DE102015002641A1

DE102015002641A1 - Steuerung der Helligkeit zur gezielten Beleuchtungssteuerung

Info

Publication number: DE102015002641A1
Application number: DE102015002641.0A
Authority: DE
Inventors: Dirk-Achim Schevardo; Frank Keldenich
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: DE102015002641B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung eines Helligkeitswertes (W) für eine Beleuchtungseinrichtung (6), welche Licht (8) einer Farbe (F) eines Farbortes (O) und einer Helligkeit (H) gemäß Helligkeitswert (W) erzeugt, wird ein Wertepaar (18) eines Farbortes (O) und eines zugehörigen Sollwertes (Bsoll) für die Beleuchtungsstärke (B) des zu erzeugenden Lichts (8) vorgegeben, wird für jedes Wertepaar (18) eine vom vorgegebenen Farbort (O) abhängige Übertragungsfunktion (20) zwischen Helligkeitswert (W) und Beleuchtungsstärke (B) ermittelt, und wird anhand der Übertragungsfunktion (20) derjenige Helligkeitswert (W) ermittelt, bei dem sich die vom Helligkeitswert (W) abhängige Beleuchtungsstärke (B) gemäß dem entsprechenden Sollwert (Bsoll) einstellt. Ein Beleuchtungssystem umfasst eine Beleuchtungseinrichtung (6), welche Licht (8) einer Farbe (F) gemäß eines vorgebbaren Farbortes (O) und einer Helligkeit (H) gemäß des Helligkeitswertes (W) erzeugt, und eine Recheneinrichtung (16), die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, und die einen Eingang (17) für das Wertepaar (18) und die Übertragungsfunktion (20) enthält. Ein Computerprogramm umfasst Programmcode-Mittel, um das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer und/oder dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Helligkeitswertes, wobei der Helligkeitswert ein Ansteuer- bzw. Vorgabewert, z. B. als Teil eines Steuersignals, für eine Beleuchtungseinrichtung ist. Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere eine Kabinenbeleuchtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Luftfahrzeug, zum Beispiel eine Innenraumbeleuchtung für eine Flugzeugkabine. Zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung wird ein Farbort vorgegeben, sodass die Beleuchtungseinrichtung Licht einer Farbe gemäß des vorgegebenen Farborts erzeugt bzw. abstrahlt. Weiterhin wird ein Helligkeitswert vorgegeben, sodass die Beleuchtungseinrichtung das Licht der entsprechenden Farbe mit einer Helligkeit gemäß des Helligkeitswertes erzeugt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich sämtliche Angaben zu ”Farben”, ”Farbort”, ”Farbwahrnehmung” usw. jeweils auf diejenigen Farben, wie sie durch den Menschen subjektiv visuell wahrnehmbar sind.
Bekannt und üblich ist es, bei einer Beleuchtungseinrichtung sowohl die Lichtfarbe, also den Farbort, als auch die Lichthelligkeit, d. h. einen Helligkeitswert, manuell vorzugeben. Dies gilt insbesondere für Farbverläufe, wobei zu einer gegebenen Farbauswahl bzw. deren Zeitverlauf die Helligkeiten bzw. deren korrespondierender Zeitverlauf gemäß eines Test- beziehungsweise Versuchsaufbaus händisch und nach subjektivem Empfinden des Betrachters angepasst werden, bis sich ein gewünschtes, subjektives Beleuchtungsempfinden einstellt. Ein solches ist zum Beispiel eine gleichbleibende oder – insbesondere linear über der Zeit – ab- oder zunehmende Beleuchtungsstärke bei einem Farbverlauf. Hierzu sind in der Regel etliche Versuche notwendig, was einen hohen Aufwand zur Folge hat und in der Regel nur lediglich einigermaßen zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Erreichung einer gewünschten Beleuchtungsstärke bei vorgegebener Lichtfarbe zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ermittlung eines Helligkeitswertes für eine Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung in einem Flugzeug. Die Beleuchtungseinrichtung erzeugt Licht einer Farbe, wobei für die Farbe ein Farbort vorgegeben wird. Die Beleuchtungseinrichtung erzeugt das Licht mit einer Helligkeit gemäß des zu ermittelnden Helligkeitswertes. Farbort und Helligkeitswert sind Steuer- bzw. Vorgabewerte, z. B. Teil eines Steuersignals, für die Beleuchtungseinrichtung.
Gemäß der Erfindung wird mindestens ein Wertepaar vorgegeben; dieses umfasst einerseits den Farbort des zu erzeugenden Lichts als auch einen Sollwert für eine jeweilige Beleuchtungsstärke des zu erzeugenden Lichtes, wenn dieses die Farbe gemäß vorgegebenem Farbort aufweist. Zumindest für jedes der vorgegebenen Wertepaare wird eine Übertragungsfunktion ermittelt. Die Übertragungsfunktion beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Helligkeitswert und der Beleuchtungsstärke des zu erzeugenden Lichtes in Abhängigkeit vom jeweils vorgegebenen Farbort. Anhand der Übertragungsfunktion wird dann derjenige Helligkeitswert ermittelt, bei dem sich die vom Helligkeitswert abhängige Beleuchtungsstärke des zu erzeugenden Lichts gemäß dem entsprechend vorgegebenen Sollwert einstellt. Die Ermittlung erfolgt insbesondere rechnerisch, d. h. durch Berechnungen, die vorzugsweise in einer Recheneinrichtung, z. B. einem Computer, durchgeführt werden. Hierbei können auch z. B. Vorabberechnungen oder Erfahrungswerte, z. B. in Form von Look-Up-Tables etc. verwendet werden.
