DE102017108036A1

DE102017108036A1 - Steuern einer wenigstens zwei elektrische lichtquellen aufweisenden leuchteinrichtung

Info

Publication number: DE102017108036A1
Application number: DE102017108036.8A
Authority: DE
Inventors: Mourad Boulouednine; Ulrich Binder; Michael Steyer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-18
Also published as: US20200068682A1; US10959305B2; WO2018189007A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen (14, 16, 18, 20) aufweisenden Leuchteinrichtung (10, 12), bei dem:
- einer ersten Lichtquelle (14) eine erste elektrische Leistung zugeführt wird, damit diese erstes Quellenlicht (24) mit einer ersten spektralen Lichtverteilung emittiert,
- einer zweiten Lichtquelle (16) eine zweite elektrische Leistung zugeführt wird, damit diese zweites Quellenlicht (26) mit einer zweiten spektralen Lichtverteilung emittiert,
- das von den Lichtquellen (14, 16, 18, 20) emittierte Quellenlicht (24, 26, 28, 30) überlagert wird,
- das von der Leuchteinrichtung (10, 12) abgegebene Licht (34, 36) mittels eines Lichtverteilungssensors (38, 40) erfasst wird, der ein Sensorsignal (42, 44) bereitstellt,
- das Sensorsignal (42, 44) mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung (48) verglichen wird, um ein Steuersignal (56) für das Vorschaltgerät (22) bereitzustellen, und
- die den Lichtquellen (14, 16, 18, 20) zugeführte elektrische Leistung abhängig von dem Steuersignal (56) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen aufweisenden Steuereinrichtung, bei dem der ersten der wenigstens zwei Lichtquellen eine erste elektrische Leistung mittels wenigstens eines Vorschaltgeräts zugeführt wird, damit diese erstes Quellenlicht mit einer ersten spektralen Lichtverteilung emittiert, der zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen eine zweite elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgeräts zugeführt wird, damit diese zweites Quellenlicht mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung emittiert, und das von den wenigstens zwei Lichtquellen emittierte Quellenlicht mittels einer Optikeinheit der Leuchteinrichtung überlagert wird, sodass die Leuchteinrichtung Licht mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen aufweisenden Leuchteinrichtung, bei der eine erste der wenigstens zwei Lichtquellen ausgebildet ist, abhängig von einer zugeführten ersten elektrischen Leistung erstes Quellenlicht mit einer ersten spektralen Lichtverteilung zu emittieren, und eine zweite der wenigstens zwei Lichtquellen ausgebildet ist, abhängig von einer zugeführten zweiten elektrischen Leistung zweites Quellenlicht mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung zu emittieren, um das von den wenigstens zwei Lichtquellen emittierte Quellenlicht mittels einer Optikeinheit der Leuchteinrichtung zu überlagern, sodass die Leuchteinrichtung Licht mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, wenigstens ein Vorschaltgerät der Steuereinrichtung derart zu steuern, dass der ersten der wenigstens zwei Lichtquellen die erste elektrische Leistung und der zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen die zweite elektrische Leistung zugeführt wird. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Leuchteinrichtung mit einer ersten von wenigstens zwei Lichtquellen zum Emittieren von erstem Quellenlicht mit einer ersten spektralen Lichtverteilung, einer zweiten von wenigstens zwei Lichtquellen zum Emittieren von zweitem Quellenlicht mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung, wenigstens einem Vorschaltgerät zum Zuführen einer ersten elektrischen Leistung zur ersten der wenigstens zwei Lichtquellen und zum Zuführen einer zweiten elektrischen Leistung zur zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen, und einer Optikeinheit zum Überlagern des von den wenigstens zwei Lichtquellen emittierten Quellenlichts, sodass die Leuchteinrichtung Licht mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt.
Verfahren, Steuereinrichtungen sowie Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Leuchteinrichtungen, deren spektrale Verteilung des abgegebenen Lichts sich als Überlagerung von Quellenlicht mit mehreren unterschiedlichen spektralen Lichtverteilungen einzeln steuerbarer Lichtquellen ergibt, erlangen im Bereich der modernen Beleuchtungstechnik einen immer wichtigeren Stellenwert. Um eine gewünschte vorgegebene Lichtverteilung beziehungsweise spektrale Überlagerungslichtverteilung des durch die Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts bereitstellen zu können, umfasst die Leuchteinrichtung häufig wenigstens zwei Lichtquellen, die Quellenlicht mit unterschiedlichen spektralen Lichtverteilungen emittieren, welches mittels der Optikeinheit überlagert wird, sodass die Leuchteinrichtung als Überlagerungslicht Licht mit der Überlagerungslichtverteilung abgibt. Dadurch, dass die einzelnen Lichtquellen hinsichtlich der Intensität des von ihnen abgegebenen Quellenlichts steuerbar sind, kann die von der Leuchteinrichtung insgesamt als spektrale Überlagerungslichtverteilung im Licht vorgesehene spektrale Lichtverteilung zumindest in einem vorgegebenen Bereich eingestellt werden. Dies wird unter anderem bei Leuchteinrichtungen genutzt, deren Lichtquellen durch Leuchtdioden gebildet sind. Das Prinzip ist jedoch nicht auf solche Lichtquellen beschränkt.
Eine Problematik kann darin gesehen werden, derartige Leuchteinrichtungen, insbesondere wenn sie mehrere farbige Lichtquellen unterschiedlicher Farbe, beispielsweise Rot, Grün, Blau, Amber und gegebenenfalls weitere, umfassen, und gegebenenfalls auch weiße Lichtquellen aufweisen, beispielsweise warmweiße Lichtquellen (WW) und/oder kaltweiße Lichtquellen (CW), so einzustellen beziehungsweise den jeweiligen Lichtquellen zugeordnete Steuerkanäle derart zu dimmen, dass die spektrale Überlagerungslichtverteilung als gewünschte Lichtverteilung von der Leuchteinrichtung abgegeben wird. So sollen zum Beispiel spektrale Überlagerungslichtverteilungen derart erzeugt werden können, dass eine jeweilige Leuchteinrichtung Licht bei unterschiedlichen Farbtemperaturen abgeben kann, Licht mit einer Überlagerungslichtverteilung abgeben kann, die bei beleuchteten Objekten mittels des abgegebenen Lichts gewünschte verstärkende oder kompensierende Effekte hervorrufen kann, und/oder dergleichen.
Darüber hinaus kann es erforderlich sein, dass eine Leuchteinrichtung vorgegebenen Kriterien genügt, wie zum Beispiel eine Einhaltung eines oder mehrerer Industriestandards in Bezug auf die spektrale Überlagerungslichtverteilung, zum Beispiel basierend auf einem Television Lighting Consistency Index (TLCI)-Standard, der beispielsweise als Bewertungsstandart für Licht und Beleuchtung im Bereich der Fernseh- und Filmindustrie dient, oder auch Standards für gewünschte spektrale Lichtverteilungen für Pflanzenwachstum oder optimale Farbwiedergabe bei Beleuchtung spezieller Objekte. Insbesondere kann dies auch für medizinische Anwendungen relevant sein, weil gerade hier eine Farbwiedergabe bei insbesondere bildgebenden Verfahren in der Diagnostik sehr wichtig ist, um die Diagnose zu verbessern, insbesondere eine Gefahr von Fehldiagnosen zu reduzieren. Darüber hinaus kann dies auch für industrielle Anwendungen relevant sein, bei denen bei einer Qualitätsprüfung, beispielsweise in einer Produktion, sowohl Lichtmenge wie auch die spektrale Verteilung des Lichts qualitativ stabil sein müssen. Fehler in der produzierten Ware lassen sich beispielsweise durch Farbabweichung erkennen. Um Falschmeldungen zu vermeiden, die fälschlicherweise durch sich verändernde Lichtquellen ausgelöst sein können, kann eine sich selbst stabilisierende Lichtquelle äußerst wichtig sein, um die Produktivität zu steigern und/oder eine Ausschussquote zu verringern.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die Lichtquellen, die in Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art Verwendung finden, Fertigungsschwankungen, Schwankungen im bestimmungsgemäßen Betrieb sowie auch Alterungseffekten unterliegen. Beispielsweise kann die spektrale Lichtverteilung einer jeweiligen Lichtquelle einer Streuung unterliegen, woraus sich besondere Anforderungen hinsichtlich der Steuerung dieser Lichtquelle ergeben können. Gegebenenfalls sind Lichtquellen hinsichtlich ihrer spektralen Lichtverteilung zu selektieren, um eine gewünschte vorgegebene Überlagerungslichtverteilung durch die Leuchteinrichtung erreichen zu können. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die den jeweiligen Lichtquellen zugeführten Leistungen an das von den jeweiligen Lichtquellen abgegebene Quellenlicht mit seiner spektralen Lichtverteilung angepasst werden muss. Dies kann von Lichtquelle zu Lichtquelle variieren, sodass auch praktische Schwellwerte für die zugeführte Leistung von theoretisch zu erwartenden Werten, beispielsweise gemäß einer Produktspezifikation oder dergleichen, abweichen können. Ferner kann sich mit zunehmender Betriebsdauer und gegebenenfalls abhängig von einer Vorbelastung der jeweiligen Lichtquelle ein Lichtstrom des jeweiligen Quellenlichts auf unterschiedliche Weise ändern. Dadurch kann sich auf komplexe Weise und schwer prognostizierbar auch die Überlagerungslichtverteilung des von der Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts entsprechend verändern. Eine einmal eingestellte Überlagerungslichtverteilung wird folglich mit fortschreitender Betriebsdauer nicht konstant bleiben.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Leuchteinrichtung dahingehend zu verbessern, dass mittels der Leuchteinrichtung das Licht mit einer verbesserten spektralen Überlagerungslichtverteilung abgegeben wird.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Steuereinrichtung sowie eine Leuchteinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Verfahrensseitig wird für ein gattungsgemäßes Verfahren insbesondere vorgeschlagen, dass wenigstens das von der Leuchteinrichtung abgegebene Licht mittels eines Lichtverteilungssensors erfasst wird, der ein einer spektralen Lichtverteilung des erfassten Lichts entsprechendes Sensorsignal bereitstellt, das Sensorsignal mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung verglichen wird, um abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal für das wenigstens eine Vorschaltgerät bereitzustellen, und die der jeweiligen Lichtquelle zugeführte elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgeräts abhängig von dem wenigstens einen Steuersignal eingestellt wird.
Bezüglich einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Auswerteeinheit zum Anschließen eines Lichtverteilungssensors zum Erfassen wenigstens des von der Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts aufweist, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, ein einer spektralen Lichtverteilung des mittels des Lichtverteilungssensors erfassten Lichts entsprechendes Sensorsignal zu empfangen, das Sensorsignal mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung zu vergleichen, um abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal für das wenigstens eine Vorschaltgerät bereitzustellen, um die der jeweiligen Lichtquelle zugeführte elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgeräts abhängig von dem wenigstens einen Steuersignal einzustellen.
Bezüglich einer gattungsgemäßen Leuchteinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Steuereinrichtung gemäß der Erfindung aufweist.
Mit der Erfindung kann erreicht werden, dass nicht nur die spektrale Überlagerungslichtverteilung des durch die Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts analysiert werden kann, sondern es kann durch eine Rückkopplung vorzugsweise nach Art einer Regelung eine Anpassung einer Einstellung der Leuchteinrichtung, insbesondere mittels des Vorschaltgeräts, vorgenommen werden, sodass die vorgegebene spektrale Lichtverteilung als Überlagerungslichtverteilung möglichst gut durch die Leuchteinrichtung bereitgestellt werden kann. Es braucht also nicht mehr die im Stand der Technik übliche Mitwirkung des Menschen, um eine entsprechende Einstellung der Leuchteinrichtung vornehmen zu können. Dadurch kann eine automatisierte Nachführung erreicht werden, sodass die Leuchteinrichtung das Licht, vorzugsweise über seine gesamte Betriebsdauer, entsprechend der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung abgibt. Mit der Erfindung wird somit ein automatisiertes Verfahren zum Einstellen der spektralen Überlagerungslichtverteilung ermöglicht, indem der Lichtverteilungssensor zumindest das von der Leuchteinrichtung abgegebene Licht erfassen kann. Je nach Position des Lichtverteilungssensors kann die Lichtverteilung auch an einem zu beleuchtenden Objekt vorzugsweise ohne menschliche Mitwirkung erfasst werden. Natürlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt genau ein Vorschaltgerät zu nutzten. Es können je nach Bedarf auch zwei oder mehrere Vorschaltgeräte vorhanden sein, beispielsweise wenn den wenigstens zwei Lichtquellen von unterschiedlichen Vorschaltgeräten die entsprechende elektrische Leistung zugeführt werden soll. Dies kann zum Beispiel günstig sein, wenn die wenigstens zwei Lichtquellen sehr unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen und die Vorschaltgeräte spezifisch an diese Eigenschaften angepasst ausgebildet sind. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass mehrere Leuchteinrichtungen mit beispielsweise jeweils einer einzigen Lichtquelle vorgesehen sind, deren Lichtquellen von jeweiligen Vorschaltgeräten mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei diese Leuchteinrichtungen jedoch gemeinsam gemäß der Erfindung betrieben werden, vorzugsweise um ein Objekt oder mehrere Objekte gemeinsam zu beleuchten.
Es ist also nicht mehr erforderlich, ein Lichtstromverhalten der Lichtquellen, insbesondere wenn sie durch Leuchtdioden gebildet sind, in Abhängigkeit von Betriebsstunden zu ermitteln, beispielsweise indem in aufwendigen Messreihen für unterschiedlichste zugeführte Leistungen der entsprechende Lichtstrom gemessen wird, wobei ein zu erwartendes Alterungsverhalten lediglich mittels Extrapolation ermittelt werden kann. Die Erfindung erlaubt es also, eine Lichtabgabe für hohe Qualitätsansprüche bereitstellen zu können.
