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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise für eine Ambientebeleuchtung in Fahrzeuginnenräumen, mit mehreren LEDs und einer Steuereinrichtung.
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Stand der Technik
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Für die Ambientebeleuchtung in Fahrzeuginnenräumen werden zunehmend LEDs eingesetzt. Diese können einfarbig oder mehrfarbig in Kombination verwendet werden, um durch Farbmischung – etwa der Farben rot, grün, blau – eine Mischfarbe in gewünschter Helligkeitsabstufung zu generieren. Die einzelnen LEDs werden über einen Mikrocontroller und einen PWM-Treiber angesteuert. Über ein Bus-System wird eine Farbkenngröße zur Erzeugung der gewünschten Farbe und Helligkeit gesendet. Der Mikrocontroller berechnet die zur Farbe und Helligkeit korrespondierenden PWM-Signale, welche zur Ansteuerung der einzelnen LEDs vom PWM-Treiber ausgesendet werden.
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Einrichtungen und Verfahren zum Erzeugen und Modulieren von Beleuchtungszuständen sind in der
US 7,014,336 B1 beschrieben.
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LEDs weisen produktionsbedingt relativ große Farb- und Helligkeitsunterschiede auf, was zu unterschiedlichen Farbeindrücken der erzeugten Mischfarbe führt. Dieses Problem kann durch Vorgruppierung der LEDs hinsichtlich ihrer Farb- und Helligkeitsgrade teilweise aber nicht vollständig gelöst werden. Mit anderen Worten führt die Ansteuerung verschiedener LED-Sets – etwa eines RGB-LED-Sets – mit identischen PWM-Signalen zu unterschiedlichen Farbeindrücken, was gerade im Automobilbereich, in dem es in ausgesprochen hohem Maße auf reproduzierbare Qualität ankommt, als störend empfunden wird.
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Neben der oben beschriebenen systembedingten Störung des Farbeindrucks unterliegt die Leuchtkraft der LEDs einer Alterung, einer Temperaturabhängigkeit und anderen Einflüssen. Auch darin sind Abweichungen der tatsächlich ausgegebenen Mischfarbe vom gewünschten Farbton begründet.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die für eine Ambientebeleuchtung in Fahrzeuginnenräumen geeignet ist und Mischfarben in verbesserter Qualität, insbesondere hinsichtlich der Reproduzierbarkeit und Dauerhaftigkeit erzeugen kann.
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Die Aufgabe wird mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert und gehen aus der folgenden allgemeinen Beschreibung, sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen hervor.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist mehrere LEDs zumindest teilweise verschiedener Farbe auf, die jeweils über ein PWM-Signal ansteuerbar sind. Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung ein oder mehrere Gruppen von je drei LEDs, etwa der Farben rot, grün, blau, auf. Die LEDs sind einzeln ansprechbar und erzeugen bei gleichzeitigem Betrieb und individueller Ansteuerung eine Mischfarbe. Die zur Ansteuerung der LEDs erforderlichen PWM-Signale werden über eine Steuereinrichtung ermittelt und entweder direkt von der Steuereinrichtung erzeugt und ausgegeben oder über einen separaten PWM-Treiber gemäß den Vorgaben der Steuereinrichtung erzeugt und ausgegeben. Die Steuereinrichtung ist ausgelegt, um aus einer Farbkenngröße, die eine von den LEDs auszugebende Mischfarbe eindeutig kennzeichnet, die entsprechenden PWM-Signale zur Ansteuerung der LEDs zu bestimmen. Mit anderen Worten enthält die Eingabe der Steuereinrichtung eine Farbkenngröße, die etwa aus einem Farbindex und der gewünschten Helligkeit oder den Koordinaten eines Farbraums gebildet sein kann, und die Aufgabe der Steuereinrichtung enthält entweder PWM-Signale zur Ansteuerung der LEDs oder ein Signal für einen PWM-Treiber, der die entsprechenden PWM-Signale erzeugt. Insofern bestimmt die Steuereinrichtung die PWM-Signale.
