DE102010032367A1

DE102010032367A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Halbleiterlichtquelle und Gammakorrektureinheit für eine Halbleiterlichtquelle

Info

Publication number: DE102010032367A1
Application number: DE102010032367A
Authority: DE
Inventors: Andreas STAHLKOPF
Original assignee: e cue control GmbH
Current assignee: e cue control GmbH
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-02

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens dient dieses zur Ansteuerung einer Halbleiterlichtquelle und weist die folgenden Schritte auf: – Bereitstellen eines Impulsweitenmodulationssignals (P) mit aufeinander folgenden Grundperioden (B), – Bereitstellen eines digitalen Steuersignals (S) für jede der Grundperioden (B), – Hochzählen in einem Zähler (1), von Neuem beginnend mit einem Anfang jeder der Grundperioden (B), – laufendes Vergleichen eines Zählerstandes demparator (3), – Erzeugen eines Abbruchsignals (F) in dem Komparator (3), wenn der Zählerstand gleich dem Steuersignal (S) ist, – Bestromen der Halbleiterlichtquelle von dem Anfang jeder der Grundperioden (B) an bis zu dem Abbruchsignal (F), wobei das Hochzählen in dem Zähler (1) innerhalb jeder der Grundperioden (B) mit einer variierenden Zählgeschwindigkeit erfolgt.

Description

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Halbleiterlichtquelle angegeben. Darüber hinaus wird eine Gammakorrektureinheit für mindestens eine Halbleiterlichtquelle angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mittels dem Halbleiterlichtquellen ressourcenschonend gammakorrigierbar sind. Weiterhin besteht eine zu lösende Aufgabe darin, eine entsprechende Gammakorrektureinheit anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens dient dieses zur Ansteuerung mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Bei der Halbleiterlichtquelle handelt es sich zum Beispiel um eine Leuchtdiode oder um eine Laserdiode. Die Halbleiterlichtquelle ist dazu eingerichtet, weißes Licht oder farbiges Licht zu emittieren. Insbesondere umfasst die Halbleiterlichtquelle nur einen Halbleiterchip, der zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist. Mehrere Halbleiterlichtquellen, die beispielsweise rotes, grünes und blaues Licht emittieren, können in einer einzigen Leuchtdiode zusammengefasst sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterlichtquelle mittels Impulsweitenmodulation, englisch Pulse Width Modulation oder kurz PWM, angesteuert. Mittels des Verfahrens wird dann bevorzugt ein Tastverhältnis der Impulsweitenmodulation und hierdurch eine Leuchtstärke der Halbleiterlichtquelle eingestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des Bereitstellens eines Impulsweitenmodulationssignals mit aufeinander folgenden Grundperioden. Die Grundperioden folgen insbesondere unmittelbar aufeinander und weisen gleiche Periodendauern auf. Das Impulsweitenmodulationssignal umfasst bevorzugt ein Taktsignal, englisch Clock, und ein Rückstellsignal, englisch Reset. Durch das Rückstellsignal werden insbesondere zwei aufeinander folgende Grundperioden voneinander abgeteilt. Das Taktsignal weist eine höhere Frequenz auf als das Rückstellsignal, beispielsweise eine um mindestens einen Faktor 100 oder um mindestens einen Faktor 1000 größere Frequenz. Insbesondere beträgt eine Frequenz des Rückstellsignals zwischen einschließlich 100 Hz und 1000 Hz, bevorzugt zwischen einschließlich 170 Hz und 600 Hz, beispielsweise um 488 Hz. Das Taktsignal weist eine Frequenz bevorzugt zwischen einschließlich 1 MHz und 32 MHz, insbesondere zwischen einschließlich 2 MHz und 16 MHz, speziell um zirka 8 MHz, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des Bereitstellens eines digitalen Steuersignals, das einer Sollleuchtstärke der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle entspricht, für eine jede der Grundperioden. Das digitale Steuersignal kann ein so genanntes RDM-Signal, englisch Remote Device Management-Signal, oder ein RDM-ähnliches Signal sein. Ebenso kann das Steuersignal ein so genanntes DMX-Signal, auch als Digital Multiplex-Signal bezeichnet, oder ein DMX-ähnliches Signal sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des Hochzählens in einem Zähler. Das Hochzählen beginnt von Neuem mit einem Anfang jeder der Grundperioden. Bevorzugt beginnt das Hochzählen in dem Zähler jeweils bei einem konstanten Wert, der für jede der Grundperioden gleich ist. Dieser Wert ist insbesondere gleich 0 oder gleich 1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des