Die Lichtquelle ist eine Funktionseinheit der Leuchteinrichtung, die bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie in vorgebbarer Weise das Quellenlicht mit einer spezifischen, der Lichtquelle immanenten spektralen Lichtverteilung emittiert. Vorzugsweise ist die Lichtquelle eine Halbleiterlichtquelle, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode (LD), eine Superlumineszenzdiode (SLD) und/oder dergleichen. Darüber hinaus kann die Lichtquelle dem Grunde nach natürlich auch durch eine Gasentladungslampe gebildet sein, die abhängig von einem jeweiligen Gas und/oder weiteren physikalischen Betriebsbedingungen bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie Licht in vorgebbarer Weise emittiert.
Dadurch eignet sich die Erfindung zum Beispiel insbesondere auch für eine Rekalibrierung von Lichtquellensystemen, wie sie beispielsweise nach der Wartung einzelner Komponenten erforderlich sein kann. Dabei kann berücksichtigt werden, dass gegebenenfalls eine Veränderung einer Lichtquelle im Zusammenspiel mit der zeitgleichen Veränderung der anderen Lichtquellen des gleichen Systems nicht ins Gewicht fällt. Wenn aber einzelne Lichtquellen oder komplette Lichtquellensysteme durch Ausfall gewartet und ersetzt werden müssen, können diese zum einen erwartungsgemäß höhere Anfangslichtströme und zum zweiten eventuell nicht mehr die bestimmungsgemäße Wellenlänge, wie im ursprünglichen Design, haben. Beispielsweise kann ein Leuchtdioden-Typ nicht mehr verfügbar sein und es muss auf einen neuen Leuchtdioden-Typ mit einer anderen Wellenlänge ausgewichen werden. Außerdem kann der Ersatz-Leuchtdioden-Typ in andern Helligkeits- oder Farbort-Binnings ersetzt werden. Dann würde ohne Selbstkalibrierung auf das Vorgabespektrum und den Vorgabelichtstrom eine Leuchte aus dem Verbund von Leuchten leicht als „neu“ herausstechen und sich deutlich von den anderen unterscheiden. Die Erfindung macht das Lichtquellensystem wesentlich toleranter gegenüber solchen Wartungen, da ein größerer Toleranzbereich akzeptiert und kompensiert werden kann. Die neue Leuchteinrichtung kann sich dann so in die Gruppe der vorhandenen Leuchteinrichtungen durch Anpassung der spektralen Verteilung und des Lichtstroms anpassen, sodass sie nicht negativ heraus sticht.
Darüber hinaus werden in der Allgemeinbeleuchtung „tuneable white“ Anwendungen immer wichtiger. Hierbei werden zwei oder mehrere Gruppen von weißen Leuchtdioden, eventuell auch kombiniert mit farbigen Leuchtdioden so geschaltet, dass ein Farbtemperaturbereich zwischen beispielsweise 2.700 K und 6.000 K durchlaufen werden kann. Hier sind ebenfalls farbstabile Lichtemissionen wünschenswert und können mit der Erfindung erreicht werden.
Damit die jeweilige Lichtquelle das jeweilige Quellenlicht emittiert, wird ihr entsprechend eines abzugebenden Lichtstroms die elektrische Leistung vom Vorschaltgerät zugeführt. In der Regel ist ein Lichtstrom der Lichtquelle von der zugeführten elektrischen Leistung abhängig. So kann zum Beispiel eine Helligkeit der Lichtquelle mittels der zugeführten elektrischen Leistung eingestellt werden. Darüber hinaus kann zu berücksichtigen sein, dass die spektrale Lichtverteilung des Quellenlichts zumindest geringfügig auch von der zugeführten elektrischen Leistung abhängig sein kann. Dies kann zum Beispiel dadurch hervorgerufen werden, dass die Lichtquelle abhängig von der zugeführten elektrischen Leistung ihren thermischen Zustand einstellt, der gegebenenfalls wiederum Einfluss auf die spektrale Lichtverteilung des Quellenlichts haben kann.
Zum Zuführen der elektrischen Leistung zu der jeweiligen Lichtquelle dient das wenigstens eine Vorschaltgerät. Das Vorschaltgerät stellt nicht nur die erforderliche elektrische Leistung bereit, sondern sie stellt sie auch in einer Form bereit, die an die jeweilige Lichtquelle angepasst ist, sodass diese in bestimmungsgemäßer Weise das gewünschte Quellenlicht emittieren kann. So werden Leuchtdioden beispielsweise mittels eines Gleichstroms beaufschlagt, um die gewünschte Lichtemission erreichen zu können. Je nach Betriebsart kann der Gleichstrom auch getaktet sein, um dadurch eine möglichst günstige Abgabe von Quellenlicht erreichen zu können. Das Takten kann beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation (PWWM) oder dergleichen erfolgen.
Das Vorschaltgerät weist vorzugsweise eine Hardwareschaltung auf, mittels der eine entsprechende Energieumformung vorgenommen werden kann. Die erforderliche elektrische Energie bezieht das Vorschaltgerät beispielsweise aus einem öffentlichen Energieversorgungsnetz, an das es angeschlossen ist, oder es kann die Energie auch aus einem elektrischen Energiespeicher wie einem Akkumulator, einer Batterie und/oder dergleichen beziehen. Natürlich können diese Energiequellen auch kombiniert vorgesehen sein. Das Vorschaltgerät kann darüber hinaus eine programmgesteuerte Rechnereinheit umfassen, die es erlaubt, die entsprechenden Leistungen in vorgegebener Weise einstellen zu können. Die Rechnereinheit kann auch mit der Hardwareschaltung kombiniert sein. Die Rechnereinheit wird mittels eines Rechnerprogramms gesteuert, welches die entsprechende Funktionalität durch die Rechnereinheit realisiert. Das Rechnerprogramm kann in einer hierfür separat vorgesehenen Speichereinheit der Rechnereinheit oder des Vorschaltgeräts gespeichert sein. Das Vorschaltgerät kann darüber hinaus einen oder mehrere Steueranschlüsse aufweisen, mittels denen ihm Steuersignale zugeführt werden können, die dazu dienen können, die entsprechenden zuzuführenden Leistungen für die Lichtquellen einstellen zu können. Im einfachsten Fall kann vorgesehen sein, dass mittels des Steuersignals die Leuchteinrichtung ein- beziehungsweise ausgeschaltet wird. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass mittels des Steuersignals ein jeweiliger der Lichtströme der Lichtquellen eingestellt werden kann.
Das von den wenigstens zwei Lichtquellen emittierte Quellenlicht wird mittels der Optikeinheit der Leuchteinrichtung überlagert. Die Optikeinheit kann hierzu optisch aktive Elemente umfassen, beispielsweise refraktorische Elemente wie Linsen, Prismen und/oder dergleichen, reflektierte Elemente wie beispielsweise Spiegel, insbesondere steuerbare Mikrospiegel, DMD's (Digital Micromirror Device), Kombinationen hiervon und/oder dergleichen.
Die Optikeinheit stellt vorzugsweise für jede der Lichtquellen eine Lichteintrittsöffnung zum Zuführen des jeweiligen Quellenlichts bereit. Über eine vorzugsweise gemeinsame Lichtaustrittsöffnung wird dann das überlagerte Licht mit der spektralen Überlagerungslichtverteilung bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Lichtaustrittsöffnung zugleich auch eine Lichtaustrittsöffnung der Leuchteinrichtung. Die Optikeinheit kann darüber hinaus wenigstens für eine der Lichtquellen ein eigenes spezifisch zugeordnetes optisch aktives Element aufweisen, beispielsweise eine der jeweiligen Lichtquelle zugeordnete Linse, Spiegel und/oder dergleichen.
Die Optikeinheit ist Bestandteil der Leuchteinrichtung und vorzugsweise in einem Gehäuse der Leuchteinrichtung integriert angeordnet. Vorzugsweise sind auch die Lichtquellen zumindest teilweise in das Gehäuse der Leuchteinrichtung integriert angeordnet. Die Leuchteinrichtung umfasst ferner das Vorschaltgerät, welches vorzugsweise ebenfalls in ein Gehäuse der Leuchteinrichtung integriert angeordnet ist. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorschaltgerät ein separates Gehäuse aufweist, welches von einem Gehäuse der Leuchteinrichtung selbst nicht umfasst ist. Je nach Ausgestaltung können hier unterschiedlichste Konstruktionen vorgesehen sein.
Die spektrale Überlagerungslichtverteilung setzt sich zusammen aus den jeweiligen spezifischen spektralen Lichtverteilungen der Quellenlichter, die mittels der Optikeinheit überlagert werden. Die Überlagerungslichtverteilung ist somit abhängig von den spektralen Lichtverteilungen des von den Lichtquellen bereitgestellten Quellenlichts. Auf diese Weise ist es möglich, die Überlagerungslichtverteilung zu verändern, indem ein Lichtstrom von einer oder mehreren Lichtquellen verändert wird. Da die Lichtquellen Quellenlicht mit einer unterschiedlichen spektralen Lichtverteilung emittieren, kann auf diese Weise zugleich auch die spektrale Überlagerungslichtverteilung verändert werden.
Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, dass auch die Optikeinheit zusätzliche Elemente aufweist, mittels denen die spektrale Überlagerungslichtverteilung beeinflusst werden kann, beispielsweise indem Farbfilter oder dergleichen vorgesehen werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass entsprechende Elemente für eine oder auch mehrere der Lichtquellen in der Optikeinheit vorgesehen werden und lediglich das jeweilige Quellenlicht der jeweiligen Lichtquelle beeinflussen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, einen Konversionsstoff vorzusehen, mittels dem Quellenlicht einer Lichtquelle hinsichtlich der spektralen Lichtverteilung beeinflusst werden kann. So kann vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle ultraviolettes Licht emittiert, welches mit einem Konversionsstoff zum Beispiel in die Farbe Amber konvertiert wird. Dem Grunde nach kann der Konversionsstoff natürlich auch lichtquellenseitig vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird das von der Leuchteinrichtung abgegebene Licht mittels des Lichtverteilungssensors erfasst. Der Lichtverteilungssensor ist vorzugsweise ein lichtempfindliches Bauteil, welches abhängig von einem Lichtstrom und/oder einer erfassten spektralen Lichtverteilung des erfassten Lichts ein entsprechendes Sensorsignal bereitstellt. Der Lichtverteilungssensor ist vorzugsweise ein Bauteil, mittels dem insbesondere eine spektrale Verteilung des erfassten Lichts gemessen werden kann. Das Sensorsignal ist vorzugsweise ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal kann ein analoges oder auch ein digitales Signal sein. Darüber hinaus kann der Lichtverteilungssensor mehrere lichtempfindliche Elemente aufweisen, deren Empfindlichkeit auf einen vorgegebenen spektralen Bereich des erfassten Lichts begrenzt ist. Dadurch ist es möglich, abhängig von dem jeweiligen spektralen Erfassungsbereich einen jeweiligen Lichtstrom zu erfassen und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Das elektrische Signal auch kann mittels einer Verarbeitungseinheit des Lichtverteilungssensors weiter verarbeitet werden, beispielsweise indem es mit den elektrischen Signalen von anderen Sensorelementen kombiniert wird, um das Steuersignal bereitzustellen. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass mehr als ein Steuersignal bereitgestellt wird, beispielsweise eine Anzahl von Steuersignalen, die an die Anzahl der Lichtquellen angepasst ist oder dergleichen. Vorzugsweise ist in diesem Fall ein jeweiliges der Steuersignale einer jeweiligen der Lichtquellen der Leuchteinrichtung zugeordnet. Natürlich kann insgesamt auch ein kombiniertes Steuersignal bereitgestellt werden, welches vorzugsweise sämtliche Daten bezüglich der spektralen Lichtverteilung des erfassten Lichts enthält.
Das Steuersignal beziehungsweise die Steuersignale können an das Vorschaltgerät übermittelt werden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass der Lichtverteilungssensor an die Leuchteinrichtung, insbesondere das Vorschaltgerät, angeschlossen ist. Der Anschluss kann durch eine drahtlose oder auch eine leitungsgebundene Kommunikationsverbindung realisiert sein. Ist der Lichtverteilungssensor beispielsweise innerhalb des Gehäuses der Leuchteinrichtung angeordnet, kann der Lichtverteilungssensor vorzugsweise leitungsgebunden an das Vorschaltgerät angeschlossen sein. Ist der Lichtverteilungssensor dagegen beispielsweise außerhalb des Gehäuses der Leuchteinrichtung angeordnet, kann auch vorgesehen sein, dass der Lichtverteilungssensor über eine drahtlose Kommunikationsverbindung, wie eine Funkverbindung, insbesondere eine Nahfunkverbindung, eine Infrarotkommunikationsverbindung, eine Ultraschallverbindung und/oder dergleichen angeschlossen ist.
Der Lichtverteilungssensor kann zum Beispiel wenigstens ein fotosensitives Element, vorzugsweise eine Mehrzahl von fotosensitiven Elementen, aufweisen, die beispielsweise durch Halbleiterbauteile oder dergleichen gebildet sein können. Beispielsweise können die Elemente durch Fotodioden, Fotozellen und/oder dergleichen gebildet sein.
Die Steuereinrichtung weist zur erfindungsgemäßen Verfahrensführung eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit kann durch eine Hardwareschaltung oder auch durch eine entsprechend eingerichtete Rechnereinheit gebildet sein, die mittels eines geeigneten Rechnerprogramms in geeigneter Weise gesteuert wird, um die gewünschte erfindungsgemäße Verfahrensführung als Funktionalität bereitzustellen. Darüber hinaus kann natürlich auch eine Hardwareschaltung vorgesehen sein, mit der die gewünschte erfindungsgemäße Verfahrensführung zumindest teilweise realisiert werden kann.
