DE60016674T2

DE60016674T2 - Anordnung und Verfahren zur Steuerung des Beleuchtungsspektrums

Info

Publication number: DE60016674T2
Application number: DE60016674T
Authority: DE
Inventors: Leonardo 50019 Sesto Fiorentino Masotti; Marco 50010 Fiesole Calzolai; Elena 50017 S. Piero a Ponti Biagi; Andrea Donnini
Original assignee: Targetti Sankey SpA
Current assignee: Targetti Sankey SpA
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: DE60016674D1; ITFI990158A1; EP1067825A2; ITFI990158A0; EP1067825A3; IT1308289B1; EP1067825B1; ATE285165T1; ES2232410T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontrollierten Beleuchten von verschiedenen Umgebungstypen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 14.
Neben den normalen Beleuchtungssystemen, die von Hand aktiviert werden, gibt es Beleuchtungssysteme, bei denen der Grad der Lichtintensität entsprechend dem Umgebungslicht gesteuert wird. Ein weit verbreitetes System besteht aus so genannten "Dämmerungsschaltern", die automatisch eine oder mehrere Lichtquellen einschalten, wenn das Umgebungslicht unter einen vorgegebenen Schwellenwert abfällt. Jedoch kann auch mit diesen bekannten Systemen und Einrichtungen nur eine Regulierung der Lichtintensität gemäß dem Umgebungslicht erreicht werden, aber keine Steuerung des Lichtspektrums.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14 sind in WO-A-9605546 offenbart. Bei dieser bekannten Einrichtung wird die Erfassung der Farbtemperatur als ein Parameter zum Steuern der Lichtemission in einer Beleuchtungseinrichtung genutzt.
Ein ähnliches System offenbart JP-07065963.
EP-A-0584886 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung, bei der Fotodetektoren benutzt werden zum Erfassen der Emission von drei farbigen Lampen. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine Erfassung des Umgebungslichtes nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren vorzusehen, mit denen eine automatische Steuerung der Beleuchtungsbedingungen bezüglich des Lichtspektrums erreicht werden kann. In der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen sind die Ausdrücke "Licht" und "Lichtspektrum" nicht so zu verstehen, dass sie sich notwendigerweise nur auf Strahlung im sichtbaren Bereich beziehen. Vielmehr kann das für die vorliegende Erfindung in Frage kommende Lichtspektrum auch den infraroten und ultravioletten Bereich umfassen. Der Ausdruck "Lichtquelle" ist auch so zu verstehen, dass er sich auf Quellen bezieht, die in diesem weiten Bereich von elektromagnetischer Strahlung emittieren.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 14.
Bei einem System dieser Art kann der Benutzer mittels eines geeigneten Interface vorgegebene Kennwerte des vorgegebenen Spektrums für das in der Umgebung erforderliche Licht, die Farbtemperatur des Umgebungslichtes, die zugeordnete Farbtemperatur und dergleichen definieren. Die vordefinierten Parameter bestehen aus gewünschten Farbartkoordinaten. Die Farbartkoordinaten können diejenigen eines Standardsystems sein, z.B. des Systems XYZ CIE 1931, oder die eines anderen kolorimetrischen Systems, das beliebig gewählt werden kann.
Das System ist in der Lage, diese Kennwerte des vordefinierten Spektrums innerhalb vorgegebener Toleranzen aufrecht zu erhalten, auch wenn eine Änderung in den natürlichen Beleuchtungsbedingungen und/oder den künstlichen Beleuchtungsbedingungen auftritt.
Mittels Fotodetektormitteln, die von beliebiger Art sein können, wird durch das Steuersystem der Wert der Kenngrößen in dem Umgebungsspektrum bestimmt und dann mit den entsprechenden Kenngrößen des vorgegebenen Spektrums verglichen. Das Rückkopplungssystem regelt die Bedingungen für die Leistungszufuhr zu den Lichtquellen, indem z.B. die der einen oder anderen oder mehreren Lichtquellen zugeführte Leistung modifiziert wird, um die Bedingungen des Umgebungsspektrums einem gewünschten Wert anzupassen, das heißt an den Wert der entsprechenden Kenngrößen des vorgegebenen Spektrums.
Im Wesentlichen besteht die erhaltene Umgebungsbeleuchtung aus der Summe der Quellen außerhalb des Systems und der Quellen des Systems. Letztere variieren die Emissionsbedingungen derart, dass die resultierende Beleuchtung die gewünschten Kennwerte bezüglich Farbart, Farbtemperatur oder dergleichen aufweist.