laufenden Vergleichens eines Zählerstandes des Zählers mit dem Steuersignal in einem Komparator. Das Steuersignal, oder auch ein aufbereitetes Steuersignal, liefert zum Beispiel einen Bit-Wert, der einer Leuchtstärke der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle in der entsprechenden Grundperiode entspricht. Ein korrespondierender Zahlenwert des Steuersignals, der bei einem 8-Bit-Signal zum Beispiel von einschließlich 0 bis 255 reicht, wird also mit dem Zählerstand des Zählers fortlaufend verglichen. Das Vergleichen erfolgt somit vielmals während jeder der Grundperioden, beispielsweise mit einer Frequenz, die der Frequenz oder der halben Frequenz des Taktsignals des Impulsweitenmodulationssignals entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist dieses den Schritt des Erzeugens eines Abbruchsignals auf. Insbesondere wird das Abbruchsignal in dem Komparator erzeugt. Bedingung für das Erzeugen des Abbruchsignals ist, dass der Zählerstand des Zählers erstmalig innerhalb einer bestimmten Grundperiode gleich oder größer gleich dem Zahlenwert des Steuersignals oder des aufbereiteten Steuersignals ist. Erreicht also der innerhalb einer Grundperiode anwachsende Zählerstand den Wert des Steuersignals, so wird das Abbruchsignal generiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die mindestens eine anzusteuernde Halbleiterlichtquelle von einem Anfang jeder der Grundperioden an bis hin zu dem Abbruchsignal bestromt. Das Abbruchsignal beendet also in den Grundperioden einen Stromimpuls für die Halbleiterlichtquellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Hochzählen in dem Zähler innerhalb jeder der Grundperioden jeweils mit einer variierenden Zählgeschwindigkeit. Die Zählgeschwindigkeit in einer Grundperiode ändert sich also im Laufe der Zeit und ist somit nicht konstant. Die Zählgeschwindigkeit ist hierbei gleich einer Anzahl von Zählimpulsen des Zählers pro Zeiteinheit. Insbesondere ist eine Frequenz der Zählimpulse größer oder gleich der Frequenz des Taktsignals und kleiner der Frequenz des Rückstellsignals. Bevorzugt variiert die Zählgeschwindigkeit in allen Grundperioden auf die gleiche Weise.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens dient dieses zur Ansteuerung mindestens einer Halbleiterlichtquelle mittels Impulsweitenmodulation. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

– Bereitstellen eines Impulsweitenmodulationssignals mit aufeinander folgenden Grundperioden,
– Bereitstellen eines digitalen Steuersignals für eine Leuchtstärke der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle für jede der Grundperioden,
– Hochzählen in einem Zähler, von Neuem beginnend mit einem Anfang jeder der Grundperioden,
– laufendes Vergleichen eines Zählerstandes des Zählers mit dem Steuersignal in einem Komparator,
– Erzeugen eines Abbruchsignals in dem Komparator, genau dann wenn der Zählerstand innerhalb der jeweiligen Grundperiode erstmalig gleich oder größer gleich dem Steuersignal oder einem Zahlenwert aus dem Steuersignal, der einer Sollleuchtstärke der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle entspricht, ist,
– Bestromen der Halbleiterlichtquelle von dem Anfang jeder der Grundperioden an bis zu dem Abbruchsignal.

Das Hochzählen in dem Zähler innerhalb jeder der Grundperioden erfolgt hierbei jeweils mit einer variierenden Zählgeschwindigkeit des Zählers.
Für niedrige Helligkeitswerte weist das menschliche Auge eine höhere Empfindlichkeit auf als für große Helligkeitswerte. Mit anderen Worten kann das menschliche Auge Helligkeitsschwankungen bei geringen Helligkeiten leichter unterscheiden als bei großen Helligkeiten. Bei der Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen wie Leuchtdioden werden daher in Anpassung an eine Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges in einem niedrigen Leuchtstärkenbereich bevorzugt eine genauere Auflösung von Leuchtstärken eingesetzt als in einen Bereich großer Leuchtstärken. Diese Anpassung wird auch als Gammakorrektur bezeichnet.
In herkömmlichen Gammakorrektureinheiten wird diese Anpassung insbesondere mittels Vergleichstabellen, englisch Look Up Tables, durchgeführt. Hierbei wird ein Primärsteuersignal mit geringerer Auflösung, beispielsweise mit 8 Bit, in ein Sekundärsignal mit höherer Auflösung, beispielsweise mit 14 Bit, umgewandelt. Durch die höhere Bit-Zahl des Sekundärsignals ist diese Vorgehensweise jedoch vergleichsweise ressourcenintensiv bezüglich Speicherplatz und Datenübertragungskapazität.
Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt die Anpassung an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges durch das Hochzählen des Zählers mit einer variablen Geschwindigkeit. Hierdurch ist eine Umwandlung in ein Signal mit einer höheren Bitanzahl vermeidbar oder es ist die Erhöhung der Bitanzahl reduzierbar.
Bei wenigstens einer Ausführungsform des Verfahrens werden fortwährend codierte Farbinformationen und Helligkeitsinformationen für die Halbleiterlichtquelle empfangen. Diese Informationen werden mittels des Verfahrens verarbeitet und verändert. Über die angesteuerte Halbleiterlichtquelle erfolgt dann eine Emission von Licht mit einer Stärke und/oder mit einer Farbe, die den veränderten Informationen entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nimmt die Zählgeschwindigkeit, also die Anzahl von Zählimpulsen des Zählers pro Zeiteinheit, innerhalb der Grundperioden mit fortschreitender Zeit ab, insbesondere monoton ab. Die Zählgeschwindigkeit ist also am Anfang der Grundperioden größer als gegen Ende der Grundperioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein zeitlicher Verlauf der Zählgeschwindigkeit innerhalb einer der Grundperioden an eine quadratische Funktion oder an eine reziproke quadratische Funktion angenähert. Angenähert bedeutet zum Beispiel, dass eine Abweichung der Zählgeschwindigkeit von insbesondere einer Parabel oder einer reziproken Parabel zu jedem Zeitpunkt der Grundperiode weniger als 10% oder weniger als 5% eines Funktionswertes der angenäherten Funktion zu diesem Zeitpunkt beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist mindestens eine Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen des Zählers kleiner oder gleich einem Viertel oder einem Achtel oder einem Sechzehntel einer maximalen Bestromungsdauer der Grundperioden, geteilt durch zwei hoch einer Bit-Zahl des digitalen Steuersignals. Die maximale Bestromungsdauer entspricht näherungsweise einer Dauer der Grundperioden, wobei die maximale Bestromungsdauer die Dauer der Grundperioden unterschreiten kann. Weist beispielsweise das Steuersignal 8 Bit auf, so ist zwei hoch der Bit-Zahl des Steuersignals dann gleich 256. Mindestens eine Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen ist dann kleiner oder gleich dem Vierfachen dieses Wertes, also in diesem Beispiel höchstens ein 1024stel der maximalen Bestromungsdauer. Es ist also ein Raster in der Zeitdomäne der Zählimpulse in mindestens einem Zeitbereich der Grundperiode feiner als bei einer äquidistanten Aufteilung der Grundperiode anhand des Auflösungsvermögens des Steuersignals. Hierdurch wird eine feinere Auflösung bei kleinen Leuchtstärken der mit dem Verfahren angesteuerten Halbleiterlichtquelle erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Zählgeschwindigkeit des Zählers jeweils über mehrere Zählimpulse des Zählers hinweg konstant. Beispielsweise ändert sich die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen über zumindest vier oder über zumindest acht aufeinander folgende Zählimpulse nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zählgeschwindigkeit innerhalb einer Grundperiode insbesondere mehrmals sprunghaft erhöht. Die Zählgeschwindigkeit nimmt dann also nicht kontinuierlich zu, sondern stufenförmig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zählgeschwindigkeit innerhalb der Grundperioden jeweils nach einer bestimmten, konstanten Anzahl von Zählimpulsen erhöht. Beispielsweise ändert sich die Zählgeschwindigkeit jeweils nach 4, jeweils nach 8 oder jeweils nach 16 Zählimpulsen. Die Anzahl von Zählimpulsen, nach der sich die Zählgeschwindigkeit erhöht, beträgt bevorzugt höchstens ein Achtel oder höchstens ein Sechzehntel von zwei hoch der Bit-Zahl des digitalen Steuersignals. Weist das Steuersignal beispielsweise 8 Bit auf, so beträgt die Anzahl von Zählimpulsen gleicher Zählgeschwindigkeit dann höchstens 32, gleich 256 geteilt durch 8, oder höchstens 16, gleich 256 geteilt durch 16.