Die Auswerteeinheit vergleicht das Sensorsignal mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung. Die vorgegebene spektrale Lichtverteilung kann durch in einer Speichereinheit der Auswerteeinheit gespeicherte entsprechende Daten bereitgestellt sein. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um digitale Daten. Dem Grunde nach können jedoch auch analoge Daten vorgesehen sein. Die vorgegebene spektrale Lichtverteilung kann mittels einer Einstelleinheit eingestellt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die vorgegebene spektrale Lichtverteilung bei der Herstellung der Leuchteinrichtung fest vorgegeben wird, sodass sie während der Nutzung nicht weiter verändert werden kann. Natürlich kann auch eine Kombination vorgesehen sein, bei der mittels eines externen Einstellgerätes die vorgegebene spektrale Lichtverteilung in geeigneter Weise bedarfsgerecht angepasst werden kann.
Mit der Auswerteeinheit wird eine Vergleichsfunktion bereitgestellt, die das Sensorsignal gegebenenfalls vor dem Vergleich auswertet, um dann den Vergleich mit der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung durchführen zu können. Dies kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn das Steuersignal eine entsprechende Codierung oder dergleichen aufweist. Als Ergebnis der Durchführung der Vergleichsfunktion wird abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal für das Vorschaltgerät bereitgestellt. Mit dem Steuersignal, welches von der Steuereinrichtung an das Vorschaltgerät übermittelt wird, kann das Vorschaltgerät so gesteuert werden, dass den einzelnen Lichtquellen in vorgebbarer Weise die gewünschte elektrische Leistung zugeführt wird. Dadurch werden die Lichtquellen zur Emission des jeweiligen Quellenlichts angeregt. Dabei kann die Abhängigkeit derart gewählt sein, dass eine Abweichung des Sensorsignals von der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung möglichst gering wird. Entsprechend wird das Steuersignal von der Auswerteeinheit ermittelt und an das Vorschaltgerät übermittelt.
Insgesamt erlaubt es die Erfindung somit, die Überlagerungslichtverteilung des von der Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts zu überwachen und bedarfsgerecht nachzustellen, sodass möglichst überwiegend das von der Leuchteinrichtung abgegebene Licht eine Überlagerungslichtverteilung aufweist, die möglichst weitgehend der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung entspricht. Die Erfindung erlaubt es dadurch, eine Rückkopplung nach Art einer Regelung bereitzustellen, sodass eine hochwertige Leuchteinrichtung bereitgestellt werden kann, die zuverlässig Licht gemäß der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung abzugeben vermag. Insbesondere erlaubt es die Erfindung, Veränderungen hinsichtlich der spektralen Überlagerungslichtverteilung zu erfassen und durch geeignetes Ansteuern der Lichtquellen so weit wie möglich, vorzugsweise vollständig, auszugleichen. Dadurch kann eine Langzeitstabilität bezüglich der Lichtabgabe durch die Leuchteinrichtung erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass eine Lichtabgabe des von der Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts automatisiert eingestellt wird, indem zunächst jeweilige Anteile des Quellenlichts der jeweiligen Lichtquellen an einem Lichtstrom des von der Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts ermittelt werden und dann das Einstellen der den jeweiligen Lichtquellen zugeführten Leistungen abhängig von den jeweiligen ermittelten Anteilen erfolgt. Dadurch kann eine günstige automatisierte Konfiguration, insbesondere eine Erstkonfiguration, der Lichtabgabe durch die Leuchteinrichtung erreicht werden, die vorzugsweise ohne menschlichen Eingriff vorgenommen werden kann. Insbesondere kann eine initiale Einstellung der Lichtabgabe der Leuchteinrichtung erreicht werden, indem das vorgenannte Verfahren nach Art eines Kalibrierverfahrens angewendet wird. Dabei hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, zunächst die Lichtquellen in absteigender Reihenfolge entsprechend des jeweiligen Anteils, insbesondere prozentualen Anteils, am gesamten Lichtstrom, der von der Leuchteinrichtung insgesamt abgegeben wird, einzustellen. Vorzugsweise wird die Lichtquelle mit dem größten Anteil zuerst eingestellt. Ergänzend beziehungsweise alternativ kann auch eine Einstellung derart vorgesehen sein, dass zunächst eine warmweiße Lichtquelle vor einer kaltweißen Lichtquelle eingestellt wird. Dadurch kann auf einfache Weise zügig eine zuverlässige Einstellung der spektralen Überlagerungslichtverteilung gemäß der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Einstellen der von der jeweiligen Lichtquelle zugeführten Leistung abhängig von einer Betriebszustandsstabilität der jeweiligen Lichtquelle in Bezug auf die spektrale Lichtverteilung des von ihr abgegebenen Quellenlichts erfolgt. So kann vorgesehen sein, dass Lichtquellen mit einer geringen Betriebszustandsstabilität vor Lichtquellen mit einer großen Betriebszustandsstabilität eingestellt werden. Die Betriebszustandsstabilität gibt an, wie stabil die Emission von Quellenlicht von der jeweiligen Lichtquelle bei einer vorgegebenen zugeführten elektrischen Leistung ist. Diese Größe kann abhängig sein von einer Betriebsdauer, von weiteren physikalischen Umgebungstemperaturen wie Temperatur, atmosphärischen Randbedingungen und/oder dergleichen. Dadurch kann das Einstellen der Leuchteinrichtung weiter verbessert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Einstellen der der jeweiligen Lichtquelle zugeführten Leistung abhängig von einer Wellenlänge eines Intensitätsmaximums der spektralen Lichtverteilung des durch die jeweilige Lichtquelle abgegebenen Quellenlichts erfolgt. So kann vorgesehen sein, dass Lichtquellen, deren Emission des Quellenlichts instabiler ist, zuerst eingestellt werden, bevor Lichtquellen eingestellt werden, deren Emission von Quellenlicht stabiler ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden, die rotes Licht abgeben, eine geringere Betriebszustandsstabilität aufweisen, als Lichtquellen, die blaues Licht abgegeben oder dergleichen. Da die Lichtquellen, die zum Einsatz kommen, häufig keine monochromatischen Lichtquellen sind, erweist es sich als vorteilhaft, wenn auf das Intensitätsmaximum der spektralen Lichtverteilung des jeweiligen Quellenlichts abgestellt wird. Dieses kann ein gutes Maß dafür bereitstellen, um beurteilen zu können, wie stabil eine jeweilige Lichtquelle hinsichtlich der Abgabe von Quellenlicht ist.
Das Kalibrieren der Leuchteinrichtung beziehungsweise deren Lichtquellen kann somit geordnet nach einer Größe einer etwaigen Farbortverschiebung in Abhängigkeit von einer Temperatur und einer Betriebsdauer erfolgen, wobei hier eine absteigende Ordnung bevorzugt ist. In einem praktischen Beispiel kann vorgesehen sein, dass zuerst die Lichtquellen eingestellt werden, die für eine Abgabe von Quellenlicht bei großen Wellenlängen vorgesehen sind. Erst danach erfolgt eine Einstellung der Lichtquellen, die Quellenlicht mit niedrigeren Wellenlängen bereitstellen. So kann vorgesehen sein, dass zum Beispiel zuerst eine rote Leuchtdiode als Lichtquelle eingestellt wird, woraufhin danach weitere Lichtquellen beziehungsweise Leuchtdioden eingestellt werden, wobei zuletzt die Lichtquelle beziehungsweise Leuchtdiode eingestellt wird, die ein blaues Quellenlicht bereitstellt.
Ein Vorteil der vorgenannten Reihenfolge der Kalibrierung ist, dass sich gezeigt hat, dass in der Regel weiße Lichtquellen den höchsten Beitrag zum Lichtstrom des spektralen Überlagerungslichts liefern und deshalb hier eine Kalibrierung am effizientesten und zielführendsten ist. Dabei berücksichtigt die Erfindung, dass sich ferner gezeigt hat, dass bei farbigen Lichtquellen, insbesondere wenn sie Leuchtdioden sind, Lichtquellen, die rotes Licht abgeben, mit fortschreitender Betriebsdauer am stärksten altern, woraus sich ergibt, dass hier eine Abweichung von einem Zielspektrum am ehesten zu erwarten ist.
Vorzugsweise wird die vorgegebene spektrale Lichtverteilung durch einen Farbort und eine Leuchtdichte bestimmt. Durch die Vorgabe des Farbortes und der Leuchtdichte sind Zielwerte bekannt beziehungsweise vorgegeben, die es ermöglichen, beispielsweise unter Nutzung eines Algorithmus, eine gezielte Verfahrensführung zur optimalen Einstellung der Leuchteinrichtung in vorgegebener Weise zu ermöglichen.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zum Einstellen der jeweiligen zugeführten Leistung nur ein Steuersignal berücksichtigt wird, dessen Betrag größer als ein vorgegebener Mindestwert ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Verfahrensführung nur so weit durchgeführt zu werden braucht, wie eine Annäherung der spektralen Überlagerungslichtverteilung an die vorgegebene spektrale Lichtverteilung möglich ist. Dabei berücksichtigt diese Weiterbildung, dass gegebenenfalls, beispielsweise aufgrund von Alterung oder dergleichen, sich veränderte spektrale Lichtverteilungen einer jeweiligen Lichtquelle so verändert haben, dass auch bei günstigster Verfahrensführung eine vollständige Angleichung der spektralen Überlagerungslichtverteilung an die vorgegebene spektrale Lichtverteilung nicht erreicht werden kann. Durch die Vorgabe des Mindestwerts kann ein Kriterium geschaffen werden, welches es ermöglicht, die Verfahrensführung abzubrechen, sobald ein vorgegebenes Maß an Übereinstimmung erreicht ist. Dabei wird der Mindestwert vorzugsweise derart bemessen, dass die Verfahrensführung während einer gesamten Lebensdauer erfindungsgemäß durchgeführt werden kann. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass der Mindestwert von der jeweiligen Betriebsdauer der Leuchteinrichtung abhängig ist, beispielsweise mit zunehmender Betriebsdauer der Leuchteinrichtung größer wird oder dergleichen. Dies berücksichtigt, dass bei Leuchteinrichtungen eine Erreichung der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung mit zunehmender Betriebsdauer der Leuchteinrichtung immer schwieriger werden kann. Es wird somit vermieden, dass in Form einer Endlosregelung beziehungsweise Rückkopplung eine permanente Veränderung beziehungsweise Einstellung der Leuchteinrichtung vorgenommen wird. Dies kann aus unterschiedlichsten Gründen unerwünscht sein, insbesondere weil sich dadurch natürlich auch die Eigenschaften des durch die Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts ständig verändern. Für Beleuchtungszwecke kann dies unerwünscht sein. Durch den Mindestwert kann erreicht werden, dass hierdurch keine störende Lichtabgabe durch die Leuchteinrichtung erzeugt wird.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zum Einstellen der jeweiligen zugeführten Leistung individuelle physikalische Eigenschaften der jeweiligen Lichtquelle berücksichtigt werden. So hat sich zum Beispiel gezeigt, dass insbesondere bei roten Lichtquellen die Temperatur einen Einfluss auf die Emission des Quellenlichts haben kann. Beispielsweise kann sich die spektrale Lichtverteilung auch in Abhängigkeit von der Temperatur verändern. Bei Lichtquellen, deren emittiertes Quellenlicht eine wesentlich kürzere Wellenlänge hat, kann dagegen der Einfluss der Temperatur deutlich geringer sein. Darüber hinaus können natürlich auch noch weitere physikalische Effekte die Lichtabgabe beeinflussen, beispielsweise atmosphärische Randbedingungen, ein Druck auf die Lichtquelle beziehungsweise das lichtemittierende Medium und/oder dergleichen.
Gemäß einer vorteilhaften Weitebildung wird ferner vorgeschlagen, dass der Lichtverteilungssensor zumindest das von der Leuchteinrichtung abgegebene Licht in einem Bereich eines mittels der Leuchteinrichtung beleuchteten Objekts erfasst. Dadurch ist es möglich, das Licht, vorzugsweise am Objekt, das mit der Leuchteinrichtung beleuchtet wird, zu erfassen und eine entsprechende Beleuchtungsfunktion bereitzustellen. Dabei erweist es sich ferner als vorteilhaft, dass mit dem Lichtverteilungssensor nicht ausschließlich das Licht der Leuchteinrichtung erfasst zu werden braucht. Ist nämlich das Objekt zugleich auch von weiteren Leuchteinrichtungen und/oder von Umgebungslicht beleuchtet, kann das gesamte Licht, welches das Objekt beleuchtet, erfasst werden. Dies ermöglicht es, die Leuchteinrichtung abhängig von weiteren Beleuchtungsquellen einstellen zu können. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass das Umgebungslicht, beispielsweise Tageslicht, für die erfindungsgemäße Verfahrensführung berücksichtigt wird. So ist es mit der Erfindung möglich, über den Tagesverlauf auftretende spektrale Veränderungen des Tageslichts bei der durch die Leuchteinrichtung bereitgestellten Lichtabgabe ergänzend zu berücksichtigen. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung kann eine entsprechende Nachführung erreicht werden, sodass das beleuchtete Objekt im Wesentlichen mit einer vorzugsweise konstanten spektralen Überlagerungslichtverteilung des durch die Leuchteinrichtung abgegebenen Lichts in Verbindung mit dem Umgebungslicht beziehungsweise dem Tageslicht beaufschlagt wird. Das Objekt kann also im Wesentlichen immer gleich beleuchtet werden.
