtfarbe unter Verwendung der Mehrzahl von Farbsensoren
auf. Ferner weist das Verfahren ein Emittieren eines Lichts einer
zweiten Lichtfarbe mit einer zweiten Peakwellenlänge unter Verwendung des ersten
Lichtemitters und ein Messen der zweiten Lichtfarbe unter Verwendung
der Farbsensoren auf. Nachfolgend wird eine Verschiebung zwischen
der ersten und zweiten Lichtfarbe berechnet und auf Grundlage der
berechneten Verschiebung zumindest eine Kalibrierungsmatrix berechnet.
Ferner weist das Verfahren ein Empfangen von Daten bezüglich Lichtfarben,
die von dem Beleuchtungssystem ausgegeben werden sollen und ein
Steuern der Mehrzahl von Lichtemittern dergestalt auf, dass sie
diese Lichtfarben emittieren. Ferner wird das von den Lichtemittern emittierten
Lichts mit Hilfe der Mehrzahl von Farbsensoren überwacht. Weiterhin werden
durch Anwenden der zumindest einen Kalibrierungsmatrix auf erste Daten,
die das überwachte
Licht repräsentieren, zweite
Daten erzeugt und auf der Grundlage der zweiten Daten werden Instruktionen
werden zu den Lichtemittern übertragen.
Insbesondere mögen
die ersten Daten die gemessenen Lichtfarben und/oder die Intensitäten der
gemessenen Lichtfarben sein.
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Unter
der Lichtfarbe mag beispielsweise die emittierte oder ausgesandte
Peakwellenlänge
verstanden werden. Die berechnete Verschiebung mag insbesondere
eine Verschiebung in eine Richtung sein, d. h. eine Veränderung
der Peakwellenlänge, Farbe
oder Lichtwellenlänge
zu kleineren oder zu größeren Wellenlängen. Insbesondere
mag die Größe der Verschiebung
in einem vorgegeben Bereich liegen. Ein möglicher Bereich mag um 1 nm
herum angesiedelt sein, oder die Verschiebung mag bevorzugt 1 nm
sein.
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In
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
mag das Emittieren des Lichts der ersten Wellenlänge bei einer ersten Temperatur
stattfinden, während
das Emittieren des Lichts der zweiten Wellenlänge bei einer zweiten Temperatur
stattfindet, welche von der ersten Temperatur verschieden ist. Beispielsweise
mag die Temperatur des Lichtemitters geändert werden.
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In
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
mag das Emittieren des Lichts der ersten Wellenlänge bei einem ersten Stromfluss
durch den Lichtemitter stattfinden, während das Emittieren des Lichts
der zweiten Wellenlänge
bei einem zweiten Stromfluss durch den Lichtemitter stattfindet,
wobei der erste und der zweite Stromfluss unterschiedlich ist. Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaubild einer Ausführungsform
eines Beleuchtungssystems.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
eines Kalibrierungsverfahrens beschreibt, das auf das Beleuchtungssystem
von 1 angewendet wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine
vereinfachte Version eines Farbbeleuchtungssystems 100 ist
in 1 gezeigt. Das Beleuchtungssystem 100 von 1 enthält mehrere Lichtemitter 106,
die im vorliegenden Text als Leuchtdioden (LEDs) 106 beschrieben
werden. Es ist anzumerken, dass auch andere Emitter als LEDs in
dem Beleuchtungssystem 100 verwendet werden können. Es
ist außerdem
anzumerken, dass der Begriff "Lichtemitter" eine einzelne Lichtquelle
und keine Kombination von Lichtquellen meint. Eine Kombination von Lichtquellen
meint das Beleuchtungssystem 100. Die LEDs 106 werden
einzeln als die rote LED 108, die grüne LED 110 und die
blaue LED 112 bezeichnet. Die Farbbezeichnungen der LEDs 106 beziehen
sich auf das allgemeine farbliche Erscheinungsbild der LEDs 106,
was der Spitzenwellenlänge
von Licht entspricht, das durch die LEDs 106 ausgesendet
oder emittiert wird. Es können
aber auch andere Farben als die oben angesprochenen Farben durch
die LEDs 106 emittiert werden.
