EP2223569A1 - Verfahren und anordnung zur einstellung eines farborts sowie leuchtsystem - Google Patents

Verfahren und anordnung zur einstellung eines farborts sowie leuchtsystem

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EP2223569A1
EP2223569A1 EP08858320A EP08858320A EP2223569A1 EP 2223569 A1 EP2223569 A1 EP 2223569A1 EP 08858320 A EP08858320 A EP 08858320A EP 08858320 A EP08858320 A EP 08858320A EP 2223569 A1 EP2223569 A1 EP 2223569A1
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EP
European Patent Office
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light sources
color
sensor
target
setting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08858320A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Forster
Oskar Schallmoser
Ralph Bertram
Nico Morgenbrod
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2223569A1 publication Critical patent/EP2223569A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/22—Controlling the colour of the light using optical feedback
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/28—Controlling the colour of the light using temperature feedback
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for setting a color location and a lighting system.
  • more than three individual colors can be used in lighting systems.
  • a mixture of more than three individual colors for one color location results in an overdetermined system of equations.
  • light sources different light means, in particular light emitting diodes and / or combinations of light emitting diodes of different wavelengths are used in a lighting system.
  • the object of the invention is to avoid the abovementioned disadvantages and in particular to provide a possibility for the particularly efficient setting of a color locus of a lighting system comprising more than three light sources. This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • n light sources are provided, of which n-3 light sources are preset or preset; - Wherein a color location difference of the n light sources is determined by a target color location;
  • the color location is determined in particular in the form of coordinates of a color space.
  • the intensities of the three light sources can be modified in such a way that a coordinate in the color space, also referred to as a color value, is set or attained.
  • each light source has a plurality of light sources, e.g. LEDs, may include.
  • each light source may comprise a plurality of LEDs each having substantially the same wavelength. It is also possible for a light source to have a plurality of LEDs of different wavelengths.
  • the presetting of the n-3 light sources can advantageously be made offline by optical and physical parameters (wavelengths of the light sources, radiation characteristics, physical design) and the lighting system (expansion, distances between the light sources, etc.) including the light sources are taken into account.
  • optical and physical parameters wavelengths of the light sources, radiation characteristics, physical design
  • the lighting system expansion, distances between the light sources, etc.
  • the overdetermined system of equations (3 light sources are sufficient to set the color locus) can be reduced in such a way that efficiently a target color location can be adjusted by means of the remaining 3 light sources.
  • a refinement is that the color location difference of the n light sources is determined on the basis of at least one sensor, wherein the at least one sensor is in particular one of the following sensors:
  • a brightness sensor in particular a V ⁇ -rated brightness sensor; a temperature sensor;
  • At least one sensor is provided for each light source or for a group of light sources.
  • a sensor for the lighting system comprising the light sources can be provided, which determines a total intensity of a color location and a temperature.
  • the setting of the color locus on the basis of the n light sources is such that at least one of the target variables - Color Rendering Index;
  • An application-dependent spectral distribution reaches a predetermined value as well as possible.
  • a target value optimization can take place with regard to at least one of the stated target variables, wherein this optimization is expediently carried out in advance and stored or stored in or for a control and / or regulating unit for setting the light sources. It is also a further development that an optimization with regard to the at least one target variable is carried out in advance and in particular is provided as a control information for the 3 non-preset light sources.
  • the 3 non-preset light sources span a triangle in a CIE x-y diagram, the triangle in particular having as large a surface as possible.
  • One embodiment is that the n light sources or a part of the n light sources have only slight to no overlaps in their respective spectra.
  • a part of the light sources each provide their own contribution to the overall spectrum, which is otherwise not supplied by at least a portion of the remaining light sources.
  • the light source comprises at least one light-emitting diode.
  • a next embodiment is that the 3 non-preset light sources are iteratively set so that the target color location is reached.
  • the method can be used as repeating control at certain times.
  • a relative or an absolute target color location and / or a brightness information is set in an adjustable manner for setting the target color location.
