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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung einer Lichtfarbe
durch Mischen mehrerer Licht emittierender Dioden (LEDs). Um genauer
zu sein die Erfindung ist auf die Erzeugung einer gewünschten Farbe
und auf die Steuerung von LEDs gerichtet, um die gewünschte
Farbe durch Mischen von Licht zu erhalten, das durch die betreffenden
LEDs erzeugt wird.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannte
US 6552495 B1 offenbart eine Steuerungsanordnung
zur Erzeugung einer erwünschten Lichtfarbe auf der Basis
dreier, nämlich einer roten, grünen und blauen
LED. Die Anordnung umfasst einen Sensor zur Messung der Farbkoordinaten
der Lichtfarbe, die durch die drei LEDs erzeugt wird. Ein Umwandlungsmodul
ist ausgelegt, die Farbkoordinaten in einen anderen Farbraum zu
konvertieren. Referenzfarbkoordinaten, die dem gewünschten
Licht entsprechen und in dem zweiten Farbraum ausgedrückt
sind, werden durch ein weiteres Transformationsmodul bereitgestellt.
Fehlerfarbkoordinaten zwischen den gewünschten Licht-Farbkoordinaten
und den erzeugten Licht-Farbkoordinaten werden dann erzeugt und
einem Treibermodul zugeführt, das ausgelegt ist, Treibersignale
I
R, I
G, I
B zur Ansteuerung der LEDs zu erzeugen.
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Jedoch
ist die Verwendung von nur drei LEDs, um eine Farbe auf der Basis
von nur drei Grundfarben (RGB) zu erzeugen, nachteilig, da der Farbwiedergabeindex
(CRI) der Mischfarbe hinsichtlich der spektralen Abstände
zwischen der roten, grünen und blauen Farbe eingeschränkt
ist.
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Die
WO 2006/109237 A1 schlägt
vor, dieses Problem zu lösen und den CRI der erzeugten
Farbe durch Verwendung eines LED-Moduls zu erhöhen, das
mehr als drei verschiedene LEDs umfasst. Durch Hinzuziehen einer
vierten LED, zum Beispiel einer weißen LED, kann der CRI-Index
verbessert werden.
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Jedoch
ist das Problem nun, dass der Referenzwert der gewünschten
Farbe nur drei Koordinaten X, Y, Z, aufweist, wohingegen vier Ausgangssignale
erzeugt werden müssen, um die drei LEDs und die zusätzliche
LED anzusteuern. Zur Überwindung dieses Problems wertet
dieser Stand der Technik die Position der Farbkoordinaten der gewünschten
Farbe in dem Farbraum aus. Um genauer zu sein, es wird ausgewertet,
in welchem Subdreieck, das in dem Farbraum durch die vier Lichtquellen
erzeugt werden kann, die Referenzfarbe sich befindet. Das Farbdiagramm
der 6 zeigt ein Beispiel mit fünf möglichen
Subdreiecken, die durch die Punkte P0 bis P5 begrenzt werden. Dann
wird die betreffende vierte Lichtquelle außerhalb des Subdreiecks,
das den Referenzfarbpunkt Px enthält, ausgeschaltet, was
in drei Lichtquellen resultiert, die leicht im Hinblick auf ein
Normfarbwerteingangssignal zu steuern sind.
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In
dieser Hinsicht ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Steuerung eines Lichtmoduls zu verbessern, das wenigstens vier
verschiedene Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren aufweist.
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Ein
erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vielzahl
aus wenigstens vier LEDs mit unterschiedlichen Spektren derart,
dass die Überlagerung des durch die wenigstens vier LEDs
erzeugten Lichtes in Licht eines vorbestimmten Sollfarbkoordinatenwertes
resultiert. Das Verfahren umfasst den Schritt des Ermitteln des
Ansteuerwertes für jede LED durch Multiplizieren des Sollfarbkoordinatenwerts
mit der Pseudoinversen einer Verstärkungsmatrix, die in
Farbkoordinaten die Lichtabgabe jeder LED für einen gegebenen
Ansteuerwert angibt.