Das Rückkopplungssystem führt eine über die Zeit kontinuierliche Steuerfunktion aus, die in gewünschten Zeitintervallen wiederholt wird, deren Dauer gewählt wird auf der Basis der erforderlichen Anpassungsgeschwindigkeit des Systems an die Variationen der Beleuchtungsbedingungen.
Bei einer besonders ausgefeilten Ausführungsform kann auch vorgesehen werden, dass die Kenngrößen des vordefinieren Spektrums nicht konstant, sondern variabel sind, z.B. im Tagesverlauf. In diesem Fall wird das Rückkopplungsmittel die Emissionsbedingungen der einzelnen Quellen nicht nur in Abhängigkeit von der Variation der externen Beleuchtungsbedingungen anpassen, sondern auch in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Programm, auf dessen Grundlage die Beleuchtungsbedingungen über die Zeit variiert werden sollen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind drei oder mehr Fotodetektoren oder Sensoren vorgesehen, die in unterschiedlichen Bändern des Spektrums empfindlich sind und z.B. aus Fotodioden mit Passbandfiltern bestehen, oder andere selektive Vorrichtungen für das Lichtspektrum, die auf unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums zentriert sind. Diese Sensoren fangen die Signale auf, die von einem geeigneten weißen Objekt, das durch das gesamte Umgebungslicht beleuchtet wird, zurück reflektiert werden, mit stabilisierten Kenngrößen über die Zeit oder der Signale von einer Gruppe von Quellen, und senden diese Signale zu einem Steuersys tem, das an seinem Eingang auch die Parameter des vordefinierten Spektrums empfängt. Mittels eines Rückkopplungsalgorithmus werden dann die Differenzen zwischen den gemessenen Parametern und den vordefinierten Parametern minimiert, wenn die Differenz (bezüglich ihres Absolutwertes) einen Schwellenwert überschreitet. Das System kann auch dazu dienen, automatisch irgendwelche Abweichungen in den Kenngrößen des von den Lichtquellen erzeugten Beleuchtungsspektrums zu korrigieren, die z.B. durch Alterung der Lampen, Abfall der Versorgungsspannung oder dergleichen verursacht werden können. In diesem Sinne kann das System auch als einziges Beleuchtungssystem in einer Umgebung dienen, das auch kein natürliches Licht zu empfangen braucht.
Zum Beispiel kann ein Algorithmus ausgeführt werden, um die Differenz zwischen jeder der beiden Farbartkoordinaten des erfassten Umgebungslichtes und den entsprechenden, vom Benutzer definierten Koordinaten zu überprüfen. Auf der Basis der so erfassten Differenz können mittels eines Prozessors die Stromversorgungsbedingungen der einzelnen Quellen überprüft werden, um die Differenz zu reduzieren und zu minimieren.
Eine mögliche Ausführungsform sieht mindestens drei unabhängige Quellen mit unterschiedlichen Lichtemissionsspektren vor, z.B. mit einem auf Rot, Grün bzw. Blau zentrierten Emissionsband.
Die Lichtquellen z.B. aus Halogenlampen mit entsprechenden Passbandfiltern bestehen. Alternativ können Fluoreszenzlampen mit auf die gewünschten Bänder zentrierten Emissionen, Gasentladungslampen oder jedenfalls Lichtquellen mit dem gewünschten Emissionsspektrum vorgesehen werden. Auch kombinierte Lösungen sind möglich, das heißt, bei denen Glühlampen (vom Halogentyp oder dergleichen) mit Fluoreszenzlampen kombiniert sind.
Es kann aber in Betracht gezogen werden, mehrere Quellen mit unterschiedlichen Spektren und wahlweise auch weißen Quellen zusätzlich zu farbigen Quellen zu benut zen. Eine größere Anzahl von Quellen mit unterschiedlichen Spektren erweitert den Bereich von Farben des Spektrums, die erhalten werden können, und dadurch den Bereich der Beleuchtungsbedingungen, die mit dem System erhalten werden können.
Eine besonders einfache, kostengünstige und effiziente Vorrichtung wird erhalten, wenn als Fotodetektormittel eine Anzahl von Fotodetektoren mit zugeordneten entsprechenden optischen Filtern verwendet wird. Grundsätzlich werden mindestens drei Sensoren oder Fotodetektoren verwendet, jedoch kann auch eine größere Anzahl von Fotodetektoren mit zugeordneten, auf entsprechende Wellenlängenbänder zentrierten Filtern verwendet werden.