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Nahe
des LEDs 106 sind mehrere Farbsensoren 116 angeordnet.
Die Sensoren können
in einem Bereich angeordnet werden, wo die Abstrahlung von den Lichtemittern
gut vermischt ist. Die Farbsensoren 116 werden einzeln
als ein Rot-Sensor 118, ein Grün-Sensor 120 und ein
Blau-Sensor 122 bezeichnet. Jeder der Sensoren 116 detektiert
an Lichtband oder eine Wellenlängenbandbreite,
die von den entsprechenden LEDs 106 emittiert wird. Zum
Beispiel detektiert der Rot-Sensor 118 eine Lichtbandbreite, die
um eine Rotlichtwellenlänge
herum zentriert ist. Die Bandbreite kann sich zu den grünen und
blauen Wellenlängen
hin erstrecken.
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Die
Sensoren 116 geben eine Spannung, eine Zahl, einen Strom
oder einen sonstigen Indikator aus, der proportional zur Intensität des von
ihnen empfangenen Lichts ist. In der Ausführungsform, wo die Sensoren 116 Spannungen
ausgeben, kann eine hohe Spannung das Detektieren einer hohen Lichtintensität anzeigen.
Gleichermaßen
zeigt eine niedrige Spannung das Detektieren einer geringen Lichtintensität an. Wenn
also die Sensoren 116 mit einem roten Licht angestrahlt
werden, so gibt der Rot-Sensor 118 eine hohe Spannung aus,
und der Grün-Sensor 120 und
der Blau-Sensor 122 geben relativ niedrige Spannungen aus.
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Die
Sensoren 116 sind mit einem Prozessor 130 verbunden,
der die Daten von den Sensoren 116 verarbeitet. Zum Beispiel
kann der Prozessor 130 analoge Ausgangssignale von den
Sensoren 116 in digitale Darstellungen der Intensität des von
den Sensoren 116 empfangenen Lichts umwandeln. Der Prozessor 130 gibt
diese Daten an ein Beleuchtungsfarbverwaltungssystem (ICM) 134 aus.
Wie werter unten noch ausführlicher
beschrieben wird, analysiert das ICM 134 die Daten des
Prozessors 130, um die von dem Beleuchtungssystem 100 emittierten Farben
zu korrigieren. Das ICM 134 empfängt Daten von Nutzereingaben,
bei denen es sich um digitale Daten von einem Computer oder Prozessor
handeln kann, die für
die Farbe steht, die von dem Beleuchtungssystem 100 ausgegeben
werden soll.
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Das
ICM 134 gibt Instruktionen oder Daten an die LED-Ansteuereinheit 138 aus.
Die Instruktionen enthalten die Intensitäten von Licht, das von den LEDs 106 ausgesendet
werden soll, um eine gewünschte
Farbe zu erzeugen. Wie werter unten noch eingehender beschrieben
wird, analysiert oder nutzt das ICM 134 Kalibrierungsdaten
und dergleichen, um die Intensitäten
von Licht zu bestimmen, das von den LEDs 106 ausgesendet
werden soll. In einigen Ausführungsformen
verwendet die LED-Ansteuereinheit 138 Puisbreitenmodulations(PWM)-Signale
zum Ansteuern oder Treiben der LEDs 106. Somit werden die
Intensitäten
von Licht, das von den LEDs 106 ausgesendet wird, verändert, indem
die Arbeitszyklen der PWM-Signale verändert werden.
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Das
Beleuchtungssystem 100 muss so kalibriert werden, dass
von dem ICM 134 vorgenommene Korrekturen richtig sind.
Das ICM 134 korrigiert die Farben gemäß einer Kalibrierungsmatrix.
