EP2177078B1

EP2177078B1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung der lichtabgabe

Info

Publication number: EP2177078B1
Application number: EP08785259.6A
Authority: EP
Inventors: Günther SEJKORA; Paul Hartmann; Eduardo Pereira; Alexander Barth
Original assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH; Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH; Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: CN101772988B; EP2177078A1; US20100301757A1; AT516703A5; CN101772988A; AT516703B1; DE102007036978A1; WO2009018958A1; US8358075B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtabgabe mehrerer Lichtquellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine Möglichkeit zur effektiven und genauen Farbsteuerung für LED-Leuchten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung und das Verfahren arbeiten dabei grundsätzlich entsprechend dem Prinzip einer sog. Feed-Back-Loop.
Stand der Technik kann in der Druckschrift DE 10 2005 049 579 A1 gefunden werden. Diese Druckschrift offenbart eine Lichtquelle (10), die mischfarbiges Licht aussendet, das Licht mindestens zwei verschiedener Farben enthält, das von einer Mehrzahl primärer Lichtquelle (1) ausgesendet wird, bei der die primären Lichtquelle (1) in Gruppen eingeteilt sind und die Helligkeitswerte der primären Lichtquellen (1) innerhalb einer Gruppe nach Farben getrennt ermittelt und gesteuert sind, so dass der Farbort des mischfarbigen Lichtes in einem vorgegebenen Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Lichtquelle (10) angegeben sowie eine Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Lichtquelle (10), beispielsweise zur Hinterleuchtung eines Displays.
Ferner kann Stand der Technik der Druckschrift EP 1482 770 A1 entnommen werden, welche ein Lichtemissionsbauelement, eine Anzeigeeinheit mit einem solchen Lichtemissionsbauelement sowie eine Leseeinrichtung offenbart.
LEDs bzw. allgemein lichtemittierende Halbleiterelemente werden in letzter Zeit zunehmend auch in der Beleuchtungstechnik eingesetzt, da die mittlerweile mit derartigen Lichtquellen erreichbaren Leistungen auch für größere Beleuchtungsanwendungen ausreichend hoch sind. LEDs weisen dabei gegenüber anderen Arten von Lichtquellen den Vorteil einer höheren Effizienz auf. Ferner kann die Leistung und damit die Helligkeit einer LED verhältnismäßig einfach eingestellt werden, so dass durch eine entsprechende Mischung verschiedener Farben Licht in nahezu jedem beliebigen Farbton erzeugt werden kann.
Eine Problematik derartiger LED-Leuchten, welche verschiedenfarbige LEDs aufweisen, besteht jedoch darin, dass diese Leuchten ohne eine entsprechende Regelung oder Steuerung aufgrund von thermischen Einflüssen oder Alterungseinflüssen nicht farbortstabil sind. Da ferner auch herstellungsbedingt Abweichungen in der Lichtabgabe einzelner LEDs vorliegen können, bedeutet dies, dass aufwendige Maßnahmen getroffen werden müssen, um die Leistung der einzelnen LEDs einzustellen. Andernfalls würde die Gefahr bestehen, das letztendlich der Farbton des von der Leuchte abgegebenen Mischlichts nicht dem Wunsch des Anwenders entspricht.
In diesem Zusammenhang ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass von den verschiedenen Lichtquellen abgegebene Licht mit Hilfe eines Sensors zu erfassen und dann eine auf das Messergebnis abgestimmte Regelung bei der Ansteuerung der LEDs vorzunehmen. Da zum Erzielen einer genauen Farbsteuerung Informationen über das Licht jeder einzelnen Lichtquelle zur Verfügung stehen müssen, werden besondere Maßnahmen getroffen, um diese Informationen zu erhalten. Bspw. wird bei einem in der EP 1 056 993 B1 beschriebenen Verfahren zum Betreiben von Lichtquellen während des Betriebs eine Kalibrierung vorgenommen. Hierbei werden vorübergehend während einer Kalibrierphase die Lichtquellen derart angesteuert, dass in einer Sequenz von einzelnen Messzeiträumen jeweils lediglich eine einzelne Lichtquelle aktiv ist. Über den Sensor kann dann also jeweils die Helligkeitsinformation über die gerade aktive Lichtquelle erhalten werden, wobei auf Basis dieser Informationen dann insgesamt eine entsprechende Ansteuerung der LEDs vorgenommen wird. Die einzelnen Messzeiträume sind dabei vorzugsweise derart kurz bemessen, dass der reguläre Betrieb der Leuchte möglichst wenig beeinflusst wird.
