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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein dafür ausgelegtes
Beleuchtungssystem zum Betrieb eines Mehrkanal-LED-Moduls.
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Derartige
Verfahren und dafür ausgelegte Beleuchtungssysteme werden
zur Steuerung von Mehrkanal-LED-Modulen verwendet. Dabei handelt es
sich insbesondere um Module mit verschiedenfarbigen LEDs wie RGBW-(Rot-Grün-Blau-Weiß)
und RGBA-(Rot-Grün-Blau-Amber)Module. Durch die verschiedenen
Farben, insbesondere Rot-Grün-Blau, können durch
Mischung unterschiedlichste Farbtöne erzielt werden. Hierfür
können die Kanäle individuell angesteuert werden.
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US 6 552 495 B1 zeigt
ein Regelsystem und Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten
Lichts durch eine Vielzahl von roten, grünen und blauen LEDs.
Dieses beinhaltet einen Farbsensor, der die erzeugte Lichtfarbe
in einem ersten Koordinatensystem, d. h. in RGB misst. Das Signal
wird durch ein Modul in ein weiteres Farb-Koordinatensystem transformiert,
wobei es sich dabei um ein xLy-Koordinatensystem handelt. Ein zweites
Modul wandelt eine Referenzfarbe, angegeben in XYZ-Koordinaten ebenfalls
in xLy-Koordinaten um. Ein Addierer berechnet nun die Differenz
zwischen der Messung und der Referenz und gibt das Ergebnis einem
Controller weiter, der mit Hilfe eines Treibers die LEDs so ansteuert,
dass die Differenz kompensiert wird. Bei dem Controller handelt
es sich vorzugsweise um eine PI (Proportional Integration) Controller.
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US 2008/01 69770 A1 zeigt
ein Verfahren und System zur Übersetzung eines aus drei
Komponenten bestehenden Farbsignals, vorzugsweise in einer CIE Skala
gegeben, zu einem Farbsignal, das aus n Primärfarben gebildet
wird, wobei n ein Integer mit n größer gleich
4 ist. Dabei wird eine CIE-Normfarbtafel verwendet, die aus 2 Farbdimension
besteht, welche 2 der 3 Komponenten des Farbesignals darstellt.
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Die
n Primärfarben werden von n LEDs mit verschiedenen Wellenlängen
gebildet.
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Diese
werden in dem Verfahren auf der CIE-Normtafel als Punkte P1 bis
Pn eingetragen. Anschließend wird mindestens ein Punkt
P0 durch Linearkombination der Punkte P1 bis Pn gebildet, der vorzugsweise
auf oder in der Nähe der Black-Body Kurve liegt. Da sich
der Punkt P0 zwischen den Punkten P1 bis Pn befindet, können
nun Dreiecke gebildet werden, wobei jedes Dreieck aus Linien zwischen
P0 und zwei benachbarten Punkten aus P1 bis Pn besteht. Anschließend
wird das Farbsignal als Punkt Px eingetragen und von einer Steuereinheit
ermittelt, in welchem Dreieck es sich befindet. Daraus ergibt sich, welche
beiden Punkte aus P1 bis Pn neben P0 am nächsten an Px
liegen. Mittels dieser drei Punkte kann nun von der Steuereinheit
eine Linearkombination ermittelt werden, deren Lösung dem
Punkt Px entspricht. Danach wird noch die optimale Linearkombination
für P0 von der Steuereinheit gewählt, um einen
maximalen CRI-Wert und eine maximale Leuchteffizienz zu erzielen,
wobei verschiedene Linearkombinationen in einem Speicher zur Verfügung stehen.
Zum Schluss muss noch, vor Betreiben der LEDs mit den ermittelten
Parametern, die Helligkeit der Linearkombination der 3 Punkte so
angepasst werden, dass diese der dritten Komponente des Farbsignals
entspricht.
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„Systems
and method for controlling LEDs” unveröffentliches
Dokument, das laut LEDON Search Report als nächster Stand
der Technik angsehen wird. Jedoch fehlt mir die PDF Datei.
Soll
es erwähnt werden?
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Beim
Stand der Technik sind zwar Verfahren und Systeme zur Anpassung
von RGB-LEDs an eine x,y-Zielfarbe nach der ICC-Normfarbtafel gezeigt,
allerdings erfordert diese Anpassung recht aufwendige Berechnungen.