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Ein
anderer Aspekt schlägt ein Verfahren zur Ansteuerung einer
Vielzahl von wenigstens vier LEDs mit unterschiedlichen Spektren
derart vor, dass die Überlagerung des durch die wenigstens
vier LEDs erzeugten Lichtes in Licht eines vorbestimmten Sollfarbkoordinatenwertes
resultiert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Aufstellen einer Verstärkungsmatrix,
die in Farbkoordinaten die Lichtabgabe jeder LED für einen
gegebenen Ansteuerwert angibt, Berechnen der Pseudoinversen der
Verstärkungsmatrix, und
- – Berechnen des Ansteuerwertes für jede LED
durch Multiplizieren des Sollfarbkoordinatenwertes mit der Pseudoinversen
der Verstärkungsmatrix.
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Das
Verfahren kann des Weiteren die folgenden Schritte aufweisen:
- – Messen der Farbkoordinate des durch
die wenigstens vier LEDs erzeugten Lichtes, und
- – Berechnen des Ansteuerwertes für jede LED
durch Multiplizieren eines Wertes, welcher eine Funktion des Sollfarbkoordinatenwerts
ist, und des tatsächlich gemessenen Wertes mit der Pseudoinversen
der Verstärkungsmatrix.
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Die
erzeugten Ansteuersignale können pulsweitenmodulierte Signale
sein.
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Das
Verfahren kann den Schritt des Berechnens und Speicherns von kritischen
Bereichen des Farbraums, in denen die Pseudo-Matrix-Multiplikation
in einem Ansteuerwert von weniger als Null für wenigstens eine
LED resultieren würde, für das überlagerte
Licht der wenigstens vier LEDs umfassen.
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Die
Pseudo-Matrix-Multiplikation kann nur dann durchgeführt
werden, wenn die Koordinatenwerte sich in keinem der berechneten,
kritischen Bereiche befinden.
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Irgendeine
LED, für die die Multiplikation mit der Pseudoinversen
in einem negativen Steuerwert resultieren würde, kann abgeschaltet
werden.
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Das
Verfahren kann den Schritt des Messens der Verstärkungsmatrix
umfassen.
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Die
Messung kann in einer Anfahrsequenz durchgeführt werden,
während irgendeine Rückkopplungsschleife deaktiviert
ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, mit dem ein
Verfahren gemäß irgendeines der vorhergehenden
Stufen durchgeführt wird, wenn es auf einer Recheneinheit,
wie zum Beispiel einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.
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Die
Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine integrierte Schaltung,
wie zum Beispiel eine ASIC, welche ausgelegt ist, ein Verfahren
wie zuvor angegeben durchzuführen.
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Ein
anderer Aspekt betrifft ein Anordnung zur Ansteuerung einer Vielzahl
von wenigstens vier LEDs mit unterschiedlichen Spektren, so dass
die Überlagerung des Lichtes, das von den wenigstens vier
LEDs emittiert wird, in Licht eines voreingestellten Sollfarbkoordinatenwertes
resultiert. Die Anordnung umfasst Mittel zur Bestimmung des Ansteuerwertes
für jede LED durch Multiplizieren des Sollfarbkoordinatenwertes
mit einer Pseudoinversen einer Verstärkungsmatrix, wobei
die Verstärkungsmatrix in Farbkoordinaten die Lichtabgabe jeder
LED für einen gegebenen Ansteuerwert angibt.
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Schließlich
schlägt die Erfindung ein Anordnung zur Ansteuerung einer
Vielzahl von wenigstens vier LEDS mit unterschiedlichen Spektren
vor, so dass die Überlagerung des Lichtes, das von den
wenigstens vier LEDs emittiert wird, in Licht eines vorgegebenen
Sollfarbkoordinatenwertes resultiert, wobei das Anordnung umfasst:
- – Mittel zur Speicherung einer Verstärkungsmatrix,
die in Farbkoordinaten die Lichtabgabe jeder LED für einen
gegebenen Ansteuerwert angibt,
- – Mittel zur Berechnung der Pseudoinversen der Verstärkungsmatrix,
und
- – Mittel zur Berechnung des Ansteuerwertes für
jede LED durch Multiplizieren des Sollfarbkoordinatenwertes mit
der Pseudomatrix.