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Die Bestimmung der PWM-Signale erfolgt unter Durchführung einer Korrektur, die sowohl betriebsunabhängige als auch betriebsabhängige Parameter berücksichtigt. Die Bestimmung der PWM-Signale erfolgt somit nicht ausschließlich aufgrund der Farbkenngröße, sondern es werden betriebsunabhängige, d. h. statische, konstruktionsbedingte Parameter, und betriebsabhängige, d. h. dynamische, im Betrieb zeitlich veränderliche Parameter berücksichtigt. Betriebsunabhängige Parameter können beispielsweise Spektraldaten einer oder mehrerer LEDs, die im Voraus mittels einer Referenzvermessung bestimmt werden, und/oder konstruktionsbedingte Farbverschiebungen berücksichtigen, die beispielsweise aufgrund eines Streuelements oder eines Farbfilters, der im Strahlengang der LEDs angeordnet ist, bewirkt werden. Betriebsabhängige Parameter enthalten beispielsweise Umgebungsparameter, wie Temperatur oder auch das betriebsbedingte Alterungsverhalten der LEDs.
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Zur Korrektur auf der Grundlage betriebsunabhängiger Parameter weist die Steuereinrichtung vorzugsweise einen Speicher auf oder greift auf einen solchen zu, in dem die konstruktionsbedingten Parameter, die sich von Beleuchtungseinrichtung zu Beleuchtungseinrichtung unterscheiden können, gespeichert sind. Zur Berücksichtigung der betriebsabhängigen Parameter weist die Steuereinrichtung vorzugsweise einen Eingabeanschluss auf, über den die betriebsdynamischen Daten, die für die Korrektur verwendet werden, in die Steuereinrichtung eingegeben werden. Die Eingabe solcher Daten in die Steuereinrichtung kann über eine Drahtverbindung oder kabellos erfolgen.
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Bevorzugte Ausführungsformen zur betriebsunabhängigen und betriebsabhängigen Korrektur werden weiter unten besprochen. Es sei auf folgendes hingewiesen: Wenn zur Vereinfachung der Darstellung von Parametern (Mehrzahl) die Rede ist, dann ist damit auch der Fall eines einzigen Parameters, etwa die Temperatur, mit umfasst, sofern der Kontext keinen anderen Schluss erfordert. Erfindungswesentlich ist, dass die Korrektur wenigstens einen betriebsunabhängigen und wenigstens einen betriebsabhängigen Parameter berücksichtigt.
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Indem die Korrektur wenigstens einen betriebsunabhängigen und wenigstens einen betriebsabhängigen Parameter berücksichtigt, können nicht nur herstellungsbedingte Abweichungen vom gewünschten Farbeindruck kompensiert werden, sondern außerdem können Umgebungsbedingungen, Alterungserscheinungen, Filterungen und dergleichen berücksichtigt werden, wodurch ein dauerhaftes, gleichbleibendes und qualitativ hochwertiges Beleuchtungsbild sichergestellt wird, trotz produktionsbedingter Schwankungen die die Leuchteigenschaften der LEDs betreffen.