  • a user e.g. in the case of a lamp or luminaire comprising the luminous sources, set a total brightness and a hue (for example within a predetermined range).
  • the light sources are set on the resulting target color location.
  • Group comprises three light sources and a second group comprises the remaining light sources
  • the arrangement can be embodied in particular as a control and / or regulating unit (or a color management system) or comprise such.
  • a development consists in that a unit for determining the color locus difference is provided on the basis of the at least one sensor. This can be carried out together with the unit for determining a setting of the light sources of the first group.
  • An additional embodiment is that a drive unit is provided for adjusting the light sources.
  • a brightness sensor in particular a V ⁇ -rated brightness sensor
  • a lighting system comprising an arrangement as described herein.
  • the lighting system can be designed as a light module, a lamp, a lamp or a headlight.
  • Fig.l a way to control or setting a target color location by means of a color management system
  • control cams for achieving an optimized color rendering of the lighting system comprising a plurality
  • the approach presented here makes it possible, in particular, to set and continuously and / or iteratively regulate a color locus by means of a color management system, whereby preferably more than three light-emitting diodes with different wavelengths are used.
  • Light sources which are preferably designed as LEDs has.
  • the n light sources are determined by at least one of the following parameters:
  • a ratio of the abovementioned parameters for the n light sources can be set in such a way that at least one of the following predefinable target variables - Color Rendering Index (CRI);
  • CQS Color Quality Scale
  • n light sources it is possible to select or predetermine the n light sources in such a way that they have a correspondingly favorable spectral distribution, which is perceived by a lighting system to be pleasant for a viewer.
  • Light sources one each over the other Light sources complementary contribution in the light spectrum of the lighting system represent. If, for example, a light source, for example an LED, has a very limited spectral expansion within the desired spectrum of the lighting system, then further LEDs can be provided, the spectra of which additionally lie in a different frequency range. The overall spectrum thus results from the superposition of the spectra of the individual light sources.
  • a (substantially) white light source with a correspondingly broad spectrum can be provided.
  • the lighting system when adjusting the color locus of the lighting system can be achieved that due to the correspondingly optimized spectrum, the lighting system reproduces the set or preselected color in a pleasant and uniform manner for the viewer.
  • n-3 predetermined parameters are given as color valencies Y4 ... Yn.
  • a color location difference e.g. a color location difference to be determined by the target color location to be set.
  • a target color location as well as a brightness of the lighting system may be used, for example. is set by a user.
  • Target color valency Y total is preferably set to 100% or to the value to be reached by the system (brightness setting of the user).
  • the 3 light sources with their given colors are now available to achieve a setting to the target color location.
  • the parameters for setting the 3 light sources can be determined as follows:
  • This equation enables the colorimetric calculation of the photometric variables or parameters Yi, Y 2 and Y 3 to be set for setting the difference color location or for achieving the desired color location.
  • each of the 3 light sources may also comprise more than one light means or more than one LED.
  • a plurality of LEDs having substantially the same color valence can be combined to form a luminous source.
  • a plurality of LEDs of different color valences can also be combined to form a light source according to the present description.
  • a measurement of the at least one control and / or controlled variable of the lighting system is carried out by means of at least one sensor comprising in particular:
  • At least one brightness sensor in particular at least one V ⁇ -valued brightness sensor
  • a control iteratively, continuously and / or at certain times take place such that a control unit (Color Management System) to be set Farbvalenzen Y newly determined (by re-measurement of at least one control and / or controlled variable of the lighting system) and thus for example responding to changes occurring in the junction temperatures of the LEDs by readjustment or stabilization of the target color location.
  • a control unit Color Management System
  • a luminous source comprises a controllable white light source
  • the individual colors are not required separately depending on the desired color location.
  • a common use of a control channel is possible.
  • each light source may in particular comprise at least one light emitting diode
  • the 3 light sources advantageously have different colors and span as large a color space that a freely specified color location within the color space by means of a Control of three colors can be stabilized and optimized to one or more target sizes spectrum can be determined.