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Die
Erfindung schlägt ein Entkopplungsverfahren durch Verwendung
der Pseudoinversen der Verstärkungsmatrix vor. Bei Verwendung
des Entkopplungsverfahren kann jedes der vier unterschiedlichen
Spektren (bevorzugt R, G, B und irgendeine zusätzliche
Farbe) unabhängig von jeder anderen berücksichtigt
werden, da der betreffende Beitrag von einer Farbe auf die andere
Farbe durch einen Kompensationsfaktor, welcher durch die pseudoinverse
Matrix gegeben ist, berücksichtigt wird.
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Wenn
die Erfindung verwendet wird, wenn immer möglich, werden
alle vier (oder mehr) Farben im Gegensatz zum Stand der Technik
ihren gewissen Beitrag leisten. Jedoch kann nicht ausgeschlossen
werden, dass in „extremen” Farbkoordinatensituationen
(d. h. wenn die zu erzeugenden Sollfarbkoordinaten sich in äußeren
Bereichen der Farbkoordinaten befinden) eine Lichtquelle oder Farbe
ausgeschaltet werden muss. Es tritt nichtsdestotrotz weniger häufig
im Vergleich zum Fall des Standes der Technik auf. Um die Werte
der pseudoinversen Matrix zu berechnen, kann eine Anfahrsequenz
notwendig sein, beispielsweise herstellungsseitig oder periodisch
angewendet, um die Verstärkungsmatrix zu messen. Mittels
dieser Anfahrsequenz kann die Verstärkungsmatrix gemessen
und dann in der Steuerung gespeichert werden (oder die Pseudoinverse
davon wird gespeichert). Beispielsweise kann durch sequentielles
Einschalten der verschiedenen LEDs gemessen werden, wie stark ein
bestimmtes Farbspektrum die betreffenden anderen Farben beeinflusst.
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In
der Anfahrsequenz werden die vier Farben ohne Rückkopplungsschleife
und Steuerung eingeschaltet, and mittels der Farbsensoren wird der
Einfluss der jeweiligen vier Farben auf die X-, Y-, Z-Koordinaten
gemessen. Somit wird die pseudoinverse Matrix in der Anfahrsequenz
aufgestellt. Um Probleme zu vermeiden, die durch die Intensitätsabhängigkeiten
des Spektrums einer LED hervorgerufen werden, wird bevorzugt eine PWM-Ansteuerung
durchgeführt.
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Die
Erfindung umfasst auch einen zusätzlichen Aspekt, bei dem
im Voraus kritische Bereiche in dem CIE-Koordinatensystem berechnet
werden. Kritische Bereiche sind jene, in denen die auf der pseudoinversen Matrix
basierte Steuerung einen Beitrag einer Farbe Null oder sogar eines
negativen Werts fordert, was physikalisch unmöglich ist.
Falls eine Referenzfarbkoordinate sich nun in einem dieser kritischen
Bereiche befindet, verringert die Steuerung die entsprechende eine
der wenigstens vier verschiedenen Farben auf null und führt
dann die Steuerung unter Verwendung der verbleibenden drei unter
Verwendung einer 3×3 Matrixabbildung durch. Dieser Aspekt
trägt dem Problem Rechnung, dass bei Verwendung der umfassenden
Pseudomatrix-Herangehensweise für die Entkopplung in diesen
kritischen Bereichen entweder eine Instabilität der Ansteuerung
auftreten kann oder es seitens der Ansteuerung längerer
Iterationsschritte bedarf, um die Zielfarbkoordinate zu erreichen,
wobei die Steuerung die physikalische Einschränkung zu überwinden
hat, dass eine Farbe nur auf Null und nicht auf einen negativen
Wert, der theoretisch unter Verwendung des Verfahrens berechnet
wurde, reduziert werden kann.