Dementsprechend werden auch teure Recheneinheiten, wie Cordic Prozessoren,
DSPs (Digitale Signalprozessoren) oder ASICs etc., benötigt.
Insbesondere muss die Recheneinheit im Stande sein, komplexe mathematische
Algorithmen zu berechnen. Außerdem verlängert
sich dadurch die Rechenzeit und damit die Zeit der Anpassung der
Beleuchtung an die Zielvorgabe.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und dafür
ausgelegtes Beleuchtungssystem bereitzustellen, welches für
die Anpassung der Beleuchtungseigenschaften an eine Zielvorgabe
nur einen geringen Rechenaufwand erfordert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zur Regelung eines
Mehrkanal-LED-Moduls, wobei das vom Mehrkanal-LED-Modul ausgestrahlte Licht
auf eine vorbestimmte Farbe durch unabhängiges Ansteuern
der einzelnen Kanäle eingestellt wird und die tatsächlich ausgestrahlte
Lichtfarbe zu Regelungszwecken zurückgeführt wird.
Dabei erfolgt in einem ersten Schritt solange eine Grobregelung,
bei der nur die Kanäle einer Untergruppe, insbesondere zwei
Kanäle, unabhängig voneinander angepasst werden,
bis die insgesamt ausgestrahlte Lichtfarbe innerhalb eines vorgegebenen
Toleranzbereichs liegt. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Feinregelung,
in der alle Kanäle angepasst werden.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung behandelt ein Verfahren
zur Regelung eines Mehrkanal-LED-Moduls, wobei das vom Mehrkanal-LED-Modul
ausgestrahlte Licht auf eine vorbestimmte Farbe durch unabhängiges
Ansteuern der einzelnen Kanäle eingestellt wird und die
tatsächlich ausgestrahlte Lichtfarbe zu Regelungszwecken
zurückgeführt wird. Dabei erfolgt die Einstellung
der vorbestimmten Farbe am Anfang ausschließlich durch
das unabhängige Anpassen einzelner Kanäle einer
Untergruppe. Jeder Kanal der Untergruppe wird solange unabhängig
zu den anderen angepasst, bis die bei ihm eingestellten Parameter
einen erlaubten Maximalwert überschreiten oder einen erlaubten
Minimalwert unterschreiten. An Stelle des Kanals mit den unerlaubt
hohen oder niedrigen Parameterwerten werden darauf hin andere, nicht
zur Untergruppe gehörende Kanäle zur Regelung
angepasst.
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Erfindungsgemäß ist
die vorbestimmte Farbe vorzugsweise in x,y-Koordinaten in einer ICC-Normfarbtafel
gegeben.
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Bei
dem Mehrkanal-LED-Modul kann es sich um ein Vierkanal-LED-Modul,
insbesondere um ein RGBW-(Rot-Grün-Blau-Weiß)
oder RGBA(Rot-Grün-Blau-Amber)-LED-Modul handeln. An jedem
Kanal ist dabei mindestens eine LED angeschlossen.
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Der
weiße Kanal kann durch ein RGB-Modul realisiert sein. Alternativ
kann er jedoch auch durch mindestens eine blaue LED realisiert ist,
wobei sich im Emissionsbereich der blauen LED ein Wellenlängenkonvertierungsmittel
befindet, das zumindest die Wellenlänge eines Teils der
ausgetretenen Strahlung in eine andere Wellenlänge umwandelt.
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Bei
dem Amber Kanal handelt es sich vorzugsweise um einen weißen
Kanal, bei dem im Austrittswinkel des Lichts der angeschlossenen LED/LEDs
ein bernsteinfarbenes Ergänzungsmittel hinzugefügt
ist.
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Die
Regelung der einzelnen Kanäle kann über PWM (Pulse
Width Modulation) erfolgen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass
keine Regelung durch den Ansteuerstrom notwendig ist. Deshalb kann
der Ansteuerstrom auf einen konstanten Wert eingestellt werden.
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Ein
weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist die Tatsache, dass
die Einstellung des ausgestrahlten Lichts des Mehrkanal-LED-Moduls
auf die vorbestimmte Farbe ausschließlich durch Bit-Vergleiche
erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß kann
die zu Regelungszwecken zurückgeführte Lichtfarbe
in RGB-Koordinaten gegeben sein.