Die Erfindung beruht auf den im Folgenden beschriebenen Überlegungen und Erkenntnissen bzw. Voraussetzungen: Unter der ”Helligkeit” beziehungsweise dem ”Helligkeitswert” wird die ”Bestrahlungsstärke” (englisch: ”irradiance”), also die Leistungsdichte des von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlten Lichtes verstanden. Unter der ”Beleuchtungsstärke” (englisch: ”illuminance”) wird dagegen die vom menschlichen Auge beziehungsweise vom Menschen subjektiv wahrgenommene Helligkeitsempfindung verstanden.
Problematisch ist, dass das menschliche Auge die Beleuchtungsstärke von Licht in Abhängigkeit der Lichtfarbe auch bei gleichbleibender ”Helligkeit”, also Bestrahlungsstärke, unterschiedlich wahrnimmt, also als unterschiedlich ”hell” empfindet. Beispielsweise werden bei gleichbleibender Bestrahlungsstärke Mischfarben in der Regel durch den Menschen heller wahrgenommen als Reinfarben. Das Wahrnehmen unterschiedlicher Beleuchtungsstärke bei gleicher Bestrahlungsstärke wird unter anderem durch die sogenannte Hell-Empfindlichkeitskurve, auch ”V-Lambda-Kurve” genannt, ausgedrückt.
Um ein Beleuchtungsszenario, zum Beispiel in einer Flugzeugkabine, angenehm für einen menschlichen Betrachter zu gestalten, werden dort bestimmte Lichtverhältnisse, zum Beispiel Farbverläufe, vorgesehen. Allerdings werden, wie oben beschrieben, unterschiedliche Farben bei gleichem Helligkeitswert vom menschlichen Betrachter unterschiedlich ”hell”, das heißt mit unterschiedlicher Beleuchtungsstärke, wahrgenommen. Dies kann als unangenehm empfunden werden und dem gewünschten Effekt – nämlich eine subjektiv angenehme Beleuchtung bezüglich der Farbauswahl und deren zeitlichem Verlauf zu erzeugen – entgegenlaufen.
Gemäß der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass bei der Beleuchtungseinrichtung zu einer gewünschten Lichtfarbe lediglich noch die letzten Endes vom Betrachter empfundene Beleuchtungsstärke vorgegeben werden muss und der zugehörige Helligkeitswert zur Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung, zum Erreichen der gewünschten Beleuchtungsstärke, durch das Verfahren – insbesondere auch automatisch – ermittelbar ist. Aufwendige Versuche oder Messungen in der Originalumgebung oder einer Testumgebung für die Beleuchtungseinrichtung – z. B. einem Simulator, Modell, ”Mock-Up” – sind nicht nötig.
Die Ermittlung der Helligkeitswerte zur Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung in einer Recheneinrichtung kann innerhalb des Flugzeuges vor oder während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung stattfinden. Jedoch können auch Helligkeitswerte für gewünschte Beleuchtungsszenarien vorab und außerhalb des Flugzeuges ermittelt werden. Die ermittelten Helligkeitswerte werden dann in einer außerhalb des Flugzeuges vorhandenen Recheneinrichtung ermittelt und in einer Steuereinrichtung an Bord des Flugzeuges gespeichert. Die Beleuchtungseinrichtung wird dann anhand der gespeicherten Helligkeitswerte betrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Übertragungsfunktion verwendet, die beim Zusammenhang zwischen Beleuchtungsstärke und Helligkeit bzw. Helligkeitswert die spektrale Verteilung des zu erzeugenden Lichts berücksichtigt. Durch die spektrale Verteilung wird erreicht, dass sich der gewünschte Farbort im erzeugten Licht einstellt. Weiterhin berücksichtigt die Übertragungsfunktion die spektrale Hell-Empfindlichkeit des Menschen. Die ”spektrale Hell-Empfindlichkeit” ist das subjektive Helligkeits- bzw. Beleuchtungsempfinden des Menschen bei der gegebenen Helligkeit beziehungsweise Beleuchtungsstärke und wird durch die o. g. Hell-Empfindlichkeitskurve beschrieben. So wird bei der genannten Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt, dass das richtige, schlussendlich vom Menschen empfundene Helligkeitsempfinden berücksichtigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind durch unterschiedliche Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung – bei gleichbleibendem Farbort des zu erzeugenden Lichts – unterschiedliche spektrale Verteilungen des zu erzeugenden Lichts wählbar.
Hintergrund dieser Verfahrensvariante ist, dass Licht einer bestimmten, vom Menschen empfundenen Farbe des gleichen Farborts durch Licht verschiedener spektraler Verteilungen erzeugt werden kann, wenn z. B. gleichfarbig empfundenes Licht durch verschiedene Mischungen aus Einzellichtquellen erzeugt wird. Unter ”gleichem Farbort” bzw. ”gleichfarbig” wird im vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass ein Mensch subjektiv keinen bzw. nur einen kaum merklichen Farbunterschied wahrnimmt, d. h. dieselben bzw. nahezu selben Valenzen im menschlichen Auge erzeugt werden. Dies bedeutet, dass in einem Farbraum die Farbörter der jeweiligen Farbe lediglich eine maximal tolerierbare Abweichung zueinander aufweisen. Beispielsweise liegen die Farbörter in einem CIELUV-1976-Farbraum weniger als fünf, vier oder drei SDCM (”standard deviation of color matching”) auseinander entfernt. Hier ist jedoch auch jedes beliebige schärfere oder unschärfere Maß denkbar. Aufgrund des spektral unterschiedlichen Helligkeitsempfindens des Menschen kann – je nach spektraler Verteilung des Lichts gleicher Farbe – daher das Beleuchtungsempfinden des Menschen dennoch unterschiedlich sein. Diese Problematik wird bei der genannten Ausführungsform der Erfindung über die Hell-Empfindlichkeitskurve des Menschen berücksichtigt, sodass auch abhängig von der speziellen spektralen Verteilung bzw. Zusammensetzung einer jeweiligen Lichtfarbe das richtige, schlussendlich vom Menschen empfundene Helligkeitsempfinden berücksichtigt wird.