Darüber hinaus wird eine Gammakorrektureinheit angegeben. Die Gammakorrektureinheit ist dazu eingerichtet, dass ein Verfahren wie in einer oder mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen angegeben, darauf ausführbar ist. Merkmale für die Gammakorrektureinheit sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit dient diese zur Ansteuerung von mindestens einer Halbleiterlichtquelle, bevorzugt von mehreren Halbleiterlichtquellen, und weist eine Dateneingangsschnittstelle auf. Die Dateneingangsschnittstelle ist dazu eingerichtet, ein insbesondere digitales Steuersignal zu empfangen und optional zu einem aufbereiteten Steuersignal zu verarbeiten. Insbesondere entspricht das aufbereitete Steuersignal einem Zahlenwert, der etwa bei einem 8-Bit-Steuersignal zwischen einschließlich 0 und 255 beträgt. Der Zahlenwert liegt also in einem Intervall von 0 bis zu einem durch den Bit-Wert des Steuersignals vorgegebenen Maximalwert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit weist diese einen Zähler auf. Der Zähler ist dazu eingerichtet, von neuem beginnend mit einem Anfang einer jeder von aufeinander folgenden Grundperioden eines Impulsweitenmodulationssignals hochzuzählen. Eine Zählgeschwindigkeit des Zählers variiert hierbei jeweils innerhalb der Grundperioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist die Dateneingangsschnittstelle dazu eingerichtet, das Steuersignal oder das aufbereitete Steuersignal an einen Komparator zu leiten. Weiterhin ist der Komparator dazu eingerichtet, das Steuersignal oder das aufbereitete Steuersignal laufend mit einem Zählerstand des Zählers zu vergleichen und, falls der Zählerstand gleich oder größer gleich dem Steuersignal oder dem aufbereiteten Steuersignal ist, ein Abbruchsignal zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist das Abbruchsignal dazu eingerichtet, ein Tastverhältnis für die jeweilige Grundperiode des Impulsweitenmodulationssignals einzustellen. Eine Bestromung erfolgt innerhalb jeder der Grundperioden bis hin zu dem Abbruchsignal.
In mindestens einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit weist diese eine Dateneingangsschnittstelle, einen Zähler sowie einen oder mehrere Komparatoren auf und ist zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, insbesondere von Leuchtdioden, mittels Impulsweitenmodulation eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist der Zähler mehreren Komparatoren parallel geschaltet, wobei jeder der Komparatoren dazu eingerichtet ist, ein eigenes Steuersignal oder ein eigenes aufbereitetes Steuersignal zu empfangen. In jedem der Komparatoren wird laufend ein Ausgangssignal des Zählers mit dem jeweiligen Steuersignal oder dem jeweiligen aufbereiteten Steuersignal verglichen und hieraus jeweils ein entsprechendes Abbruchsignal erzeugt. Insbesondere weist die Gammakorrektureinheit mindestens drei oder mindestens fünf Komparatoren auf, die jeweils ein eigenes Steuersignal oder aufbereitetes Steuersignal erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit umfasst der Zähler einen Vergleichswertzähler, einen Verzögerungszeitzähler und/oder einen Verzögerungszeitmerker.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist der Verzögerungszeitmerker dazu eingerichtet, Verzögerungswerte, die den Zeitspannen zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen des Zählers entsprechen, vorzugeben. Die Verzögerungswerte variieren innerhalb jeder der Grundperioden. Insbesondere steigen die Verzögerungswerte im Verlauf einer jeder der Grundperioden an, insbesondere monoton an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist der Verzögerungszeitzähler dazu eingerichtet, beginnend mit einem Anfang jeder von Zeitspannen zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen, die der Zähler ausgibt, von Neuem jeweils bis zu dem durch den Verzögerungszeitmerker vorgegebenen Verzögerungswert hochzuzählen. In jeder der Zeitspannen zählt der Verzögerungszeitzähler also bis zu dem Verzögerungswert hoch. Ein Hochzählen erfolgt bevorzugt mit dem Taktsignal des Impulsweitenmodulationssignals.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit ist der Vergleichswertzähler dazu eingerichtet, den Zählerstand des Zählers jeweils um genau 1 zu erhöhen, wenn der Verzögerungszeitzähler den durch den Verzögerungszeitmerker vorgegebenen verzögerungswert erreicht hat. Durch den Verzögerungswert ist also die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen vorgegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit weisen der Vergleichswertzähler, der Verzögerungszeitzähler sowie der Verzögerungszeitmerker eine gleiche Bit-Zahl auf. Beispielsweise sind die drei genannten Komponenten jeweils in 8 Bit oder in 10 Bit implementiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Gammakorrektureinheit umfasst diese mindestens eines der nachfolgenden Bauelemente oder besteht aus einem oder aus mehreren der nachfolgenden Bauelemente:

– eine programmierbare Anordnung von Logikgattern, englisch Field Programmable Gate Array oder kurz FPGA,
– ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, englisch Application Specific Integrated Circuit oder kurz ASIC,
– ein komplexes, programmierbares Logikbauteil, englisch Complex Programmable Logik Device oder kurz CPLD,
– eine Mikrokontrolleinheit, englisch Microcontroller Unit oder kurz MCU.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist dieses in zumindest einem FPGA und/oder ASIC und/oder CPLD und/oder MCU implementiert und/oder programmiert und wobei der FPGA und/oder ASIC und/oder CPLD und/oder MCU dazu eingerichtet ist, im Betrieb das Verfahren auszuführen.