Vorteilhaft erweist es sich ferner, wenn die vorgegebene spektrale Lichtverteilung abhängig von physikalischen Eigenschaften des beleuchteten Objekts ermittelt wird. Physikalische Eigenschaften des Objekts sind nicht nur eine Oberfläche, eine Farbe, ein Werkstoff und/oder dergleichen, sondern auch eine Empfindlichkeit gegenüber Strahlung, insbesondere Licht. So ist es mit der Erfindung möglich, physikalische Eigenschaften des beleuchteten Objekts ergänzend zu berücksichtigen und eine entsprechende vorgegebene spektrale Lichtverteilung bereitzustellen, die der erfindungsgemäßen Verfahrensführung zugrundegelegt werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass das zu beleuchtende Objekt nicht mit Licht beaufschlagt wird, welches störend beziehungsweise schädlich für das Objekt selbst sein kann. Beispielsweise kann dieses Problem auftreten, wenn mit der Leuchteinrichtung ein wertvolles Gemälde oder dergleichen beleuchtet werden soll. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Licht mit kurzer Wellenlänge zu einer erhöhten Alterung eines solchen Gemäldes, insbesondere seiner Farben, führen kann. Durch die Erfindung ist es möglich, die vorgegebene spektrale Lichtverteilung so auszuwählen und zu halten, dass das zu beleuchtende Objekt möglichst nicht mit einer schädlichen Strahlung beauftragt wird.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die den jeweiligen Lichtquellen zugeführten Leistungen abhängig von einer am beleuchteten Objekt erfassten spektralen Lichtverteilung eingestellt werden. Hierdurch ist es möglich, nicht nur das von den Lichtquellen der Leuchteinrichtung abgegebene Licht zu erfassen und für die Verfahrensführung zu nutzen, sondern zusätzlich auch Licht von Fremdlichtquellen, insbesondere Umgebungslicht wie dem Tageslicht oder dergleichen. Dadurch kann die Verfahrensführung weiter verbessert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Lichtverteilungssensor, vorzugsweise drahtlos, mit einer Steuereinrichtung für die Leuchteinrichtung in Kommunikationsverbindung steht. Der Lichtverteilungssensor braucht somit nicht unmittelbar an der Leuchteinrichtung beziehungsweise in der Leuchteinrichtung angeordnet zu sein. Er kann entsprechend entfernt von ihr angeordnet sein. Besonders bevorzugt kann der Lichtverteilungssensor deshalb am beleuchteten Objekt angeordnet sein, wohingegen die Leuchteinrichtung selbst vom Objekt entfernt angeordnet sein kann. Dadurch können zusätzliche vorteilhafte Beleuchtungsmöglichkeiten erreicht werden. Die Kommunikationsverbindung kann natürlich leitungsgebunden sein. Besonders vorteilhaft erweist es sich jedoch, wenn die Kommunikationsverbindung zumindest teilweise drahtlos ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann die Kommunikationsverbindung eine Funkverbindung sein, beispielsweise auf Basis von Nahfunk oder dergleichen unter Nutzung eines geeigneten Funkstandards wie WLAN, Bluetooth, ZigBee und/oder dergleichen. Die Kommunikationsverbindung kann ferner auch ein Kommunikationsnetzwerk wie das Internet oder dergleichen nutzen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Lichtverteilungssensor mit Energie von einer eigenen Energieversorgungseinheit versorgt wird. Dadurch kann der Lichtverteilungssensor quasi autark gegenüber der Leuchteinrichtung betrieben werden. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung in Verbindung mit einem von der Leuchteinrichtung entfernt beziehungsweise separat angeordneten Lichtverteilungssensor. Die Energieversorgungseinheit kann zum Zwecke der Energieversorgung beispielsweise einen elektrischen Energiespeicher wie einen Akkumulator, eine Batterie und/oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die Energieversorgungseinheit an ein Energieversorgungsnetz wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz angeschlossen ist. Besonders vorteilhaft ist die Energieversorgungseinheit jedoch ausgebildet, zugleich mit der Erfassung des Lichts auch ein Teil des Lichts in elektrische Energie zu wandeln, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Lichtverteilungssensors zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch kann ein besonders flexibler und wartungsarmer Lichtverteilungssensor erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die vorgegebene spektrale Lichtverteilung aus einer von einem Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilung unter Berücksichtigung der wenigstens ersten und zweiten spektralen Lichtverteilung ermittelt wird. Dadurch ist es möglich, die vorgegebene spektrale Lichtverteilung bedarfsgerecht an die vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilung anzupassen. Vorzugsweise wird auf Basis der vom Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilung die vorgegebene spektrale Lichtverteilung für die Leuchteinrichtung ermittelt. Hierzu können vorteilhaft Eigenschaften der Lichtquellen berücksichtigt werden, insbesondere deren individuelle spektrale Lichtverteilungen des jeweiligen Quellenlichts.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn mittels des Lichtverteilungssensors die spektrale Lichtverteilung jeder der wenigstens zwei Lichtquellen am zu beleuchtenden Objekt einzeln erfasst wird. Dies erlaubt es, die spektrale Überlagerungslichtverteilung unter Berücksichtigung realer Umgebungsbedingungen im Bereich des Objekts beziehungsweise am Objekt zu ermitteln. Dadurch kann die vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilung besonders genau mit der spektralen Überlagerungslichtverteilung nachgebildet werden.
Im Folgenden wird ein optimiertes Einstellen einer spektralen Überlagerungslichtverteilung beschrieben.
Vorliegend steht ein Tristimuluswert T=(X, Y, Z) für die Ermittlung der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung im Mittelpunkt. Der Tristimuluswert kann zum Beispiel gemäß der International Commission on Illumination (CIE), insbesondere gemäß CIE 15:2004, Nr. 7 berechnet werden. Die Normfarbwerte X, Y, Z können zum Beispiel gemäß DIN 5033 und ebenso auch gemäß CIS 15:2004 ermittelt werden. Durch Vorgabe eines Farbortes x, y und einer Lichtstärke Y entsprechend der vom Nutzer spezifizierten Lichtverteilung sind Zielwerte Xt, Yt, Zt bekannt, wobei „t“ für „Target“ steht. In Vektorschreibweise kann dies wie folgt dargestellt werden: Tt:=(Xt, Yt, Zt). Dieser Wert wird für jede Lichtquelle bereitgestellt und mit dem Wert T_i bezeichnet, wobei i eine Nummerierungsvariable für die einzelnen Lichtquellen ist, die vorzugsweise durch Leuchtdioden gebildet sein können.
Bei Betrieb von mehreren Lichtquellen überlagern, insbesondere addieren, sich die T_i vektoriell, das heißt, linear in Bezug auf die drei Vektorkomponenten. So können sich die T_i für i = 1 ... n (n entspricht der Anzahl der Lichtquellen beziehungsweise Leuchtdioden) linear bezüglich der vorliegend drei Komponenten der Vektoren addieren.
Aus jeweiligen bei verschiedenen zugeführten Leistungen, vorzugsweise selektiv, aufgenommenen Spektren jeder einzelnen Lichtquellen können die T_i für eine beliebige Leistungseinstellung berechnet werden, wodurch Funktionen X_i=f (Y_i) und Z_i=g(Y_i) angepasst werden können. Bei einer Ansteuerung von Leuchtdioden als Lichtquellen, insbesondere bei Zuführung einer konstanten Leistung oder bei einer Pulsweitenmodulation (PWM), genügen diese Daten in guter Näherung einer quadratischen Funktion $\begin{matrix} X_{i} = a_{i} * Y_{i} + b_{i} * Y_{i}^{2} \\ Z_{i} = c_{i} * Y_{i} + d_{i} * Y_{i}^{2} \end{matrix}$
Bei PWM ist die Rechnung in linearer Näherung (b_i = d_i = 0) ausreichend, bei einer konstanten zugeführten Leistung ist dies nicht der Fall.
Eine Ausgleichsrechnung für die Koeffizienten ai und bi kann mittels des folgenden Gleichungssystems erfolgen: $\begin{matrix} a_{i} * \sum Y_{i}^{4} + b_{i} * \sum Y_{i}^{3} = \sum x_{i} * Y_{i}^{2} \\ a_{i} * \sum Y_{i}^{3} + b_{i} * \sum Y_{i}^{2} = \sum x_{i} * Y_{i} \end{matrix}$
und analog für c_i: $\begin{matrix} c_{i} * \sum Y_{i}^{4} + d_{i} * \sum Y_{i}^{3} = \sum Z_{i} * Y_{i}^{2} \\ c_{i} * \sum Y_{i}^{3} + d_{i} * \sum Y_{i}^{2} = \sum Z_{i} * Y_{i} \end{matrix}$
Eine Summierung kann über mehrere Stromstufen erfolgen. Der konstante Term in der quadratischen Funktion kann zu null angenommen werden, weil für Yi=0 sicher Xi=Zi=0 gilt. Das im Folgenden beschriebene Verfahren lässt es ohne weiteres zu, dass weitere Näherungsterme, insbesondere in Bezug auf die dritte Ordnung und so weiter, hinzugenommen werden können. Eventuell ist auch die Annahme einer rein linearen Funktion beispielsweise bei einer Pulsweitenmodulation (PWM)-Ansteuerung noch besser erfüllt.
Unabhängig davon, ob in linearer oder höherer Näherung gerechnet wird, müssen, wie beispielsweise im Folgenden für n=5 dargestellt, die folgenden drei Bestimmungsgleichungen erfüllt sein: $\begin{matrix} X_{1} + X_{2} + X_{3} + X_{4} + X_{5} = X_{t} \\ Y_{1} + Y_{2} + Y_{3} + Y_{4} + Y_{5} = Y_{t} \\ Z_{1} + Z_{2} + Z_{3} + Z_{4} + Z_{5} = Z_{t} \end{matrix}$
In einem ersten Schritt wird nun von einem hinreichend nahen linearen Verhalten, das heißt, bi=di=0 ausgegangen. $\begin{matrix} a_{1} * Y_{1} + a_{2} * Y_{2} + a_{3} * Y_{3} + a_{4} * Y_{4} + a_{5} * Y_{5} = X_{t} \\ Y_{1} + Y_{2} + Y_{3} + Y_{4} + Y_{5} = Y_{t} \\ c_{1} * Y_{1} + c_{2} * Y_{2} + c_{3} * Y_{3} + c_{4} * Y_{4} + c_{5} * Y_{5} = Z_{t} \end{matrix}$
In Vektorschreibweise: $a * Y = T t$
Mit $A = (\begin{array}{l} a 1 & a 2 & a 3 & a 4 & a 5 \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ c 1 & c 2 & c 3 & c 4 & c 5 \end{array}) und T t = (X t / Y t / Z t)$
Die Matrix A ist unabhängig von Tt, Tt und ändert sich bei Veränderung der Zielwerte, bedingt durch eine andere Farbtemperatur oder eine andere Dimmeinstellung. Eine veränderte Umgebungstemperatur geht dagegen in die Koeffizienten a_i und c_i ein.
Das Gleichungssystem ist unterbestimmt und daher nicht eindeutig lösbar. Die Lösungsmenge ist vorliegend durch eine 2-dimensionale Ebene E in einem 5-dimensionalen Parameterraum von Y_i gebildet. Auf dieser Ebene haben alle Punkte in einer linearen Näherung exakt die gewünschte Farbtemperatur und exakt die gewünschte Leuchtdichte; in der xy-Darstellung liegen sie auf einer Planck-Kurve.
Ziel ist es nunmehr, in dieser Ebene die Punkte auszuwählen, die in Hinsicht auf relativ frei wählbare Kriterien „optimal“ sind. Sie unterscheiden sich zum Beispiel in ihren Farbwiedergabeindizes.
Sind für jede Farbtemperatur, jede Dimmeinstellung und jede Umgebungstemperatur die besten Punkte auf den entsprechenden Ebenen gefunden, so erfolgt ganz zum Schluss des Verfahrens die entsprechende Umrechnung der Yi in entsprechende zuzuführende elektrische Leistungen, beispielsweise in Form von entsprechenden Stromwerten I beziehungsweise Takteinstellungen (Duty Cycle = DC) aus den Verläufen von Y_i(I) beziehungsweise Y_i(DC).
Die Beschreibung der Ebene E ist mit linearer Algebra im zweidimensionalen Raum möglich. Dies ist gegenüber der ursprünglichen Situation mit fünf Parametern ein erheblicher Vorteil. Die Ebene kann durch zwei Vektoren e1 und e2 aufgespannt sein.
Der Bereich der physikalisch sinnvollen und erreichbaren Lösungen in der 2-dimensionalen Ebene E wird durch die Bedingungen für die minimale Leuchtdichte (Ymin(i)=0) und die maximale Leuchtdichte (Ymax(i)) jeder einzelnen Lichtquelle beziehungsweise Leuchtdiode eingeschränkt. Für jede Lichtquelle beziehungsweise Leuchtdiode liegen diese Begrenzungsgeraden in E in einer Ebene parallel zueinander. Schnittpunkte dieser fünf Geradenpaare bilden ein konvexes Polygon, das theoretisch bis zu zehn, in der Regel jedoch eher vier bis sechs, Eckpunkte aufweist.
Es ist jetzt ein Aspekt, das vorgenannte Polygon bezüglich optimaler Farbwiedergabeindizes zu untersuchen. Was als Optimum angekommen wird, kann je nach Anwendung variieren. Dies kann erfolgen über eine Zufallsauswahl, gleichgroße Rasterflächen, spezielle Iterations- oder Standard-Gradientenverfahren oder dergleichen.
Im Folgenden wird die Berücksichtigung von Nichtlinearitäten diskutiert.
Bei den bislang bekannten Spektren waren von zehn Funktionsverläufen Xi(Yi) beziehungsweise Zi(Yi) lediglich zwei mit einem merklichen quadratischen Anteil behaftet.
Dem Grunde nach ist die zweidimensionale Ebene E relativ schwach gekrümmt. Die Lösung der nichtlinearen Aufgabe kann ausgehend von der linearen Lösung mithilfe von Störungsrechnung numerisch ermittelt werden. Grundsätzlich gibt es hierzu hinreichend bekannte Verfahren zur Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme. Als praktikabel hat sich ein sehr einfaches Verfahren erwiesen.
Es sei V0 ein Punkt mit V₀= (Y_01, Y₀₂, Y₀₃, Y₀₄, Y₀₅) in der Ebene E.