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Vorzugsweise berücksichtigt die Korrektur Spektraldaten einer oder mehrerer LEDs als den oder als einen betriebsunabhängigen Parameter. Dazu wird gemäß einer Ausführungsform jede LED vor Inbetriebnahme der Beleuchtungseinrichtung, ggf. vor der Montage der Beleuchtungseinrichtung, einzeln spektral vermessen, d. h. eine sogenannte Referenzvermessung durchgeführt. Die Vermessung der LEDs erfolgt idealerweise mittels eines Spektrometers, da damit die erforderliche Genauigkeit sichergestellt werden kann. Ein Prozedere für die Referenzvermessung sieht vor, dass die einzelnen Farben, etwa rot, grün, blau, nacheinander mittels eines normierten PWM-Signals angesteuert und jeweils einzeln vermessen werden. Aus den Messdaten der bevorzugt drei Messungen (rot, grün, blau) kann das PWM-Signal jeder gewünschten Mischfarbe berechnet werden. Aus den Messdaten abgeleitete Berechnungsparameter werden dann in einem Speicher, auf den die Steuereinrichtung Zugriff hat oder der Teil der Steuereinrichtung ist, gespeichert. Das normierte PWM-Signal ist vorzugsweise auf 100% PWM eingestellt, d. h. dasjenige PWM-Signal, das die LEDs mit maximaler Helligkeit ansteuert.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung ein Streuelement auf, das etwa als Streuscheibe ausgeführt sein kann, das im Strahlengang wenigstens einer der LEDs, vorzugsweise aller LEDs, angeordnet ist und eine Farbverschiebung der ausgegebenen Mischfarbe bewirkt. Die Steuereinrichtung ist hierbei so ausgelegt, dass die Farbverschiebung des Streuelements bei der Korrektur berücksichtigt. Wenn das Streuelement ein fester Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung ist, dann erfolgt die Korrektur als betriebsunabhängiger Parameter. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Streuelement in Form eines betriebsabhängigen Parameters berücksichtigt werden, etwa wenn ein Wechseln des Streuelements im Betrieb vorgesehen oder möglich ist oder um Alterungserscheinungen des Streuelements zu berücksichtigen.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung einen Temperatursensor auf, wobei der Temperatursensor und die Steuereinrichtung so ausgelegt und gekoppelt sind, dass die Korrektur als betriebsabhängiger Parameter eine Temperaturausgabe des Temperatursensors berücksichtigt. Die einzelnen Farbchips, etwa die RGB-LEDs, zeigen im Allgemeinen ein unterschiedliches Temperaturverhalten. Um einen Einfluss der Temperaturabhängigkeit der LEDs auf die auszugebende Mischfarbe zu vermeiden oder zumindest zu verringern, werden die PWM-Signale entsprechend der Temperatur korrigiert.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung einen oder mehrere Zeitzähler auf, der(die) ausgelegt ist(sind), um die Betriebsdauer einer, mehrerer oder aller LEDs zu messen. Der Zeitzähler und die Steuereinrichtung sind so ausgelegt und gekoppelt, dass die Korrektur als betriebsabhängiger Parameter die gemessene Betriebsdauer berücksichtigt. Ein wesentlicher Alterungsmechanismus hängt mit der Betriebsdauer der LEDs zusammen. Über einen implementierten Betriebsstundenzähler bzw. Zeitzähler lässt sich die Betriebsdauer aufzeichnen, entweder für eine Gruppe von LEDs oder für jede einzelne LED. Die aufgezeichnete Betriebsdauer dient hier als Grundlage einer Korrektur. Der Zeitzähler kann Teil der Steuereinrichtung sein oder die Steuereinrichtung kann auf einen Zeitzähler zugreifen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so ausgelegt, dass diese aus der Farbkenngröße einen Farbvektor in einem Ursprungsfarbraum ermittelt und diesen unter Berücksichtigung der Korrektur in einen Ausgabefarbraum transformiert. Die Farbräume können als Vektorräume intern in der Steuereinrichtung dargestellt werden, wobei eine Transformation des Farbvektors, der den gewünschten Farbeindruck charakterisiert, unter Berücksichtigung der Korrektur in den Ausgabefarbraum transformiert wird. Da es hier auf die Erzeugung eines definierten Farbeindrucks ankommt, charakterisieren die Farbkenngröße und der daraus entwickelte Farbvektor den durch das menschliche Auge aufzunehmenden gewünschten Farbeindruck. Somit ist der Ursprungsfarbraum vorzugsweise der CIE-Farbraum (alternative Bezeichnungen: xyY-Farbraum). Der Ausgabefarbraum ist vorzugsweise der RGB-Farbraum, da die Vektorkomponenten des Ausgangsvektors in diesem Farbraum unmittelbar den auszugebenden PWM-Signalen entsprechen.