In den vorhergehenden Ausführungsformen wurde das Verfahren sowie die Gammakorrektureinheit zur Ansteuerung von Helligkeitswerten einer Halbleiterlichtquelle beschrieben. Anstelle der Halbleiterlichtquelle ist es in analoger Weise ebenso möglich, eine Geschwindigkeit eines Motors zu kodieren und einen Motor anzusteuern. Ein entsprechender Motor lässt sich zum Beispiel bei geringen Drehzahlen mit höherer Auflösung ansteuern als bei hohen Drehzahlen. Ebenso kann das angegebene Verfahren, alternativ zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, zum Ansteuern von Vorschaltgeräten mit Impulsweitenmodulation etwa für Leuchtstoffröhren dienen.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren sowie eine hier beschriebene Gammakorrektureinheit unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1, 4 und 5 schematische Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Gammakorrektureinheiten, und
2 und 3 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Gammakorrektureinheit 100 in einer schematischen Blockdarstellung illustriert. Die Gammakorrektureinheit 100 umfasst einen Zähler 1, eine Dateneingangsschnittstelle 2 sowie einen Komparator 3. Alle Komponenten 1, 2, 3 der Gammakorrektureinheit 100 erhalten ein Impulsweitenmodulationssignal P, das ein Taktsignal sowie ein Rückstellsignal beinhaltet, wobei das Rückstellsignal aufeinander folgende Grundperioden B der Impulsweitenmodulation voneinander separiert. Das Taktsignal weist eine größere Frequenz auf als das Rückstellsignal.
Die Dateneingangsschnittstelle 2 empfängt ein digitales Steuersignal S und leitet dieses oder optional ein aufbereitetes Steuersignal S' an den Komparator 3 weiter. Weiterhin empfängt der Komparator 3 ein Ausgangssignal E des Zählers, das einem gerade vorliegenden Zählerstand des Zählers 1 entspricht. Mit einem Anfang jeder der Grundperioden B beginnt der Zähler 1 mit sich während der Grundperiode B ändernder Zählgeschwindigkeit hochzuzählen.
Der Komparator 3 vergleicht laufend, insbesondere mit einer Frequenz des Taktsignals, das Steuersignal S oder das aufbereitete Steuersignal S' mit dem Ausgangssignal E. Ist das Ausgangssignal E gleich dem Steuersignal S oder dem aufbereiteten Steuersignal S', so gibt der Komparator 3 ein Abbruchsignal F aus.
In 2 ist ein Ablaufschema des Verfahrens illustriert. Im Figurenteil 2A ist ein Strom I für die zu bestromende Halbleiterlichtquelle, die nicht gezeichnet ist, in Abhängigkeit von der Zeit t illustriert, im Figurenteil 2B sind Zählimpulse des Ausgangssignals E des Zählers 1 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt und im Figurenteil 2C ist das aufbereitete Steuersignal S' veranschaulicht. Zwischen den Figurenteilen 2B und 2C ist schematisch der Komparator 3 eingezeichnet.
Für eine jede der Grundperioden B liegt das aufbereitete Steuersignal S' an dem Komparator 3 an. Zwischen aufeinander folgenden Zählimpulsen des Ausgangssignals E des Zählers 1 liegen voneinander verschiedene, im Laufe der Zeit größer werdende Zeitspannen Δ. Zu einem. Beginn der Grundperioden B sind die Zeitspannen Δ deutlich kleiner als ein Zeitintervall wäre, das eine Länge gleich einer maximalen Bestromungszeit T während der Grundperioden B geteilt durch eine maximale Größe des Steuersignals S' hat. Gegen Ende der Grundperiode B sind die zeitlichen Abstände zwischen den Zählimpulsen des Zählers 1 hingegen größer als dieses Zeitintervall. Dies ist angedeutet durch die äquidistante Auftragung der möglichen Zahlenwerte des Signals S' in 2C sowie durch die Auftragung der Zählimpulse des Zählers 1 in der Zeit t, siehe 2B.
Ist derjenige Zählimpuls innerhalb einer Grundperiode B in dem Ausgangssignal E erreicht, der dem Zahlenwert des Signals S' entspricht, so gibt der Komparator 3 das Abbruchsignal F aus. Gemäß 2B ist dies der achte Zählimpuls des Zählers 1 innerhalb der Grundperiode B, entsprechend dem Zahlenwert des Signals S', in den 2B und 2C angedeutete durch eine in Klammern stehende 8. Wird das Abbruchsignal F aus dem Komparator 3 ausgegeben, so beendigt dieses ein Anschaltzeitintervall O, währenddessen die angeschlossene Halbleiterlichtquelle, in den Figuren nicht gezeichnet, bestromt wird. Das Anschaltzeitintervall O geteilt durch die maximale Bestromungszeit T entspricht einem Tastverhältnis der Impulsweitenmodulation.