Die Punkte auf der ausschließlich mittels der linearen Terme berechneten Ebene E haben tatsächliche Werte X und Z, die unter der Voraussetzung >0 für alle bi und di größer als gewünscht sind.
Es sollte daher einen verbesserten Wert für V liefern, wenn man das lineare Gleichungssystem entsprechend dieser Wertdifferenzen anpassen würde: $M = (\begin{array}{l} a_{1} & a_{2} & a_{3} & a_{4} & a_{5} \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ c_{1} & c_{2} & c_{3} & c_{4} & c_{5} \\ e 1_{1} & e 1_{2} & e 1_{3} & e 1_{4} & e 1_{5} \\ e 1_{1} & e 1_{2} & e 1_{3} & e 2_{4} & e 2_{5} \end{array}) b k = (\begin{matrix} Xt- \sum_{i = 1}^{5} b_{i} * {Yk}_{i}^{2} \\ Yt \\ Zt- \sum_{i = 1}^{5} d_{i} * {Yk}_{i}^{2} \\ e1 * Vk \\ e2 * VK \end{matrix})$
Der Korrekturvektor (V_k+1-V_k) soll senkrecht zur Ebene E stehen. Dies hat den Vorteil, dass das zuvor berechnete Lösungspolygon weiter zur Visualisierung verwendet werden kann, weil der Korrekturvektor senkrecht darauf steht. Die Koordinatenvektoren e1 und e2 können weiterhin als eindeutiger Ausgangspunkt für eine nichtlineare Lösung dienen. Dies kann erreicht werden, indem das Gleichungssystem (4) um zwei weitere Gleichungen ergänzt wird, die die Koordinatenvektoren e1 und e2 festlegen. $V_{k + 1} = M^{- 1} * b_{k}$
Wird eine Differenz zu einem Vorgängerwert berechnet, bleibt das Gleichungssystem im Prinzip unverändert, denn es ist ja linear. Jedoch fallen bei b_k alle konstanten Terme (Xt, Yt, Zt, e1*V_k, e2+V_k) raus und es bleiben jeweils nur wenige Multiplikationen übrig.
Die Iteration kann abgebrochen werden, wenn die Funktionswerte X_k und Z_k hinreichend wenig von den Zielwerten Xt beziehungsweise Zt abweichen. Yt bleibt im Übrigen ohnedies unverändert. Bei Tests wurde gefunden, dass mit den durch die Tests vorgegebenen Datensätzen maximal zwei Iterationen erforderlich waren, um eine Übereinstimmung von <11m zu erreichen. $Xk= \sum_{i=1}^{5} a_{i} * {Yk}_{i} + b_{i} * {Yk}_{i}^{2} Zk= \sum_{i=1}^{5} c_{i} * {Yk}_{i} + d_{i} * {Yk}_{i}^{2}$
Damit hat sich dieses Verfahren als gut geeignet erwiesen.
Eine einmal auf diese Weise bereitgestellte spektrale Überlagerungslichtverteilung kann mittels des Lichtverteilungssensors vorzugsweise am beleuchteten Objekt erfasst werden. Mit fortschreitender Betriebsdauer können Lichtstromrückgänge der einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Leuchtdioden sowie auch Farbortverschiebungen zu verzeichnen sein. Mittels eines durch den Lichtverteilungssensor, der vorzugsweise am Objekt angeordnet ist, und die Leuchteinrichtung gebildeten Regelkreises kann automatisch eine beständige Nachführung der spektralen Überlagerungslichtverteilung und somit der am beleuchteten Objekt erfassten spektralen Lichtverteilung ermittelt werden, sodass vorzugsweise die spektrale Lichtverteilung, die am Objekt vorliegt, im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.
Die Erfindung erlaubt es ferner, anwendungsspezifisch eine jeweilige spektrale Lichtverteilung vorzugeben. Zu diesem Zweck kann eine Bibliothek mit vom Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilungen vorhanden sein. Der Aufwand für die Auswahl einer vorgebbaren spektralen Lichtverteilung kann sich mit steigender Anzahl der steuerbaren Lichtquellen erhöhen. Durch die Vorgabe bestimmter vom Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilungen für bestimmte Anwendungen, die in einer Speichereinheit der Leuchteinrichtung oder auch einer zentralen Steuereinheit vorhanden sein können, kann das Problem gelöst werden. Die Bibliothek kann dabei beispielsweise folgende Anwendungsfelder umfassen:

- So kann für Kunstwerke vorgesehen sein, dass für unterschiedliche Kunstepochen spezifische vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilungen definiert und hinterlegt sind. Dabei kann durch Experimente ermittelt sein, dass in verschiedenen Kunstepochen unterschiedliche Farbvorlieben vorgeherrscht haben oder zeitgemäße Farbpigmente bevorzugt eingesetzt worden sind. Auf diese für ihre Epoche typisch genutzten Pigmente optimierten spektralen Lichtverteilungen können dadurch voreingestellt werden, zum Beispiel Renaissance, alte Meister, moderne Malerei und/oder dergleichen.
- Gespeicherte vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilungen, die Kunstwerke bestimmter Künstler besonders gut wiedergeben können, können ebenfalls in der Bibliothek vorgesehen sein, zum Beispiel spektrale Lichtverteilungen für Künstler wie Michelangelo, Rembrandt, Picasso, Klee und/oder dergleichen.
- Ferner können schonende vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilungen vorgesehen sein, die ein Schädigungsverhalten, beispielsweise nach CIE 157:2004 und/oder nach anderen Schädigungsmodellen, wie zum Beispiel nach Harrison, berücksichtigen können und vorzugsweise auch nach einer Stoffbeschaffenheit sortiert sein können, beispielsweise schonende spektrale Lichtverteilungen für Kunstwerke in Öl auf Leinwand, Aquarelle, Textilien, Zeitungspapiere und/oder dergleichen.
- Darüber hinaus können voreingestellte optimierte vom Nutzer spezifizierte spektrale Lichtverteilungen für verschiedene Qualitätsparameter wie zum Beispiel Spektren für optimierten Farbwiedergabeindex R_a(CRI), FCI, CQS und/oder TM-30 vorgesehen sein.
- Schließlich können auch Vorgaben aus anderen Anwendungsbereichen, wie zum Beispiel Einhaltung von Standards aus dem Fernseh- und Studiobereich, für spezielle Pflanzenarten optimierte Wachstums- oder Ertragsspektren, verkaufsfördernde Beleuchtung von Lebensmitteln und anderen Waren (R9, R12 optimiert für Fleisch-, Wurst-, Bäckereiwaren, Obst, Gemüse, Fisch, Möbel, weiße Ware) und/oder dergleichen vorgesehen sein.

Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die Erfindung zum Schutz beleuchteter Objekte zu nutzen. Dabei wird vorzugsweise berücksichtigt, dass Objekte vor zu viel oder auch zu wenig Strahlung zu schützen sind, indem die Strahlung, vorzugsweise eine natürliche und/oder eine künstliche Strahlung, gemessen, ausgewertet und vorzugsweise mittels Integration und Extrapolation eine Beanspruchung ermittelt wird und im Falle einer zu erwartenden Überschreitung die entsprechenden Lichtquellen beziehungsweise Leuchtdioden mit einer reduzierten elektrischen Leistung beaufschlagt werden und/oder ein Alarmsignal an ein Überwachungssystem ausgegeben wird.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowie die erfindungsgemäße Leuchteinrichtung und umgekehrt. Insofern können für Verfahrensmerkmale auch Vorrichtungsmerkmale oder umgekehrt formuliert sein.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich durch die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Es zeigen:

1 in einer schematischen Darstellung eine Systemübersicht mit Objekten, die mit Leuchteinrichtungen gemäß der Erfindung beleuchtet werden, wobei Lichtverteilungssensoren an den Objekten angeordnet sind und mit einer Steuereinrichtung gemäß der Erfindung in Kommunikationsverbindung stehen, die ihrerseits mit den jeweiligen Leuchteinrichtungen beziehungsweise deren Vorschaltgeräten in Kommunikationsverbindung steht,
2 eine schematische Blockdarstellung einer der Leuchteinrichtungen gemäß 1,
3 in einer schematischen Darstellung ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Regelung einer spektralen Überlagerungslichtverteilung von Licht, das von der Leuchteinrichtung abgegeben wird,
4 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, in dem mittels dreier Graphen eine jeweilige Chromatizitätsverschiebung einer Leuchtdiode abhängig von der Betriebsdauer mittels dreier jeweils einer Temperatur zugeordneter Graphen dargestellt ist,
5 eine schematische Darstellung eines Diagramms wie 4, jedoch für eine weitere Lichtquelle, die von der vorhergehenden Lichtquelle gemäß 4 unterschiedlich ist hinsichtlich der spektralen Lichtverteilung des von der Lichtquelle abgegebenen Quellenlichts,
6 eine schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem eine Lichtstromänderung abhängig von der Zeit und der Temperatur für die erste Lichtquelle dargestellt ist,
7 eine schematische Darstellung wie 6, bei der die Abhängigkeit für die zweite Lichtquelle gemäß 5 dargestellt ist,
8 eine schematische Balkendiagrammdarstellung zur Visualisierung einer Korrekturstrategie für die Einstellung der Lichtquellen gemäß dem Flussdiagramm nach 2, und
9 eine schematische Diagrammdarstellung zur Darstellung eines typischen Kriteriums für S.

In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Systemübersicht gezeigt, bei der in einem linken Bereich ein Bild als Objekt 50 beleuchtet wird. In einem rechten Bereich ist eine Gruppe 52 von Objekten, dargestellt durch ein Bild, beleuchtet. Das Objekt 50 beziehungsweise die Gruppe 52 von Objekten wird vorliegend jeweils mit einer Leuchteinrichtung 10 und einer Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen beleuchtet, wobei bei der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen der jede der Leuchteinrichtungen durch eine Leuchteinrichtung wie die Leuchteinrichtung 10 gebildet sein kann.
Die Leuchteinrichtung 10 gibt Licht 34 ab, welches der Beleuchtung des Objekts 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten dient. Entsprechend gibt jede Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen Licht 36 ab, welches ergänzend ebenfalls der Beleuchtung des Objekts 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten dient. Zusätzlich wird das Objekt 50 auch durch Umgebungslicht 58 beleuchtet, welches vorliegend von der nicht bezeichneten Sonne bereitgestellt ist.
2 zeigt exemplarisch eine der vorgenannten Leuchteinrichtungen 10 in einer schematischen Blockdarstellung. Die Leuchteinrichtung 10 weist in der vorliegenden Ausgestaltung vier Lichtquellen 14, 16, 18, 20 auf, die aufgrund einer Beaufschlagung mit elektrischer Leistung jeweiliges Quellenlicht 24, 26, 28, 30 emittieren.
Zu diesem Zweck sind die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 jeweils einzeln an ein Vorschaltgerät 22 angeschlossen, mittels welchem die jeweilige entsprechende elektrische Leistung zugeführt werden kann. Dadurch kann ein jeweiliger Lichtstrom der Lichtquellen 14, 16, 18, 20 abhängig von der jeweils zugeführten elektrischen Leistung eingestellt werden. Vorliegend können die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 im Wesentlichen unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Lichtemission eingestellt werden.
Die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 geben ihr jeweiliges Quellenlicht 24, 26, 28, 30 mit voneinander unterschiedlichen spektralen Lichtverteilungen ab. So emittiert die Lichtquelle 14 im Wesentlichen rotes Licht, die Lichtquelle 16 im Wesentlichen grünes Licht, die Lichtquelle 18 im Wesentlichen blaues Licht sowie die Lichtquelle 20 im Wesentlichen weißes Licht. Entsprechend sind die spektralen Lichtverteilungen. Die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 sind vorliegend durch entsprechende Leuchtdioden gebildet.
Das von den Lichtquellen 14, 16, 18, 20 emittierte Quellenlicht 24, 26, 28, 30 wird mittels einer Optikeinheit 32 der Leuchteinrichtung 10 überlagert, sodass die Leuchteinrichtung 10 das Licht 34 beziehungsweise die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen das Licht 36 mit einer jeweiligen spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt.
Die spektrale Überlagerungslichtverteilung ergibt sich aus einer Überlagerung der spektralen Lichtverteilungen, die mit dem Quellenlicht der jeweiligen Lichtquellen 14, 16, 18, 20 bereitgestellt werden. Die Optikeinheit 32 ist vorliegend nicht weiter spezifiziert. Sie weist entsprechende geeignete optisch wirksame Elemente wie Linsen, Spiegel, Prismen und/oder dergleichen auf, um das jeweilige Quellenlicht 24, 26, 28, 30 zum jeweiligen Licht 34, 36 zu überlagern. Die Optikeinheit 32 stellt vorliegend ferner eine Lichtaustrittsöffnung für das Licht 34 bereit, die zugleich auch eine Lichtaustrittsöffnung der Leuchteinrichtung 10 darstellt.
Das Vorschaltgerät 22 der Leuchteinrichtung 10 umfasst ferner neben einer nicht weiter bezeichneten Steuereinheit eine Auswerteeinheit 46 sowie eine Datenbank nach Art einer Bibliothek 48, in der in einer Speichereinheit eine Mehrzahl von von einem Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilungen gespeichert sind. Die vorgenannten Einheiten werden im Folgenden noch weiter erläutert. Darüber hinaus ist das Vorschaltgerät 22 an eine nicht weiter dargestellte elektrische Energieversorgung über eine Energieversorgungsleitung 60 angeschlossen, über die sie mit elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt wird.
Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass im Bereich des Objekts 50, hier unmittelbar an dem Objekt 50, ein Lichtverteilungssensor 38 angeordnet ist. Der Lichtverteilungssensor 38 dient zum Erfassen des Lichts, welches das Objekt 50 beleuchtet. Dies umfasst neben dem Licht 34, 36 auch das Umgebungslicht 58. Der Lichtverteilungssensor 38 erfasst somit eine summarische Lichteinwirkung aus Umgebungslicht 58 sowie dem Licht 34, 36 der Leuchteinrichtungen 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen.