Die Rückkopplungsmittel können realisiert werden mittels einer geeigneten Hardware-Schaltung. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird jedoch das Rückkopplungssystem durch einen Algorithmus implementiert, der mit Hilfe von Software auf einem elektronischen Prozessor ausgeführt wird, der an seinem Eingang die das Umgebungsspektrum betreffenden Daten (typischerweise die Farbkoordinaten) und die entsprechenden Daten des vordefinierten Spektrums empfängt. An seinem Ausgang liefert der Prozessor die Signale, die die programmierbaren Stromversorgungseinheiten der einzelnen Quellen steuern.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung können eine Vielzahl Verwendungen finden, z.B. für Beleuchtungsanlagen für häuslichen, industriellen oder professionellen Gebrauch. Ein System dieser Art ermöglicht es dem Benutzer, die gewünschten Beleuchtungskenngrößen zu definieren und sie auch bei Änderungen der externen Bedingungen aufrecht zu erhalten. Ein besonders interessantes Einsatzgebiet des Systems ist der Museums- und Ausstellungsbereich, wo die optimalen Beleuchtungsbedingungen – nicht nur bezüglich der Intensität, sondern auch und insbesondere bezüglich der Farbtemperatur des verwendeten Lichtes – gewählt und durch das System aufrecht erhalten werden können.
Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung wird auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen Bezug genommen, die ein praktisches, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. In den Zeichnungen zeigt:
1 die Farbgleichheitskurven des kolorimetrischen Systems XYZ CIE 1931;
2 die x-y-Farbtafel des kolorimetrischen Systems XYZ CIE 1931;
3 die Summe von zwei Farben in einer x-y-Farbtafel;
4 ein Beispiel für die Kompensation des Umgebungslichtes mittels des durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugten Lichtes in einer x-y-Farbtafel;
5A ein Blockschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5B ein Flussdiagramm des Rückkopplungsalgorithmus in einer möglichen Ausführungsform;
6A und 6B ein Emissionsspektrum einer Halogenlampe mit dichroitischem Reflektor und Rotfilter bei verschiedenen Leistungsstufen der Lampe und die entsprechenden Punkte im x-y-Diagramm;
7A und 7B ein Emissionsspektrum einer Halogenlampe mit dichroitischem Reflektor und Grünfilter bei verschiedenen Leistungsstufen der Lampe und die entsprechenden Punkte im x-y-Diagramm;
8A und 8B ein Emissionsspektrum einer Halogenlampe mit dichroitischem Reflektor und Blaufilter bei verschiedenen Leistungsstufen der Lampe und die entsprechenden Punkte im x-y-Diagramm;
9A und 9B ein Emissionsspektrum einer roten Fluoreszenzlampe bei unterschiedlicher Leistungszufuhr und die entsprechenden Punkte in dem x-y-Diagramm;
10A und 10B ein Emissionsspektrum einer grünen Fluoreszenzlampe bei unterschiedlicher Leistungszufuhr und die entsprechenden Punkte in dem x-y-Diagramm;
11A und 11B ein Emissionsspektrum einer blauen Fluoreszenzlampe bei unterschiedlicher Leistungszufuhr und die entsprechenden Punkte in dem x-y-Diagramm;
12A, 12B und 12C das Lichtflussmuster der roten, grünen bzw. blauen Fluoreszenzlampe in Abhängigkeit von der vom Leistungsverbrauch der Lampe.
Wie aus der Kolorimetrie bekannt, können, wenn drei Lichtquellen mit verschiedenen Spektralkenngrößen definiert sind, viele Farben erhalten werden durch Summieren (das heißt durch additive Synthese) der drei Quellen, wobei die Lichtintensität jeder der drei Quellen (der so genannten Pirmärquellen) geeignet kalibriert wird. Gemäß dem kolorimetrischen Normsystem XYZ CIE 1931 kann eine Farbe Q erhalten werden als die Summe von drei gedachten Farbreizen X, Y, Z, wie folgt: Q = XX + YY + ZZ,wobei X, Y, Z die Farbreizwerte (Tristimulus-Werte) sind, die definiert werden durch: X = k∫2P(λ)x(λ)dλ Y = k∫2P(λ)yλ)dλ Z = k∫2P(λ)zλ)dλwobei P(λ) die monochromatische Komponente bei der Wellenlänge λ des Reizes mit einer Spektralverteilung SPD {P(λ)dλ} und k ein Normierungsfaktor ist, der beliebig zugeordnet werden kann, vorausgesetzt, dass er konstant bleibt. Die Funktionen x((λ), y(λ) und z(λ) sind Farbgleichheitsfunktionen, und ihr Verlauf in dem kolorimetrischen Normsystem XYZ CIE 1931 ist in 1 dargestellt.
