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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zu farbvariabeler Beleuchtung aus mit quasi-monochromatischen Lichtquellen bestückten Leuchten.
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Eine Einrichtung zu farbvariabeler Beleuchtung aus mit quasi-monochromatischen Lichtquellen bestückten Leuchten ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 013 121 A1 bekannt.
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Aus der
DE 10 2004 047 669 A1 (dort insbesondere in Zusammenhang mit
6) ist es bekannt, Lichtquellen in beispielsweise drei Grundfarben rot (nachfolgend R), grün (G) und blau (B), den drei so genannten Primärvalenzen, zu ihrer Helligkeitssteuerung unabhängig voneinander zu bestromen und deren Farbabstrahlungen additiv zu mischen. Bevorzugt werden Halbleiter-Leuchtdioden (LEDs) als, jedenfalls in Bezug auf die Breite des sichtbaren Spektrums, relativ monochromatisch abstrahlende Lichtquellen eingesetzt. Deren Helligkeiten hängen etwa linear vom mittleren Stromfluss in Durchlassrichtung ab. In der CIE-Normfarbtafel, dem auch so genannten Chromatizitätsdiagramm, ist im Wesentlichen aus dem momentanen Helligkeitsbeitrag jeder einzelnen der drei Grundfarben-Lichtquellen der resultierende Mischlicht-Farbort bestimmbar. Dieser ist demzufolge über wenigstens einen der drei Helligkeitsbeiträge verlagerbar. Da die praktisch verfügbaren Lichtquellen aber nicht rein monochromatisch abstrahlen, liegen deren Farborte im Chromazitätsdiagramm nicht an den Grundfarborten, sondern sie liegen bei diesen gegenüber ins Innere des Chromazitätsdiagrammes versetzten Quellfarborten. Mit realen Lichtquellen ist deshalb jeweils nur eine Mischlichtfarbe innerhalb eines dem Chromazitätsdiagramm einbeschriebenen so genannten Gamut-Farbdreieckes einstellbar, dessen Eckpunkte die individuellen Quellfarborte der drei zur Beleuchtung eingesetzten, nicht wirklich monochromatischen Lichtquellen sind.
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Die Intensität des Farbbeitrages einer jeden der LEDs zum resultierenden Mischlicht ist schaltungstechnisch über das Zeit-Integral eines intermittierenden Stromflusses durch diese LED einstellbar, wie etwa in der
WO 2006/054230 A1 beschrieben. Um einen bestimmten Mischlicht-Farbort in der Nähe eines der drei Grundfarborte, also eine möglichst gesättigte Grundfarbe, zu erzielen, wird diejenige LED, in der diese Grundfarbe dominiert, voll ausgesteuert; und je nach Lage des damit erreichten Quellfarbortes werden geringe Farbanteile der anderen beiden Grundfarben-Lichtquellen beigemischt, um sich dem angestrebten Grundfarbort möglichst dicht anzunähern. Solche Farbort-Feinjustage wird auch als Gamut-Korrektur bezeichnet. So kann man beispielsweise einen anzustrebenden Farbort „blau, intensiv” bei der Farblichtabstrahlung aus einer mit RGB-LED-Arrays bestückten Leuchte Gamut-korrigiert dadurch erzeugen, dass zusätzlich zur Vollansteuerung (100%) der blauen LEDs im Grundfarben-Array dessen grünen LEDs noch zu 5% und dessen roten LEDs nur zu 2% angesteuert werden. Um besondere Farbeindrücke erzielen zu können, wird in der Praxis oft noch wenigstens eine weitere Mischfarbe durch zusätzliches Bestücken der Leuchte mit entsprechenden Lichtquellen beigemischt, etwa mit weißes oder orangenes Licht abstrahlenden LEDs.