Wie aus 2B zu erkennen ist, ist eine Rasterung der Zählimpulse in dem Ausgangssignal E des Zählers 1 für kurze Anschaltzeitintervalle O feiner als für vergleichsweise lange Anschaltzeitintervalle O. Hierdurch ist eine Anpassung der Leuchtstärkenregelung der nicht dargestellten Halbleiterlichtquelle an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges erzielbar. Eine Auflösung von Sollleuchtstärken der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle nimmt also im Laufe der Grundperiode B mit der Zeit ab.
In 3 ist schematisch ein zeitlicher Verlauf der Zeitspannen Δ zwischen aufeinander folgenden Zählimpulsen des Ausgangssignals E dargestellt. Die Zeitspannen Δ nehmen innerhalb der Grundperiode B quadratisch zu. Eine Zählgeschwindigkeit des Zählers 1 nimmt dementsprechend quadratisch ab. Eine in 3 nicht gezeichnete quadratische Funktion ist durch einzelne Geradenabschnitte, die aneinander grenzen, approximiert, siehe 3A. Ebenso ist es möglich, dass eine quadratische Funktion stufenförmig approximiert ist, vergleiche 3B.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gammakorrektureinheit 100 ist in 4 dargestellt. Die Gammakorrektureinheit 100 weist mehrere Komparatoren 3 auf, die jeweils das Ausgangssignal E des Zählers 1 parallel empfangen. Jeder der Komparatoren 3 empfängt ein eigenes aufbereitetes Steuersignal S' aus der Dateneingangsschnittstelle 2. Aus dem Ausgangssignal E sowie aus den Steuersignalen S' erzeugt jeder der Komparatoren 3 eines der Abbruchsignale F.
Anders als in 4 dargestellt ist es ebenso möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass jedem der Komparatoren 3 eine eigene Dateneingangsschnittstelle 2 zugeordnet ist, so dass die Gammakorrektureinheit 100 dann eine gleiche Anzahl von Komparatoren 3 und Dateneingangsschnittstellen 2 aufweist.
Die Dateneingangsschnittstelle 2 kann eine so genannte Zustandsmaschine, englisch State Machine, sein. Zum Beispiel ist die gesamte Gammakorrektureinheit 100 in einer programmierbaren Anordnung von Logikgattern, kurz FPGA, implementiert.
Beim Ausführungsbeispiel der Gammakorrektureinheit 100 gemäß 5 weist der Zähler 1 drei Untereinheiten 11, 12, 13 auf. Bevorzugt umfasst die Gammakorrektureinheit 100, anders als dargestellt, mehrere Komparatoren 3 und optional mehrere Dateneingangsschnittstellen 2, vergleiche 4. Wie auch gemäß 4 kann die Gammakorrektureinheit 100 in einem FPGA implementiert sein. Die Funktionsweise dieses Zählers 1 wird im Folgenden näher erläutert.
Das Impulsweitenmodulationssignal P weist ein nicht dargestelltes Rückstellsignal auf, das am Ende und/oder am Anfang jeder der Grundperioden B erfolgt. Über dieses Rückstellsignal werden in jeder der Grundperioden B die Komponenten 11, 12, 13 in einen Ausgangszustand, insbesondere in eine 0-Position des Zählerstandes des Zählers 1, zurückgestellt.
Weiterhin erhalten der Gammakorrektureinheit 100 das Taktsignal des Impulsweitenmodulationssignals P und führen die einzelnen Schritte im Takt dieses Taktsignals durch. Das Taktsignal beträgt zum Beispiel ungefähr 8 MHz, im Vergleich zu einer Abfolge von Grundperioden B mit einer Frequenz von etwa 488 Hz.
Durch das Rückstellsignal in dem Impulsweitenmodulationssignal P wird in einem Verzögerungszeitmerker 13 des Zählers 1 ein niedrigster Verzögerungswert V eingestellt. Gleichzeitig beginnt der Verzögerungszeitzähler 12, der ebenfalls durch das Rückstellsignal in einen Ausgangszustand zurückgestellt wurde, im Takt des Taktsignals hochzuzählen. Ein Zählwert Z wird laufend mit dem Verzögerungswert V aus dem Verzögerungszeitmerker 13 verglichen. Sind der Zählwert Z und der Verzögerungswert V gleich, so ergeht einerseits ein Rücksetzsignal R, englisch Reset, zurück an den Verzögerungszeitzähler 12, wodurch dieser in seinen Ausgangszustand zurückgesetzt wird. Weiterhin ergeht ein Zählimpuls C an einen Vergleichswertzähler 11. Durch den Zählimpuls C wird ein Zählerstand in dem Vergleichswertzähler 11 um eins erhöht. Dieser Zählerstand des Vergleichswertzählers 11, der auch der Zählerstand des Zählers 1 insgesamt ist, wird in dem Ausgangssignal E an den Komparator 3 ausgegeben.