Aus den Werten von X, Y und Z können die so genannten Farbartkoordinaten x, y, z erhalten werden, die definiert sind durch:
unter Verwendung der Beziehung x + y + z = 1
Gemäß diesem Normsystem wird eine gegebene Farbe repräsentiert in einem x-y-Diagramm, in welchem die oben genannten Farbartkoordinaten dargestellt sind. Das x-y-Diagramm ist in 2 gezeigt. In diesem Diagramm sind einige Eigenschaften nützlich für die Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems. Insbesondere, wenn zwei Farben gegeben sind, die in der x-y-Farbtafel durch zwei Punkte S1, S2 repräsentiert werden, dann kann die Summe dieser Farben repräsentiert werden durch einen Punkt S3, der auf die Punkte S1 und S2 verbindenden Geraden liegt. Ferner entspricht gemäß dem Normsystem XYZ CIE 1931 der Normfarbwert Y einer Farbe der Helligkeit (Luminosität) des Signals und deshalb kann, wenn die Normfarbwerte Y1 und Y2 der beiden Farben S1 und S2 bekannt sind, mittels des Additionsgesetzes der Helligkeit der Helligkeitswert Y3 der Summe der beiden Farben S1, S2 erhalten werden: Y3 = Y1 + Y2.
3 zeigt, wie die Position der aus der Summe der Farben S1 und S2 erhaltenen Farbe S3 bestimmt wird.
Der Punkt 3 liegt auf der Geraden, die durch die Punkte S1 und S2 verläuft und hat Farbartkoordinaten x3, y3, die definiert sind durch:
Die vorstehend beschriebenen Regeln können verwendet werden, um ein Beleuchtungssystem mit gesteuertem Spektrum zu erhalten, bei dem das Emissionsspektrum der künstlichen Lichtquellen in Abhängigkeit von z.B. der natürlichen Beleuchtung gesteuert wird, um eine Farbtemperatur der Beleuchtung zu erhalten, die mehr oder weniger konstant und innerhalb vorgegebener Toleranzwerte gleich einem gegeben Wert ist. Das Konzept ist schematisch in 4 dargestellt: Die x-y-Farbtafel zeigt einen ersten Punkt SA, der die Farbe des Umgebungslichtes repräsentiert. Andererseits bezeichnet SS den Punkt in der x-y-Farbtafel, der das von dem künstlichen Beleuchtungssystem emittierte Licht repräsentiert. ST repräsentiert den Farbartpunkt, der mit dem System erhalten werden soll. Wie vorstehend ausgeführt, wird der Punkt ST erhalten als die Summe der beiden Punkte, die die natürliche Lichtquelle (SA) und die künstliche Lichtquelle (SS) repräsentieren, und liegt deshalb auf der die beiden Punkte SA, SS verbindenden Linie.
Mittels der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung kann eine Gesamtbeleuchtung erhalten werden, die durch die Summe der beiden Quellen SA, SS an dem Punkt ST definiert ist, indem die Charakteristiken des Emissionsspektrums der Quelle SS gesteuert werden, und damit im Grunde durch Verschieben des Punktes SS in dem x-y-Diagramm, wenn eine Veränderung in der Position des Punkts SA auftritt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist schematisch als Blockdiagramm in 5A dargestellt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform hat das System einen ersten Block 1 mit einer Gruppe von drei Quellen R2, G2, B2, die rotes, grünes bzw. blaues Licht aussenden. Die Quellen R2, G2 und B2 können verschiedener Art sein, z.B. Halogenlampen oder Fluoreszenzlampen. Beispiele von Lampen werden später beschrieben und mittels der zugeordneten Emissionsdiagramme charakterisiert.
Die Quellen R2, G2 und B2 emittieren Licht, welches zu dem Umgebungslicht hinzu addiert wird, welches durch das natürliche Licht und/oder durch andere künstliche Lichtquellen erzeugt sein kann. Das resultierende Licht wird durch ein Kolorimeter aufgefangen, das allgemein durch den Block 2 angegeben ist, welches drei Fotodetektoren F1, F2, F3 aufweist, vor denen drei optische Filter R1, G1, B1 angeordnet sind.