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Die
RGB-Koordinaten der zurückgeführten Lichtfarbe
können zum Vergleich mit der vorbestimmten Farbe in x,y-Koordinaten
der ICC-Normfarbtafel und einen Parameter für die Helligkeit
transformiert werden.
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Die
Grobregelung erfolgt vorzugsweise über eine Untergruppe
der Kanäle, wobei es sich bei der Untergruppe um den roten
und den grünen Kanal handeln kann.
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Der
vorgegebene Toleranzbereich, der die Schwelle zwischen der Grob-
und der Feinregelung darstellt, ist vorzugsweise ein Vielfaches
eines erlaubten Fehlerwerts.
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In
einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Feinregelung solange,
bis das ausgestrahlte Licht soweit der vorgegeben Farbe entspricht,
dass der Fehler, also die Abweichung, nicht größer
als der erlaubte Fehlerwert ist.
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Eine
Regelung des blauen und des weißen/bernsteinfarbenen Kanals
kann dann erfolgen, wenn die eingestellte PWM-Tastverhältnisse
des roten und grünen Kanals oberhalb eines erlaubten Maximalwerts
oder unterhalb eines erlaubten Minimalwerts liegen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Beleuchtungssystem aufweisend ein Mehrkanal-LED-Modul,
eine Regeleinheit und eine Sensorvorrichtung. Die Regeleinheit stellt
dabei das vom Mehrkanal-LED-Modul ausgestrahlte Licht auf eine vorbestimmte
Farbe durch unabhängiges Ansteuern der einzelnen Kanäle ein.
Die Sensorvorrichtung führt die tatsächlich ausgestrahlte
Lichtfarbe an die Regeleinheit zurück. In einem ersten
Schritt erfolgt solange eine Grobregelung, bei der nur die Kanäle
einer Untergruppe, insbesondere zwei Kanäle, unabhängig
voneinander angepasst werden, bis die insgesamt ausgestrahlte Lichtfarbe
innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. In einem zweiten
Schritt erfolgt dann eine Feinregelung, in der alle Kanäle
angepasst werden.
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Schließlich
betrifft die Erfindung auch ein Beleuchtungssystem aufweisend ein
Mehrkanal-LED-Modul, eine Regeleinheit und eine Sensorvorrichtung.
Die Regeleinheit stellt dabei das vom Mehrkanal-LED-Modul ausgestrahlte
Licht auf eine vorbestimmte Farbe durch unabhängiges Ansteuern der
einzelnen Kanäle ein. Die Sensorvorrichtung führt
die tatsächlich ausgestrahlte Lichtfarbe an die Regeleinheit
zurück. Die Einstellung der vorbestimmten Farbe erfolgt
am Anfang ausschließlich durch das unabhängige
Anpassen einzelner Kanäle einer Untergruppe. Jeder Kanal
der Untergruppe wird dabei solange unabhängig zu den anderen
angepasst, bis die bei ihm eingestellten Parameter einen erlaubten Maximalwert überschreiten
oder einen erlaubten Minimalwert unterschreiten. An Stelle des Kanals
mit den unerlaubt hohen oder niedrigen Parameterwerten werden darauf
hin andere, nicht zur Untergruppe gehörende Kanäle
zur Regelung angepasst.
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Vorzugsweise
weist das Beleuchtungssystem einen Speicher auf.
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Die
Regeleinheit kann so ausgelegt sein, dass sie ausschließlich
Bitvergleiche durchführt.
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Bei
der Sensorvorrichtung kann es sich um einen RGB-Farbsensor handeln.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens an Hand einer ICC-Normfarbtafel
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2 ein
Vektordiagramm, dass die Regelungsmöglichkeiten durch Variation
der Leuchtintensität der einzelnen LEDs wiedergibt
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3 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms des
erfindungsgemäßen Verfahrens
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4 ein
schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystems
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines
Betriebsgerätes erläutert.
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In 1 ist
eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Dabei wird das Verfahren an Hand einer ICC-Normfarbtafel
erläutert.