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Wenn der Ursprungsfarbraum der CIE-Farbraum ist, werden aus der Farbkenngröße die Farbkoordination x und y und die Intensität Y ermittelt. Vorzugsweise werden die Farbkoordinaten als Funktion der Farbkenngröße aus einer vorab erstellten und gespeicherten Tabelle ermittelt und das Tripel aus den beiden Farbkoordinaten und dem Intensitätswert wird unter Berücksichtigung der Korrektur in einen Farbraum transformiert, der den PWM-Signalen zur individuellen Ansteuerung der LEDs entspricht. Die Transformation des Farbvektors erfolgt über eine Berechnung in einem Mikrocontroller der Steuereinrichtung. Die Berechnung, genauer gesagt Teilberechnung, erfolgt während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung, d. h. insbesondere nach der Bereitstellung der Farbkenngröße. Mit anderen Worten findet gemäß dieser Ausführungsform eine Kombination aus Echtzeitberechnung und Tabelle (auch als Look-Up-Table bezeichnet) statt. Der besondere Beitrag zum Stand der Technik begründet sich wie folgt: Ein Mikrocontroller für die Beleuchtungseinrichtung ist gegenwärtig nicht in der Lage, die Umrechnung ohne Look-Up-Tabelle mit genügender Genauigkeit und in entsprechender Zeit durchzuführen; oder der Mikrocontroller wäre ausgesprochen leistungsfähig und damit teuer. Daher müsste die Umrechnung vorab an der Referenzmessstation, an der die Spektralvermessung der LEDs stattfindet, durchgeführt werden und in einer Tabelle gespeichert werden. Die Vorab-Berechnung und Abspeicherung in einer Tabelle erfordert allerdings einen sehr hohen Speicherbedarf, wenn in der Tabelle für jede Farbe ein Zahlentripel gespeichert wird, jeweils der PWM-Wert für rot, grün und blau. Aus der oben dargelegten Verknüpfung von Tabelle und Echtzeitberechnung findet ein ausgezeichneter Kompromiss aus notwendigem Speicherbedarf und notwendiger Rechenleistung statt.
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Die Erfindung ist für alle mehrfarbigen Beleuchtungskomponenten geeignet, für die eine exakte Farbwiedergabe gefordert wird. Wenngleich die Erfindung anhand des Anwendungsfalls eines Automobils erläutert wurde, versteht es sich, dass die Erfindung auch in anderen Bereichen umgesetzt werden kann, beispielsweise im Transportbereich allgemein, insbesondere der Luftfahrt und Schifffahrt, im Möbelbau usw. Allerdings ist die vorliegende Erfindung für Fahrzeuginnenräume ganz besonders geeignet, da es hier in ausgesprochen hohem Maße auf eine ansprechende Erscheinung über eine lange Lebensdauer bei hoher Herstellungsproduktivität ankommt. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich. Die dort und oben beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch den Grundaufbau einer Beleuchtungseinrichtung.
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2 zeigt ein Diagramm zur Interpretation der Temperaturkurve bei einer Temperaturabhängigkeit von LEDs.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt schematisch den Grundaufbau einer Beleuchtungseinrichtung. Diese weist drei LEDs 10, 11, 12 in den Farben rot, grün, blau, eine Steuereinrichtung 1, die mit einem Prozessor 2 und einem Speicher 3 ausgestattet ist, auf. Über ein Bussystem werden eine Farbkenngröße ID und ein Helligkeitsindex, das die auszugebende Mischfarbe in der gewünschten Helligkeit bezeichnet, in die Steuereinrichtung 1 eingegeben. Weiterhin werden die betriebsabhängigen Parameter KD in die Steuereinrichtung 1 eingegeben.
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RGB-LEDs weisen produktionsbedingt unterschiedliche Charakteristika auf, so dass bei einer Farbmischung große Abweichungen vom gewünschten Farbeindruck entstehen können. Daher wird für eine Mischfarbe ein vom Chip abhängiges PWM-Signal bestimmt. Dazu wird vor Inbetriebnahme der Beleuchtungseinrichtung eine Referenzmessung an den LEDs durchgeführt.