Die Ausgänge der drei Fotodetektoren F1, F2, F3 werden einem Konverterblock zugeführt, der im Einzelnen weiter unten beschrieben wird und von dem die oben erwähnten Farbreizwerte (Normfarbwerte) X, Y, Z für das Licht erhalten werden können, die von dem die Filter R1, G1, B1 und die Fotodetektoren F1, F2, F3 aufweisenden Fotodetektorsystemen aufgefangen wird. Auf den Werten von X, Y und Z bestimmt ein durch den Block 3 repräsentiertes Steuersystem die Werte der x-y-Koordinaten in der Farbtafel. Diese Werte sind in dem Blockdiagramm gemäß 5 mit xS und yS bezeichnet. Die Berechnung der Farbartkoordinaten wird z.B. mittels einer Software über einen Prozessor durchgeführt. Der Prozessor empfängt an seinem Eingang auch über ein Benutzerinterface 5 ein Paar von Werten xi, yi, die die Farbartkoordinaten des Punktes in der x-y-Farbtafel, der mittels der Beleuchtungsvorrichtung erreicht werden soll. Mit anderen Worten, die Koordinaten xi, yi geben die Position an, in der sich der in dem Diagramm von 4 mit ST bezeichnete Punkt befinden muss. Wenn die Koordinaten xS und yS von den Koordinaten xi, yi abweichen, bedeutet dies, dass die Gesamtbeleuchtung (aus der Summe des Umgebungslichtes und des von den Quellen R2, G2, B2 erzeugten Lichtes) nicht der gewünschten Farbe entspricht. Wenn dies der Fall ist, modifiziert die Steuereinheit mittels eines Rückkopplungsalgorithmus, der schematisch durch den Block 6 angegeben und weiter unten im Einzelnen beschrieben wird, die Stromversorgungsbedingungen der Quellen R2, G2, B2 derart, dass die Beleuchtungsverhältnisse korrigiert werden und die Farbartkoordinaten xS und yS auf den gesetzten Wert xi, yi gebracht werden. Dies wird erreicht mittels des Steuerblocks 7, der die Stromversorgung für die Quellen R2, G2, B2 modifiziert.
Der Rückkopplungsalgorithmus kann in verschiedener Weise konfiguriert sein. Allgemein kann jeder Algorithmus verwendet werden, der einen Steuerparameter generierten kann, der in Abhängigkeit von den detektierten Farbartkoordinaten die Farbartkoordinaten der insgesamt von den drei Quellen R2, G2, B2 gebildeten Lichtquelle so korrigiert, dass die vorgegebenen Farbartkoordinaten erhalten werden.
6 zeigt in Form eines Flussdiagramms einen besonders einfachen Algorithmus für das Erhalten dieser Funktion.
Auf der Basis der gesetzten Werte xi, yi und eines Toleranzwertes (t), der den maximal zulässigen Fehler zwischen den gesetzten Farbartkoordinaten und den gemessenen Koordinaten repräsentiert, führt der Algorithmus die folgenden Schritte aus:
Überprüfung der Koordinate x:
Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen xi und xs größer ist als die Toleranz t, wird eine Überprüfung durchgeführt, ob der Wert von xS größer ist als der Wert von xi. Wenn dies der Fall ist (und wenn die der Quelle R2 zugeführte Leistung nicht gleich dem Maximalwert ist), wird der Wert der Leistungszufuhr zur der roten Lichtquelle R2 – und damit der von dieser Lichtquelle erzeugte Lichtstrom – um einen vorgegebenen Betrag (ΔR2) erhöht. Wenn andererseits der Wert der Leistungszufuhr zu der roten Lichtquelle R2 bereits bei dem Maximalwert liegt, wird die Leistungszufuhr der blauen Lichtquelle B2 – und damit der von dieser Quelle erzeugte Lichtstrom – um einen vorgegebenen Betrag (ΔB2) erniedrigt.
Wenn der Wert von xS größer oder gleich xi ist, wird die Leistungszufuhr der blauen Lichtquelle B2 erhöht. Wenn diese bereits bei ihrem Maximalwert ist, wird die Leistungszufuhr der roten Lichtquelle R2 verringert.
Überprüfung bezüglich der Koordinate y:
Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Koordinaten yS und yi größer ist als die Toleranz t, wird die Leistungszufuhr der grünen Lampe G2 reduziert, wenn yS größer oder gleich yi ist; die Leistungszufuhr der grünen Lichtquelle G2 wird erhöht, wenn ys kleiner als yi ist.