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Die
ICC-Normfarbtafel wird in x-y Koordinaten wiedergegeben. Im Wesentlichen
wird ein Farbraum gezeigt, der die Form eines Dreiecks aufweist. In
diesem Dreieck befinden sich alle vom Menschen sichtbare Farben,
die durch einen X,Y,Z-Raum definiert werden. Auf Grund einer besseren
Visualisierung wurde dieser 3-dimensionale X, Y, Z Raum auf einen
2-dimesionalen x,y-Raum begrenzt. Diese wird dadurch ermöglicht,
dass der Parameter für Helligkeit weggelassen wird. Das
bedeutet, dass die ICC-Normfarbtafel aus 1 keine
Helligkeitsunterschiede anzeigt. Dieser Parameter ist also separat
zu betrachten. Es wird lediglich eine Farbintensität angegeben,
wobei der Rand die „reinen” Farben mit der höchsten
Sättigung wiedergibt. Innerhalb des Dreiecks befinden sich
Mischfarben.
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Auf
dem Planckschem Kurvenzug, auch bekannt als Black-Body Linie, befinden
sich die Weißpunkte bei unterschiedlichen Farbtemperaturen.
Der definierte Weißpunkt E befindet sich dabei x = y =
z = 0,3333. Ausgehend von diesem nimmt die Farbsättigung
in jede Richtung zu und erreicht ihr jeweiliges Maximum am Rand
des Dreiecks.
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Der
Rand des Dreiecks wird wie bereits erläutert von Primärfarben
definiert, die ausschließlich aus einer Wellenlänge
bestehen. Einige davon sind in 1 eingezeichnet.
Grob betrachtet, befindet sich am oberen Ende des Dreiecks bei einer
Wellenlänge von ca. 520 nm die Farbe Grün. Das
rechte Eck wird bei etwa 650 nm als rot definiert, links unten bei etwa
470 nm befindet sich blau.
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Wird
nun ein RGB-LED-Modul eingesetzt, so spannen die rote, grüne
und blaue LED in diesem Farbraum ein Dreieck auf. Durch Mischen
der drei Farben kann jede Farbe innerhalb dieses Dreiecks erzeugt
werden. Dies wird vorzugsweise durch unterschiedlich starkes Ansteuern
der LEDs realisiert. Dabei ist eine Regelung der LEDs über
den Ansteuerstrom denkbar. Bevorzugt wird jedoch eine Ansteuerung
mit konstanten Strom und einer variablen PWM(Pulse-Width-Modulation)-Pulsweite.
Durch die Verwendung der drei LEDs kann nicht nur jede Farbe innerhalb
des Dreiecks erzeugt werden. Es kann darüber hinaus als
zusätzlicher Parameter jede unterschiedliche Helligkeitsstufe
realisiert werden.
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Durch
das Hinzufügen einer vierten Farbe, wie Weiß oder
Bernstein, kann eine weitere Verfeinerung der Einstellungsmöglichkeiten
erreicht werden. Beim Hinzufügen der bernsteinfarbenen
LED kann sogar der erzeugbare Farbraum erhöht werden, da nun
der erzeugbare Farbraum nicht mehr durch ein Dreieck, sondern durch
ein Viereck aufgespannt wird.
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Ein
Kanal steuert dabei eine bestimmte Farbe an, wobei an einem Kanal
auch mehr als eine LED angeschlossen sein können. Dies
bedeutet, dass beispielsweise am blauen Kanal mehre blaue LEDs angeschlossen
sein können.
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Darüber
hinaus ist es auch denkbar, dass zusätzliche Kanäle
realisiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass an einem
Kanal verschiedenfarbige LEDs angeschlossen werden. Beispielsweise
lässt sich ein magentafarbene Kanal dadurch erreichen,
dass mindestens eine blaue und mindestens eine rote LED angeschlossen
werden.
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Eine
Mischung der einzelnen Leuchtfarben wird durch geeignete Mittel,
vorzugsweise durch eine Mischscheibe, erreicht.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel wird anfangs von einem Vierkanal-RGBA-LED-Modul
eine Lichtfarbe erzeugt, die einer Farbe am Punkt A entspricht.
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Die
vorbestimmte Zielfarbe entspricht der an Punkt C.
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Erfindungsgemäß wird
nun also zuerst eine Grobregelung durchgeführt, bis die
ausgestrahlte Lichtfarbe innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs
liegt. Dieser wird hier durch den Kreis um Punkt C wiedergegeben.
In dieser Grobregelung wird lediglich rot und grün variiert.