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Unter
Verwendung dieser Kritischer-Bereich-Herangehensweise wird das CIE-Diagramm
einen großen Bereich zeigen, in welchem unter Verwendung
des Entkopplungsverfahrens alle vier Lichtquellen oder Farben aktiv
sind. An den Grenzbereichen wird es kritische Bereiche geben, wo
eine der Lichtquellen oder Farben ausgeschaltet werden muss. Statt
der pseudoinversen Entkopplungsmatrix wird die einfache drei zu
drei Abbildung durchgeführt, um die Steuerwerte für
die verbleibenden drei anderen LEDs oder Farben zu berechnen. Tatsächlich
müssen, da in jedem der kritischen Bereiche eine der vier
Lichtquellen komplett ausgeschaltet werden muss, insgesamt vier „alternativen
Matrizen” berechnet werden. In der Tat sind diese alternativen
Matrizen einfach die komplette Entkopplungsmatrix, in der eine Reihe,
die der Farbe entspricht, die auf Null zu setzen ist, insgesamt
auf Null festgesetzt ist.
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Die
zuvor beschriebene Ausführungsform sowie andere Ausführungsformen,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ferner anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung von Ausgestaltungen in Zusammenhang mit
den begleitenden Figuren deutlich werden. Die detaillierte Beschreibung
und Figuren dienen lediglich der Veranschaulichung anstatt der Einschränkung,
wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche
vorgegeben wird.
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1 zeigt
eine Lichtsteuerungsanordnung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 beschreibt
ein erfindungsgemäßes Verfahren,
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Farbraumdiagramm,
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5 zeigt
ein weiteres, erfindungsgemäßes Farbraumdiagramm,
und
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6 zeigt
ein Farbraumdiagramm gemäß dem Stand der Technik.
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Anhand 1 wird
nachfolgend eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
eine Steuerungsanordnung 1 gemäß der
Erfindung, die ausgelegt ist, mehrere LEDs derart zu steuern, dass
ein gegebenes Licht oder eine Lichtfarbe erzeugt wird. In der besonderen
Ausgestaltung der 1 können vier LEDs
mit besonderen Spektren gesteuert werden. Zum Beispiel können
sich die vier LEDs aus einer roten, einer grünen und blauen
LED zusammen mit einer zusätzlichen LED, die zum Beispiel eine
weiße LED sein kann, zusammensetzen. Die mehreren LEDs
sind vorteilhaft in eine Beleuchtungseinheit montiert.
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Die
Steuerungsanordnung 1 ist ausgelegt, eine Sollfarbkoordinate
auf Ansteuersignale für die verschiedenen LEDs abzubilden.
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Die
Steuerungsanordnung 1 ist ausgelegt, die wenigstens vier
verschiedenen Lichtquellen so zu steuern (anzusteuern), dass die Überlagerung
der wenigstens vier Spektren in Licht mit einer vorgegebenen Sollfarbkoordinate
mit den Werten Xref, Yref, Zref resultiert, die eine gewünschte
Farbe in dem sogenannten CIE 1931 XYZ Farbraum oder CIE 1931 Farbraum
beschreiben, der durch die Commission Internationale d'Eclairage
(CIE) 1931 festgelegt wurde. Solche Kombinationswerte X, Y und Z
werden auch als die Normfarbwerte einer Farbe bezeichnet und geben
das Maß der drei Primärfarben im CIE 1931 Farbraum
an. Selbst wenn die vorliegende Ausführungsform auf jenem
Farbraum basiert, so können die Normfarbwerte in einem
alternativen, drei Komponenten aufweisenden, additiven Farbmodell,
wie im CIE xyY, dem CIE L*u*v* oder dem CIE L*a*b* Farbraum, definiert
und angegeben sein.
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Die
Referenzkoordinatenwerte Xref, Yref, Zref der durch die Steuerungsanordnung 1 zu
erzeugenden, gewünschten Farbe können in einem
Speicher oder einem Puffer 2, der ausgelegt ist, die Farbkoordinaten
in dem verwendeten Farbraum, welcher hier der CIE 1931 Farbraum
ist, zu speichern, gespeichert werden.
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Der
Speicher 2 ist mit einer Steuerung 3 verbunden,
die zum Beispiel eine PI-Steuerung 4 und einen Pseudoinverse-Multiplikator 5 umfasst.