Der Rückkopplungsalgorithmus wird durchgeführt in Zeitintervallen, die so festgelegt sind, dass die Emissionskennwerte der Quellen R2, B2, G2 ständig angepasst werden, so dass die Farbartkoordinaten des Gesamtlichtes in dem Bereich des vorgegebenen Wertes gehalten werden, mit der Toleranz t.
Wenn die vor den Fotodetektoren angeordneten optischen Filter eine durchlässigkeit Ti(λ) aufweisen sollten (wobei für die drei Filter i = x, y, z ist) und die Fotodetektoren eine solche spektrale Empfindlichkeit s(λ) haben sollten, dass

so würden am Ausgang der drei Fotodetektoren die drei oben erwähnten Farbreizwerte (Normfarbwerte) X, Y und Z vorliegen. Da jedoch die im Handel erhältlichen Filter und Fotodetektoren diesen Bedingungen nicht genügen, werden die Ausgangssignale der drei Fotodetektoren F1, F2, F3 den Normfarbwerten in einem System entsprechen, welches von dem Standardsystem X, Y, Z unterschiedlich ist (und in 5 allgemein mit UVW angegeben ist). Durch geeignete Kalibrierung der Fotodetektoren kann die Matrix festgelegt werden, die die Farbreizwerte (Normfarbwerte) in dem allgemeinen System UVW in das XYZ-System umwandelt.
Wenn die folgenden Komponenten verwendet werden:

– drei Fotodetektor Texas, Modell TSL 230;
– ein optisches Filter Kodak Wratten Nr. 29 als das Filter R1,
– ein optisches Filter Kodak Wratten Nr. 58 als das Filter G1, und
– ein optisches Filter Kodak Wratten Nr. 46 als das Filter B2,

Der durch das Bezugszeichen 8 in 5 bezeichnete Konversionsblock führt die Umwandlung von dem UVW-System in das XYZ-System mittels der vorstehenden Matrix durch. Selbstverständlich ändern sich die Koeffizienten der Matrix je nach dem verwendeten Filter/Fotodetektor-System.
Der Block 3 kann auch so programmiert werden, dass der Berechnung der korrelierten Farbtemperatur (Tc) des erhaltenen Lichts durchführt, indem z.B. mittels Software eine der Methoden zum Bestimmen der korrelierten Farbtemperatur durchgeführt wird, wie z.B. die Robertson-Methode.
Durch Verändern der Leistungszufuhr der einzelnen Quellen werden sowohl der Lichtstrom der Quellen als auch die Farbeigenschaften des emittierten Lichtes verändert. Das System berücksichtigt dies mittels des Rückkopplungsalgorithmus. Der Effekt einer Veränderung der Farbartkoordinaten des von den einzelnen Quellen emittierten Lichtes in Abhängigkeit von der verbrauchten Leistung wird durch die Diagramme von 6 bis 12 illustriert, wobei sich 6 bis 8 auf Halogenlampen mit einem dichroitischen Reflektor und einem Bandpassfilter beziehen, während 9 bis 12 sich auf Fluoreszenzlampen beziehen.
6A zeigt das Emissionsspektrum einer Halogenlampe (Modell Osram Decostar Titan 46870FL der Firma OSRAM, Deutschland), die mit einem auf Rot zentrierten Bandpassfilter ausgerüstet ist. Die fünf Kurven beziehen sich auf fünf unterschiedliche Stufen des Leistungsverbrauchs, und zwar insbesondere auf die Leistungsstufen 28, 34, 40, 45 und 50 W (wobei 50 W die Nennleistung der Lampe ist). 6B zeigt die entsprechenden fünf Punkte in der x-y-Farbtafel des Normsystems XYZ CIE 1931. Es ist offensichtlich, dass durch Verändern der Leistungszufuhr der Lampe sich die Position ihrer Farbartkoordinaten und im Wesentlichen die Farbtemperatur des emittierten Lichts sich ändern.
Ein ähnliches Verhalten ergibt sich für dieselbe Lampe, wenn sie mit einem auf Grün zentrierten Bandpassfilter (7A und 7B) und mit einem auf Blau zentrierten Band passfilter (8A, 8B) ausgerüstet ist. Die Leistungsstufen, bei denen die verschiedenen Messungen durchgeführt wurden, sind in den Diagrammen angegeben.