Das in der EP 1056 993 B1 beschriebene Verfahren wird zwar vielfach zur Farbsteuerung von LED-Leuchten eingesetzt, als problematisch hat sich allerdings herausgestellt, dass während den Kalibrierphasen die verschiedenen LEDs jeweils einzeln aktiviert werden. Dies hat zur Folge, dass trotz der verhältnismäßig kurzen Messzeiträume, in denen jeweils Licht einer einzelnen LED bzw. einer einzelnen Farbe abgegeben wird, es zu geringfügigen Farbveränderungen in der Lichtabgabe der Leuchte insgesamt kommt, welche für einen Beobachter - wenn auch gering - wahrnehmbar sind. Dabei wird dieser Effekt zusätzlich dadurch verstärkt, dass diese zur Kalibrierung erforderlichen Farbsequenzen regelmäßig auftreten. Ferner sind einer Verkürzung der einzelnen Messzeiträume Grenzen gesetzt, da bei einem zu kurzen Ein- und wieder Ausschalten einzelner Lichtquellen Spitzen auftreten können, welche das Messergebnis verfälschen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Möglichkeit zur Ansteuerung von LED-Leuchten zu eröffnen, bei der während des laufenden Betriebs vorgenommene Messungen bzw. Kalibrierungen der einzelnen Lichtquellen für einen Betrachter nicht bzw. zumindest deutlich weniger wahrnehmbar sind.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Lichtabgabe, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie durch ein Verfahren zur Steuerung der Lichtabgabe gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundsätzlich gesehen beruht die erfindungsgemäße Lösung wiederum auf dem bereits bekannten Gedanken, während des Betriebs in wiederkehrenden Kalibrierphasen die Lichtquellen derart anzusteuern, dass in einer Sequenz von einzelnen Messzeiträumen durch einen Sensor das von den Lichtquellen abgegebene Licht erfasst und bewertet wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik allerdings, bei dem die zu bewertenden Lichtquellen in den einzelnen Messzeiträumen jeweils separat aktiviert werden, ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vorgesehen, das in zumindest einem der Messzeiträume durch den Sensor Licht mehrerer Lichtquellen gleichzeitig erfasst wird. Die Tatsache, dass nunmehr nicht mehr grundsätzlich gesehen die Lichtquellen einzeln aktiviert werden sondern zumindest teilweise auch das von den Lichtquellen abgegebene Mischlicht herangezogen wird, führt dazu, dass die vorübergehenden Abweichungen in der Lichtabgabe für einen Betrachter der Leuchte deutlich schwerer erkennbar sind. Letztendlich wird das gegenüber dem regulären Betrieb abgegebene Licht in der Kalibrierphase verhältnismäßig geringfügig verändert, wobei allerdings trotz allem eine exakte Ermittlung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen ermöglicht ist. Dementsprechend führt also die erfindungsgemäße Vorgehensweise wiederum dazu, dass die Farbsteuerung in zuverlässiger Weise durchgeführt werden kann, wobei hierfür allerdings weniger stark bzw. sogar gar nicht in den laufenden Betrieb der Leuchte eingegriffen werden muss. Die Messungen zur Kalibration können also dauerhaft während des Normalbetriebs der Leuchte durchgeführt werden, ohne dass dies mit einer Beeinträchtigung der Lichtabgabe in der gewünschten Weise verbunden wäre.
Erfindungsgemäß wird also eine Vorrichtung zur Lichtabgabe vorgeschlagen, welche mindestens drei Lichtquellen, Mittel zur Energieversorgung der Lichtquellen, einen Sensor zur Erfassung des von den Lichtquellen in ihrer Gesamtheit abgegebenen Lichts und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Mittel zur Energieversorgung aufweist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, in einer Kalibrierphase die Mittel zur Energieversorgung derart anzusteuern, dass in einer Sequenz von Messzeiträumen durch den Sensor das von den Lichtquellen abgegebene Licht erfasst wird, und auf Basis der von dem Sensor erhaltenen Informationen die Helligkeit jeder einzelnen Lichtquelle zu berechnen. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass in zumindest einem Messzeitraum das durch den Sensor erfasste Licht von mehreren der Lichtquellen stammt.
Ferner wird ein Verfahren zur Regelung der Lichtabgabe von mindestens drei Lichtquellen vorgeschlagen, wobei während einer Kalibrierphase in einer Sequenz von Messzeiträumen das von den Lichtquellen abgegebene Licht erfasst und auf Basis der in den Messzeiträumen erhaltenen Informationen die Helligkeit jeder einzelnen Lichtquelle berechnet wird, und wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnet, dass in zumindest einem der Messzeiträume das erfasste Licht von mehreren der Lichtquellen stammt.
Hinsichtlich der Ansteuerung der verschiedenen Lichtquellen in der Kalibrierphase bestehen unterschiedliche Möglichkeiten.