Es wird auf den CIE-Farbraum Bezug genommen, der als ein Kalibrierungsstandard
für Farbe
verwendet wird. Es ist anzumerken, dass hier auch andere Kalibrierungsstandards
verwendet werden können.
Einige herkömmliche
Beleuchtungssysteme verwenden eine einzelne Kalibrierungsmatrix,
die auf Farben innerhalb des gesamten CIE-Farbraums angewendet wird.
Wie im vorliegenden Text beschrieben wird, kann das Beleuchtungssystem 100 je
nach der Position der gewünschten
Farbe in dem CIE-Farbraum mehrere verschiedene Kalibrierungsmatrizes
verwenden. Wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird,
werden in die Emitter 106 geringfügige Wellenlängenverschiebungen
hineininduziert und durch die Sensoren 116 gemessen, die
für genauere Kalibrierungsmatrizes
sorgen.
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Die
unten beschriebenen Kalibrierungstechniken können während der Herstellung des Beleuchtungssystems 100 im
Anschluss an die Montage der LEDs 106 und der Sensoren 116 ausgeführt werden. Nach
der Herstellung des Beleuchtungssystems 100 werden einzelne
LEDs 106 beleuchtet oder zum Leuchten gebracht, und ihre
Farben werden mit Hilfe der Sensoren 116 gemessen. Mit
Bezug auf das Beleuchtungssystem 100 von 1 gibt
es drei LEDs 106, weshalb die oben angesprochenen Matrizes
auf drei Farbpunkte in dem CIE-Farbraum angewendet werden.
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Die
im vorliegenden Text beschriebenen Kalibrierungsverfahren können durch
einen Computer oder dergleichen ausgeführt werden, der mit Hilfe eines
computerlesbaren Speichermediums, das Firmware enthält, eines
magnetischen Speichermediums, eines optischen Speichermediums oder
einer sonstigen Form von Datenspeicher arbeitet. Computercode zum
Ausführen
der Kalibrierung kann auf dem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Der Computer kann eine Komponente des Beleuchtungssystems 100 sein,
oder er kann Fertigungseinrichtungen zugeordnet sein. Werte für die im vorliegenden
Text beschriebenen Kalibrierungsmatrizes können zu dem Beleuchtungssystem 100 übertragen
und darin gespeichert werden.
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Die
LEDs 106 und andere Lichtquellen, die von dem Beleuchtungssystem 100 verwendet
werden können,
senden nicht immer eine einzige und konstante Lichtwellenlänge aus.
Zum Beispiel kann die Bandbreite von Licht, das von der roten LED 108 ausgesendet
wird, um eine bestimmte Peakwellenlänge herum zentriert sein, die
als die Wellenlänge für diese
spezielle rote LED 108 bezeichnet wird. Zum Beispiel ändern sich
die Wellenlängen
der LEDs 106 geringfügig
in Abhängigkeit
von dem Strom, der durch die LEDs 106 fließt. Außerdem ändern sich
die Wellenlängen
der LEDs 106, wenn sich die Temperatur der LEDs 106 ändert, und
sie ändern
sich auch mit dem Alter der LEDs 106. Diese Änderungen
der von den LEDs 106 emittierten Wellenlängen können bekannt
sein. Zum Beispiel können
die Daten von dem Hersteller der LEDs 106 bereitgestellt
werden.
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In
einer Ausführungsform
beträgt
die Peakwellenlänge
für die
rote LED 108 bei einer Umgebungstemperatur von 50,0 Grad
Celsius 639,1 Nanometer. Werte, die von den Sensoren 116 detektiert werden,
sind 264,0 für
den Rot-Sensor 118, 19,0 für den Grün-Sensor 120 und 4,0
für den
Blau-Sensor 122. Wenn die Umgebungstemperatur auf 30,0
Grad Celsius gesenkt wird, so verschiebt sich die Peakwellenlänge zu 636,5
Nanometer. Bei dieser Wellenlänge
gibt der Rot-Sensor 118 einen Wert von 288,0 aus, der Grün-Sensor
gibt einen Wert von 20 aus, und der Blau-Sensor gibt einen Wert
von 5,0 aus. Genauer gesagt, wurde die Wellenlänge des Spitzenleistung oder
Spitzenausgabe der roten LED 108 um ungefähr 2,2 Nanometer verringert,
was durch die Sensoren 116 detektiert wurde.