9A und 9B zeigen das Emissionsspektrum und die x-y-Farbtafel einer roten Leuchtröhrenlampe, Modell Osram L58W/60, mit einer Leistung von 60 W. Der Graph und die Punkte in der Farbtafel wurden erhalten für Leistungsstufen von 6, 11, 17, 23, 29, 35, 40, 46, 52 und 58 W.
10A und 10B zeigen das Emissionsspektrum und die Farbtafel für eine grüne Leuchtröhrenlampe, Modell Osram L58W/66, für veränderliche Leistungsstufen von 17, 23, 29, 35, 40, 46, 52 und 58 W.
11A und 11B zeigen das Emissionsspektrum und das Farbartdiagramm für eine blaue Leuchtröhrenlampe, Modell Osram L58W/66, für Leistungsstufen von 23, 29, 35, 40, 46, 52 und 58 W.
Für drei Fluoreszenzlampen zeigen 12A, 12B und 12C den Verlauf des Lichtstromes (% auf der ersten Ordinate) als Funktion der verbrauchten Leistung (W auf der Abszisse).
Auf den in 6 bis 11 gezeigten Diagrammen kann man deutlich erkennen, dass durch Verändern der Leistungszufuhr der einzelnen Lampen (gleichgültig ob gefilterte Halogenlampen oder farbige Fluoreszenzlampen) die Farbartkoordinaten des emittierten Lichtes verändert werden können. Durch geeignete Anwendung des Rückkopplungsalgorithmus in der oben beschriebenen Art ist es deshalb möglich, den Punkt des Umgebungslichtspektrums in dem x-y-Diagramm so zu verschieben, dass er bei dem gewünschten Punkts positioniert wird, unter Berücksichtigung der Verschiebung des Emissionspunktes der einzelnen Lichtquellen in dem x-y-Diagramm, wenn dann eine Änderung der zugeführten Leistung auftritt.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit: – einer Anzahl von Lichtquellen (R2, G2, B2) mit unterschiedlichen Lichtemissionsspektren; – Photodetektormitteln (F1, R1, F2, G1, F3, B1) zum Bestimmen mindestens einer Kenngröße des Umgebungsspektrums; – Rückkopplungsmitteln (3) zum Vergleichen der mindestens einen Kenngröße des Umgebungsspektrums mit einer entsprechenden Kenngröße eines vorgegebenen Spektrums und zum Verändern der Emission mindestens einer der Lichtquellen derart, dass die Differenz zwischen der detektierten Kenngröße des Umgebungsspektrums und der Kenngröße des vorgegebenen Spektrums minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodetektormittel dafür eingerichtet sind, die Farbartkoordinaten (x, y) des Umgebungsspektrums in einer Farbtafel zu bestimmen, und dass die Rückkopplungsmittel dafür eingerichtet sind, die Farbartkoordinaten des von der Anzahl von Lichtquellen erzeugten Lichtes derart zu verändern, dass die Differenz zwischen den Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums und den entsprechenden Farbartkoordinaten des vorgegebenen Spektrums minimiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Lichtquellen mindestens drei unabhängige Lichtquellen (R2, G2, B2) mit unterschiedlichen Lichtdiffisionsspektren umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die drei Lichtquellen (R2, G2, B2) Emissionsspektren haben, die auf rot, grün bzw. blau zentriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Anzahl von Lichtquellen (R2, G2, B2) mindestens eine vierte, weiße Lichtquelle umfasst.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der die Anzahl von Lichtquellen (R2, G2, B2) Halogenlampen umfassen, die mit entsprechenden Selektionsvorrichtungen für das Lichtspektrum ausgerüstet sind, die auf unterschiedliche Spektralbänder zentriert sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der die Anzahl von Lichtquellen (R2, G2, B2) Fluoreszentslampen aufweist, die auf jeweilige unterschiedliche Spektralbänder zentriert sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der die Photodetektormittel (F1, R1, R2, G1, F3, B1) eine Anzahl von Photodetektoren (F1, F2, F3) umfasst, denen entsprechende Selektionsvorrichtungen (R1, G1, B1) für das Lichtspektrum zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einer Anzahl von Selektionsvorrichtungen (R1, G1, B1) für das Lichtspektrum, deren Anzahl gleich der Anzahl der gleichzeitig in Betrieb befindlichen Lichtquellen (R2, G2, B2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die den Photodetektoren (F1, F2, F3) zugeordneten Selektionsvorrichtungen (R1, G1, B1) für das Lichtspektrum auf die Emissionsbänder der Lichtquellen zentriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Photodetektormittel dafür eingerichtet sind, die Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums in dem XYZ-System CIE 1931 zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, bei der das Produkt aus der Empfindlichkeit der Photodetektoren (F1, F2, F3) und der Durchlässigkeit der zugehörigen Selektionsvorrichtungen (R1, G1, B1) für das Lichtspektrum Farbgleichheitsfunktionen eines imaginären Satzes von drei Farbreizwerten (Tristimulus-Werten) definiert und bei der Mittel vorgesehen sind zum Umwandeln der Farbreizwerte des imaginären Satzes von drei Werten in Farbreizwerte des XYZ-Systems CIE 1931.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der die Rückkopplungsmittel (3) einen Algorithmus (6) aufweisen, der durch ein Programm in einem Prozessor implementiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Algorithmus dafür eingerichtet ist, die Differenz zwischen jeder Farbartkoordinate des Umgebungsspektrums und der entsprechenden Farbartkoordinate vorgegebenen Spektrums zu bestimmen und auf der Basis dieser Differenz die Energiezufuhrbedingungen einer oder mehrerer der Lichtquellen (R2, G2, B2) so zu modifizieren, dass die Differenz minimiert wird.