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Von solcher Gamut-Korrektur kann auch Gebrauch gemacht werden, um zwischen den Mischlichtabstrahlungen gleichzeitig betriebener Leuchten etwaige Farbunterschiede möglichst zu vermeiden, weil solche Farbabweichungen für das menschliche Auge sehr störend in Erscheinung treten würden. Da selbst die aus einem Fertigungslos stammenden Grundfarben-LEDs nicht jeweils exakt gleichfarbig strahlen, kann ihnen individuell andersfarbiges Licht zugemischt werden, bis sie – derart Gamut-korrigiert – alle praktisch den gleichen Quellfarbort in der Nähe ihres Grundfarbortes eingenommen haben. Das ist von besonderem praktischem Interesse zum Farb-Abgleich von mit gleicher Farbaussteuerung parallel betriebenen Leuchten etwa für langsame Farbumsteuerungen von Szenenbeleuchtungen auf einer Bühne oder beim zeitlich gestreckten Übergang von Sternenhimmel zu Sonnenaufgang bei der Beleuchtung in einer Fluggastkabine, vgl.
US 7,148,632 B2 ,
15.
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Die mit einer derartigen Gamut-Korrektur erreichten übereinstimmenden Quellfarborte der aufeinander Gamut-abgeglichenen Leuchten sind die Eckpunkte eines dem Chromazitätsdiagramm einbeschrieben (Gamut-)Dreiecks, innerhalb dessen, gegenüber dem Chromazitätsdiagramm reduzierten, Fläche die nun erreichbaren Mischlichtfarborte der jeweiligen Leuchte nur noch liegen können. Der außerhalb dieses Dreiecks liegende Farbort der fast monochromatischen (farbgesättigten) Abstrahlung einer der jeweiligen Lichtquellen selbst ist nicht mehr erreichbar, nur noch der benachbarte Farbort des Eckpunktes des in das Diagramm einbeschriebenen Gamut-Dreiecks.
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In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, das verfügbare Farbspektrum derart farblich aufeinander abgeglichener Leuchten auszuweiten.
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Diese Aufgabe ist gemäß den im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmalen gelöst. Danach verbleibt das Spektrum der Lichtabstrahlung von einer jeden der an sich aufeinander Gamut-abgeglichenen Leuchten nun nicht mehr zwangsläufig im ungesättigten Bereich ihres Gamut-Dreiecks. Diese Farbort-Einschränkung wird erfindungsgemäß überwunden, indem auf Anforderung einer möglichst gesättigten, kräftigen Farbe die der entsprechenden Grundfarbe zugeordneten Lichtquellen in den Leuchten vorübergehend ohne Farbbeimengungen und somit weitgehend monochrom betrieben werden. Damit wird der abgeglichene Farbraum, also der Farbabgleich der Leuchten untereinander, zwar verlassen. Aber das stört bei diesem Extremfall in der Beleuchtungspraxis überraschenderweise nicht, wohl weil das menschliche Auge bei einem vorübergehenden Nebeneinander von Leuchtenbetrieb mit nahezu gleichen gesättigten Grundfarben kaum noch Farbabweichungen zwischen diesen erkennt; die Leuchten bleiben subjektiv abgeglichen. Das gilt auch, wenn z. B. noch eine vierte (Misch-)Lichtquelle (etwa orange) in der Leuchte vorgesehen ist; im Rahmen vorliegender Erfindung wird die wie eine der drei Grundfarben-Lichtquellen behandelt.
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Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen im Rahmen vorliegender Erfindung ergeben sich, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigt:
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1 ein Beispiel für ein von drei Gamut-korrigierten realen Grundfarben-Lichtquellen im Chromazitätsdiagramm aufgespanntes Farborte-Dreieck und
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2 nach Art eines einpoligen Blockschaltbildes auf das Funktionswesentliche abstrahiert eine Schaltungsskizze zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Da in der Praxis eingesetzte farbige Lichtquellen wie insbesondere LEDs keine rein monochromatischen Strahler sind, liegen ihre Quell-Farborte R', G', B' im Chromazitätsdiagramm C nicht auf den Grund-Farborten R, G, B, sondern diesen gegenüber ins Innere des Chromazitätsdiagrammes C hinein versetzt. Aufgrund von Material- und Fertigungstoleranzen liegen die Lichtquellen der Grundfarben selbst einer Charge von LEDs außerdem nicht jeweils alle im selben jeweiligen Quellfarbort R', G' bzw. B', sondern jeweils in einer etwa elliptischen Fläche F um diesen herum verstreut.