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Das Prozedere für die Referenzmessung sieht vor, dass die einzelnen Farben nacheinander eingestellt werden und jeweils einzeln mit einem Spektrometer vermessen werden. Aus den Messdaten der drei Messungen (rot, grün, blau) kann das PWM-Signal jeder gewünschten Mischfarbe berechnet werden. Die aus den Messdaten abgeleiteten Berechnungsparameter werden im Speicher 3 abgelegt.
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Die bei der Referenzvermessung ermittelten Messdaten werden nach folgendem Schema umgerechnet:
Mit einem normierten PWM-Signal wird einmal die rote, grüne und blaue LED vermessen. Die Helligkeit wird auf 100% PWM normiert, d. h. auf die maximale Helligkeit der LEDs. Als Messergebnis erhält man die drei farbmetrischen Größen im CIE-Farbraum, x, y und Y. Hier beschreiben die Farbkoordinaten x und y die Farbe, Y die Helligkeit oder Intensität. Diese Daten lassen sich in die Tristimuluskoordinaten X, Y, Z umrechnen: Y = 1 / PWM[in Prozent]YMessung X = x / yY Y = Y Z = (1-x-y) / yY
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Die Umrechnung erfolgt für jede einzelne Farbe rot, grün und blau. Somit erhält man 9 XYZ Koordinaten. Dies lässt sich als eine 3×3-Matrix schreiben, die eine lineare Abbildung vom XYZ-Raum in den RGB-Raum vermittelt. Die Werte R, G und B entsprechen den Koordinatenachsen im RGB-Farbraum bzw. dem PWM-Signal für die drei Farbkanäle der LED:
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Wertebereich von R, G, B:
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Die 3×3-Matrix sei nachfolgend als
K bezeichnet:
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Gesucht ist das PWM-Signal R, G, B:
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Hier ist K –1 die inverse Matrix von K . Die 3×3-Werte von K –1 können nun als Referenzdaten auf dem Speicher 3 des Mikrokontrollers hinterlegt werden.
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Die Angabe der Einzeleinträge der Matrix K –1 lassen sich nicht in Kurzform darstellen. Ein für die Beleuchtungseinrichtung geeigneter Mikrokontroller wäre nicht in der Lage, die Umrechnung mit genügender Genauigkeit in kurzer Zeit durchzuführen. Daher findet die Umrechnung vor Inbetriebnahme der Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise an der Referenzmessstation statt.
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Ausgehend von der Zielvorgabe, aus einem dreidimensionalen Raum, sei es der xyY-Farbraum, der XYZ-Farbraum oder der xRGB-Farbraum (xRGB steht stellvertretend für einen beliebigen geräteunabhängigen RGB-Wert, z. B. sRGB für die Darstellung auf einem Bildschirm), lässt sich eine Umrechnung in den XYZ-Farbraum bewerkstelligen und mit der LED-spezifischen Referenzmessungsmatrix M –1 das gewünschte RGB-PWM Signal berechnen. Diese Linearisierung liefert eine gute Genauigkeit.
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Transformation vom xyY-Farbraum in den RGB-Farbraum:
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Transformation vom xRGB-Farbraum in den RGB-Farbraum:
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Für jede Farbe kann in einer Look-Up-Tabelle ein Zahlentripel gespeichert werten, jeweils der PWM-Wert für rot, grün und blau. Über den Datenbus werden ein Farbindex und eine Helligkeitsstufe gesendet, denen ein Vektor im RGB-Raum zugeordnet ist und der aus der Tabelle ausgelesen wird. Dieses Verfahren benötigt einen großen Speicher und hat einen recht hohen Datentransfer, da die gesamte Look-Up-Tabelle bei der Referenzvermessung in den Speicher 3 geladen werden muss.