Mit anderen Worten wird dann eine Übertragungsfunktion verwendet, welche die spektrale Verteilung des zu erzeugenden Lichts anhand eines bekannten Lichtspektrums der Beleuchtungseinrichtung berechnet. Das bekannte Lichtspektrum ist jenes, welches sich bei der Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bestimmten Helligkeit und eines bestimmten Farborts ergibt. Das bekannte Lichtspektrum setzt sich beispielsweise aus Einzelspektren einzelner Lichtquellen in der Beleuchtungseinrichtung zusammen. Jedenfalls wird so das jeweils relevante und zutreffende Lichtspektrum bei der gewünschten Farbe bei der Ermittlung des zur gewünschten Beleuchtungsstärke passenden Helligkeitswertes berücksichtigt.
Das Lichtspektrum der Beleuchtungseinrichtung ist z. B. in einem Datenspeicher hinterlegt und kann so für die Erfindung genutzt werden. Das Lichtspektrum wird dabei z. B. vom Hersteller der Beleuchtungseinrichtung, durch nachträgliche Messung oder durch Abfrage einer kommunikationsfähigen Beleuchtungseinrichtung ermittelt, wenn deren Lichtspektrum dort hinterlegt ist In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Helligkeitswert ein ”L”-Wert und als Farbort ein ”u'v'”-Wert eines CIE-1976-L-U'-V'-Farbraumes verwendet. Das Verfahren arbeitet dann auf einem bekannten beziehungsweise standardisierten Farbraum und kann somit reproduzierbar durchgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in dem Verfahren als Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquellenanordnung mit mindestens zwei Einzellichtquellen verwendet. Die Lichtquellen der Lichtquellenanordnung sind vorzugsweise Leuchtdioden, die Einzellichtquellen Einzeldioden. Die Einzellichtquellen weisen bezüglich des von ihnen erzeugten Lichts jeweils paarweise unterschiedliche spektrale Verteilungen, d. h. Lichtspektren auf. Durch verschiedene Intensitäts-Anteile, die die Einzellichtquellen zum gesamten von der Beleuchtungseinrichtung erzeugten Licht beitragen, können so verschiedene Summenspektren des erzeugten Lichts verwirklicht werden. Denn die Einzelspektren der Einzellichtquellen fließen dann additiv mit verschiedenen Gewichtungen in das jeweilige Summenspektrum des erzeugten Lichts ein. Der Farbort wird dann innerhalb eines von den Einzellichtquellen in einem Farbraum aufgespannten Gamut gewählt. Der Gamut ist derjenige Teil des gesamten Farbraums, der alle Farben enthält, die durch beliebige Mischung der Farben der Einzellichtquellen darstellbar sind. Somit ist sichergestellt, dass der gewählte Farbort im zu erzeugenden Gesamtlicht der Beleuchtungseinrichtung sicher durch Lichtmischung der von den Einzellichtquellen ausgesandten Lichtanteile verwirklicht werden kann.
In einer Variante dieser Ausführungsform wird als Beleuchtungseinrichtung eine Leuchtdiodenanordnung in Form einer RGBW-Leuchtdiodenanordnung (R:Rot, G:Grün, B:Blau, W:Weiß) verwendet. Derartige Leuchtdiodenanordnungen sind als Produkte käuflich erwerbbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Ermittlung des Helligkeitswertes iterativ durch folgende Schritte: a) Zunächst erfolgt die Vorgabe eines vorläufigen Helligkeitswertes. Dies kann zum Beispiel ein Standardwert oder ein Wert gemäß empirischer Vorerfahrung, aus einer Tabelle, usw. sein. b) Anschließend erfolgt die Ermittlung einer zugehörigen vorläufigen Beleuchtungsstärke anhand der Übertragungsfunktion. c) Anschließend erfolgt die Ermittlung einer Abweichung, z. B. des Fehlerquadrats, zwischen der vorläufigen Beleuchtungsstärke und dem Soll-Wert für die Beleuchtungsstärke. d) Überprüfung, ob die ermittelte Abweichung oberhalb eines Toleranzmaßes liegt. So lange dies gilt, erfolgt anschließend eine der Abweichung möglichst entgegenwirkende Anpassung des vorläufigen Helligkeitswertes anhand eines Adaptionskriteriums, z. B. anhand eines Gradienten-Verfahrens. e) Die oben genannten Schritte b) bis d) werden iterativ wiederholt. Liegt die ermittelte Abweichung nicht mehr oberhalb des Toleranzmaßes, wird abschließend in einem Schritt f) der vorläufige Helligkeitswert als Helligkeitswert gewählt. Im genannten iterativen Verfahren ist lediglich eine Übertragungsfunktion notwendig, welche eine Ableitung, insbesondere analytische Berechnung der Beleuchtungsstärke aus dem Helligkeitswert erlaubt und nicht umgekehrt. Eine derartige Übertragungsfunktion ist in der Regel leicht zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform soll mit der Beleuchtungseinrichtung Licht erzeugt werden, welches über der Zeit seine Lichtfarbe ändert, also einen Farbübergang aufweist. Hierzu werden zunächst – wie bisher üblich – ein Start-Farbort und ein Start-Helligkeitswert vorgegeben. Der Farbübergang soll zeitlich mit der Startfarbe gemäß Start-Farbort und der vorgebbaren Helligkeit beginnen. Anhand der Übertragungsfunktion wird dann die zum Start-Helligkeitswert gehörende Start-Beleuchtungsstärke ermittelt. Anschließend werden mindestens ein Zwischen-Farbort und ein Ziel-Farbort vorgegeben, über und zu dessen Farbe sich der Farbverlauf zeitlich durch den zugrundeliegenden Farbraum auf einer Linie bewegen soll. Erfindungsgemäß werden hierbei jedoch nicht mehr die zugehörigen Helligkeitswerte, sondern die jeweils zugehörigen gewünschten Sollwerte für die Zwischen- und Zielbeleuchtungsstärke, welche zum Zwischen- und Zielfarbort gehören, vorgegeben bzw. gewählt. Abschließend werden erfindungsgemäß zu den Ziel- und Zwischenbeleuchtungsstärken die zugehörigen Ziel- und Zwischenhelligkeitswerte ermittelt.