  • optimization of the spectrum with regard to specific target variables can be determined in advance, in particular once. Such an optimization can be complex and time-consuming, for example, and can therefore advantageously not take place on the lighting module itself.
  • the optimization serves as input for the control (Color Management System) for achieving or setting the target color location on the basis of the freely adjustable light sources.
  • the solution of the equation system for setting the target color location by means of three light sources can be performed quickly and efficiently on the light module.
  • Fig.l shows a way to control or setting a target color location by means of a color management system 101.
  • an input 102 here serves a total intensity of a target color location comprising a target color location with associated brightness.
  • a further input variable 103 for the color management system 101 represents an optimized intensity of the colors of the n light sources in accordance with a drive curve as shown in FIG. 2. Starting from n light sources, the intensities of the light sources 4 to n are shown by way of example on the basis of the drive curves according to FIG determined by the color management system 101 based on a predetermined optimization after at least one target size. This default is used to set the remaining light sources 1 to 3 to reach the target color location.
  • the color management system 101 includes a differential color location determination unit 104 and a single color intensities unit Y1, Y2, and Y3. Thus, the color management system 101 provides, as an output signal, the intensities Y1 to Yn of the light sources 1 to n which are used by a driver 108 for setting the light sources, here the LED light sources 106.
  • At least one sensor 107 is used to determine the target color location of the lighting system comprising the LED light sources 106.
  • the current color location for each LED or light source and / or the overall color location with associated temperature is forwarded to the Color Management System 101.
  • the intensities of the light sources Yl, Y2 and Y3 are determined and forwarded together with the stored for the temperature intensities for the light sources Y4 to Yn to the driver 108 for adjusting the LED light sources.
  • FIG. 2 shows control curves for achieving an optimized (and advantageously predetermined) color reproduction of the lighting system.
  • a drive curve 201 shows the profile for a white LED
  • a drive curve 202 shows the progression for a green LED
  • a drive curve 203 shows the course for a red LED
  • a drive curve 204 shows the progression for a yellow LED, with the curve starting at approx. 4700K
  • Drive curve 204 has a brightness of about 0%
  • a drive curve 205 shows the course for a blue LED, wherein the drive curve 205 to about 4700 K has a brightness of about 0%.
  • the course of the drive curves 201 to 205 can be determined, for example, by means of a simulation of the lighting system.
  • a target value optimization is advantageously carried out in such a way that the parameters of the n light sources are selected or determined such that a predetermined target value is achieved as well as possible.
  • at least one of the following variables can serve as parameters: luminous flux; Illuminance; Light intensity; and / or luminance.
  • at least one of the following target values can be used for target value optimization: Color Rendering Index; Color Quality Scale; and / or an application-dependent spectral distribution.
  • color valencies Y4 to Yn of the n-3 light sources are predefined on the basis of the target value optimization.
  • a measurement of at least one controlled and / or controlled variable of the lighting system takes place.
  • at least one such control and / or controlled variable can be determined for each light source.
  • a comparison is made between the measured control and / or controlled variable and a target specification, in particular a desired color value. The determined deviation is thereby overcome and set the target color value by a target specification, in particular a desired color value.
  • Adjustment of the 3 non-predefined light sources takes place (step 305).
  • step 305 branching is made to step 303 and thus an iterative regulation or setting of the target color location can be achieved.
  • the approach presented here can be carried out in particular in a lighting system, for example a lighting unit or lighting module comprising a processor unit or a computer or a control unit for determining and setting the desired color location.
  • the lighting system may comprise a plurality of light sources, each of which has in particular at least one LED.
  • the described lighting system or lighting module can be used in particular in a headlight and / or in a lamp and / or light.