Blau und Amber (bernsteinfarben) bleiben konstant. Hier wird der
Vorteil ausgenutzt, dass eine Variierung von grün grob
betrachtet einer Änderung des insgesamt ausgestrahlten
Lichts in y-Richtung entspricht. eine Variierung von rot entspricht
dagegen grob betrachtet einer Änderung des insgesamt ausgestrahlten
Lichts in x-Richtung. Das bedeutet, dass durch unabhängiges Regeln
von Rot und Grün unabhängige Dimensionen im Farbraum
variiert werden.
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Eine
weitere Verdeutlichung hierzu zeigt das Vektordiagramm aus 2.
Dabei wird durch eine Verstärkung der grünen LED,
bzw. des grünen Kanals, eine Verschiebung in y-Richtung
erzielt. Eine Verstärkung der roten LED bedeutet dagegen
eine Verschiebung in x-Richtung. Durch eine Verstärkung der
blauen LED wird eine Verschiebung grob Richtung Ursprung erreicht.
Eine Verstärkung der bernsteinfarbenen LED eine Verschiebung
entgegen der von einer Verstärkung der blauen LED, wobei
bei der blauen der y-Anteil geringer ist.
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Es
wird also nun also in 1 eine Grobregelung nur durch
Verändern des roten und des blauen Kanal durchgeführt.
Dabei wird eine schnelle Änderung der insgesamt ausgestrahlten
Lichtfarbe dadurch erreicht, dass die Änderung der Leuchtintensität
einer LED eine größere Schrittweite aufweist.
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Erfindungsgemäß wird
darüber hinaus berücksichtigt, ob ein Kanal einen
maximal oder minimal erlaubten Grenzwert über- oder unterschritten hat.
Ist dies der Fall, so wird eine weitere Regelung mittels des blauen
und/oder des weißen Kanals an Stelle des Kanals mit unerlaubt
hohen oder niedrigen Ansteuerparametern durchgeführt. Weitere
Erläuterungen hierzu sind in der Beschreibung zu 3 zu finden.
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Die
Grobregelung wird dann durch eine Feinregelung ersetzt, wenn die
insgesamt erzeugte Lichtfarbe an Punkt B, dem weißen Pfeil
folgend, angekommen ist, der sich auf dem Kreis um den Zielpunkt C
befindet. In der Feinregelung wird zur Änderung eine kleinere
Schrittweite verwendet. Außerdem werden nun zur Annäherung
an den Zielpunkt C alle Kanäle unabhängig voneinander
variiert. Eine Annäherung lässt sich also nun
durch Verschiebung in vier verschiedene Richtungen erzielen, wobei
die vier Richtungen in 2 dargestellt sind. Die Regelung ist
dann beendet, wenn die Ungenauigkeit nicht größer
als ein erlaubter Fehlerwert ist.
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Zusätzlich
kann ebenfalls noch eine Anpassung der Helligkeit an einen vorgegebenen
Wert erfolgen.
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3 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In
Schritt A erfolgt eine Initialisierung. Hier werden die wesentlichen
Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegt.
Die Schrittweise, mit der eine Anpassung erfolgt wird auf grob (fastStep) eingestellt.
Das bedeutet, dass zumindest im ersten Durchlauf des Flussdiagramms
eine Grobregelung erfolgt.
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In
Schritt B wird überprüft, ob eine weitere Anpassung
notwendig ist. Hierbei wird festgestellt, ob die Ungenauigkeit des
Ist-werts (x, y) zum Sollwert (Targetx, Targety) innerhalb eines
erlaubten Fehlerwerts (error) liegt. Ist dies der Fall, so ist das Verfahren
beendet.
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Wenn
in Schritt C alle vier Kanäle (RGBW) kleiner als die Hälfte
des maximal zulässigen PWM Werts sind, dann wird für
jeden Kanal festgestellt, ob der Kanal ausschaltet ist.
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Wenn
der jeweilige Kanal nicht aus ist, wird die PWM-Pulsweite dieses
Kanals um 50% der maximal zulässigen PWM-Pulsweite erhöht.
Ist der Kanal jedoch aus, wird der nächste Kanal überprüft.
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In
Schritt D1 werden die Kanäle mit den jeweiligen PWM-Pulsweiten
eingestellt.
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Daraufhin
werden in D2 mittels des Farbsensors die RGB-Istwerte gemessen.
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In
D3 erfolgt eine Transformation der RGB-Istwerte in (X, Y, Z) Koordinaten.