Die Vorgabe des Start-Helligkeitswertes bietet den Vorteil, dass z. B. der zu einem Zeitpunkt vorhandene, in der Vergangenheit manuell, z. B. vom Flugpersonal nach Bedarf, eingestellte Helligkeitswert als Ausgangspunkt für den Farbverlauf gewählt werden kann. Gemäß der Erfindung kann die Beleuchtungssituation dann zu einer Wunsch-Ziel-Beleuchtungsstärke am Ende des Farbverlaufs geführt werden. Vorteilhaft ist, dass bei Kenntnis der Start-Beleuchtungsstärke die Zwischen- und Ziel-Beleuchtungsstärken in deren Abhängigkeit bzw. passend zu dieser gewählt werden können, so dass sich für einen Betrachter ein Farbverlauf ergibt, der gemäß eines gewünschten Beleuchtungsempfindens abläuft. Somit ist für einen erwünschten Farbverlauf nur die Start-Helligkeit vorzugeben. Die weiteren Helligkeitswerte werden durch das Verfahren – insbesondere automatisch – derart ermittelt, dass – auch bei Vorliegen einer nicht bestimmbaren Start-Beleuchtungsstärke – zumindest deren Verlauf wunschgemäß vorgebbar ist, z. B. linear ansteigend oder abfallend, um zu einer gewünschten Ziel-Beleuchtungsstärke zu gelangen.
In einer Variante dieser Ausführungsform wird auch für den Ziel-Farbort – in herkömmlicher Weise – ein Ziel-Helligkeitswert vorgegeben und die Ziel-Beleuchtungsstärke anhand der Übertragungsfunktion ermittelt. Dies bietet den Vorteil, dass am Ende des Farbverlaufs eine gewünschte Lichtsituation geschaffen wird, die sich an anderen Kriterien als der Beleuchtungsstärke orientiert. Dies kann vorteilhaft sein, da es aus technischen Gründen oft wünschenswert ist, tatsächlich einen Helligkeitswert vorzugeben und eine sich einstellende Beleuchtungsstärke zu akzeptieren. Zum Beispiel soll die Helligkeit so eingestellt werden, dass die Stromaufnahme der Beleuchtungseinrichtung einen bestimmten Wert annimmt oder nicht überschreitet. Zumindest der zwischen Start und Ziel liegende Verlauf der Beleuchtungsstärke, kann dann dennoch erfindungsgemäß und damit wunschgemäß durchgeführt werden. So können zumindest Auf- und Ab-Schwankungen im Beleuchtungsverlauf vermieden werden. Weiterhin werden daher – wie oben – die Zwischen-Beleuchtungsstärken zu Zwischen-Farbörtern in Abhängigkeit von der Start-, nun aber auch der Zielbeleuchtungsstärke über der Zeit zunehmend oder abnehmend gewählt. Als Sonderfall kann sich hier ergeben, dass Ziel-Beleuchtungsstärke und Start-Beleuchtungsstärke zufällig gleich sind. Der Beleuchtungsverlauf über der Zeit ist dann konstant.
In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform kann – dann vollständig im Sinne der Erfindung – anstelle der Start-Helligkeit auch die Start-Beleuchtungsstärke vorgegeben werden und die Start-Helligkeit hieraus zunächst ermittelt werden.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsformen wird die Zwischen- und ggf. die Zielbeleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Start-Beleuchtungsstärke gewählt. Insbesondere wird diese gleich der Start-Beleuchtungsstärke gewählt; oder die Beleuchtungsstärke wird über der Zeit zunehmend oder abnehmend, ausgehend von der Start-Beleuchtungsstärke, gewählt. Somit ergeben sich subjektiv gleich hell, heller oder dunkler werdend empfundene Farbverläufe für den Betrachter.
In einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsformen werden die Sollwerte für die Zwischen- und ggf. die Zielbeleuchtungsstärken über der Zeit linear zunehmend oder linear abnehmend gewählt. Somit ergibt sich ein vom Betrachter über der Zeit gleichmäßig heller oder dunkler werdend empfundener Farbverlauf.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 12. Dieses weist die oben genannte Beleuchtungseinrichtung und eine Recheneinrichtung auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens samt seiner vorteilhaften Ausgestaltungen ausgebildet ist, und die einen Eingang zur Einspeisung des Wertepaares enthält. Die Recheneinrichtung enthält auch die Übertragungsfunktion.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 15 mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren samt seiner vorteilhaften Weiterbildungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung bzw. deren Recheneinrichtung samt ihrer vorteilhaften Weiterbildungen ausgeführt wird.