Der Lichtverteilungssensor 38 stellt ein einer spektralen Lichtverteilung des von ihm erfassten Lichts entsprechendes Sensorsignal 42 bereit. Der Lichtverteilungssensor 38 ist vorliegend somit entfernt von der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen angeordnet. Er steht deshalb mit den Leuchteinrichtungen 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen über eine geeignete Funkverbindung in Kommunikation, sodass das Sensorsignal 42 an die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise an die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen übermittelt werden kann.
Der Lichtverteilungssensor 38 weist vorliegend eine nicht dargestellte eigene Energieversorgungseinheit auf, die es ermöglicht, aus dem erfassten Licht zugleich elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Lichtverteilungssensors 38 zu gewinnen. Der Lichtverteilungssensor 38 braucht also in dieser Ausgestaltung keine externe Energieversorgung. In anderen Ausgestaltungen kann dagegen vorgesehen sein, dass der Lichtverteilungssensor 38 einen eigenen elektrischen Energiespeicher wie einen Akkumulator, eine Batterie oder dergleichen aufweist, um elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb bereitstellen zu können. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Lichtverteilungssensor 38 an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen, beispielsweise an das Energieversorgungsnetz 60, an das auch das Vorschaltgerät 22 angeschlossen ist.
Aus 2 ist ersichtlich, dass das Vorschaltgerät 22 eine Steuereinrichtung 54 umfasst, die sowohl die Auswerteeinheit 46 als auch die Bibliothek 48 umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinrichtung 54 eine Kommunikationseinheit 62, die ausgebildet ist, das über Funk von dem Lichtverteilungssensor 38 ausgesendete Sensorsignal 42 zu empfangen und auszuwerten. Zu diesem Zweck umfasst die Auswerteeinheit 46 eine nicht weiter dargestellte Vergleichseinheit, die aus dem Sensorsignal 42 eine erfasste Lichtverteilung ermittelt und diese mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung vergleicht, die, wie im Folgenden noch erläutert wird, aus einer der vom Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilungen ermittelt wird. Abhängig von dem Vergleich wird ein Steuersignal für das Vorschaltgerät 22 bereitgestellt, welches dazu dient, die den jeweiligen Lichtquellen 14, 16, 18, 20 zugeführte elektrische Leistung einstellen zu können. Dadurch ist es möglich, auch die spektrale Überlagerungslichtverteilung des Lichts 34 beziehungsweise 36 einstellen zu können.
Der Lichtverteilungssensor 38 ist ausgebildet, die spektrale Lichtverteilung des erfassten Lichts zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann der Lichtverteilungssensor 38 eine oder mehrere Fotodetektoren, beispielsweise Fotodioden oder dergleichen, umfassen, die vorzugsweise für unterschiedliche vorgegebene Bereiche des Lichtspektrums sensitiv sind. Entsprechend der erfassten Lichtverteilung und vorzugsweise unter Berücksichtigung des erfassten Lichtstroms wird das Sensorsignal 42 bereitgestellt.
Im rechten Bereich der 1 ist eine entsprechende Darstellung für die Gruppe 52 von Objekten vorgesehen. Entsprechend der Gruppe 52 von Objekten ist auch eine Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren vorgesehen, wobei vorzugsweise jeweils einer der Lichtverteilungssensoren der Gruppe 40 im Bereich eines der Objekte der Gruppe 52 von Objekten angeordnet ist. Jeder der Lichtverteilungssensoren der Gruppe 40 entspricht hinsichtlich seiner Funktionalität dem Lichtverteilungssensor 38. Die Gruppe 40 der Lichtverteilungssensoren steht - nicht weiter dargestellt - untereinander in Kommunikationsverbindung. Die entsprechend durch die Gruppe 40 der Lichtverteilungssensoren erfassten spektralen Lichtverteilungen werden über eine Kommunikationsverbindung 158, die vorliegend ebenfalls eine Funkverbindung ist, wie zuvor beschriebenen, an die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen übermittelt. Entsprechend wird die Beleuchtung durch Lichtabgabe des Lichts 34 beziehungsweise 36 eingestellt und geregelt. Die weiteren Details entsprechen dem, was bereits zuvor erläutert wurde.
In 1 ist die Steuereinrichtung 54 als separate Einheit getrennt von den Lichtverteilungssensoren 38 beziehungsweise der Gruppe 40 der Lichtverteilungssensoren und der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 der Leuchteinrichtungen dargestellt. Die Steuereinrichtung 54 kann jedoch in einer der vorgenannten Einheiten beziehungsweise Einrichtungen zumindest teilweise integriert angeordnet sein. Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass die Steuereinrichtung 54 unmittelbar mit dem Lichtverteilungssensor 38 sowie der Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren in Kommunikationsverbindung steht. In diesem Fall braucht vom Lichtverteilungssensor 38 beziehungsweise der Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren keine unmittelbare Kommunikationsverbindung zur Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen zu bestehen. Die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen bezieht ihre jeweiligen Steuersignale als Steuersignale 56 von der Steuereinrichtung 54 unmittelbar. Ist die Steuereinrichtung 54 räumlich getrennt von der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen angeordnet, kann die Kommunikationsverbindung zur Steuereinrichtung 54 ebenfalls eine funkbasierte Kommunikationsverbindung sein, über die das jeweilige Steuersignal 56 übermittelt werden kann. Vorzugsweise ist die Kommunikationsverbindung bidirektional, sodass nicht nur Steuersignale von der Steuereinrichtung 54 an die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen übermittelt werden kann, sondern es können umgekehrt auch Daten von der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen an die Steuereinrichtung 54 übermittelt werden, beispielsweise Parameter bezüglich einer Funktionalität, Störungsmeldungen, Betriebszustandsmeldungen und/oder dergleichen.
Die Steuereinrichtung 54 ist ferner ausgebildet, mit einem Programmiergerät 66 über eine ebenfalls vorliegend drahtlose Kommunikationsverbindung 64 in Kommunikationsverbindung zu treten. Das Programmiergerät 66 ist vorliegend durch eine tragbare Rechnereinheit, beispielsweise ein Laptop oder dergleichen, gebildet. Die Kommunikationsverbindung 64 basiert vorliegend auf Nahfunk, beispielsweise auf Basis eines WLAN-Standards oder dergleichen. Alternativ kann hier auch eine ultraschallbasierte Kommunikationsverbindung oder eine infrarotbasierte Kommunikationsverbindung vorgesehen sein. Mit dem Programmiergerät 66 kann die Steuereinrichtung 54 in bedarfsgerechter Weise programmiert werden. Insbesondere kann die vorgegebene spektrale Lichtverteilung eingestellt beziehungsweise eine der vom Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilungen aus der Bibliothek 48 ausgewählt werden. Darüber hinaus kann auch eine Reihe von weiteren Parametern eingestellt werden, beispielsweise eine Abhängigkeit der vorgegebenen spektralen Lichtverteilung von einer Umgebungstemperatur, die mittels eines nicht dargestellten Temperatursensors erfasst werden kann, und/oder dergleichen.
Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 54 ausgebildet, über eine weitere Kommunikationsverbindung 68 mit Kommunikationsendgeräten 70, wie beispielsweise einem Smartphone oder dergleichen, in Kommunikationsverbindung zu treten. Auch hier kann die Kommunikationsverbindung 68 durch eine Nahfunkverbindung oder dergleichen gebildet sein. Mit dem Kommunikationsendgerät 70 können beispielsweise nutzerspezifische Parameter bedarfsgerecht eingestellt werden, zum Beispiel indem ein Nutzer eine gewünschte Lichtstärke an die Steuereinrichtung 54 übermitteln kann, sodass die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise die Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen ihr Licht 34, 36 derart abgibt, dass der gewünschte Beleuchtungseffekt des Objekts 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten erreicht werden kann. So kann beispielsweise der Nutzer unterschiedliche Beleuchtungsszenarien einstellen, um das Objekt bei unterschiedlichen Beleuchtungsszenarien betrachten zu können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Nutzer in einer ersten Einstellung eine Beleuchtung wie durch Tageslicht zur Mittagszeit einstellt, wohingegen er bei einer zweiten Einstellung eine Beleuchtung durch Tageslicht wie einer Abenddämmerung oder einer Morgendämmerung einzustellen vermag. Dadurch kann eine hohe Nutzerfreundlichkeit insbesondere in Bezug auf die Beleuchtung des Objekts 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten erreicht werden.
Im Folgenden soll anhand des in 3 dargestellten Flussdiagramms ein Einstellen der Leuchteinrichtung 10, wie sie anhand von 1 erläutert worden ist, weiter detailliert werden. Das Verfahren beginnt im Schritt 72, welcher den Start des Verfahrens darstellt. Von der Startposition im Schritt 72 wird die Verfahrensführung mit einem Schritt 76 fortgeführt. Im Schritt 76 empfängt die Steuereinrichtung 54 das Sensorsignal 42 beziehungsweise 44 des Lichtverteilungssensors 38 beziehungsweise der Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren, deren Sensorsignal 42 beziehungsweise 44 einer spektralen Lichtverteilung des jeweils erfassten Lichts des Lichtverteilungssensors 38 beziehungsweise der Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren entspricht.
In einem nächsten Schritt 78 wird geprüft, ob ein Betrag einer Differenz der erfassten spektralen Lichtverteilung zu einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist. Ist der Betrag der Differenz kleiner, dies ist durch y gekennzeichnet, erfolgt eine Verzweigung zum Schritt 90, der das Ende des Einstellens definiert. Die Verfahrensführung ist an dieser Stelle beendet.
Ist die Differenz hingegen größer, erfolgt eine Verzweigung, die mit n gekennzeichnet ist. Das Verfahren wird dann im Folgenden mit dem Schritt 80 fortgeführt.
Im Schritt 80 wird eine Einzelkanalkalibrierung für jede der Lichtquellen 14, 16, 18, 20 ausgeführt, wie es im Folgenden noch anhand von 8 weiter detailliert wird. Vorliegend ist vorgesehen, dass eine vorgegebene Anzahl von x% - Schritten für die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 durchgeführt wird. Dies ist im Folgenden mit S_i(x) gekennzeichnet, wobei der Index i für die jeweilige der Lichtquellen 14, 16, 18, 20 steht. x gibt die Prozentzahl an.
Das Verfahren wird sodann in einem Schritt 82 fortgeführt. Im Schritt 82 erfolgt eine Berechnung von elektrischen Parametern, die dazu dienen, entsprechend der zuvor ermittelten Lichtströme S_i(x) entsprechende Leistungen zuzuordnen, die von dem Vorschaltgerät 22 den jeweiligen Lichtquellen 14, 16, 18, 20 als elektrische Leistung zugeführt werden. Die jeweiligen elektrischen Leistungen werden im Folgenden mit P_i(I) gekennzeichnet.
Im folgenden Schritt 84 werden die elektrischen Parameter P_i(I) in absteigender Ordnung ihres Beitrags zur gesamten spektralen Lichtverteilung sortiert. Hierdurch ergibt sich eine Reihenfolge, gemäß der die Lichtquellen 14, 16, 18, 20 im weiteren Verlauf eingestellt werden. Dies betrifft zunächst die Lichtquellen, die weißes Licht abgeben hier also die Lichtquelle 20.
Im nächsten Schritt 86 werden die nicht weißen beziehungsweise farbigen Lichtquellen eingestellt. Dies betrifft vorliegend die Lichtquellen 14, 16, 18. In diesem Schritt erfolgt eine Sortierung der entsprechenden elektrischen Parameter in absteigender Reihenfolge von einer großen Wellenlänge A zu kleineren Werten von A. So ergibt sich zum Beispiel eine Reihenfolge P_R(I)...P_G(I)...P_B(I), wobei R für Rot, G für Grün und B für Blau steht.
Im folgenden Schritt 88 werden die den Lichtquellen 14, 16, 18, 20 zuzuführenden Leistungen gemäß den elektrischen Parametern, wie sie zuvor ermittelt wurden, eingestellt. Hiernach springt das Verfahren zu einem Einsatzpunkt 74, und das Verfahren wird mit dem Schritt 76 fortgeführt.
Die Verfahrensführung wird dabei so lange wiederholt, bis im Schritt 78 festgestellt wird, dass der Betrag der Differenz die Toleranz beziehungsweise den Mindestwert unterschreitet.
Mit den 4 und 5 sind zwei schematische Diagramme 92, 94 dargestellt, mit denen eine Farbortverschiebung abhängig von einer Temperatur und einer Betriebsdauer von zwei unterschiedlichen Lichtquellen, vorliegend zwei unterschiedlichen Leuchtdioden, dargestellt wird. In den Diagrammen bezeichnet eine Abszisse 96 eine Zeitachse, auf der die Zeit in Stunden angegeben ist. Ordinaten 98 der Diagramme 92, 94 geben eine relative Farbabweichung an.
In 4 ist im Diagramm 92 mit einem Graphen 100 eine Farbortverschiebung abhängig von der Betriebsdauer der Leuchtdiode bei einer Temperatur von 55 °C angegeben. Mit einem Graphen 102 ist eine Abhängigkeit von der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 85 °C dargestellt. Entsprechend stellt ein Graph 104 die Abhängigkeit von der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 118 °C dar. Zu erkennen ist, dass bei der Temperatur von 55 °C eine relative Farbabweichung mit zunehmender Betriebsdauer langsam zunimmt. Die weiteren Graphen 102 und 104 zeigen, dass, je höher die Temperatur ist, die relative Farbabweichung deutlich schneller zunimmt und in ihrer Größe auch überwiegt, wie dies anhand der Graphen 102 und 104 ersichtlich ist. Vorliegend ist dies für eine rote Leuchtdiode dargestellt.