Die PI-Steuerung oder die Proportional-Integral-Steuerung 4 ist
vorteilhaft eine Diagonal-PI-Steuerung, die ausgelegt ist, Koordinatenwerte
cX, cY, cZ auf der Basis der Referenzkoordinatenwerte Xref, Yref,
Zref und tatsächlich gemessener Farbkoordinaten des überlagerten,
durch die verschiedenen LEDs emittierten Lichts auszugeben, wobei
die gemessenen Farbkoordinaten in die Steuerungsanordnung rückgekoppelt
sind. Alternativ können andere bekannte Steuerungen jene
PI-Steuerung 4 ersetzen.
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Die
Steuerung 3 ist in der Lage, angepasste Steuersignale zur
Ansteuerung der LEDs bereitzustellen, um eine gewünschte
Farbe durch Mischen der Ausgaben der LEDs zu erreichen. Die Steuersignale
können Steuerspannungen oder Steuerströme für
die LEDs sein. Bevorzugt definiert die Steuerung 3 die
Tastverhältnisse der Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signale,
die verwendet werden, die LEDs anzusteuern. Die PWM-Steuerung wird
bevorzugt durchgeführt, um Probleme zu vermeiden, die durch
die Intensitätsabhängigkeit des Spektrums einer
LED verursacht werden.
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Die
Ausgabe der PI-Steuerung 4 wird dem Peudoinverse-Multiplikator 5 zugeführt,
der die Koordinatenwerte cX, cY, cZ mit einer Matrix M–1 multipliziert,
bei der es sich um die Pseudoinverse oder die verallgemeinerte Inverse
einer Matrix M handelt, die die Auswirkung der jeweiligen vier Farben,
die durch die vier LEDs erzeugt werden, auf die X, Y, Z Koordinaten
angibt.
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Der
Pseudoinverse-Multiplikator
5 und daher auch die Steuerung
3 der
Anordnung
1 gibt R, G, B, A Werte gemäß der
folgenden Gleichung aus:
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Wobei
die Matrix M–1 die Dimension 4·3
aufweist.
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Die
berechneten Werte R, G, B, A können zur Erzeugung der PWM-Signale
verwendet werden, die zur Ansteuerung der LEDs verwendet werden.
Jene Werte R, G, B, A entsprechen den betreffenden Ansteuersignalen
PWMR, PWMA, PWMB, PWMA zur Steuerung
der einzelnen LEDs. Vorteilhaft kann ein zusätzliches LED-Ansteuermodul
(nicht dargestellt) in die Anordnung 1 integriert werden,
um geeignete Ansteuersignale PWMR, PWMA, PWMB, PWMA für die RGBA-LEDs auf der Basis
der berechneten Werte R, G, B, A zu erzeugen.
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Anwenden
dieser pseudoinversen Matrix M–1 auf
die Ausgabe der PI-Steuerung 4 wird in einer entkoppelten
Anordnung resultieren. Auf diese Weise kann jede der Farben Rot,
Grün, Blau und die Zusätzliche unabhängig
voneinander in Betracht gezogen werden, da der betreffende Beitrag
einer Farbe auf die andere Farbe durch einen Kompensationsfaktor
berücksichtigt wird, welcher durch die pseudoinverse Matrix
M–1 gegeben ist.
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Die
Anlage 6 umfasst einen Multiplikator 7, der die
erhaltene R, G, B, A Matrix mit jener M Matrix, auch die Verstärkungsmatrix
genannt, multipliziert, um die Koordinatenwerte X, Y, Z des Lichtes
zu erhalten, das durch die vier LEDs erzeugt wird.
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2 veranschaulicht
eine Anlaufsequenz, die notwendig ist, um die Werte der pseudoinversen
Matrix M–1 zu berechnen, die in
der Steuerung 3 verwendet wird.
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Innerhalb
dieser Anfahrsequenz muss gemessen S1 werden, wie stark ein bestimmtes
Farbspektrum die jeweiligen anderen Farben beeinflusst. In dem Fall
einer RGBW-Anordnung, die eine rote, grüne, blaue und weiße
LED verwendet, ist es Aufgabe des ersten Schrittes S1 der Anfahrsequenz
daher, den Einfluss des durch die rote LED erzeugten Spektrums auf
die Farben zu messen, die durch die anderen LEDs, grün,
blau und weiß erzeugt werden. Ähnlich wird der
betreffende Einfluss des Spektrums, das durch die grüne,
blaue und weiße LED erzeugt wird, auf die anderen LEDs
gemessen.