So kann bspw. vorgesehen sein, dass in den einzelnen Messzeiträumen die Lichtquellen derart angesteuert werden, dass jeweils genau eine Lichtquelle während eines Messzeitraums deaktiviert ist. Diese Vorgehensweise führt zu einer besonders geringen Beeinflussung bzw. Abänderung des abgegebenen Lichts im Vergleich zu einem regulären Betrieb der Leuchte, wobei allerdings trotz allem sehr genau die Lichtstärke jeder einzelnen Lichtquelle ermittelt werden kann. Alternativ hierzu würde auch die Möglichkeit bestehen, in einer Sequenz einzelner Messzeiträume jeweils nacheinander die Lichtquellen zu deaktivieren, so dass die Gesamt-Lichtabgabe stufenförmig abnimmt und im letzten Messzeitraum nur noch das Licht einer einzigen Lichtquelle verbleibt. Auch in diesem Fall kann aus den in den einzelnen Messzeiträumen erfassten Signalen auf die Lichtstärke der Lichtquelle jeweils einzeln zurückgeschlossen werden. Hierbei besteht zusätzlich auch die Möglichkeit, die Reihenfolge, in der die Lichtquellen deaktiviert werden, zu variieren, was letztendlich zusätzlich dazu beträgt, für einen Betrachter der Leuchte wahrnehmbare Lichteffekte zu vermeiden.
Im Zusammenhang mit den zuvor genannten beiden Varianten sei bezüglich der vorliegenden Erfindung angemerkt, dass alternativ zu einem vollständigen Deaktivieren einzelner Lichtquellen erfindungsgemäß vorgesehen ist, diese in ihrer Leistung derart zu reduzieren bzw. zu dimmen, dass sie unterhalb einer für den Sensor wahrnehmbaren Schwelle Licht abgeben. Hierbei kann nach wie vor in richtiger Weise auf die Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen zurückgeschlossen werden, da allerdings das menschliche Auge bei niedrigen Lichtstärken verhältnismäßig stark empfindlich ist, wirkt sich das Herunterdimmen der Lichtquellen für einen Betrachter der Leuchte weniger stark aus.
Bei den beiden zuvor genannten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, bei denen alternativ zu einem vollständigen Deaktivieren einzelner Lichtquellen erfindungsgemäß vorgesehen ist, diese in ihrer Leistung derart zu reduzieren bzw. zu dimmen, dass sie unterhalb einer für den Sensor wahrnehmbaren Schwelle Licht abgeben, kann der Einfachheit halber vorgesehen sein, dass die Messzeiträume jeweils die gleiche Dauer aufweisen. Bei einer dritten Variante, welche besondere Vorteile mit sich bringt, kann allerdings auch die Länge der Messzeiträume in geeigneter Weise angepasst werden. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn die Helligkeitssteuerung der Lichtquellen dadurch erfolgt, dass diese mit pulsweitenmodulierten (PWM) Signalen betrieben werden. Die Dauer der Messzeiträume wird dabei jeweils auf die Differenzen zwischen den jeweiligen Pulsweiten für die Lichtquellen abgestimmt, was letztendlich bedeutet, dass die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen während des laufenden Betriebs ermittelt werden kann, ohne das eine Abweichung in der Ansteuerung während der Kalibrierphase vorliegt. Dies bedeutet, dass beim Kalibrieren keinerlei Flackererscheinungen bzw. Intensitäts- oder Farbveränderungen auftreten.
Die Lichtquellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorzugsweise durch lichtemittierende Halbleiterelemente bzw. LEDs gebildet. Hierbei kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass jeweils eine einzelne Lichtquelle durch eine Vielzahl von LEDs, die Licht gleicher Farbe abgeben, repräsentiert wird.
Nachdem entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Helligkeit für jede einzelne Lichtquelle ermittelt wurde, kann dann eine Änderung in der Intensität, die auf Alterungserscheinungen zurückzuführen ist, durch die Steuereinheit ausgeglichen werden. Hierzu ist diese vorzugsweise mit Speichermittel verbunden bzw. weist Speichermittel auf, in denen Referenzwerte für die Helligkeit der jeweiligen Lichtquelle hinterlegt sind. Anhand eines Vergleichs zwischen den in der Kalibrierphase ermittelten Helligkeitswerten und den Referenzwerten können dann die den Lichtquellen zugeführten Ströme während des Betriebs angepasst werden, um entsprechende Abweichungen auszugleichen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: den schematischen Ausbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lichtabgabe;
Fig. 2: ein erstes Beispiel eines Schemas zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung;
Fig. 3: ein weiteres Beispiel eines Schemas zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung.
Fig. 4: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Schemas zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung.
Fig. 5: ein weiteres Beispiel eines Schemas zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung.