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Für eine additive Gamut-Korrektur einer der Quellfarben R', G', B' wird, wie oben erläutert, Licht der jeweils beiden anderen Quellfarben zu geringen Prozentsätzen beigemischt, bis sich für alle Lichtquellen (LEDs) und somit für alle damit ausgestatteten Leuchten möglichst genau die gleichen Gamut-korrigierten Farborte R'', G'' und B'' einstellen; womit nun jede dieser Leuchten bei gleicher elektrischer Ansteuerung in ihrer Farblicht-Abstrahlung den gleichen Farbeindruck erbringt. Diese durch geringfügige Farbbeimengungen erreichten Farborte R'', G'' und B'' spannen innerhalb des Chromazitätsdiagrammes C ein Gamut-Dreieck D'' auf, innerhalb dessen die Farborte dieser mittels Gamut-Korrektur aufeinander abgeglichenen Leuchten übereinstimmend nun nur noch liegen können.
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Die Dreieckspunkte der Gamut-korrigierten Farborte R'', G'' und B'' liegen im Innern eines seinerseits von Quellfarborten R', G', B' im Chromazitätsdiagramm C aufgespannten Dreiecks D', nahe dem jeweiligen Randbereich der Streu-Flächen F; und zwar vorzugsweise wie skizziert etwa derart, dass die Wechselwinkel zwischen den Verlängerungen der Schenkel der Gamut-korrigierten Farbort-Scheitelwinkel jeweils die Flächen F ungefähr tangieren.
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Die Abstrahlung an den nun nur noch intensivst-möglichen Farborten R'', G'', B'', die in der CIE-Normfarbtafel C von den gesättigten Grundfarben R, G, B erheblich entfernt liegen, ist deutlich polychromatisch und somit farbungesättigt. Das muß in Kauf genommen werden, weil der Gamut-Abgleich bei gleichzeitigem Betrieb gleichfarbig abstrahlender LEDs erforderlich ist, um, wie erläutert, Farbsprünge zwischen den damit ausgestatteten, gleich angesteuerten Leuchten zu vermeiden. Denn das menschliche Auge reagiert sehr empfindlich darauf, wenn einander benachbarte Leuchten spektral auch nur geringfügig unterschiedlich abstrahlen. Das engt aber die Breite des von den aufeinander abgeglichenen Leuchten abstrahlbaren Lichtspektrums in der Praxis stark ein, wie es schon aus den Flächenverhältnissen in 1 ersichtlich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Einschränkung nun überwunden, indem bei Anforderung einer besonders intensiven (gesättigten) Grundfarbe (z. B. R) das Gamut-Dreieck D'' regelwidrig verlassen wird. Der entsprechende Farbort R'' wird in Richtung auf den angeforderten Grundfarbort R hin bis in die Fläche F des Quellfarbortes R' hinein verlagert, also so dicht wie bei der gegebenen Lichtquelle überhaupt nur möglich an den Grundfarbort R heran. Das erfolgt apparativ durch Abschalten der Gamut-Beiträge der beiden anderen Farben (hier: G' und B') etwa gemäß 2.