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Die
von dem Rot-Sensor 108 ausgegebene Peakwellenlänge kann
durch Erwärmen
der roten LED 108 erhöht
werden. Wenn die rote LED 108 auf 80,0 Grad Celsius erwärmt wird,
so verschiebt sich die Peakwellenlänge auf 641,5 Nanometer. Bei
dieser Wellenlänge
gibt der Rot-Sensor 118 einen Wert von 240,0 aus, der Grün-Sensor
gibt einen Wert von 17,0 aus, und der Blau-Sensor gibt einen Wert von 4,0 aus.
Dementsprechend erhöhte
sich die Peakwellenlänge
um 2,4 Nanometer, was durch die Sensoren 116 detektiert
wurde.
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Ähnliche Änderungen
der Peakwellenlängen lassen
sich auch bezüglich
der grünen
LED 110 und der blauen LED 112 erreichen. Dementsprechend können die
Peakwellenlängen
aller LEDs 106 verändert
werden, indem die Temperaturen der LEDs 106 verändert werden.
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Ein
weiteres Verfahren zum Ändern
der Peakwellenlänge
der LEDs 106 ist das Ändern
des Ansteuerstroms oder Treibstroms der LEDs 106. In einer
Ausführungsform
gibt die rote LED 108 eine Peakwellenlänge von 635,9 Nanometer bei
einem Ansteuerstrom von 20,0 mA aus. Bei dieser Wellenlänge gibt
der Rot-Sensor 118 einen Wert von 289,0 aus, der Grün-Sensor 120 gibt
einen Wert von 20,0 aus, und der Blau-Sensor gibt einen Wert von
4,0 aus. Wenn der Ansteuerstrom auf 5,0 mA sinkt, so sinkt die Peakwellenlänge auf
634,6 Nanometer, was eine Änderung
von 1,3 Nanometer ist. Bei diesem Strom gibt der Rot-Sensor 118 einen
Wert von 67,0 aus, der Grün-Sensor 120 gibt
einen Wert von 8,0 aus, und der Blau-Sensor 122 gibt einen
Wert von 4,0 aus. Somit kann die Differenz der Peakwellenlänge durch
die Sensoren 116 detektiert werden.
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Mindestens
eine der oben beschriebenen Techniken wird während der Herstellung auf jede
der LEDs 106 angewendet, um Kalibrierungsmatrizes zu erhalten.
Zum Beispiel können
die Reaktionen der Sensoren 116, wenn die rote LED 108 beleuchtet oder
betrieben wird, bei mehreren verschiedenen und bekannten Wellenlängen erhalten
werden. Auf der Grundlage der Sensorreaktionen und der Peakwellenlängen können Korrekturmatrizes,
wie zum Beispiel Drei-mal-drei-Matrizes, berechnet werden. Das ICM 134 mag
die Matrizes während
des Betriebes verwenden, um das Beleuchtungssystem 100 zu veranlassen,
sehr präzise
Farben auszugeben. Genauer gesagt, mag das ICM 134 die
Korrekturmatrizes dafür
verwenden, Werte zu korrigieren, die durch die Sensoren 116 empfangen
wurden.
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In
einigen Ausführungsformen
mögen die Korrekturen
auf der Grundlage von Betriebsbedingungen des Beleuchtungssystems
angewendet werden. Wenn sich zum Beispiel die Peakwellenlänge einer
bestimmten LED mit zunehmendem Alter der LED ändert, so mögen die Korrekturmatrizes eine Korrektur
auf der Grundlage der bekannten Peakwellenlängenänderungen anwenden. In anderen
Beispielen mögen
die Matrizes auf der Grundlage der Temperatur angewendet werden,
wobei sich die Peakwellenlängen
der LEDs 106 mit der Temperatur ändern und die Korrekturmatrizes
auf der Grundlage dieser Temperaturen berechnet wurden.