In einer Untereinheit U des Zählers 1 wird verglichen, ob das Ausgangssignal E eine bestimmte Bitsequenz aufweist, insbesondere ob zum Beispiel die letzten drei Bits des Ausgangssignals E jeweils gleich 1 sind. Ist dies der Fall, so wird von der Untereinheit U ein Verzögerungszeitänderungssignal D an den Verzögerungszeitmerker 13 ausgegeben, wodurch der Verzögerungszeitmerker 13 den Verzögerungswert V ändert, insbesondere erhöht. Die verschiedenen Verzögerungswerte V, die im Laufe einer der Grundperioden B vorliegen, können sich zum Beispiel aus einer abgespeicherten Tabelle in dem Vergleichswertzähler 11 ergeben oder sich mit Hilfe einer mathematischen Funktion jeweils berechnen lassen. Zum Beispiel mit jedem achten Zählimpuls C wird dann der Verzögerungswert V geändert, wodurch sich die Zählgeschwindigkeit des Zählers 1 ebenfalls ändert.
Da mit dem Senden des Zählimpulses C der Verzögerungszeitzähler 12 zurückgesetzt wurde, beginnt mit dem nächsten Takt des Taktsignals der Verzögerungszeitzähler 12 wieder bis zu dem Verzögerungswert V hochzuzählen. Wenn der Zählwert Z des Verzögerungszeitzählers 12 wieder gleich dem Verzögerungswert V ist, wird der nächste Zählimpuls C ausgegeben und so weiter.
Zusammenfassend zählt der Verzögerungszeitzähler 12 also mit dem Taktsignal des Impulsweitenmodulationssignals P jeweils bis zu dem durch den Verzögerungszeitmerker 13 vorgegebenen und sich im Laufe der Grundperioden B ändernden Verzögerungswert V. Der Vergleichswertzähler 11 zählt mit den Zählimpulsen C hoch und gibt das Ausgangssignal E aus.
Entspricht das Ausgangssignal E dem Wert des Steuersignals S', so gibt der Komparator 3 das Abbruchsignal F aus. Da ein Zählen in dem Vergleichswertzähler 11 von dem Taktsignal des Impulsweitenmodulationssignals P entkoppelt ist, lässt sich durch die sich ändernden Verzögerungswerte V die variierende Zählgeschwindigkeit des Zählers 1 realisieren.
Es weist insbesondere das Ausgangssignal E eine gleiche Bit-Tiefe auf wie das Steuersignal S'. Es können sowohl der Vergleichswertzähler 11 als auch der Verzögerungszeitzähler 12 und der Verzögerungszeitmerker 13 in der gleichen Bit-Tiefe wie das Steuersignal S' implementiert sein, beispielsweise jeweils in 8 Bit. Hierdurch ist ein ressourcensparender Aufbau der Gammakorrektureinheit 100 ermöglicht. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Zähler 1 das Ausgangssignal E parallel an mehrere Komparatoren 3, vergleiche 4, ausgibt.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann die Gammakorrektureinheit 100 an eine Stromquelle für eine Halbleiterlichtquelle angeschlossen sein und das Abbruchsignal F an die Stromquelle übermitteln. Ebenso ist es möglich, dass die Gammakorrektureinheit 100 einer Stromquelle integriert ist.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmale sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombinationen von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder dies Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Halbleiterlichtquelle mittels Impulsweitenmodulation mit den Schritten: – Bereitstellen eines Impulsweitenmodulationssignals (P) mit aufeinander folgenden Grundperioden (B), – Bereitstellen eines digitalen Steuersignals (S, S') für eine Leuchtstärke der anzusteuernden Halbleiterlichtquelle für jede der Grundperioden (B), – Hochzählen in einem Zähler (1), von Neuem beginnend mit einem Anfang jeder der Grundperioden (B), – laufendes Vergleichen eines Zählerstandes (E) des Zählers (1) mit dem Steuersignal (S, S') in einem Komparator (3), – Erzeugen eines Abbruchsignals (F) in dem Komparator (3), genau dann wenn der Zählerstand (E) erstmalig gleich oder größer gleich dem Steuersignal (S, S') ist, – Bestromen der Halbleiterlichtquelle von dem Anfang jeder der Grundperioden (B) an bis hin zu dem Abbruchsignal (F), wobei das Hochzählen in dem Zähler (1) innerhalb jeder der Grundperioden (B) jeweils mit einer variierenden Zählgeschwindigkeit erfolgt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Zählgeschwindigkeit innerhalb einer Grundperiode (B) mit fortschreitender Zeit (t) abnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein zeitlicher Verlauf der Zählgeschwindigkeit innerhalb einer der Grundperioden (B) an eine quadratische Funktion angenähert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Zeitspanne (Δ) zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen des Zählers (1) kleiner oder gleich einem Achtel einer maximalen Bestromungsdauer (T) pro Grundperiode (B) geteilt durch 2 hoch einer Bit-Zahl des digitalen Steuersignals (S, S') ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zählgeschwindigkeit des Zählers (1) jeweils über mehrere Zählimpulse des Zählers (1) hinweg konstant ist und anschließend sprunghaft erhöht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Zählgeschwindigkeit innerhalb der Grundperioden (B) jeweils nach einer bestimmten, konstanten Anzahl von Zählimpulsen erhöht wird, wobei die Anzahl höchstens ein Achtel von 2 hoch der Bit-Zahl des digitalen Steuersignals (S, S') ist.