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In
dem ersten Schritt S1 der Anfahrsequenz sind die vier Farben ohne
Rückkopplungsschleife und -Steuerung angeschaltet. Der
Einfluss der jeweiligen vier Farben auf die X, Y, Z (z. B. RGB)
Koordinaten wird mittels Farbsensoren (nicht dargestellt) gemessen.
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Das
Ergebnis jener Messungen fließt in die Verstärkungsmatrix
M ein. Das meint, dass jene Verstärkungsmatrix M die Einflussfaktoren,
die in dem ersten Schritt S1 gemessen wurden, beinhaltet.
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Der
Messschritt S1 kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt
werden. Vorteilhaft wird die Messung während oder nach
der Herstellung der LEDs und/oder während der der Herstellung
der besagten Beleuchtungseinrichtung, die die LEDs aufweist, durchgeführt.
Nach diesem Herstellungsschritt kann die Verstärkungsmatrix
M in einer Testroutine beim Anfahren oder während der Lebensdauer
der LEDs durchgeführt werden, um eine mögliche
Veränderung des durch jede LED erzeugten Spektrums zu berücksichtigen.
Am vorteilhaftesten wird diese Messung periodisch während
der Lebensdauer der LEDs durchgeführt.
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Sobald
die Verstärkungsmatrix M gemessen ist, wird die pseudoinverse
Matrix M
–1 berechnet S2. Diese
Berechnung wird zum Beispiel gemäß einem bekannten
mathematischen Verfahren derart berechnet, dass die folgende Gleichung überprüft
wird:
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Die
Gleichungen, die die pseudoinverse Matrix M–1 zu
erfüllen hat, sind: M·M–1·M = M M–1·M·M–1 = M–1 (M·M–1)T = M·M–1 (M-1·M)T = M–1·M
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Im
Ergebnis entspricht die Ausgabe der Anlage
6 den durch
die PI-Steuerung
4 modifizierten Koordinatenwerten:
Sobald die Matrix M
–1 berechnet ist, wird sie in der
Steuerung
3 gespeichert S3.
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Die
zuvor beschriebene Ausführungsform kann auf ein Entkopplungsverfahren
unter Verwendung einer Pseudoinverse-Steuerung zur Steuerung einer
Anzahl von n LEDs verallgemeinert werden, wobei das Verfahren durch
die folgende Gleichung definiert werden kann:
worin
M die Verstärkungsmatrix und PWM_LEDi das PWM-Signal zur
Ansteuerung der i-ten LED der Beleuchtungsanordnung ist, der Wert
des PWM_LEDi-Signals im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
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Nachfolgend
wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Die
Verwendung der Pseudoinverse-Steuerung 3 der ersten Ausführungsform
kann in Steuervorgängen resultieren, die kleiner als Null
sind. Wie zuvor beschrieben, können die Steuervorgänge
bevorzugt die PWM-Tastverhältnisse für jede LED
sein, d. h. für jeden Kanal, wobei der minimal mögliche
Wert für solch einen Steuervorgang Null ist.
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Anders
ausgedrückt: es gibt Bereiche des CIE 1931 Farbraums, welche
kritische Bereiche genannt werden können, wo die auf der
pseudoinversen Matrix M–1 basierte
Steuerung der ersten Ausführungsform einen Farbbeitrag
von Null oder unter Null fordert. Solch ein negativer Beitrag ist
in der Tat physikalisch nicht möglich und resultiert in
einer zeitintensiven Lokalisierung eines Referenzpunktes, der in
solch einem kritischen Bereich angeordnet ist.
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Die
zweite Ausführungsform umfasst einen zusätzlichen
Schritt der Berechnung S4 jener kritischen Bereiche in dem CIE 1931
Farbraum, um solch eine zeitintensive Lokalisierung zu vermeiden.