Diese werden anschließend in x,y,z-Koordinaten umgerechnet. Daraus
ergeben sich die sich schließlich die x-Ist (x) und y-Ist
(y) Werte.
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In
Schritt E wird eine Anpassung des x-Istwerts durch Veränderung
des roten Kanals und des y-Istwerts durch Veränderung des
grünen Kanals durchgeführt.
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Dabei
wird in E1 zuerst x-Ist (x) mit x-Soll (Targetx) verglichen. Falls
X-Ist zu klein ist, wird Rot in E2 um einen fastStep erhöht.
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Nun
wird in E3 überprüft, ob bereits ein x,y-Istwert
innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs erreicht wurde. Der
vorgegebene Toleranzbereich ist dabei ein Vielfaches K des erlaubten
Fehlerwerts ”error”.
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Ist
dies der Fall, so wird für Rot auf eine Feinregelung umgeschaltet.
Dies wird in D4 dadurch erreicht, dass von fastStep auf fineStep
umgeschaltet wird.
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Es
ist auch denkbar, dass das Verfahren mehr als zwei Regelungsstufen
aufweist. Dies bedeutet, dass es nicht nur eine Grob- und eine Feinregelung
gibt. Hierfür kann K eine Variable darstellen, die mit
zunehmendem Annähern des Istwerts an den Sollwert geringer
wird. Diese Verringerung von K wird dabei jedesmal vorgenommen,
wenn eine neue Annäherungsstufe erreicht worden ist. Beim
Erreichen einer neuen Annäherungsstufe wird natürlich
auch die Änderungs-Schrittweite einer Farbe auf eine kleinere
verringert.
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In
den Schritten E11 bis E15 wird ein analoges Verfahren für
den Fall durchgeführt, dass der x-Istwert zu groß ist.
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In
den Schritten E21 bis E35 wird ein zu E1 bis E15 analoges Verfahren
für einen Vergleich zwischen dem y-Istwert und dem y-Sollwert
mit entsprechender Anpassung von Grün durchgeführt.
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In
den Schritte F bis I wird nun überprüft, ob sich
die PWM-Pulsweite des roten und/oder des grünen Kanals
in einem unerlaubt hohen oder niedrigen Bereich befindet. Ist dies
der Falls, so wird mit dem blauen anstelle des roten, bzw. mit dem
weißen und dem blauen Kanal anstelle des grünen
Kanals geregelt.
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In
Schritt F wird also überprüft, ob die bei Rot eingestellte
Pulsweite über einem maximal erlaubten Wert liegt. Ist
dies der Fall, werden der X-Istwert und der Y-Istwert durch Anpassen
des blauen Kanals angepasst.
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Ist
in F1 die PWM-Pulsweite von Rot über einem maximal zulässigen
Wert, wird diese auf den maximal zulässigen Wert gesetzt.
Nun folgt ein zu E1 bis E35 analog ablaufender Vergleich des x-Istwerts und
des y-Istwerts, ob diese Werte unter oder über den Soll-Werten
liegen. Dabei wird jedoch nicht der rote oder der grüne
Kanal angepasst, sondern jeweils der blaue Kanal.
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Es
folgt wieder jeweils eine Entscheidung, ob die Schrittgeschwindigkeit
von Blau auf Faststep oder Finestep eingestellt werden soll. Diese
Entscheidung wird wieder in Abhängigkeit davon getroffen,
ob sich der x-Istwert und y-Istwert innerhalb eines K-Fachen des
Toleranzbereichs „error” befinden.
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In
Schritt G wird überprüft, ob sich Rot unter einem
minimal erlaubten Wert UL befindet. Ist dies der Fall, so wird erneut
eine Anpassung des x-Istwerts und des y-Istwerts durch Anpassen
des blauen Kanals vorgenommen. Ist in Schritt G1 die PWM-Pulsweite
von Rot unter dem UL-Wert, dann wird in G2 die Schrittgeschwindigkeit
von Rot auf 1 gesetzt.
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Falls
die PWM-Pulsweite von Rot kleiner 1 ist, dann wird diese in G4 auf
den Wert 0 gesetzt. Erneut folgt nun ein zu F11 bis F45 analoger
Vergleich von x-Ist und y-Ist, ob diese Werte unter oder über den
Soll-Werten liegen. Dabei wird wieder jeweils der Blau-Kanal angepasst.