Gammakorrektureinheit (100) für mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit – mindestens einer Dateneingangsschnittstelle (2) zum Empfangen eines Steuersignals (S) und optional zu einem Verarbeiten des Steuersignals (S) zu einem aufbereiteten Steuersignal (S'), – einem Zähler (1), und – mindestens einem Komparator (3), wobei – der Zähler (1) dazu eingerichtet ist, von Neuem beginnend mit einer jeden von aufeinander folgenden Grundperioden (B) eines Impulsweitenmodulationssignals (P) hochzuzählen und eine Zählgeschwindigkeit des Zählers (1) innerhalb der Grundperioden (B) jeweils variiert ist, – die Dateneingangsschnittstelle (2) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal (S) oder das aufbereitete Steuersignal (S') an den Komparator (3) zu leiten, – der Komparator (3) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal (S) oder das aufbereitete Steuersignal (S') laufend mit einem Zählerstand (E) des Zählers (1) zu vergleichen und, falls der Zählerstand (E) gleich oder größer gleich dem Steuersignal (S) oder dem aufbereiteten Steuersignal (S') ist, ein Abbruchsignal (F) zu erzeugen, und – das Abbruchsignal (F) dazu eingerichtet ist, ein Tastverhältnis der jeweiligen Grundperiode (B) einzustellen.
Gammakorrektureinheit (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der Zähler (1) mehreren Komparatoren (3) parallel geschaltet ist und jeder der Komparatoren (3) dazu eingerichtet ist, ein eigenes Steuersignal (S) oder aufbereitetes Steuersignal (S') zu empfangen und jeweils ein zugehöriges Abbruchsignal (F) zu erzeugen.
Gammakorrektureinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei der das Steuersignal (S) ein DMX-Signal, ein RDM-Signal, ein DMX-ähnliches Signal oder ein RDM-ähnliches Signal ist.
Gammakorrektureinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der der Zähler (1) einen Vergleichswertzähler (11), einen Verzögerungszeitzähler (12) sowie einen Verzögerungszeitmerker (13) umfasst, wobei – der Verzögerungszeitmerker (13) dazu eingerichtet ist, Verzögerungswerte (V), die Zeitspannen (Δ) zwischen zwei aufeinander folgenden Zählimpulsen des Vergleichswertzählers (11) entsprechen, vorzugeben und die Verzögerungswerte (V) innerhalb jeder der Grundperioden (B) zu variieren, – der Verzögerungszeitzähler (12) dazu eingerichtet ist, beginnend mit einem Anfang jeder der Zeitspannen (Δ) von Neuem jeweils bis zu dem entsprechenden Verzögerungswert (V) hochzuzählen, und – der Vergleichswertzähler (11) dazu eingerichtet ist, den Zählerstand (E) um 1 zu erhöhen, wenn der Verzögerungszeitzähler (12) den Verzögerungswert (V) erreicht hat.
Gammakorrektureinheit (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der Vergleichswertzähler (11), der Verzögerungszeitzähler (12) sowie der Verzögerungszeitmerker (13) eine gleiche Bit-Zahl wie das Steuersignal (S) aufweisen.
Gammakorrektureinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die zumindest eines der nachfolgenden Bauelemente umfasst oder aus mindestens einem dieser Bauelemente besteht: – eine programmierbare Anordnung von Logikgattern, kurz FPGA, – ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, kurz ASIC, – ein komplexes, programmierbares Logikbauteil, kurz CPLD, – eine Mikrokontrolleinheit, kurz MCU.
Gammakorrektureinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.