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Aus einer Verknüpfung aus Look-Up-Tabelle und dem obigen Berechnungsschema lassen sich die Vorzüge beider Konzepte kombinieren:
Die Kombination sieht vor, in der Look-Up-Tabelle die Farbkoordinaten x und y für jede Farbe abzulegen. Die gemeinsame maximale Helligkeit ist für alle Mischfarben fest vorgegeben. Durch Vorgabe eines Farbindex (FarbID) und einer relativen Helligkeit lässt sich wie bei der Transformation vom xyY-Farbraum in den RGB-Farbraum das PWM-Signal berechnen, nur dass vorab über den Farbindex und die Look-Up-Tabelle die Farbwerte bestimmt werden.
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Der Speicherplatzbedarf der Look-Up-Tabelle reduziert sich drastisch, da nur noch 2 Datenzeilen je Farbe abgelegt werden müssen. Die Reduktion des Speichers reicht noch weiter. Für das RGB-PWM-Signal müssen 16 Bit aufgelöste Werte abgelegt werden. Die Farbkoordinaten x und y genügen mit einer 10 Bit Genauigkeit. Somit reduziert sich der Speicherbedarf für eine mögliche Look-Up-Tabelle um mehr als 55%.
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Gemäß einer Weiterentwicklung des obigen Verfahrens ist vorgesehen, für die Farbe ein RGB-Triplet über den Datenbus zu senden und einen vierten Wert für die Helligkeit. Nach den Vorgaben wäre dies das anzusteuernde PWM-Signal. Es wären dann weitere Berechnungsschritte notwendig, um eine genügend große Genauigkeit zu erreichen.
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Das obige Schema sieht noch keine Korrektur bezüglich Temperatur, Alterung, Farbänderung durch Streuscheiben usw. vor. Dies ist Gegenstand der folgenden Beschreibung:
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Korrektur Temperatur
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Die Temperaturkorrektur ist eine anzustrebende Maßnahme, da die gewünschte Zielfarbe über einen großen Temperaturbereich konstant sein soll.
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Das Verhalten bezüglich der Temperatur ist zwar für jede LED-Farbe rot, grün oder blau unterschiedlich, aber relativ zu den Referenzmessdaten ist das Verhalten vorhersagbar. Aus dem allgemeinen Temperaturverhalten lassen sich nun zwei Kalibriermatrizen K –1 und M –1 für Temperatur TK und TM berechnen. Damit lässt sich eine lineare Interpolation durchführen.
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Um die Temperaturkorrektur eines LED-Chips für alle Farben und alle Temperaturen durchzuführen, benötigt man nun nicht eine 3×3-Matrix sondern zwei 3×3 Matrizen und somit 18 Werte.
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Aus theoretischen Überlegungen ist ersichtlich, dass das PWM-Signal einen nicht-linearen Verlauf annimmt. Die notwendige Genauigkeit wird mit einer Linearisierung tendenziell nicht erreicht. Somit wird die lineare Interpolation durch Polynom-Interpolation erweitert. Beispielsweise werden weitere Stützstellen für eine Newton-Polynom-Interpolation oder auch Lagrange-Polynom-Interpolation generiert. Durch eine lineare Stauchung eines Zwischenpunktes wird der lineare Verlauf zwischen TK und TM an die bekannte Krümmung angenähert, wie es in 2 dargestellt ist. Somit lässt sich über den gesamten Bereich eine approximierte nichtlineare Temperaturkorrektur durchführen.
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Die 2 zeigt das oben besprochene Schema. Mit den beiden Stützstellen der linearen Interpolation (die beiden Punkte außen) wird die Stützstelle für die Polynom-Interpolation (mittlere Punkt) bestimmt. Über das bekannte Verhalten der Temperaturkurve wird die Stützstelle modifiziert. Aus den beiden Stützstellen der linearen Interpolation und der korrigierten Stützstelle der Polynom-Interpolation kann der theoretische Verlauf mit minimalem Fehler angenähert werden.