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Nach
der Beschreibung des Beleuchtungssystems 100 und der Funktionsweise
des Beleuchtungssystems 100 wird nun die Kalibrierung unter
zusätzlichem
Bezug auf das Flussdiagramm von 2 beschrieben.
Bei Schritt 210 werden die Sensorreaktionen gemessen, während einzelne
LEDs 106 beleuchtet oder betrieben werden. Zum Beispiel
mag die rote LED 108 beleuchtet werden, während die grüne LED 110 und
die blaue LED 112 ausgeschaltet sind. Die Sensoren 116 messen
das von der roten LED 108 ausgesandte Licht.
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Bei
Schritt 212 wird eine andere Reaktion an den Sensoren 116 induziert,
indem die Wellenlängen der
individuellen LEDs 106 wie oben beschrieben verschoben
werden. Außerdem
kann die Wellenlängenverschiebung
simuliert werden, indem die bekannten Änderungen der Peakwellenlängen in
Abhängigkeit
von verschiedenen Betriebsbedingungen verwendet werden, wie zum
Beispiel Ansteuerstrom und Temperatur. In einigen Ausführungsformen
werden die Peakwellenlängen
sowohl erhöht
als auch verringert. Mit Bezug auf das Beispiel der roten LED 108 wird
die Peakwellenlängen
der roten LED 108 verschoben und erneut von den Sensoren 116 gemessen.
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In
Schritt 214 wird die entsprechende Verschiebung in dem
CIE-Farbraum berechnet. Genauer gesagt, entspricht die von den Sensoren 116 detektierte
Verschiebung der Peakwellenlänge
einer Verschiebung im CIE-Farbraum, die berechnet wird. In Schritt 216 werden
die Kalibrierungsmatrizes auf der Grundlage des CIE-Farbraums und
dergleichen berechnet. Während
des Betriebes des Beleuchtungssystems 100 werden die Korrekturmatrizes
angewendet, um die von den Sensoren 116 detektierten Farben
zu korrigieren, so dass die Rückmeldung
an die LED-Ansteuereinheit 138 präzise ist.
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Die
Kalibrierungsmatrizes mögen Drei-mal-drei-Matrizes
sein. Die drei Zeilen mögen die
Farben Rot, Grün
und Blau repräsentieren.
Die Spalten repräsentieren
die Werte, die durch die Wellenlängenverschiebungen
erhalten werden. Zum Beispiel mag es sich bei der mittleren Spalte
um Darstellungen von Werten handeln, die bei den vorgeschriebenen
Wellenlängen
erhalten wurden. Bei der linken Spalte kann es sich um Darstellungen
von Werten handeln, die unter Verwendung kürzerer Wellenlängen erhalten
wurden, und bei der rechten Spalte kann es sich um Darstellungen
von Werten handeln, die unter Verwendung längerer Wellenlängen erhalten
wurden. Es mögen ähnliche
Matrizes auf der Grundlage des CIE-Farbraums berechnet werden. Die
Matrizen mögen
kombiniert werden, um die Korrekturmatrix zu berechnen.
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Die
hierin beschriebene Kalibrierung mag auf verschiedene Positionen
im Farbraum angewendet werden. Genauer gesagt, werden Kalibrierungsmatrizes
für alle
der Sensoren berechnet. Darum berechnet die im vorliegenden Text
beschriebene Kalibrierung Kalibrierungsmatrizes für eine Mehrzahl
von verschiedenen Farbraumpositionen. Auf diese Weise lässt sich
eine präzise
Farbsteuerung erreichen. Herkömmliche
Kalibrierungstechniken erzeugen lediglich eine einzige Kalibrierungsmatrix
für den
gesamten Farbraum, was keine präzise
Farbverwaltung oder Farbmanagement ermöglicht.