Die Beleuchtungseinrichtung und das Computerprogramm wurden zusammen mit ihren Vorteilen bereits – zumindest sinngemäß – im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine Passagierkabine eines Flugzeugs mit Beleuchtungseinrichtung,
2 ein Beispielspektrum erzeugten Lichts und eine menschliche Hellempfindlichkeitskurve,
3 ein CIELUV-1976-Farbraumsystem,
4 eine Beleuchtungseinrichtung mit Einzel-Lichtquellen,
5 ein Ablaufdiagramm für eine iterative Ermittlung eines Helligkeitswerts,
6 ein Ablaufdiagramm für einen Farbübergang über der Zeit,
7 ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung,
8 ein Blockdiagramm einer Designsoftware.
1 zeigt schematisch eine Passagierkabine 2 eines Luftfahrzeugs in Form eines Flugzeugs 4, in welcher ein Beleuchtungssystem mit einer Beleuchtungseinrichtung 6 angeordnet ist, die zur Innenraumbeleuchtung der Passagierkabine 2 dient. Die Beleuchtungseinrichtung 6 strahlt Licht 8 einer Farbe F und einer Helligkeit H, d. h. einer bestimmten Bestrahlungsstärke, ab. Ein in der Passagierkabine 2 befindlicher Mensch 10 nimmt die ”objektive” Helligkeit H des Lichts 8 als ”subjektiv” empfundene Beleuchtungsstärke B, also als ”subjektive Helligkeit” wahr.
Eine Steuereinrichtung 12 sendet ein Steuersignal 14 an die Beleuchtungseinrichtung 6, wobei das Steuersignal 14 einen Helligkeitswert W und einen Farbort O enthält. Der Helligkeitswert W bestimmt die Helligkeit H, der Farbort O die Farbe F des von der Beleuchtungseinrichtung 6 erzeugten Lichtes 8.
Der Helligkeitswert W und der Farbort O werden von einer Recheneinrichtung 16 erzeugt bzw. geliefert, welche sich innerhalb des Flugzeugs 4 befindet. Alternativ kann sich die Recheneinrichtung 16 jedoch auch an einem beliebigen anderen Ort befinden. Z. B. können der Helligkeitswert W und der Farbort O von einer Recheneinrichtung 16 außerhalb des Flugzeugs 4 und vor dessen Betrieb erzeugt und im Flugzeug 4 in einem Speicher 13 der Steuereinrichtung 12 gespeichert werden. Erst beim Betrieb des Flugzeugs werden die Werte dann verwendet. So muss im Flugzeug die Recheneinrichtung 16 nicht mitgeführt werden, die Vorteile der Erfindung können jedoch genutzt werden. Die Recheneinrichtung 16 wird gespeist von einem Wertepaar 18, welches den Farbort O sowie einen Sollwert B_soll für die Beleuchtungsstärke B enthält.
Die Recheneinrichtung 16 enthält außerdem eine Übertragungsfunktion 20, welche einen Helligkeitswert W abhängig vom Farbort O auf eine Beleuchtungsstärke B abbildet. Die Übertragungsfunktion 20 beschreibt bzw. berücksichtigt die Eigenschaften der Beleuchtungseinrichtung 6, wenn diese durch das Steuersignal 14 angesteuert wird, sowie, wie der Mensch 10 bzw. Menschen allgemein eine Helligkeit H von gegebenem Licht 8 der Farbe F subjektive als Beleuchtungsstärke B empfinden. Zur Ermittlung des Helligkeitswertes W erhält die Recheneinrichtung 16 das Wertepaar 18 und ermittelt anhand der Übertragungsfunktion 20 zum Sollwert B_soll am Farbort O den entsprechenden Helligkeitswert W im Steuersignal 14, damit der Mensch 10 das Licht 8 gemäß einer Beleuchtungsstärke B entsprechend dem Sollwert B_soll empfindet.
2 erläutert bezüglich der Übertragungsfunktion 20, wie die Beleuchtungsstärke B prinzipiell ermittelt wird. Wird die Beleuchtungseinrichtung 6 zur Ausgabe von Licht des Farbortes O mit dem Helligkeitswert W angesteuert, erzeugt diese Licht 8 mit einer bekannten spektralen Verteilung 22, dargestellt als Intensität 1 über der Wellenlänge λ. Diese Verteilung 22 ist der Übertragungsfunktion 20 bekannt. Die spektrale Verteilung 22 ist dazu gemäß 1 in einem Datenspeicher 23 der Recheneinrichtung 16 abgelegt und steht dort zur Verfügung. Alternativ wird z. B. die Verteilung 22 von der Beleuchtungseinrichtung 6 abgefragt, falls diese kommunikationsfähig ist und dort deren eigene spektrale Verteilung 22 hinterlegt ist. Die spektrale Verteilung 22 wird anschließend gewichtet mit der bekannten spektralen Hell-Empfindlichkeit 24 – aufgetragen ist die Hellempfindlichkeit V über der Wellenlänge λ – des Menschen 10. Durch Gewichtung ergibt sich eine vom Menschen 10 beim gegebenen Steuersignal 14 empfundene Beleuchtungsstärke B.