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Dort ist eine Farblicht-Leuchte 11 skizziert, die angenähert in den Grundfarben R, G, B bestückt ist, nämlich mit Quellfarben-Arrays 12R', 12G' und 12B', insbesondere LED-Arrays. Deren jeweilige Abstrahl-Helligkeit wird (nicht dargestellt) aus einer übergeordneten Steuerung oder auch von Hand durch Vorgabe des mittleren Betriebstromes mittels jeweils eines verstellbaren Strommodulators 13 bestimmt. Bezüglich eines jeden der Arrays 12 werden die beiden anderen Arrays 12 über individuell fest eingestellte Strommodulatoren 14 gleichzeitig zusätzlich geringfügig bestromt, um deren Lichtfarben für die vorstehend erläuterte Gamut-Korrektur einzubringen. Das gilt jeweils für jedes der Farb-Arrays 12R', 12G', 12B'.
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Zur Mischlichtabstrahlung von der Leuchte 11 an innerhalb des Gamut-Dreiecks D'' (1) beliebig anwählbaren Farborten werden die Abstrahl-Intensitäten der Arrays 12R', 12G', 12B' über ihre verstellbaren Strommodulatoren 13R, 13G, 13B angesteuert, um die erforderlichen Helligkeiten für deren additiven Spektralüberlagerungen zum Erreichen des gewünschten polychromen Farbortes zu erbringen. Weil diese veränderliche, aktuelle Aussteuerung wie in 2 veranschaulicht auch auf die fest eingestellten Strommodulatoren 14 einwirkt, wird dadurch der einmal durchgeführte Gamut-Abgleich nicht mehr beeinträchtigt.
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Um nun bedarfsweise wenigstens eine der Grundfarben R, G, B in größterreichbarer Farbsättigung R', G', B' abzustrahlen, wird hierfür währenddessen deren Gamut-Korrektur aufgehoben, indem jeweils die anderen beiden Farbzuschläge abgeschaltet werden. Das ist in der Skizze der Funktionsschaltung durch jeweils eine Schaltstrecke 15 veranschaulicht, die von einem Sättigungsschalter 16 ansteuerbar sind. Bei Betätigung des Sättigungsschalters 16 werden so die Gamut-Beiträge abgeblockt, und es strahlen die Arrays 12, je nach ihren momentanen Intensitätsansteuerungen über die verstellbaren Strommodulatoren 13, an ihren unkorrigierten Quellfarborten und somit höchstmöglich farbgesättigt.
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Zum Rückführen der Leuchten-Abstrahlungen in das übereinstimmende da Gamut-korrigierte Spektrum wird die Einwirkung des Sättigungsschalters 16 wieder aufgehoben, womit die Zuschaltung der Gamutkorrektur-Farbbeiträge über die zugeordneten Schaltstrecken 15 wieder wirksam ist.
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Um also trotz des, aufgrund Gamut-Abgleiches der Lichtquellen-Arrays 12 in gleichzeitig nebeneinander zu betreibenden Farblicht-Leuchten 11, im Chromazitätsdiagramm C spektral eingeschränkten Farbortbereiches des einbeschriebenen Gamut-Dreiecks D'' erfindungsgemäß vorübergehend bedarfsweise auch möglichst gesättigte Farben R, G, B abstrahlen zu können, werden bei wenigstens einer der Quellfarben die Gamut-Beiträge der jeweils beiden anderen Quellfarben abgeschaltet, um dann das jeweilige LED-Array 12 an seinem optimal gesättigten Quell-Farbort R', G' bzw. B' zu betreiben. Weil das menschliche Auge auf gesättigte Farben nicht so sensitiv reagiert, wie auf deutlich davon abweichendes Mischlicht, bleibt der im normalen Betrieb bestehende Abgleich zwischen den Leuchten 11 subjektiv erhalten, obgleich objektiv der Abgleichbereich in der Normfarbtafel C zum erfindungsgemäßen Erweitern des Farbgamuts vorübergehend verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Farblicht-Leuchte
- 12
- Grundfarben-Arrays (R, G, B) (in 11)
- 13
- verstellbare Strommodulatoren (vor 12)
- 14
- eingestellte Strommodultoren (für 12)
- 15
- Schaltstrecken (zwischen 14 und 12)
- 16
- Sättigungsschalter (zum Öffnen von 15)