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Es
folgt wieder jeweils eine Entscheidung, ob die Schrittgeschwindigkeit
von Blau auf Faststep oder Finestep eingestellt werden soll. Diese
Entscheidung wird wieder in Abhängigkeit davon getroffen,
ob sich der x-Ist und y-Ist Wert innerhalb eines K-Fachen des Toleranzbereichs „error” befinden.
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In
Schritt H wird überprüft, ob sich die Pulsweite
von Grün über einer maximal zulässigen
Pulsweite befindet. Ist dies der Fall, so werden der x-Istwert und
der y-Istwert durch Verändern der Pulsweite von Blau und
Weiß angepasst. Es wird in H1 festgestellt, ob die PWM-Pulsweite
von Grün über dem maximal zulässigen
PWM-Wert liegt. Ist dies der Fall, so wird der Wert in H2 auf den
maximal zulässigen PWM-Wert gesetzt. Erneut wird eine Anpassung
auf die in den Schritten F11 bis F45 beschriebene Art vorgenommen,
wobei nun nicht nur Blau angepasst wird, sondern Blau und Weiß gemeinsam.
Zu beachten ist dabei, dass bei einem zu kleinem x-Istwert Blau
und Weiß in H11-H15 jeweils um eine Schrittweite verringert
und bei einem zu großem x-Istwert in H21-H25 um eine Schrittweite
erhöht werden.
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Beim
Vergleich des y-Istwerts mit dem y-Sollwert wird jedoch bei einem
zu kleinem y-Istwert die Schrittweite des blauen Kanals in H31–H35
um eine Schrittweite verringert und Weiß um eine Schrittweite erhöht.
Bei einem zu großem y-Ist-Wert wird dagegen in H41–H45
Blau um eine Schrittweite erhöht und Weiß um eine
Schrittweite verringert.
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In
Schritt I wird überprüft, ob sich die Pulsweite
des grünen Kanals unter einem minimal erlaubten Wert UL
befindet. Ist dies der Fall, so wird erneut eine Anpassung des x-Istwerts
und des y-Istwerts durch Anpassen des weißen und des blauen
Kanals vorgenommen. Wenn die PWM-Pulsweite von Grün unter
dem UL-Wert liegt, wird in I2 die Schrittgeschwindigkeit von Grün
auf 1 gesetzt. Falls die PWM-Pulsweite von Grün kleiner
1 ist, wird diese in I4 auf den Wert 0 gesetzt.
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Anschließend
wird eine Anpassung von Blau und Weiß auf die in den Schritten
H11–H45 beschriebene Weise durchgeführt.
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In
Schritt K wird festgestellt, ob die PWM-Pulsweite von Blau über
dem maximal zulässigen PWM-Wert liegt. Ist dies der Fall,
so wird der Wert auf den maximal zulässigen PWM-Wert gesetzt. Anschließend
wird in K3 überprüft, ob die PWM-Pulsweite von
Grün unter dem UL-Wert liegt. Ist dies der Fall, so wird
die Schrittgeschwindigkeit von Blau auf 1 gesetzt. Falls der PWM-Wert
von Blau kleiner 1 ist, dann wird dieser auf den Wert 0 gesetzt.
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In
Schritt L wird dasselbe Verfahren, das in Schritt K für
Blau beschrieben worden ist, nun für Weiß durchgeführt.
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In
Schritt M wird zum Start in Schritt B zurückgesprungen.
Dadurch bildet sich eine Schleife und das Verfahren kann solange
durchgeführt werden, bis ein gegebener Fehlerwert nicht überschritten wird.
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In 4 wird
ein schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystems gezeigt.
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Das
Beleuchtungssystem 1 weist dabei eine Regeleinheit 2 auf.
Diese wiederum kann aus einem kostengünstigen Prozessor
bestehen, da dank des erfindungsgemäßen Verfahrens
lediglich einfache Bit-Vergleiche vorgenommen werden müssen. Selbstverständlich
können jedoch auch hochwertigere Prozessoren wie Cordic-Prozessoren
oder andere Typen wie digitale Signalprozessoren, oder ASICs eingesetzt
werden.
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Die
Regeleinheit 2 ist über einen Bus 6 mit einem
LED-Modul 3 verbunden. Der Bus besteht hier aus 4 von einander
unabhängigen Kanälen 5, wobei jeder Kanal
eine Leuchtfarbe regelt.