Die in Fig. 1 dargestellte und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene Vorrichtung zur Lichtabgabe weist zunächst drei Lichtquellen 2₁ bis 2₃ auf, welche zur Abgabe von Licht in den Farben rot (L_R), grün (L_G) und blau (L_B) ausgebildet sind. Die Lichtquellen 2₁ bis 2₃ können jeweils unabhängig voneinander in ihrer Helligkeit eingestellt werden, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, Mischlicht eines nahezu beliebigen Farbtons und in einer gewünschten Intensität bereit zu stellen. Die zum Mischen des Lichts erforderlichen optischen Elemente sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt, allerdings bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die voneinander unabhängige Ansteuerung der Lichtquellen 2₁ bis 2₃ wird durch drei Treiberschaltungen 3₁ bis 3₃ erzielt, welche die ihnen jeweils zugeordnete Lichtquelle 2₁ bis 2₃ mit einer entsprechenden Leistung versorgen. Die Ansteuerung der Lichtquellen 2₁ bis 2₃ durch die Treiberschaltungen 3₁ bis 3₃ erfolgt dabei entsprechend den Treiberschaltungen 3₁ bis 3₃ zugeführten Steuersignalen, welche von einer Steuereinheit 4 der Vorrichtung zur Lichtabgabe generiert werden.
Die Ansteuerung der Lichtquellen 2₁ bis 2₃ durch die Treiberschaltungen 3₁ bis 3₃, um deren Helligkeit einzustellen, kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. So besteht einerseits die Möglichkeit, die Lichtquellen 2₁ bis 2₃ mit einem in seiner Höhe veränderbaren Gleichstrom zu versorgen. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Lichtquellen 2₁ bis 2₃ im PWM-Betrieb zu betreiben, wobei ihnen pulsweitenmodulierte Versorgungsströme zugeführt werden und eine Einstellung der Intensität über eine Veränderung der Pulsweite erfolgt. Beide vorbeschriebenen Verfahren eignen sich insbesondere für den Fall, dass die Lichtquellen 2₁ bis 2₃ durch LEDs gebildet werden, wobei jede Lichtquelle auch jeweils aus einer Anzahl mehrerer LEDs gleicher Farbe gebildet sein kann.
Um nunmehr eine Farbsteuerung für das von den Lichtquellen 2₁ bis 2₃ abgegebene Mischlicht vornehmen zu können, wird das von den Lichtquellen 2₁ bis 2₃ abgegebene Licht in seiner Gesamtheit von einem Sensor 5, bspw. einer Fotodiode erfasst, die ein entsprechendes Signal S an die Steuereinheit 4 übermittelt. Wie später noch ausführlich erläutert wird, wird in einer Kalibrierphase eine geeignete Ansteuerung der Lichtquellen 2₁ bis 2₃ vorgenommen, wobei dann aus den von dem Sensor 5 gelieferten Signalen S durch die Steuereinheit 4 jeweils die Helligkeit für die einzelnen Lichtquellen 2₁ bis 2₃ berechnet wird. Die hierbei gewonnenen Informationen werden mit Referenzwerten verglichen, welche in einem Speicher 6 hinterlegt sind. Der Speicher 6 kann dabei entweder mit der Steuereinheit 4 verbunden oder Bestandteil der Steuereinheit 4 sein. Anhand der Vergleichswerte kann dann eine entsprechende Modifizierung der Ansteuerung der Lichtquellen 2₁ bis 2₃ vorgenommen werden, um im Laufe der Zeit auftretende Abweichungen der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen, die bspw. auf Alterungserscheinungen zurückzuführen sind, auszugleichen.
Die zuvor allgemein beschriebene Vorgehensweise zum Ausgleichen von Alterungserscheinungen bei der Ansteuerung von LED-Lichtquellen, die auch als Feed-Back-Loop bezeichnet wird, war grundsätzlich bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Gegenüber den bekannten Vorgehensweisen unterscheidet sich allerdings die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nunmehr in der Art und Weise, wie die Lichtquellen 2₁ bis 2₃ während der Kalibrierphase angesteuert werden und in welcher Weise die hierbei gewonnenen Informationen, die von dem Sensor 5 geliefert werden, durch die Steuereinheit 4 ausgewertet werden. Dies soll nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert werden.
Fig. 2 zeigt hierbei zunächst ein erstes Beispiel der Vorgehensweise zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung, wobei der zeitliche Verlauf der von dem Sensor 5 an die Steuereinheit 4 übermittelten Signale dargestellt ist. Hierbei ist zunächst noch einmal darauf hinzuweisen, dass der Sensor 5 nicht nach den Farben des von den Lichtquellen abgegebenen Lichts unterscheidet sondern lediglich die Gesamthelligkeit erfasst. Während eines Normalbetriebs wird also von dem Sensor ein Signal S erfasst, welches die Summe der Helligkeitswerte L1, L2 und L3 der drei Lichtquellen dargstellt.