2 zeigt beispielhaft eine zweite spektrale Verteilung 22 des Lichts 8, welche mit dem gleichen Helligkeitswert W am gleichen Farbort O durch die Beleuchtungseinrichtung 6, z. B. durch alternative Farbmischung, erzeugbar ist. Aufgrund der veränderten spektralen Verteilung 22 ergibt sich jedoch durch die Bewertung über die spektrale Hell-Empfindlichkeit 24 ein anderer Wert für die Beleuchtungsstärke B.
3 zeigt als Farbraum 26 den CIE-1976-Lu'v'-Farbraum, d. h. das 1976 entwickelte CIE-LUV-Farbraumsystem. Ein Farbort O einer Farbe F wird dort beschrieben durch die Koordinaten u' und v'. Die Helligkeit H der Farbe F ergibt sich anhand eines Parameters L, welcher den Farbraum 26 zur dritten Dimension hin erweitert. Dies ist in 3 lediglich angedeutet.
4 zeigt eine alternative Beleuchtungseinrichtung 6, welche in einer ersten Ausführungsform drei einzelne Lichtquellen 28a–c enthält, hier Lichtquellen für Licht 8 der Primärfarben Rot R, Grün G und Blau B. insbesondere sind die Lichtquellen 28a–c Leuchtdioden. Durch individuell verschiedene Ansteuerung der Lichtquellen 28a–c sind Mischfarben gemäß des Steuersignals 14 darstellbar, wenn sich der Farbort O innerhalb des in 3 dargestellten Gamut 30 befindet. Der Gamut 30 ist derjenige Teil-Farbraum, welcher maximal durch die Beleuchtungseinrichtung 6 in der gegebenen Ausgestaltung darstellbar ist. Die Lichtquellen 28a – c bzw. deren Licht 8 weisen paarweise verschiedene spektrale Verteilungen 22 auf, welche sich im insgesamt von der Beleuchtungseinrichtung 6 erzeugten Licht 8 zu einem einzigen Summenspektrum, dargestellt als spektrale Verteilung 22, überlagern.
4 zeigt alternativ noch eine andere Beleuchtungseinrichtung 6, die eine vierte Lichtquelle 28d für Licht der Farbe Weiß W enthält. Auch diese besitzt eine weitere verschiedene spektrale Verteilung 22 und liefert einen weiteren Anteil zum Summenspektrum. So bestehen mehr Freiheitsgrade zur Mischung für Licht 8 verschiedener Summenspektren am – zumindest nahezu – selben Farbort O. 4 zeigt daher zwei alternativ erzeugbare Verteilungen 22 des Summenspektrums bei gleichem Helligkeitswert W und gleichem Farbort O.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm für die iterative Ermittlung eines Helligkeitswertes W. Zunächst wird das Wertepaar 18 wie üblich vorgegeben. In einem Schritt a) wird ein vorläufiger Helligkeitswert W_vorl vorgegeben, zum Beispiel ein Standardwert, Erfahrungswert oder ähnliches. Anhand der Übertragungsfunktion 20 wird im Schritt b) hieraus eine vorläufige Beleuchtungsstärke B_vorl ermittelt. Anschließend wird im Schritt c) eine Abweichung E zwischen Sollwert B_soll und vorläufiger Beleuchtungsstärke B_vorl ermittelt. Im Schritt d) wird zunächst überprüft, ob die Abweichung E größer einem Toleranzmaß ε ist. Falls ja, wird der vorläufige Helligkeitswert W_vorl gemäß eines Anpassungskriteriums angepasst, um die Abweichung E möglichst zu minimieren und gemäß Schritt e) iterativ zu Schritt b) zurückgekehrt. Ist E nicht mehr größer dem Toleranzmaß ε, wird in Schritt f) der vorläufige Helligkeitswert W_vorl als Helligkeitswert W gewählt.
3 zeigt auch einen geplanten Farbübergang 32 für die Beleuchtungseinrichtung 6 auf einer Linie im Farbraum 26, ausgehend von einem Start-Farbort O_S zu einem Zielfarbort O_Z über zwei Zwischenfarbörter O₁, O₂.
Gemäß 6 wird für den Farbübergang 32 folgendermaßen vorgegangen. Zunächst wird der Start-Farbort O_S mit einem Start-Helligkeitswert W_S vorgegeben. Anschließend wird anhand der Übertragungsfunktion 20 beim Startfarbort O_S die zum Start-Helligkeitswert W_S gehörige Start-Beleuchtungsstärke B_S ermittelt. Anschließend werden die Zwischenbeleuchtungsstärken B₁, B₂ sowie die Zielbeleuchtungsstärke B_Z je nach gewünschtem Verlauf der Beleuchtungsstärke B während des Farbübergangs 32 vorgegeben. Zur Zielbeleuchtungsstärke B_Z und den Zwischenbeleuchtungsstärken B_1,2 werden abschließend die zugehörigen Zwischen- und Ziel-Helligkeitswerte W_1,2 und W_Z anhand der Übertragungsfunktion 20 ermittelt. Insbesondere werden dabei die Zwischen- und Zielbeleuchtungsstärken B_1,2 und B_Z abhängig von der Startbeleuchtungsstärke B_S, also zum Beispiel gleichbleibend, beliebig oder linear über der Zeit ansteigend oder abfallend, gewählt.
Alternativ kann auch anstelle des Start-Helligkeitswertes W_S die Start-Beleuchtungsstärke B_S vorgegeben werden und der zugehörige Start-Helligkeitswertes W_S über die Übertragungsfunktion 20 ermittelt werden.