5 zeigt vergleichbare Verhältnisse für eine blaue Leuchtdiode. Mit einem Graphen 106 ist wieder die Abhängigkeit über der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 55 °C dargestellt, wohingegen der Graph 108 eine Abhängigkeit von der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 85 °C darstellt und der Graph 110 die Abhängigkeit von der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 115 °C. Zu erkennen ist, dass die relative Farbortverschiebung gegenüber der roten Leuchtdiode gemäß 4 deutlich geringer ist, und zwar auch mit zunehmender Betriebsdauer. In 5 ist mit der Geraden 112 ein Grenzwert dargestellt, der durch einen Energy-Star-Standard vorgegeben ist.
Dies zeigt auf, wie es mit zunehmender Betriebsdauer der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen zu Änderungen der spektralen Überlagerungslichtverteilung des von der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen abgegebenen Lichts 34, 36 kommt. Die Erfindung greift dieses Problem auf und steuert durch eine Rückkopplung nach Art einer Regelung dieser Entwicklung entgegen, sodass insgesamt über die gesamte Betriebsdauer der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen die Auswirkungen von Veränderungen der spektralen Überlagerungslichtverteilung deutlich reduziert, wenn nicht sogar gänzlich verhindert werden können.
Mit Diagrammen 116, 118 in den 6 und 7 ist eine entsprechende Änderung des relativen Lichtstromes der Leuchtdioden, wie sie bereits der Diskussion zu den 4 und 5 zugrunde lagen, dargestellt. Eine jeweilige Abszisse 96 bezeichnet wieder die Zeit, die an den jeweiligen Abszissen in Stunden angegeben ist. Eine jeweilige Ordinate 114 in den Diagrammen 116, 118 bezeichnet eine relative Änderung des Lichtstromes in Prozent.
Aus dem Diagramm 116 der 6, welches der roten Leuchtdiode zugeordnet ist, die gemäß dem Diagramm 92 gemäß 4 bereits erläutert wurde ist mit einem Graphen 122 die relative Veränderung des Lichtstromes über der Betriebsdauer der Leuchtdiode bei einer Temperatur von 55 °C dargestellt. Mit einem Graphen 124 ist die gleiche Veränderung für eine Temperatur von 85 °C dargestellt und mit einem Graphen 126 ist die entsprechende Veränderung bei einer Temperatur von 115 °C dargestellt. Zu erkennen ist, dass eine relative Abnahme des Lichtstroms nicht nur mit zunehmender Betriebsdauer der Leuchtdiode erfolgt, sondern darüber hinaus auch von der Temperatur abhängig ist. So steigt die relative Abnahme des Lichtstroms mit zunehmender Temperatur zusätzlich an. Mit den Graphen 128 und 130 sind Grenzwerte angegeben, die sich aus dem Energy-Star-Standard ergeben, und zwar mit dem Graphen 128 für eine Betriebsdauer von bis zu 35.000 Stunden und mit dem Graphen 130 für eine Betriebsdauer bis zu 25.000 Stunden. Es ist ein Grenzwert mit einer Geraden 120 dargestellt, der von einem Lichtstrom der Leuchtdiode nicht unterschritten werden soll.
7 zeigt ein entsprechendes Diagramm wie 6, wobei hier jedoch die die Zeitachse darstellende Abszisse 96 aufgrund der gegenüber der roten Leuchtdiode gemäß 6 deutlich höheren Betriebsstabilität der blauen Leuchtdiode einen größeren Zeitumfang umfasst, weshalb sie vorliegend logarithmisch gestaltet ist. Auch hier ist ein Grenzwert mit einer Geraden 120 dargestellt, der von einem Lichtstrom der Leuchtdiode nicht unterschritten werden soll. Mit einem Graphen 132 ist die Abhängigkeit des relativen Lichtstroms von der Betriebsdauer bei einer Temperatur von 55 °C dargestellt. Entsprechend stellen die Graphen 134 beziehungsweise 136 die Verhältnisse bei einer Temperatur von 85 °C beziehungsweise 118 °C dar. Mit den Graphen 138, 140 und 142 werden extrapolierte Entwicklungen dargestellt. Dabei ist der Graph 138 einer Betriebstemperatur von 55 °C zugeordnet, der Graph 140 einer Betriebstemperatur von 85 °C und der Graph 142 einer Betriebstemperatur von 118 °C.
Zu erkennen ist aus dem Diagramm 118 gemäß 7, dass die relativen Änderungen des Lichtstromes abhängig von der Betriebsdauer und der Temperatur in dem Zeitbereich, wie er in dem Diagramm 116 der 6 dargestellt ist, deutlich geringer sind. Dadurch erklärt sich auch der geringere Einfluss auf die Änderung der spektralen Überlagerungslichtverteilung der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen.
8 zeigt in einem schematischen Balkendiagramm 144, wie sich das Einstellen gemäß dem Flussdiagramm von 3 praktisch auswirkt. Zu erkennen ist, dass mit dem Balken 1 ein Anteil am Lichtstrom der Weißlichtquelle 20 dargestellt ist, wohingegen mit 2 ein Balken für einen Lichtstromanteil der Rotlichtquelle 14 bezeichnet ist, mit 3 ein Balken für einen Lichtstromanteil der Grünlichtquelle 16 und mit 4 ein Balken für einen Lichtstromanteil der Blaulichtquelle 18. Daraus ergibt sich zugleich auch die Reihenfolge der Einstellung der Lichtquellen 20, 14, 16, 18 in dieser Reihenfolge.
9 zeigt ein weiteres schematisches Diagramm 146, welches die Anwendung des erfindungsgemäßen Algorithmus darstellt. Eine Abszisse 148 ist einem Koordinatenvektor e1 zugeordnet, wohingegen eine Ordinate 150 einem Koordinatenvektor e2 zugeordnet ist.
Wählt man zum Beispiel $S= \sum_{k = 1}^{n} {(100 - Ri)}^{2}$
als Gütekriterium, zeigt sich für S ein typischer Verlauf, wie er mit dem Graphen 154 für eine gute Farbwiedergabe und mit dem Graphen 152 für eine schlechte Farbwiedergabe dargestellt ist. Das Bergkamm-ähnliche Profil dieses Gütekriteriums ist vorliegend dadurch gekennzeichnet, dass quer zum Kamm ein starker Gradient in S beobachtet werden kann, während er längs zum Kamm schwach ist. Damit kann die Ermittlung eines absoluten Bestwertes unter Umständen nicht eindeutig sein, sodass es weiterer Kriterien für die Festlegung des letztlichen Arbeitspunktes bedarf, zum Beispiel eine Nähe zu Arbeitspunkten mit einer ähnlichen Farbtemperatur oder dergleichen.
Es zeigt sich vorliegend, dass S im Wesentlichen von einem Anteil abhängig ist, der kaltweißes Licht beschreibt und gegenüber dem anderen Freiheitsgrad in der Ebene ein sehr flaches Verhalten zeigt. Der Verlauf von S ist glatt. Das vereinfacht ein Auffinden eines beliebigen Optimums bezüglich dieses Kriteriums, wobei es jedoch noch weiterer Kriterien bedarf, um den Ort des Optimums reproduzierbar zu lokalisieren.
Der Systemaufbau gemäß 1 umfasst ferner, dass die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise die Gruppe 12 der Leuchteinrichtungen so gegenüber dem jeweiligen Objekt 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten ausgerichtet ist, dass diese von dem jeweils durch die Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise der Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen abgegebenen Licht 34, 36 erfasst wird beziehungsweise beleuchtet werden. In den vorliegenden Ausgestaltungen ist insbesondere anzumerken, dass durch den Lichtverteilungssensor 38 beziehungsweise die Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren nicht nur das Licht 34 beziehungsweise 36 erfasst wird, sondern auch weiteres Licht, welches von der Umgebung abgegeben wird und zur Beleuchtung des Objekts 50 beziehungsweise der Gruppe 52 von Objekten beiträgt. Dies ist in 1 mit dem Umgebungslicht 58 gekennzeichnet. Das Umgebungslicht 58 kann sowohl natürliche Strahlung wie Tageslicht, welches beispielsweise durch ein Fenster eintritt, als auch eine künstliche Beleuchtung, beispielsweise durch fremde Leuchteinrichtungen, umfassen. Dabei erfasst der Lichtverteilungssensor 38 beziehungsweise die Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren das auf das Objekt 50 beziehungsweise die Gruppe 52 von Objekten auftreffende Licht mit seiner gesamten spektralen Verteilung als Summe, und zwar vorzugsweise im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Lichtverteilungssensors 38 beziehungsweise der Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren, also zum Beispiel im sichtbaren Lichtbereich, im UV-Bereich und vorzugsweise auch im IR-Bereich. Außerdem kann insbesondere auch die jeweilige Beleuchtungsstärke erfasst werden, zum Beispiel unter Berücksichtigung der für das menschliche Auge definierten V(λ)-Kurve, oder gemäß anderen Bewertungsfunktionen zum Berechnen definierter Kenngrößen, zum Beispiel in Bezug auf das Pflanzenwachstum oder dergleichen.
Durch das in 1 dargestellte Gesamtsystem kann ein geschlossener Regelkreis bereitgestellt werden. Die Kommunikationsverbindungen können mittels leitungsgebundenen Kommunikationsverbindungen, beispielsweise basierend auf einem USB-Schnittstellenprotokoll, Ethernet oder dergleichen oder auch auf Basis von einer drahtlosen Kommunikationsverbindung, wie zum Beispiel Funk, WLAN, ZigBee, Bluetooth oder anderer geeigneter Kommunikationsprotokolle, wie zum Beispiel basierend auf Infrarot, sichtbarem Licht wie LiFi oder dergleichen erfolgen.
Der Lichtverteilungssensor 38 beziehungsweise die Gruppe 40 von Lichtverteilungssensoren können durch einen leitungsgebundenen Kommunikationskanal oder auch batteriegestützt mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, Temperaturschwankungen und/oder Solarzellen zu nutzen, um elektrische Energie zu erzeugen, oder dergleichen. Die Kommunikation erfolgt vorzugsweise so lange, bis die gewünschte spektrale Lichtverteilung mit ausreichender Genauigkeit erreicht worden ist.
Dabei können zur Analyse bei einer im Folgenden beschriebenen Betriebsüberwachung in einem weiteren Schritt Auswertungsanalysen wie zum Beispiel Farbort, Farbwiedergabe, Farbtemperatur, Abstand vom planckschen Kurvenzug und/oder andere Qualitätsmerkmale sowie zum Beispiel Beleuchtungsstärke und die extrapolierte Jahresdosis ermittelt und/oder berechnet werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Lichtverteilungssensor unmittelbar am Objekt angeordnet ist und sämtliche auf das Objekt treffende Strahlung erfasst. Vorzugsweise werden alle Werte gespeichert und können bei späterer kommunikationstechnischer Kopplung an ein Auswertesystem auslesbar sein.
Sind mehrere Leuchteinrichtungen zu einer Leuchtengruppe zusammengefasst, können die einzelnen Leuchteinrichtungen einzeln kalibriert werden, um eindeutig eine Lichtquelle in einem ermittelten Spektrum zuordnen zu können. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn einerseits natürliches Tageslicht nicht vorhanden ist, wodurch die Messung vorzugsweise nachts, insbesondere zeitgesteuert, durchgeführt werden kann, und zum anderen nur die zu kalibrierende Leuchteinrichtung in Betrieb ist. Nacheinander können dann alle der Gruppe zugeordneten Leuchteinrichtungen kalibriert werden.
Eine Festlegung von Vergleichswerten, insbesondere dem Mindestwert, sowie auch Betriebszuständen kann drahtlos mittels geeigneter Steuersignale durch das Programmiergerät 66 und/oder auch durch Kommunikationsendgeräte 70 vorgenommen werden. Dabei kann die Betrachtung die Einhaltung von Zielwerten, die zum Messzeitpunkt die aktuelle spektrale Lichtverteilung der Leuchteinrichtungen berücksichtigen oder die in einem wählbaren Betriebsmodus anhand von Betriebsstunden in die Zukunft extrapoliert sind, über einen Zeitraum die integrierte spektrale Lichtverteilung berücksichtigen.
Wie zuvor erläutert, kann ein Sollwert in Form einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung oder in Form von Qualitätsparametern beschrieben sein (CRI, CQS, TM-30, (x;y), (u;v), spektrale Verteilung, Farbtemperatur T_F, und/oder dergleichen). Die Steuereinrichtung 54, die in einer besonderen Ausprägung auch Teil des Lichtverteilungssensors 38 sein kann, ermittelt eine Abweichung vom Sollwert und berechnet aus der gefundenen Abweichung anhand der oben beschriebenen Verfahrensführung die Korrekturwerte.
Der Lichtverteilungssensor 38 sendet das Sensorsignal 42, 44 in Bezug auf die in der Leuchteinrichtung 10 beeinflussbaren Stellparameter, beispielsweise Dimmkanäle R, G, B, A, WW, CW, an die zugeordnete Leuchteinrichtung 10. Diese verarbeitet das Sensorsignal 42, 44 und passt ihre spektrale Überlagerungslichtverteilung anhand der neuen Werte für die verschiedenen Dimmkanäle an. Der Zyklus bezüglich des Soll-Istwert-Vergleichs mit entsprechenden Kommunikationen zur Korrektur wiederholt sich so lange, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist und die Abweichung vom Sollwert unterhalb des vorher festgelegten Schwellwerts, beziehungsweise des Mindestwerts, liegt. Eine ausreichend geringe Abweichung vom Sollwert kann erfüllt sein, wenn der Farbort der erfassten spektralen Lichtverteilung sich innerhalb von n McAdam-Ellipsen um den Farbort des Sollspektrums befindet oder die Summe von Einzelabweichungen von Soll- und Ist-Spektrum ein Minimum annimmt. Im Fall eines Scheiterns kann eine Meldung an eine zentrale Steuereinheit oder auch an das Programmiergerät 66 beziehungsweise die Kommunikationsendgeräte 70 ausgegeben werden.