Während einer Kalibrierphase werden nunmehr die Lichtquellen in aufeinander folgenden Messzeiträumen derart angesteuert, dass gezielt jeweils eine der drei Lichtquellen deaktiviert wird. So wird in einem ersten Messzeitraum die dritte Lichtquelle, in einem zweiten Messzeitraum die zweite Lichtquelle und in einem dritten Messzeitraum die erste Lichtquelle deaktiviert. Die während dieser drei Messzeiträume von dem Sensor erfassten Signale setzen sich dann wie folgt zusammen: $S 1 = L 1 + L 2$
$S 2 = L 1 + L 3$
$S 3 = L 2 + L 3$
Anhand dieser Messsignale S1, S2, S3 kann dann durch die Steuereinheit in einfacher Weise die Helligkeit für jede einzelne Lichtquelle ermittelt werden, da aus den drei obigen Gleichungen folgt: $L 1 = (S 1 + S 2 - S 3) / 2$
$L 2 = (S 1 - S 2 + S 3) / 2$
$L 3 = (- S 1 + S 2 + S 3) / 2$
Die auf diese Weise erhaltenen individuellen Helligkeitsinformationen L1, L2 und L3 werden anschließend durch die Steuereinheit mit den in dem Speicher hinterlegten Referenzwerten verglichen. Der Strom bzw. die Leistung für jede der drei Lichtquellen kann dann in entsprechender Weise angepasst werden, um dem jeweiligen Referenzwert zu entsprechen, wodurch Alterungserscheinungen ausgeglichen werden. Nach Abschluss der Kalibrierphase wird dann wieder in einen herkömmlichen Betrieb übergegangen.
Die zuvor beschriebene Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass in allen drei Messzeiträumen jeweils lediglich eine einzige Lichtquelle deaktiviert wird bzw. von dem Sensor ein Mischlicht anstelle einer einzelnen Farbe bewertet wird. Dies hat zur Folge, das in den einzelnen Messzeiträumen gegenüber dem Lichtsignal während des Normalbetriebs deutlich geringere Abweichungen auftreten, als dies der Fall wäre, wenn jeweils lediglich eine einzige Lichtquelle aktiviert werden würde. Die gegenüber dem Normalbetrieb auftretenden Abweichungen in dem von der gesamten Vorrichtung abgegebenen Licht sind dementsprechend für einen Beobachter deutlich weniger stark wahrnehmbar. Dies bringt bspw. auch den Vorteil mit sich, dass die Messzeiträume verhältnismäßig lang bemessen werden können, ohne dass dieser Effekt für einen Betrachter erkennbar wäre. Hierdurch wird die Genauigkeit beim Feststellen der einzelnen Lichtstärken deutlich erhöht, da insbesondere nicht die Gefahr besteht, dass aufgrund von kurzfristigen Ein- und Ausschalteffekten, die zu Spannungsspitzen führen können, Verfälschungen im Messergebnis auftreten. So können die Messungen während der Kalibrierphase ohne Probleme im Bereich von etwa 100 Hz durchgeführt werden, wobei selbstverständlich auch die Möglichkeit bestehen würde, Messungen im KHz-Bereich vorzunehmen.
Eine Variante zu der anhand von Fig. 2 erläuterten Vorgehensweise ist in Fig. 3 dargestellt und besteht darin, dass in den drei Messzeiträumen der Kalibrierphase nacheinander die Lichtquellen deaktiviert werden, so dass sich die folgenden Messsignale ergeben: $S 1 = L 1 + L 2 + L 3$
$S 2 = L 1 + L 2$
$S 3 = L 1$
Auch in diesem Fall kann ohne weiteres durch die Steuereinheit auf die einzelne Helligkeit rückgeschlossen werden, da nunmehr folgendes gilt: $L 1 = S 3$
$L 2 = S 2 - S 3$
$L 3 = S 1 - S 2$
Auch hier treten in den ersten zwei Messzeiträumen gegenüber den Lichtsignalen während des Normalbetriebs geringere Abweichungen auf, so dass keine störenden Lichteffekte entstehen. Dieses Verfahren kann zusätzlich ferner dadurch optimiert werden, dass in aufeinanderfolgenden Kalibrierphasen die Reihenfolge, in der die Lichtquellen in den einzelnen Messzeiträumen deaktiviert werden, variiert wird. Auf diese Weise wird das sich wiederholende Entstehen gleichartiger Licht- bzw. Farbsequenzen vermieden, wobei eine derartige Variation der Reihenfolge auch bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 eingesetzt werden könnte.