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Das
LED-Modul ist hier als ein Element ausgebildet, das vier verschiedenfarbige
LEDs 4 umfasst. Diese können eine rote, eine grüne,
eine blaue und eine weiße sein. Alternativ oder zusätzlich
zur weißen LED kann jedoch auch eine bernsteinfarbene LED
eingesetzt werden. Außerdem ist denkbar, an Stelle von
einer LED einer Farbe mehrere zu verwenden, die an demselben Kanal 5 angeschlossen
sind. Der weiße Kanal kann durch ein separates RGB-Modul
realisiert sein. Alternativ kann er jedoch auch durch mindestens
eine blaue LED realisiert ist, wobei sich im Emissionsbereich der
blauen LED ein Wellenlängenkonvertierungsmittel befindet,
das zumindest die Wellenlänge eines Teils der ausgetretenen
Strahlung in eine andere Wellenlänge umwandelt.
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Wenn
ein Amber-Kanal eingesetzt werden soll, so handelt es sich dabei
vorzugsweise um einen weißen Kanal in oben beschriebener
Ausführungsform, bei dem im Austrittswinkel des Lichts
der einen oder mehreren LEDs ein bernsteinfarbenes Ergänzungsmittel
hinzugefügt ist.
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Das
vom LED-Modul ausgestrahlte Licht 11 wird durch dafür
geeignete Mittel, beispielsweise durch eine Streuscheibe so gemischt,
dass eine einheitliche Leuchtfarbe entsteht.
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Es
können an dem Bus 6 auch mehrere LED-Module angeschlossen
sein.
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Die
Erfindung ist außerdem nicht auf LEDs beschränkt.
Es können an Stelle dieser auch jede andere Art von farbigen
Leuchten verwendet werden.
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Eine
Sensorvorrichtung 7 ist an der Regeleinheit 2 angeschlossen.
Dabei handelt es sich um einen RGB-Farbsensor. Dieser misst das
vom mindestens einem LED-Modul ausgestrahlte Licht 11. Dank
der drei unabhängigen Messgrößen können sowohl
alle durch Kombination der drei Farben erzeugbare Farben gemessen
werden, als auch die Helligkeit. Dennoch ist denkbar, einen weiteren
Helligkeitssensor an die Regeleinheit anzuschließen, beispielsweise
einen Tageslichtsensor.
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Zusätzlich
zur oben beschrieben Anpassung der Leuchtfarbe kann also ebenfalls
noch eine Anpassung der Helligkeit an einen vorgegebenen Wert erfolgen.
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Die
drei unabhängigen Messgrößen werden über
die Schnittstelle 8 an die Regeleinheit zur oben beschriebenen
adaptiven Ansteuerung der LEDs übermittelt.
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Die
Regeleinheit 10 weist darüber hinaus eine Schnittstelle 10 auf.
Diese kann als Benutzerschnittstelle ausgebildet sein. Beispielsweise
kann es sich um ein Eingabegerät handeln, mittels derer ein
Benutzer der Regeleinheit einen Farbsollwert und evtl. einen Helligkeitswert übermittelt.
Mit Hilfe der Farbsensormessung könnte die Leuchtfarbe
der LEDs 4 dem eingestellten Wert entsprechend angepasst
werden.
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Bei
der Schnittstelle 10 kann es sich jedoch auch um eine Schnittstelle
zu einer zentralen Steuereinheit handeln. Bei letzterer kann es
sich um eine programmierbare Zeitschaltuhr handeln, die zu verschiedenen
Tageszeiten unterschiedlich Leuchtpragramme durchläuft.
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Optional
kann das Beleuchtungssystem einen Speicher 9 aufweisen.
In diesem können beispielsweise eingestellte Farbvorgaben
gespeichert werden. So lässt sich ebenfalls das Beleuchtungssystem
auf unterschiedliche zeitlich ändernde Leuchteigenschaften
programmieren.
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- 1
- Beleuchtungssystem
- 2
- Regeleinheit
- 3
- LED-Modul
- 4
- LED
- 5
- Farbkanal
- 6
- Bus
- 7
- Farbsensor
- 8
- Schnittstelle
zwischen Farbsensor und Regeleinheit
- 9
- Speicher
- 10
- Schnittstelle
- 11
- ausgestrahltes
Licht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6552495
B1 [0003]
- - US 2008/0169770 A1 [0004]