  • the brightness or the hue may preferably be predetermined within certain limits by the user. Thus, for example, a color of bluish to reddish light can be made possible, the lamp using the approach presented here, the selected shade and the associated brightness maintains.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Einstellung eines Farborts angegeben, bei dem n Leuchtquellen vorgesehen sind, von denen n-3 Leuchtquellen voreingestellt werden oder voreingestellt sind; bei dem ein Farbortunterschied der n Leuchtquellen von einem Sollfarbort bestimmt wird; und bei dem die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen so eingestellt werden, dass der Sollfarbort erreicht wird. Weiterhin wird ein Leuchtsystem umfassend eine Anordnung zur Einstellung des Farborts angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Einstellung eines Farborts sowie Leuchtsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Einstellung eines Farborts sowie ein Leuchtsystem.
Zur Einstellung und Stabilisierung eines Farborts werden drei Farben benötigt. Jede dieser Einzelfarben ist durch drei Farbvalenzen XYZ beschrieben. Die Mischung dreier Farben ist durch ein Gleichungssystem mit drei Gleichungen und drei Unbekannten eindeutig bestimmt.
Für beleuchtungstechnische Anwendungen sind auf drei
Einzelfarben basierende Leuchtsysteme im Hinblick auf deren Leuchtcharakteristik nicht zufriedenstellend, insbesondere wird von einem Betrachter eines solche Leuchtcharakteristik als nicht angenehm empfunden.
Daher können in Leuchtsystemen mehr als drei Einzelfarben eingesetzt werden. Bei einer Mischung von mehr als drei Einzelfarben für einen Farbort, ergibt sich ein überbestimmtes Gleichungssystem.
Als Leuchtquellen werden in einem Leuchtsystem unterschiedliche Lichtmittel, insbesondere Leuchtdioden und/oder Kombinationen von Leuchtdioden verschiedener Wellenlängen eingesetzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Möglichkeit zur besonders effiziente Einstellung eines Farborts eines Leuchtsystems umfassend mehr als drei Leuchtquellen anzugeben. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Einstellung eines Farborts angegeben
- bei dem n Leuchtquellen vorgesehen sind, von denen n-3 Leuchtquellen voreingestellt werden oder voreingestellt sind; - bei dem ein Farbortunterschied der n Leuchtquellen von einem Sollfarbort bestimmt wird;
- bei dem die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen so eingestellt werden, dass der Sollfarbort erreicht wird.
Der Farbort ist insbesondere bestimmt in Form von Koordinaten eines Farbraums. Die Intensitäten der 3 Leuchtquellen können derart modifiziert werden, dass eine Koordinate in dem Farbraum, auch bezeichnet als SoIl- Farbwert, eingestellt oder erreicht wird.
Hierbei sei angemerkt, dass jede Leuchtquelle mehrere Leuchtmittel, z.B. LEDs, umfassen kann. Vorteilhaft kann jede Leuchtquelle mehrere LEDs mit jeweils im wesentlichen gleicher Wellenlänge umfassen. Auch ist es möglich, dass eine Leuchtquelle mehrere LEDs unterschiedlicher Wellenlängen aufweist.
Die Voreinstellung der n-3 Leuchtquellen kann vorteilhaft offline vorgenommen werden, indem optische wie physikalische Parameter (Wellenlängen der Leuchtquellen, Abstrahlcharakteristika, physikalische Bauform) sowie das Leuchtsystem (Ausdehnung, Abstände der Leuchtquellen zueinander, etc.) umfassend die Leuchtquellen berücksichtigt werden. Hierdurch kann das überbestimmte Gleichungssystem (3 Leuchtquellen reichen aus um den Farbort einzustellen) derart reduziert werden, dass effizient eine Sollfarbort mittels der verbleibenden 3 Leuchtquellen eingestellt werden kann.
Eine Weiterbildung ist es, dass der Farbortunterschied der n Leuchtquellen anhand mindestens eines Sensors bestimmt wird, wobei der mindestens eine Sensor insbesondere einer der folgenden Sensoren ist:
- ein Helligkeitssensor, insbesondere ein Vχ- bewerteten Helligkeitssensor; - ein Temperatursensor;
- ein Farbsensor.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass für jede Leuchtquelle bzw. für eine Gruppe von Leuchtquellen mindestens je ein Sensor vorgesehen ist.