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3 zeigt
eine Steuerungsanordnung 1' gemäß der
zweiten Ausführungsform der Erfindung und ist ausgelegt,
die Ausgabe der vier LEDs zu steuern, um ein gewünschtes
Misch-Licht/-Farbe zu erzeugen.
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Ein
Speicher 2' ist ausgelegt, die Farbkoordinaten rx, ry,
rY der gewünschten Farbe gemäß dem CIE xyY-Farbraum
zu speichern. Der Speicher 2' ist mit einem ersten xyY-nach-XYZ-Transformationsmodul 10 zur Konvertierung
der Farbkoordinatenwerte von dem xyY- zum XYZ-Farbraum gekoppelt,
um so neue Werte Xref, Yref, Zref zu erhalten, die die gewünschte
oder Referenzfarbe angeben.
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Der
Ausgang des ersten Transformationsmoduls 10 ist mit einem
Rückkopplungsaddierer 11 verbunden, der ein Fehlersignal
durch Subtrahieren der Koordinatenwerte X, Y, Z, die durch die Steuerungsanordnung 1' erzeugt
werden, von den Referenzkoordinatenwerten Xref, Yref, Zref erzeugt.
Eine PI-Steurung 4, die ähnlich der der ersten
Ausführungsform ist, gibt dann die Werte ΔX, ΔY, ΔZ
aus.
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Die
Farbkoordinaten rx, ry, rY, die die gewünschte Farbe definieren,
werden auch einem Sektoriermodul 12 zugeführt,
das zu überprüfen hat, ob der Referenzpunkt, der
durch die Koordinaten rx, ry, rY festgelegt ist, innerhalb eines
kritischen Bereich des Farbraums liegt oder nicht. Dieses Modul 12 führt
auch die Berechnung S4 der kritischen Bereiche durch und speichert
das Ergebnis bevorzugt.
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Eine
Steuereinheit 13 ist mit dem Ausgang der PI-Steuerung 4 und
dem Ausgang des Sektoriermoduls 12 verbunden. Die Steuereinheit 13 nimmt
von dem Sektoriermodul 12 Information über die
Lage der gewünschten Farbe innerhalb des Farbraums entgegen
und darüber, ob die gewünschte Farbe in einem
kritischen Bereich des Farbraums angeordnet ist. Genauer gesagt:
die Information, die von der Steuereinheit 13 empfangen
wird, kann festlegen, dass alle vier LEDs oder lediglich drei LEDs
aktiviert werden sollen.
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Für
den Fall, dass vier LEDs verwendet werden sollen, befindet sich
die gewünschte Farbe außerhalb eines kritischen
Bereichs des Farbraums, und die Steuereinheit
13 bewirkt,
dass der Pseudoinverse-Multiplikator
5 die Koordinatenwerte ΔX, ΔY, ΔZ
mit der pseudoinversen Matrix M
–1 der
ersten Ausführungsform multipliziert. Die erhaltenen RGBA-Koordinaten
sind wie folgt:
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Für
den Fall, dass eine der LEDs ausgeschaltet werden muss, da die gewünschte
Farbe sich in einem kritischen Bereich befindet, bewirkt die Steuereinheit
13,
dass ein Multiplikator
14 die Koordinaten ΔX, ΔY, ΔZ mit
einer modifizierten, pseudoinversen Matrix multipliziert, die keinen
Beitrag für die auszuschaltenden LED aufweist. Zum Beispiel
wäre die entsprechend modifizierte, pseudoinverse Matrix
zum Ausschalten der roten LED M
R=0 –1:
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Die
Anordnung 1' umfasst auch den Multiplikator 7 der
ersten Ausführungsform, der die erhaltenen R, G, B, A Koordinaten
mit der Verstärkungsmatrix M multipliziert, um die Werte
X, Y, Z zu erhalten, die dem Rückkopplungsaddierer 11 gesandt
werden. Die Werte X, Y, Z entsprechen den tatsächlichen
Farben, die durch das LED-Modul erzeugt werden und werden durch
einen Photosensor (nicht dargestellt) detektiert. Die Anordnung 1' umfasst
ferner ein zweites XYZ-nach-xyY-Transformationsmodul 15 zur
Konvertierung der Werte X, Y, Z in den xyY-Farbraum.