In einer gestrichelt gezeichneten Variante des Verfahrens nach 6 wird auch für den Zielfarbort O_Z der Ziel-Helligkeitswert W_Z vorgegeben und aus diesem mit Hilfe der Übertragungsfunktion 20 die Ziel-Beleuchtungsstärke B_Z ermittelt. Frei oder insbesondere in Abhängigkeit von Start- und Zielbeleuchtungsstärke B_S und B_Z werden dann nur noch die Zwischen-Beleuchtungsstärken B_1,2 wie oben beschrieben gewählt und die zugehörigen Zwischen-Helligkeitswerte W_1,2 ermittelt.
7 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung in einem Computerprogramm, nämlich einer Designsoftware für Beleuchtungsszenarien, insbesondere in einem Flugzeug. Ein nicht dargestellter Anwender wählt gemäß Diagramm a) für einen Farbübergang 32 über der Zeit t zunächst einen Start- und Ziel Farbort O_S,Z, sowie mehrere Zwischen-Farbörter O_1,2. Diagramm b) zeigt den Verlauf der Beleuchtungsstärke B, die sich einstellen würde, wenn ein konstanter Helligkeitswert W gemäß Stand der Technik für den Farbübergang 32 gewählt würde. Diagramm c) zeigt, wie gemäß der Erfindung durch die Kennlinie ”1” ein konstanter Sollwert B_soll für die Beleuchtungsstärke B vorgegeben wird. Gemäß der Übertragungsfunktion 20 werden hierzu die Helligkeitswerte W für die Beleuchtungseinrichtung 6 ermittelt. Alternative Kennlinien ”2” und ”3” zeigen ansteigende oder abfallende Sollwerte B_soll für die Beleuchtungsstärke B über der Zeit t. Hieraus ergeben sich abweichende Helligkeitswerte W für die Beleuchtungseinrichtung 6, die durch die Übertragungsfunktion 20 ermittelt werden. Diagramm d) zeigt beispielhaft eine Eingabemaske der Designsoftware, gemäß deren Auswahlknopf ”Gleich” konstante, gemäß Knopf ”Anstieg” ansteigende oder gemäß Knopf ”Abfall” abfallende Sollwerte B_soll für den gewählten Farbverlauf vorgebbar sind. Über das Feld ”Helligkeit” kann für den Farbübergang 32 die Start-Helligkeit W_S vorgegeben werden.
8 zeigt ein Blockdiagramm der o. g. Designsoftware. Ein Algorithmus 34 erhält als Eingabewerte bzw. Eingangsgrößen einen Standard bzw. Vorgabe-Helligkeitswert W in Form des Parameters L und einen Farbort O in Form der Koordinaten u'v', und einen Sollwert B_soll der zu erreichenden Beleuchtungsstärke B. Der Algorithmus 34 verfügt außerdem über Kenntnis aller aktuellen spektralen Verteilungen 22, hier z. B. der LED-Referenzspektren, aller in der Beleuchtungseinrichtung 6 vorhandenen Lichtquellen 28a–d, hier einer RGBW-Leuchtdiodenanordnung, welche Systemparameter darstellen. In 8 ist beispielhaft nur eine Verteilung 22 dargestellt. Als Ausgangsgröße liefert der Algorithmus 34 einen korrigierten Helligkeitswert W in Form des Parameters L_korr am Farbort O, hier dargestellt durch das Wertepaar u'v'.
Bezugszeichenliste

2: Passagierkabine
4: Flugzeug
6: Beleuchtungseinrichtung
8: Licht
10: Mensch
12: Steuereinrichtung
13: Speicher
14: Steuersignal
16: Recheneinrichtung
17: Eingang
18: Wertepaar
20: Übertragungsfunktion
22: spektrale Verteilung
23: Datenspeicher
24: spektrale Hell-Empfindlichkeit
26: Farbraum
28a–d: Lichtquelle
30: Gamut
32: Farbübergang
34: Algorithmus
B: Beleuchtungsstärke
B_vorl: vorläufige Beleuchtungsstärke
B_soll: Sollwert
B_S: Start-Beleuchtungsstärke
B_1,2: Zwischen-Beleuchtungsstärke
B_Z: Ziel-Beleuchtungsstärke
E: Abweichung Toleranzmaß
F: Farbe
H: Helligkeit
I: Intensität
L: Parameter Wellenlänge
O: Farbort
O_S: Start-Farbort
O_Z: Ziel-Farbort
O_1,2: Zwischen-Farbort
RGBW: Rot-Grün-Blau-Weiß
t: Zeit
u'v': Koordinaten
V: Hell-Empfindlichkeit
W: Helligkeitswert
W_vorl: vorläufiger Helligkeitswert
W_S: Start-Helligkeitswert
W_1,2: Zwischen-Helligkeitswert
W_Z: Ziel-Helligkeitswert

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Helligkeitswertes (W) für eine Beleuchtungseinrichtung (6), insbesondere eine Kabinenbeleuchtung, insbesondere in einem Luftfahrzeug, welche Licht (8) einer Farbe (F) gemäß eines vorgebbaren Farbortes (O) und einer Helligkeit (H) gemäß des Helligkeitswertes (W) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Wertepaar (18) eines Farbortes (O) und eines zugehörigen Sollwertes (B_soll) für die Beleuchtungsstärke (B) des zu erzeugenden Lichts (8) vorgegeben wird, – zumindest für jedes Wertepaar (18) eine vom vorgegebenen Farbort (O) abhängige Übertragungsfunktion (20) zwischen Helligkeitswert (W) und Beleuchtungsstärke (B) ermittelt wird, – anhand der Übertragungsfunktion (20) derjenige Helligkeitswert (W) ermittelt wird, bei dem sich die vom Helligkeitswert (W) abhängige Beleuchtungsstärke (B) gemäß dem entsprechenden Sollwert (B_soll) einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Übertragungsfunktion (20) verwendet wird, die beim Zusammenhang zwischen Beleuchtungsstärke (B) und Helligkeitswert (W) die spektrale Verteilung (22) des zu erzeugenden Lichts (8), sowie die spektrale Hell-Empfindlichkeit (24) des Menschen (10) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch unterschiedliche Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung (6) bei gleichbleibendem Farbort (O) des zu erzeugenden Lichts (8) unterschiedliche spektrale Verteilungen (22) des zu erzeugenden Lichts (8) wählbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Helligkeitswert (H) ein L-Wert und als Farbort (O) ein u'v'-Wert eines CIE-1976-Lu'v'-Farbraumes (26) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Beleuchtungseinrichtung (6) eine Lichtquellenanordnung mit mindestens zwei Einzellichtquellen (28a–d) mit unterschiedlichen spektralen Verteilungen (22) des von Ihnen erzeugten Lichts (8) verwendet wird, und der Farbort (O) innerhalb des von den Einzellichtquellen (28a–d) in einem Farbraum (26) aufgespannten Gamut (30) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem als Beleuchtungseinrichtung (6) eine RGBW-Leuchtdiodenanordnung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlung des Helligkeitswertes (W) iterativ erfolgt, durch a) Vorgabe eines vorläufigen Helligkeitswertes (W_vorl), b) Ermittlung einer zugehörigen vorläufigen Beleuchtungsstärke (B_vorl) anhand der Übertragungsfunktion (20), c) Ermittlung einer Abweichung (E) zwischen vorläufiger Beleuchtungsstärke (B_vorl) und Sollwert (B_soll) für die Beleuchtungsstärke (B), und d) so lange die Abweichung (E) oberhalb eines Toleranzmaßes (ε) liegt, Anpassung des vorläufigen Helligkeitswertes (W_vorl) anhand eines Adaptionskriteriums, und e) iterative Wiederholung der Schritte b) bis d) f) ansonsten Wahl des vorläufigen Helligkeitswertes (W_vorl) als Helligkeitswert (W).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen Farbübergang (32) in der Beleuchtungseinrichtung (6) über der Zeit (t) – ein Start-Farbort (O_S) und ein Start-Helligkeitswert (W_S) vorgegeben werden, – anhand der Übertragungsfunktion (20) die Start-Beleuchtungsstärke (B_S) zum Start-Helligkeitswert (W_S) ermittelt wird, – mindestens ein Zwischen-Farbort (O_1,2) und ein Ziel-Farbort (O_Z) vorgegeben werden, – jeweilige Sollwerte (B_soll) für eine jeweilige zugehörige Zwischen-Beleuchtungsstärke (B_1,2) zu den Zwischen-Farbörtern (O_1,2) gewählt werden, – ein Sollwert (B_soll) für eine Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) zu dem Ziel-Farbort (O_Z,1,2) gewählt wird – oder ein Ziel-Helligkeitswert (W_Z) zu dem Ziel-Farbort (O_Z) gewählt wird, und eine Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) zum gewählten Ziel-Helligkeitswert (W_Z) anhand der Übertragungsfunktion (20) ermittelt wird, – zu den Zwischen-Beleuchtungsstärken (B_1,2) und gegebenenfalls zur Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) die zugehörigen Zwischen-Helligkeitswerte (W_1,2) ermittelt werden und gegebenenfalls der zugehörige Ziel-Helligkeitswert (W_Z) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Sollwerte (B_soll) für die Zwischen-Beleuchtungsstärken (B_1,2) und gegebenenfalls die Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) in Abhängigkeit der Start-Beleuchtungsstärke (B_S) und gegebenenfalls der Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Sollwerte (B_soll) für die Zwischen-Beleuchtungsstärken (B_1,2) und gegebenenfalls die Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z), gleich der Start-Beleuchtungsstärke (B_S) oder bezüglich dieser über der Zeit (t) zunehmend oder abnehmend gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Sollwerte (B_soll) für die Zwischen-Beleuchtungsstärken (B_1,2) und gegebenenfalls für die Ziel-Beleuchtungsstärke (B_Z) über der Zeit (t) linear zunehmend oder abnehmend gewählt werden.
Beleuchtungssystem, mit einer Beleuchtungseinrichtung (6), insbesondere einer Kabinenbeleuchtung, insbesondere in einem Luftfahrzeug, welche Licht (8) einer Farbe (F) gemäß eines vorgebbaren Farbortes (O) und einer Helligkeit (H) gemäß des Helligkeitswertes (W) erzeugt, gekennzeichnet durch – eine Recheneinrichtung (16), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, und die einen Eingang (17) zur Einspeisung eines Wertepaares (18), und eine Übertragungsfunktion (20) enthält.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Beleuchtungseinrichtung (6) eine Lichtquellenanordnung mit mindestens zwei Einzellichtquellen (28a–d) mit unterschiedlichen spektralen Verteilungen (22) des von Ihnen erzeugten Lichts (8), aufweist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, bei dem die Lichtquellenanordnung eine RGBW-Leuchtdiodenanordnung ist.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf der Beleuchtungseinrichtung von jedem Beliebigen der Ansprüche 12 bis 14 ausgeführt wird.