Verfahren zum Steuern mindestens einer Kenngröße eines Umgebungslichtspektrums mit den Schritten: – Vorsehen einer Anzahl von Lichtquellen (R2, G2, B2) mit unterschiedlichen Lichtemissionsspektren; – Bestimmen mindestens einer Kenngröße des Umgebungsspektrums; – Vergleichen der mindestens einen Kenngröße des Umgebungsspektrums mit einer entsprechenden Kenngröße eines vorgegebenen Spektrums; – Verändern der Emission einer oder mehrerer der Lichtquellen (R2, G2, B2) derart, dass die Differenz zwischen der Kenngröße des detektierten Umgebungsspektrums und der Kenngröße des vorgegebenen Spektrums minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße des Umgebungsspektrums und die Kenngröße des vorgegebenen Spektrums aus den jeweiligen Farbartkoordinaten (x, y) in einer Farbtafel bestehen und dass die Farbartkoordinaten des von einer oder mehreren der Lichtquellen erzeugten Lichtes so modifiziert werden, dass die Differenz zwischen den Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums und den entsprechenden Farbartkoordinaten des vorgegebenen Spektrums minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Anzahl der Lichtquellen (R2, G2, B2) mindestens drei ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 mit den Schritten: – Bestimmen der beiden Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums in einer Farbtafel; – Prüfen, ob die Differenz zwischen jeder der Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums und einer entsprechenden Koordinate des vorgegebenen Spektrums größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert; – wenn mindestens eine der Differenzen größer ist als der Schwellenwert, Verändern der Emissionsbedingungen mindestens einer der Lichtquellen derart, dass die Differenz minimiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, bei dem mindestens drei Lichtquellen (R2, G2, B2) mit unterschiedlichen Spektralbändern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Lichtquellen (R2, G2, B2) Spektralbänder haben, die auf rot, blau bzw. grün zentriert sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, bei dem eine unterstützende weiße Lichtquelle verwendet wird, deren Emissionsintensität in Abhängigkeit von der erforderten Gesamthelligkeit modifiziert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Farbartkoordinaten die Farbartkoordinaten des XYZ-Farbwertsystems CIE 1931 sind.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Farbartkoordinaten des Umgebungsspektrums mittels eines Satzes von drei Photodetektoren (F1, F2, F3) bestimmt werden, denen entsprechende Selektionsvorrichtungen (R1, G1, B1) für das Lichtspektrum zugeordnet sind, wobei jeder Photodetektor eine Empfindlichkeit und das zugehörige optische Filter eine Durchlässigkeit derart hat, dass die drei Produkte aus der Empfindlichkeit des Photodetektors und der Durchlässigkeit der zugeordneten Selektionsvorrichtung für das Lichtspektrum einen Satz von drei Farbgleichheitsfunktionen eines imaginären Satzes von drei Farbreizwerten (Tristimulus-Werten) definieren, und bei dem die von den Photodetektoren des imaginären Satzes von drei Farbreizwerten bestimmten Farbreizwerte in entsprechende Farbreizwerte in dem XYZ-System CIE 1931 umgewandelt werden, um die Farbartkoordinaten zu berechnen.