Eine Möglichkeit, das in Fig. 3 dargestellte Verfahren zu ergänzen, ist in Fig. 4 dargestellt, wobei das in Fig. 4 dargestellte Verfahren ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel darstellt. Hierbei werden die LEDs während den einzelnen Messzeiträumen nicht vollständig deaktiviert sondern - wie schematisch angedeutet - auf einen Pegel herabgedimmt, der unterhalb einer durch den Sensor wahrnehmbaren Schwelle liegt. Der Beitrag dieser Lichtquelle zu dem Sensorsignal ist in diesem Fall vernachlässigbar, weshalb nach wie vor die zuvor angeführten Gleichungen gelten und dementsprechend wiederum die Intensität jeder einzelnen Lichtquelle bestimmt werden kann. Da auf der anderen Seite die Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei niedrigen Helligkeitswerten verhältnismäßig hoch ist, ist die Intensitätsänderung gegenüber dem herkömmlichen Betrieb für einen Betrachter nochmals geringer, weshalb diese Maßnahme - die selbstverständlich auch gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 einsetzbar wäre - zusätzlich dazu beiträgt, Störungen durch die Kalibrierung der Lichtquellen zu vermeiden.
Der Pegel unterhalb eines Schwellwerts, auf den während der Kalibrierphase gedimmt werden kann, kann aber auch über der durch den Sensor wahrnehmbaren Schwelle liegen. Die Kalibrierphase kann zumindest einen Messzeitraum beinhalten, bei dem die LEDs nicht deaktivert oder im Sinne der vorhergehenden Kalibrierungsschritte nicht vollständig aktiviert sind, sondern bei dem zumindest eine LED, mehrere LED oder auch alle LED auf den Pegel unterhalb eines Schwellwerts herabgedimmt werden. Die Messung dieses zumindest einen Messzeitraums kann als Kalibrierungsinformation genutzt werden, um unter Beachtung der Kenntnis der Pegel der LED unterhalb eines Schwellwerts die während der Kalibrierungsphase gewonnenen Informationen in dem Sinne zu bewerten, dass die gewonnenen Informationen während der weiteren Messphasen um diese Kalibrierungsinformationen korrigiert werden.
Es können aber auch eine oder mehrere LED bzw. die Optik der LED selbst oder auch die Optik der LED-Leuchte so ausgelegt sein, daß erst ab einem gewissen Dimmpegel (Helligkeitswert der LED) Licht an die Umgebung und den Sensor abgegeben wird und somit die für den Sensor wahrnehmbare Schwelle definiert sein. Der Pegel unterhalb eines Schwellwerts kann somit auch auf diese Weise unter der durch den Sensor wahrnehmbaren Schwelle liegen,
Der Sensor kann aber auch über einen definierten Filter verfügen, der die Schwelle für die Wahrnehmbarkeit definiert. Dieser Schwellenwert kann dabei für verschiedene Wellenlängen unterschiedlich Werte oder aber auch den gleichen Wert haben. Der Schwellenwert kann einstellbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit der Kalibrierungsinformationen.
Ein Vorteil der bislang beschriebenen Varianten der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht - wie bereits erwähnt - darin, dass im Rahmen der Kalibrierphase die Intensitätsabweichungen gegenüber dem Normalbetrieb geringer sind, so dass für einen Betrachter der Leuchte keine Flackererscheinungen auftreten. Anhand von Fig. 5 soll nunmehr ein weiteres Beispiel der Vorgehensweise zur Ansteuerung der Lichtquellen zur Durchführung einer Kalibrierung beschrieben werden, welche für den Fall anwendbar ist, dass die Lichtquellen mit pulsweitenmodulierten Signalen betrieben werden. Diese Art der Ansteuerung von LEDs bietet sich insbesondere dann an, wenn LEDs in ihrer Intensität verändert werden sollen, um bspw. Mischlicht eines gewünschten Farbtons zu erzielen. Dabei werden die LEDs alternierend ein- und ausgeschalten, wobei das zeitliche Verhältnis zwischen Einschaltzeit und Ausschaltzeit die durchschnittliche Intensität der jeweiligen LED beeinflusst. Durch eine Veränderung dieses Tastverhältnisses kann dementsprechend die Intensität der entsprechenden Lichtquelle nahezu stufenlos eingestellt werden.
Fig. 5 zeigt nunmehr den zeitlichen Verlauf der von dem Sensor empfangenen Signale bei einem derartigen PWM-Betrieb, wobei die Signalfolge den Normalbetrieb der LED-Leuchte wiedergibt.
Die Besonderheit des nunmehr beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die während des Normalbetriebs erzeugten Lichtsignale auch zur Ermittlung der Intensitäten L1, L2 und L3 der einzelnen Lichtquellen herangezogen werden können. Dies ist möglich, da die Pulsweiten für die einzelnen Lichtquellen bekannt (da durch die Steuereinheit vorgegeben) sind und hieraus die Zeitabstände Δt1, Δt2 und Δt3 ermittelt werden können.