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Korrektur Alterung
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Die Alterung der LEDs wird wesentlich von ihrer Betriebsdauer bestimmt. Über einen implementierten Betriebsstundenzähler lässt sich die Betriebsdauer aufzeichnen und entsprechend einer Korrekturkurve in die Berechnung ein pflegen. Die Alterung der LEDs wirkt sich hauptsächlich in einer Verringerung der Helligkeit aus. Deshalb wird in dieser Ausführungsform nur die Helligkeit berücksichtigt.
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Die folgende Tabelle gibt ein Beispiel, wie der vorhergesagte Alterungsprozess abgespeichert und berücksichtigt werden kann:
| t_R | f_R | | t_G | f_G | | t_B | f_B |
| t_R_0 | 1,000 | t_G_0 | 1,000 | t_B_0 | 1,000 |
| t_R_1 | 0,984 | t_G_1 | 0,876 | t_B_1 | 0,975 |
| t_R_2 | 0,841 | t_G_2 | 0,754 | t_B_2 | 0,754 |
| ... | | ... | | ... | |
| t_R_N | 0,754 | t_G_N | 0,786 | t_B_N | 0,645 |
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Die Helligkeitsabnahme der einzelnen Chips zeigt unterschiedliche Verläufe. Daher sind zur Minimierung der Tabelleneinträge die Stützstellen t_i_n nicht äquidistant zu wählen.
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Ein Berechnungsbeispiel sei für die Farbe Rot angegeben: Der Betriebsstundenzähler summiert die Dauer entsprechend des PWM-Signals beim Vorgang ”Gehe in Sleep Modus”. t_Rneu = t_Ralt + t[in Stunden]PWM[in Prozent]
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Aus den Berechnungen für die Temperaturkorrektur ergibt sich R
ohne Alterung. Die Alterungskorrektur ergibt sich durch den Faktor in der Look-Up-Tabelle:
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Korrektur Material-Streuscheibe
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Wird für eine bestimmte Montageposition im Fahrzeug eine Streuscheibe verwendet, so wird durch das Absorptionsverhalten einer solchen milchigen Streuscheibe nicht nur die Helligkeit reduziert, sondern es erfolgt auch eine Farbverschiebung. Diese Abweichungen bezüglich Farbe und Helligkeit lassen sich durch eine lineare Transformation kompensieren. Das heißt, ist das Material und das LED spezifische Absorptionsverhalten bekannt, lässt sich durch eine Korrekturmatrix das PWM-Signal berechnen.
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C sei eine 3×3 Materialkorrekturmatrix für die entsprechende Streuscheibe. Die Matrix ist spezifisch für LED-Typ, Material und Materialdicke der Streuscheibe. Die Einträge der Matrix
C ergeben sich aus Labormessungen:
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Im Wesentlichen werden die Einträge c21, c22, c32 von der Einheitsmatrix abweichen, da hier die verschiedenen Helligkeiten gewichtet sind.
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Die obige Darstellung zeigt, dass sich alle beschriebenen Korrekturen auf lineare Transformationen reduzieren lassen. So ergibt sich ein allgemein gültiges Berechnungsschema, das auf den elementaren Rechenoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division aufbaut, auch wenn die zugrundeliegenden, physikalischen Abhängigkeiten im Allgemeinen nicht-linearer Natur sind.
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Die Berechnungsschemata lassen sich auf einem Mikrokontroller, der CPU 2, in gewünschter Weise kombinieren. Durch die Reduktion auf 18 Referenzdaten ist der Datentransfer auf ein minimales Maß reduziert. Dies bedeutet in einem Serienprozess eine minimale Zykluszeit. Im Falle einer Look-Up-Tabelle lassen sich die Daten in der Tabelle drastisch reduzieren. Anstelle von einem Transfer aller Einträge der Look-Up-Tabelle genügt das Matrix-Doppel, um aus Farbkoordinaten, abgelegt in der Tabelle, das entsprechende PWM-Signal zu berechnen.
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Das Berechnungsschema lässt sich auch erweitern auf vierfarbige RGBW-LEDs. Hauptanwendung ist die Ambientebeleuchtung im Automobilbereich. Hier können die einzelnen LEDs über ein zu integrierendes BUS-System als Slaves angesprochen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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