Die Kalibrierung beziehungsweise Betriebsüberwachung kann vorzugsweise zur Erstkonfiguration permanent oder auch in geeigneten zeitlichen Abständen durchgeführt werden, beispielsweise täglich, wöchentlich, monatlich und/oder frei konfigurierbar.
Bezüglich der vorgebbaren spektralen Lichtverteilung kann, insbesondere wenn keine berechneten spektralen Lichtverteilungen vorhanden sind, eine geeignete spektrale Lichtverteilung aus der Bibliothek 48 gewählt werden, die vorzugsweise für die Anwendung entsprechend geeignete vordefinierte spektrale Lichtverteilungen umfasst, die dort abrufbar gespeichert sind. Die Bibliothek 48 kann durch berechnete spektrale Lichtverteilungen, beispielsweise mittels des Programmiergeräts 66 oder auch der Kommunikationsendgeräte 70, erweitert werden.
Mit der Erfindung sind grundsätzlich zumindest zwei Kontrollen durchführbar, nämlich erstens die Kontrolle einer Strahlungsqualität. Die ständige Korrektur möglicher Abweichungen von der erfassten spektralen Lichtverteilung der Leuchteinrichtung zum Sollspektrum kann auf ein gewünschtes Muster angepasst werden. Darüber hinaus kann zweitens die Strahlungsquantität kontrolliert werden. Die Einhaltung von Beleuchtungsvorgaben bei Über- oder Unterschreiten von Schwellwerten kann realisiert werden. Die Beleuchtungsstärke kann auf einen gewünschten Wert geregelt werden. Dabei kann beständig nachjustiert werden und Wartungsarbeiten durch Farbortveränderungen oder Lichtstromabweichungen können reduziert werden beziehungsweise sind nicht mehr erforderlich.
Bezüglich der Strahlungsquantität kann zum Schutz von beleuchteten Objekten eine anhand von Benutzungsprofilen prognostizierte jährliche Dosis zur Bewahrung von Kunstwerten in Museen oder Galerien herangezogen werden. Hierbei können Benutzerprofile berechnet werden, und zwar anhand von Einschaltdauern der Leuchteinrichtung 10. Mit der gemessenen spektralen Lichtverteilung am Objekt und den Benutzerprofilen kann berechnet werden, welche Jahresdosis bei unveränderter Einstellung das Objekt belasten würde. Daraus können im Fall einer Schwellwertüberschreitung mittels der Steuereinrichtung 54 Maßnahmen abgeleitet werden, wie zum Beispiel ein Dimmen der Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise deren Lichtquellen 14, 16, 18, 20 oder auch ein Abschalten der zugeordneten Leuchteinrichtung 10 beziehungsweise Gruppe 12 von Leuchteinrichtungen. Wahlweise können Alarmsignale konfiguriert werden, sodass bei Über- oder Unterschreiten an vorkonfigurierte Empfänger oder mobile Kommunikationsendgeräte Warnmeldungen ausgegeben werden können. Unterschreitungen können kritisch sein, wenn die Beleuchtung zum Beispiel zur Wachstumsförderung von Organismen, beispielsweise Pflanzen, Algen oder dergleichen, eingesetzt wird. Hierbei ist sowohl eine Einhaltung der Strahlungsquantität als auch der Strahlungsqualität, wie zum Beispiel die Aufrechterhaltung wachstumsfördernder spektraler Lichtverteilungen, vorteilhaft. Weitere Anwendungsfelder sind die Einhaltung bestimmter Industriestandards, wie zum Beispiel eine Beleuchtungsstärke in einer Museumskonservatorik, die Einhaltung des TLCI-Standards in der Film- und Fernsehindustrie und/oder dergleichen.
Darüber hinaus können die Lichtverteilungssensoren zusätzlich auch genutzt werden, um zum Beispiel eine Anwesenheit von Personen detektieren zu können und so einerseits die künstliche Beleuchtung bei Abwesenheit von Personen herabregeln, um empfindliche Objekte zu schützen, oder andererseits zu ermitteln, welche Objekte das größte Interesse von Personen erhalten.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Lichtverteilungssensoren sogenannte Beacons enthalten. Diese können Informationen auf mobile Kommunikationsendgeräte übermitteln, die sich im Bereich der Objekte befinden. Diese Informationen können Informationen bezüglich des jeweiligen Objekts umfassen oder auch Informationen bereitstellen, die in einem Intranet oder im Internet tiefergehende weitere Informationen zum Objekt bereitstellen. In einem Beispiel ist es denkbar, dass ein vor einem Bild stehender Betrachter Audio- oder Videodateien erhält, die zum Beispiel einen Künstler betreffen, den Bildinhalt betreffen, insbesondere bezüglich der Entstehung, oder weitere damit verbundene Informationen.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist ferner die automatisierte Einstellung der vorgegebenen spektralen Lichtverteilungen und deren Überwachung beziehungsweise Konstanthaltung über die Zeit zum Zwecke der Wartung von Beleuchtungsanlagen mit mehreren, veränderlichen lichterzeugenden Kreisen, deren Alterungseigenschaften sich voneinander unterscheiden. Ein weiterer Vorteil ist der Schutz von empfindlichen Objekten durch Dimmen oder Abschalten bei zu hohen Belastungen und die Alarmierung von Überwachungssystemen. Wartungsarbeiten für Leuchteinrichtungen mit hohem Anspruch an die Lichtqualität oder Lichtquantität können reduziert werden oder sogar entfallen.
Die Beschreibung der vorgenannten Ausführungsbeispiele dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
Bezugszeichenliste

1: Balken
2: Balken
3: Balken
4: Balken
10: Leuchteinrichtung
12: Gruppe von Leuchteinrichtungen
14: Rotlichtquelle
16: Grünlichtquelle
18: Blaulichtquelle
20: Weißlichtquelle
22: Vorschaltgerät
24: Quellenlicht
26: Quellenlicht
28: Quellenlicht
30: Quellenlicht
32: Optikeinheit
34: Licht
36: Licht
38: Lichtverteilungssensor
40: Gruppe von Lichtverteilungssensoren
42: Sensorsignal
44: Sensorsignal
46: Auswerteeinheit
48: Bibliothek
50: Objekt
52: Gruppe von Objekten
54: Steuereinrichtung
56: Steuersignal
58: Umgebungslicht
60: Energieversorgungsleitung
62: Kommunikationseinheit
64: Kommunikationsverbindung
66: Programmiergerät
68: Kommunikationsverbindung
70: Kommunikationsendgerät
72: Schritt
74: Einsatzpunkt
76: Schritt
78: Schritt
80: Schritt
82: Schritt
84: Schritt
86: Schritt
88: Schritt
90: Schritt
92: Diagramm
94: Diagramm
96: Abszisse
98: Ordinate
100: Graph
102: Graph
104: Graph
106: Graph
108: Graph
110: Graph
112: Gerade
114: Ordinate
116: Diagramm
118: Diagramm
120: Gerade
122: Graph
124: Graph
126: Graph
128: Graph
130: Graph
132: Graph
134: Graph
136: Graph
138: Graph
140: Graph
142: Graph
144: Balkendiagramm
146: Diagramm
148: Abszisse
150: Ordinate
152: Graph
154: Graph
158: Kommunikationsverbindung

Claims

Verfahren zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen (14, 16, 18, 20) aufweisenden Leuchteinrichtung (10, 12), bei dem: - der ersten der wenigstens zwei Lichtquellen (14) eine erste elektrische Leistung mittels wenigstens eines Vorschaltgeräts (22) zugeführt wird, damit diese erstes Quellenlicht (24) mit einer ersten spektralen Lichtverteilung emittiert, - der zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen (16) eine zweite elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgeräts (22) zugeführt wird, damit diese zweites Quellenlicht (26) mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung emittiert, und - das von den wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) emittierte Quellenlicht (24, 26, 28, 30) mittels einer Optikeinheit (32) der Leuchteinrichtung (10, 12) überlagert wird, sodass die Leuchteinrichtung (10, 12) Licht (34, 36) mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens das von der Leuchteinrichtung (10, 12) abgegebene Licht (34, 36) mittels eines Lichtverteilungssensors (38, 40) erfasst wird, der ein einer spektralen Lichtverteilung des erfassten Lichts entsprechendes Sensorsignal (42, 44) bereitstellt, - das Sensorsignal (42, 44) mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung (48) verglichen wird, um abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal (56) für das wenigstens eine Vorschaltgerät (22) bereitzustellen, und - die der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) zugeführte elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgerätes (22) abhängig von dem wenigstens einen Steuersignal (56) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtabgabe des von der Leuchteinrichtung (10, 12) abgegebenen Lichts (34, 36) automatisiert eingestellt wird, indem zunächst jeweilige Anteile des Quellenlichts (24, 26, 28, 30) der jeweiligen Lichtquellen (14, 16, 18, 20) an einem Lichtstrom des von der Leuchteinrichtung (10, 12) abgegebenen Lichts (34, 36) ermittelt werden und dann das Einstellen der den jeweiligen Lichtquellen zugeführten Leistungen abhängig von den jeweiligen ermittelten Anteilen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) zugeführten Leistung abhängig von einer Betriebszustandsstabilität der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) in Bezug auf die spektrale Lichtverteilung des von ihr abgegebenen Quellenlichts (24, 26, 28, 30) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) zugeführten Leistung abhängig von einer Wellenlänge eines Intensitätsmaximums der spektralen Lichtverteilung des durch die jeweilige Lichtquelle (14, 16, 18, 20) abgegebenen Quellenlichts (24, 26, 28, 30) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der jeweiligen zugeführten Leistung nur ein Steuersignal (56) berücksichtigt wird, dessen Betrag größer als ein vorgegebener Mindestwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der jeweiligen zugeführten Leistung individuelle physikalische Eigenschaften der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtverteilungssensor (38, 40) zumindest das von der Leuchteinrichtung (10, 12) abgegebene Licht (34, 36) in einem Bereich eines mittels der Leuchteinrichtung (10, 12) beleuchteten Objekts (50, 52) erfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene spektrale Lichtverteilung (48) abhängig von physikalischen Eigenschaften des beleuchteten Objektes (50, 52) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Lichtquellen (14, 16, 18, 20) zugeführten Leistungen abhängig von einer spektralen Lichtverteilung des am beleuchteten Objekt (50, 52) erfassten Lichts eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtverteilungssensor (38, 40), vorzugsweise drahtlos, mit einer Steuereinrichtung (62) für die Leuchteinrichtung (10, 12) in Kommunikationsverbindung steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtverteilungssensor (38, 40) mit Energie von einer eigenen Energieversorgungseinheit versorgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene spektrale Lichtverteilung aus einer von einem Nutzer spezifizierten spektralen Lichtverteilung unter Berücksichtigung der wenigstens ersten und zweiten spektralen Lichtverteilung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Lichtverteilungssensors (38, 40) die spektrale Lichtverteilung jeder der wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) am zu beleuchtenden Objekt (50, 52) einzeln erfasst wird.
Steuereinrichtung (62) zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen (14, 16, 18, 20) aufweisenden Leuchteinrichtung (10, 12), bei der eine erste der wenigstens zwei Lichtquellen (14) ausgebildet ist, abhängig von einer zugeführten ersten elektrischen Leistung erstes Quellenlicht (24) mit einer ersten spektralen Lichtverteilung zu emittieren, und eine zweite der wenigstens zwei Lichtquellen (16) ausgebildet ist, abhängig von einer zugeführten zweiten elektrischen Leistung zweites Quellenlicht (26) mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung zu emittieren, um das von den wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) emittierte Quellenlicht (24, 26, 28, 30) mittels einer Optikeinheit (32) der Leuchteinrichtung (10, 12) zu überlagern, sodass die Leuchteinrichtung (10, 12) Licht (34, 36) mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt, wobei die Steuereinrichtung (62) ausgebildet ist, wenigstens ein Vorschaltgerät (22) der Leuchteinrichtung (10, 12) derart zu steuern, dass der ersten der wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) die erste elektrische Leistung und der zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) die zweite elektrische Leistung zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (46) zum Anschließen eines Lichtverteilungssensors (38, 40) zum Erfassen wenigstens des von der Leuchteinrichtung (34, 36) abgegebenen Lichts, wobei die Auswerteeinheit (46) ausgebildet ist, ein einer spektralen Lichtverteilung des mittels des Lichtverteilungssensors (38, 40) erfassten Lichts entsprechendes Sensorsignal (42, 44) zu empfangen, das Sensorsignal (42, 44) mit einer vorgegebenen spektralen Lichtverteilung (48) zu vergleichen, um abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal (56) für das wenigstens eine Vorschaltgerät (22) bereitzustellen, um die der jeweiligen Lichtquelle (14, 16, 18, 20) zugeführte elektrische Leistung mittels des wenigstens einen Vorschaltgerätes (22) abhängig von dem wenigstens einen Steuersignal (56) einzustellen.
Leuchteinrichtung (10, 12) mit - einer ersten von wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) zum Emittieren von erstem Quellenlicht (24) mit einer ersten spektralen Lichtverteilung, - einer zweiten von wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) zum Emittieren von zweitem Quellenlicht (26) mit einer von der ersten spektralen Lichtverteilung unterschiedlichen zweiten spektralen Lichtverteilung, - wenigstens einem Vorschaltgerät (22) zum Zuführen einer ersten elektrischen Leistung zur ersten der wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) und zum Zuführen einer zweiten elektrischen Leistung zur zweiten der wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20), und - einer Optikeinheit (32) zum Überlagern des von den wenigstens zwei Lichtquellen (14, 16, 18, 20) emittierten Quellenlichts (24, 26, 28, 30), sodass die Leuchteinrichtung (10, 12) Licht (34, 36) mit einer spektralen Überlagerungslichtverteilung abgibt, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (62) nach Anspruch 14.