Es wäre nunmehr also möglich, gezielt innerhalb der drei Zeiträume jeweils kurz durch den Sensor die Gesamtintensität des von den Lichtquellen abgegebenen Lichts zu bestimmen und dann wie oben erläutert die Intensität jeder Lichtquelle einzeln zu bestimmen. Die Genauigkeit der Messungen kann allerdings noch erhöht werden, indem das von dem Sensor erfasste Signal über die Dauer des jeweiligen Messzeitraums hinweg integriert wird. Die Besonderheit besteht nunmehr darin, dass die Messzeiträume für eine Kalibrierung der Lichtquellen an diese Zeitabstände angepasst werden, wobei sich dann für die über die drei Messzeiträume hinweg integrierten und auf die Pulsweitendauer PW normierten Signale folgendes ergibt: $S 1 * = L 1 \times Δ t 1 / PW + L 2 \cdot Δt 1 / PW + L 3 \cdot Δ t 1 / PW$
$S 2 * = L 1 \cdot Δ t 2 / PW + L 2 \cdot Δ t 2 / PW$
$S 3 * = L 1 \cdot Δ t 3 / PW$
Wiederum kann hieraus dann die Intensität für die jeweilige Lichtquelle nach folgenden Gleichungen berechnet werden: $L 1 = S 3 * \cdot PW / Δ t 3$
$L 2 = (S 2 * - S 3 * \cdot Δ t 2 / Δ t 3) \cdot PW / Δ t 2$
$L 3 = (S 1 * - S 3 * \cdot Δ t 1 / Δ t 3 - (S 2 * - S 3 * \cdot Δ t 2 / Δ t 3) \cdot PW / Δ t 2) \cdot PW / Δ t 1$
Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Intensitäten der einzelnen Lichtquelle während des laufenden Betriebs ermittelt werden können, ohne dass gegenüber dem herkömmlichen Betrieb eine Abweichung in der Ansteuerung der Lichtquellen vorgenommen werden muss. Mit anderen Worten, die Maßnahmen zur Kalibrierung der Lichtquellen sind für einen Betrachter nicht mehr wahrnehmbar. Dies wiederum bedeutet ferner, dass während des Betriebs dauerhaft eine entsprechende Nachregelung der LEDs stattfinden kann, da nicht lediglich in bestimmten Zwischenphasen eine Kalibrierung vorgenommen werden muss.
Das soeben beschriebene Verfahren kann ferner auch dahingehend modifiziert werden, dass die Zeitpunkte, zu denen die im PWM-Betrieb betriebenen LEDs aktiviert werden, unterschiedlich gewählt werden. Für unterschiedliche Dimmpegel können dann verschiedene Start- und Stoppzeiten herangezogen werden, bspw. anhand einer Tabelle, um keine regelmäßigen Intensitätsspitzen hervorzurufen. Diese Maßnahme trägt wiederum dazu bei, dass die äußerlich wahrnehmbaren Effekte beim Kalibrieren der Lichtquellen reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auf Vorrichtungen zur Lichtabgabe anwendbar, welche mindestens drei voneinander unabhängig ansteuerbare Lichtquellen, insbesondere LEDs aufweisen. Für den Fall, dass mehr als drei Lichtquellen eingesetzt werden, kann das Verfahren ohne weiteres entsprechend erweitert werden. Die sich hierbei ergebenden Gleichungen zur Ermittlung der jeweils individuellen Lichtstärken würden dann entsprechend zunehmen, wobei allerdings trotz allem eine eindeutige Ermittlung der einzelnen Lichtstärken für jede Lichtquelle möglich ist. Es ist hierbei auch nicht zwingend erforderlich, dass die verschiedenen Lichtquellen Licht unterschiedlicher Farbe emittieren. Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich, dass zumindest zwei verschiedene Farben von der Lichtquelle zur Verfügung gestellt werden.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen dienen insbesondere dazu, Abweichungen in den Intensitäten der einzelnen Lichtquellen auszugleichen, welche auf Alterungserscheinungen zurückzuführen sind. Um ferner auch Fertigungstoleranzen beim Herstellen der LEDs berücksichtigen zu können, kann ergänzend vorgesehen sein, dass bei der Herstellung die LEDs nach deren Montage einmalig mit Hilfe eines geeigneten Farbsensors vermessen werden und jeweils für die einzelnen Lichtquellen exakt festgestellt wird, in welcher Stärke und Farbe Licht von den entsprechenden LEDs emittiert wird. Diese Information kann dann während des späteren Betriebs dazu genutzt werden, festzulegen, wie stark die Lichtquellen angesteuert werden müssen, um Licht einer gewünschten Mischfarbe zu erzeugen. Diese Maßnahme trägt also zusätzlich dazu bei, sicherzustellen, dass letztendlich ein Mischlicht generiert wird, welches exakt auf dem gewünschten Farbort liegt.
Letztendlich wird also durch die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit geschaffen, Lichtquellen während des laufenden Normalbetriebs einer LED-Leuchte nachzuregeln, ohne dass hierbei Intensitätsveränderungen im abgegebenen Licht auftreten, welche für einen Betrachter deutlich wahrnehmbar sind. Die lichttechnischen Eigenschaften der Vorrichtung werden auf diese Weise signifikant verbessert.