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Im
Folgenden wird der Schritt des Berechnens S4 der kritischen Bereiche
in dem CIE 1931 Farbraum beschrieben, welcher durch das Sektoriermodul 12 durchgeführt
werden kann.
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Die
kritischen Bereiche, in denen respektive die rote (R), grüne
(G), blaue (B) oder die zusätzliche (A) LED ausgeschaltet
ist, können durch die folgenden Gleichungen definiert werden: R = KXR·X +
KYR·Y + KZR·Z
= 0 G = KXG·X
+ KYG·Y + KZG·Z
= 0 B = KXB·X
+ KYB·Y + KZB·Z
= 0 A = KXA·X
+ KYA·Y + KZA·Z
= 0
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Zur
Berechnung des kritischen Bereichs, in welchem die rote LED ausgeschaltet
ist, muss die folgende Gleichung berücksichtigt werden: R = KXR·X +
KYR·Y + KZR·Z
= 0
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Die
X und Z Koordinaten können durch die CIE xyY Koordinaten
wie folgt ersetzt werden:
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Durch
Lösen dieser Gleichung erhält man:
-
Diese
Gleichung definiert den kritischen Bereich, wobei die rote LED ausgeschaltet
ist, welcher unter dem Bezugszeichen A4 in 4 gezeigt
ist. Eine ähnliche Argumentation betrifft die anderen kritischen
Bereiche.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand
der Technik sind an den 5 and 6 zu sehen,
die eine gegebene Farbskala in einem xyz-Farbraumdiagramm zeigen.
Der schraffierte Bereich 50 entspricht dem kritischen Bereich
des Farbraums, in dem die grüne LED gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgeschaltet ist.
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Der
entsprechende Bereich des Farbraums, in dem die grüne LED
ausgeschaltet ist, gemäß dem zuvor erwähnten
Stand der Technik
WO
2006/109237 A1 ist der schraffierte Bereich
60 der
6.
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Die
Tatsache, dass der schraffierte Bereich 50, 60 kleiner
in dem Diagramm der Erfindung ist, zeigt, dass die Gesamt-CRI-Werte,
die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erhalten
werden, besser als der CRI gemäß dem Stand der
Technik ist.
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Die Übergänge
zwischen den verschiedenen Bereichen des Farbraums sind auch glatter.
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Ein
anderer Vorteil ist der, dass durch Anwenden des erfindungsgemäßen
Verfahrens die LEDs nur abgeschaltet werden, wenn es notwendig ist.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung 3, 5 kann
ferner die die Temperatur betreffende Information speichern und
die Ansteuerung der LEDs entsprechend korrigieren.
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Das
Berechnen der Pseudoinversen kann außerhalb der LED-Ansteueranordnung
durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Kalibriersequenz
während oder nach der Herstellung vorgenommen werden. Ein Computer,
welcher nicht Teil der Anordnung selber ist und welcher nur für
den Kalibriervorgang angeschlossen werden kann, kann die Anordnung
steuern und die Lichtabgabepegel für die LEDs definieren.
Die Anordnung kann dann eine Verstärkungsmatrix aufstellen,
die in Farbkoordinaten die Lichtausgabe für jede LED für
die gegebenen Ansteuerwerte angibt. Dann kann der (externe) Personal
Computer die Pseudoinverse der Verstärkungsmatrix berechnen,
und könnte auch die Ansteuerwerte für jede LED
durch Multiplizieren des Sollfarbkoordinatenwerts mit der Pseudo-Matrix
berechnen. Die berechneten Ergebnisse können dann in der
Anordnung, zum Beispiel in der Steuerung 3 oder dem Speicher 2 berechnet
werden. Die Berechnung kann teilweise durch den Personal Computer
erledigt werden, aber kann auch teilweise oder vollständig
durch die Anordnung selbst erledigt werden. Weil Teile der Berechnung
außerhalb der Anordnung durchgeführt werden, kann
die Anforderung an das Leistungsvermögen der Steuerung 3 verringert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6552495
B1 [0002]
- - WO 2006/109237 A1 [0004, 0073]