Claims

Vorrichtung zur Lichtabgabe (1) mit
a) mindestens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃),

b) Mitteln (3₁, 3₂, 3₃) zur Energieversorgung der Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) ,

c) einem Sensor (5) zur Erfassung eines Messsignals (S), das dem von den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) in ihrer Gesamtheit abgegebenen Licht entspricht, und

d) einer Steuereinheit (4) zur Ansteuerung der Mittel (3₁, 3₂, 3₃) zur Energieversorgung der Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃),
wobei die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist,
- in einer Kalibrierphase die Mittel (3₁, 3₂, 3₃) zur Energieversorgung derart anzusteuern, dass in einer Sequenz von wenigstens drei Messzeiträumen durch den Sensor (5) in jedem Messzeitraum jeweils ein Messsignal (S1, S2, S3) erfasst wird, das das von den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) abgegebene Licht wiedergibt, und

- auf Basis der von dem Sensor (5) erfassten Messsignale (S1, S2, S3) die individuelle Helligkeit (L1, L2, L3) jeder einzelnen Lichtquelle (2₁, 2₂, 2₃) zu berechnen,
wobei in zumindest einem der Messzeiträume das durch den Sensor (5) jeweilige erfasste Messsignal (S1, S2, S3) von mehreren der Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) stammt,
wobei in jedem Messzeitraum die Lichtabgabe jeder Licht abgebenden Lichtquelle (21, 22, 23) konstant bleibt, wobei in den unterschiedlichen Messzeiträumen das von den jeweiligen Lichtquellen in ihrer Gesamtheit abgegebene Licht unterschiedlichen Kombinationen an Lichtabgaben durch die Lichtquellen (21, 22, 23) entspricht,
und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist die Mittel (3₁, 3₂, 3₃) zur Energieversorgung derart anzusteuern,
- dass in jedem Messzeitraum der wenigstens drei Messzeiträume jeweils genau eine der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf einen Pegel gedimmt ist, oder

- dass in den wenigstens drei Messzeiträumen die wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) derart auf einen Pegel gedimmt werden, dass
- in einem ersten Messzeitraum keine der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt ist,

- in einem zweiten Messzeitraum eine erste Lichtquelle der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt ist, und

- in einem dritten Messzeitraum die erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt sind,

dadurch gekennzeichnet,
dass dieser Pegel unterhalb eines durch den Sensor (5) wahrnehmbaren Schwellwerts liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) zur Abgabe von Licht unterschiedlicher Farbe ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) jeweils aus einer Mehrzahl von LEDs gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (4) Speichermittel (6) aufweist oder mit Speichermitteln (6) verbunden ist, in denen Referenzwerte für die Helligkeit der jeweiligen Lichtquelle (2₁, 2₂, 2₃) hinterlegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, anhand eines Vergleichs zwischen den in der Kalibrierphase ermittelten Helligkeitswerten und den Referenzwerten die den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) zugeführte Leistung anzupassen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messzeiträume jeweils die gleiche Dauer aufweisen.
Verfahren zur Regelung der Lichtabgabe (1) von mindestens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃),
wobei während einer Kalibrierphase in einer Sequenz von wenigstens drei Messzeiträumen in jedem Messzeitraum jeweils ein Messsignal (S1, S2, S3), das das von den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) abgegebene Licht wiedergibt, erfasst wird und auf Basis der erfassten Messsignale (S1, S2, S3) die individuelle Helligkeit (L1, L2, L3) jeder einzelnen Lichtquelle (2₁, 2₂, 2₃) berechnet wird,
wobei in zumindest einem der Messzeiträume das jeweilige erfasste Messsignal (S1, S2, S3) von mehreren der Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) stammt,
wobei in jedem Messzeitraum die Lichtabgabe jeder Licht abgebenden Lichtquelle (21, 22, 23) konstant bleibt, wobei in den unterschiedlichen Messzeiträumen unterschiedliche Kombinationen an Lichtquellen (21, 22, 23) Licht abgeben,
und wobei
- in jedem Messzeitraum der wenigstens drei Messzeiträume jeweils genau eine der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf einen Pegel gedimmt wird, oder

- in den wenigstens drei Messzeiträumen die wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) derart auf einen Pegel gedimmt werden, dass
- in einem ersten Messzeitraum keine der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt wird,

- in einem zweiten Messzeitraum eine erste Lichtquelle der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt wird, und

- in einem dritten Messzeitraum die erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle der wenigstens drei Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) auf den Pegel gedimmt werden,

dadurch gekennzeichnet,
dass dieser Pegel unterhalb eines durch den Sensor (5) wahrnehmbaren Schwellwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) Licht unterschiedlicher Farbe abgeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass anhand eines Vergleichs zwischen den in der Kalibrierphase ermittelten Helligkeitswerten und vorgegebenen Referenzwerten die den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) zugeführte Leistung angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messzeiträume jeweils die gleiche Dauer aufweisen.