Insbesondere kann ein Sensor für das Leuchtsystem umfassend die Leuchtquellen vorgesehen sein, der eine Gesamtintensität eines Farborts sowie eine Temperatur ermittelt.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Einstellung des Farborts anhand der n Leuchtquellen derart erfolgt, dass mindestens eine der Zielgrößen - Color Rendering Index;
- Color Quality Scale;
- eine anwendungsabhängige spektrale Verteilung einen vorgegebenen Wert möglichst gut erreicht.
Entsprechend kann eine Zielwertoptimierung im Hinblick auf mindestens eine der genannten Zielgrößen erfolgen, wobei diese Optimierung zweckmäßig vorab durchgeführt und in einer oder für eine Steuer- und/oder Regeleinheit zur Einstellung der Leuchtquellen hinterlegt oder abgespeichert wird. Auch ist es eine Weiterbildung, dass eine Optimierung hinsichtlich der mindestens einen Zielgröße vorab durchgeführt wird und insbesondere als eine Ansteuerinformation für die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen bereitgestellt wird.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Einstellung der mindestens einen Zielgröße anhand der n Leuchtquellen mittels mindestens einer der folgenden Parameter erfolgt: - Lichtstrom;
- Beleuchtungsstärke;
- Lichtstärke;
- Leuchtdichte.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung spannen die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen ein Dreieck in einem CIE x-y-Diagramm auf, wobei das Dreieck insbesondere eine möglichst große Fläche aufweist.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die n Leuchtquellen ein breites Leuchtspektrum abdecken.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die n Leuchtquellen oder ein Teil der n Leuchtquellen nur geringe bis keine Überlappungen in deren jeweiligen Spektren aufweisen.
Somit ist es vorteilhaft möglich, dass ein Teil der Leuchtquellen jeweils einen eigenen Beitrag zum Gesamtspektrum liefert, der sonst von zumindest einem Teil der übrigen Leuchtquellen nicht geliefert wird.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die Leuchtquelle mindestens eine Leuchtdiode umfasst.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen iterativ so eingestellt werden, dass der Sollfarbort erreicht wird. Somit kann das Verfahren als sich zu bestimmten Zeitpunkten wiederholende Regelung eingesetzt werden.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass zur Einstellung des Sollfarborts zusätzlich ein relativer oder ein absoluter Sollfarbort und/oder eine Helligkeitsinformation einstellbar vorgegeben wird.
Beispielsweise kann vorteilhaft ein Benutzer, z.B. bei einer Lampe oder Leuchte umfassend die Leuchtquellen, eine Gesamthelligkeit sowie einen Farbton (z.B. im Rahmen eines vorgegebenen Bereichs) einstellen. Auf dem daraus resultierenden Sollfarbort werden die Leuchtquellen eingestellt.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung zur Einstellung eines Farborts umfassend eine Prozessoreinheit oder einen Rechner, die bzw. der derart eingerichtet ist, dass das hierin beschriebene Verfahren damit durchführbar ist.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Anordnung zur Einstellung eines Farborts umfassend - mehr als drei Leuchtquellen, wobei eine erste
Gruppe drei Leuchtquellen umfasst und eine zweite Gruppe die restlichen Leuchtquellen umfasst;
- mindestens einen Sensor zur Ermittlung eines Farbortunterschieds der Leuchtquellen von einem Sollfarbort;
- eine Einheit zur Bestimmung einer Einstellung der Leuchtquellen der ersten Gruppe zur Erreichung des Sollfarborts.
Hierbei kann die Anordnung insbesondere als eine Steuer- und/oder Regelungseinheit (oder ein Color Management System) ausgeführt sein bzw. eine solche umfassen. Eine Weiterbildung besteht darin, dass eine Einheit zur Bestimmung des Farbortunterschieds anhand des mindestens einen Sensors vorgesehen ist. Diese kann mit der Einheit zur Bestimmung einer Einstellung der Leuchtquellen der ersten Gruppe zusammen ausgeführt sein.
Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass eine Ansteuereinheit zur Einstellung der Leuchtquellen vorgesehen ist.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass der mindestens eine Sensor einen der folgenden Sensoren umfasst:
- ein Helligkeitssensor, insbesondere ein Vλ- bewerteten Helligkeitssensor;
- ein Temperatursensor;
- ein Farbsensor.
Auch wird zur Lösung der Aufgabe ein Leuchtsystem angegeben umfassend eine Anordnung wie hierin beschrieben.
Weiterhin kann das Leuchtsystem als ein Leuchtmodul, eine Lampe, Leuchte oder als ein Scheinwerfer ausgeführt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine Möglichkeit zur Regelung bzw. Einstellung eines Sollfarborts mittels eines Color Management Systems;
Fig.2 Ansteuerkurven zur Erreichung einer optimierten Farbwiedergabe des Leuchtsystems umfassend mehrere
(5) Leuchtquellen; Fig.3 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Einstellung eines Farborts.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht insbesondere eine Einstellung sowie eine fortwährende und/oder iterative Regelung eines Farborts mittels eines Color-Management- Systems, wobei vorzugsweise mehr als drei Leuchtdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden.
Es wird beispielhaft angenommen, dass ein Leuchtsystem n
Leuchtquellen, die vorzugsweise als LEDs ausgestaltet sind, aufweist .
Zunächst werden die n Leuchtquellen anhand mindestens einer der folgenden Parameter bestimmt:
- Lichtstrom;
- Beleuchtungsstärke;
- Lichtstärke;
- Leuchtdichte.
Dabei kann ein Verhältnis der vorstehend genannten Parameter für die n Leuchtquellen derart eingestellt werden, dass mindestens eine der folgenden vorgebbaren Zielgrößen - Color Rendering Index (CRI);
- Color Quality Scale (CQS);
- eine anwendungsabhängige spektrale Verteilung möglichst gut erreicht wird.
Hierzu kann eine geeignete Optimierung eingesetzt werden.
Beispielhaft ist es möglich, die n Leuchtquellen so auszuwählen bzw. vorzugeben, dass diese eine entsprechend günstige und bei einem Leuchtsystem für einen Betrachter als angenehm empfundene spektrale Verteilung aufweisen.
Dies kann erreicht werden, indem Leuchtquellen eingesetzt werden, die jeweils einen gegenüber den anderen Leuchtquellen ergänzenden Beitrag im Leuchtspektrum des Leuchtsystem darstellen. Hat beispielsweise eine Leuchtquelle, z.B. eine LED, eine sehr begrenzte spektrale Ausdehnung innerhalb des gewünschten Spektrums des Leuchtsystems, so können weitere LEDs vorgesehen sein, deren Spektren ergänzend in einem anderen Frequenzbereich liegen. Das Gesamtspektrum ergibt sich somit aus der Überlagerung der Spektren der einzelnen Leuchtquellen.
Insbesondere kann eine (im wesentlichen) weiße Leuchtquelle mit entsprechend breitem Spektrum vorgesehen sein.
Somit kann bei der Einstellung des Farborts des Leuchtsystems erreicht werden, dass aufgrund des entsprechend optimierten Spektrums das Leuchtsystem die eingestellte oder vorgewählte Farbe auf für den Betrachter angenehme und gleichmäßige Art und Weise wiedergibt.
Vorzugsweise werden n-3 bestimmte Parameter als Farbvalenzen Y4...Yn vorgegeben.
Basierend auf den vorgegebenen n-3 Leuchtquellen, die jeweils bestimmte Farbvalenzen aufweisen, kann ein Farbortunterschied, z.B. eine Farbortdifferenz, vom zum einzustellenden Sollfarbort bestimmt werden. Hierzu besteht insbesondere die Möglichkeit, dass ein Sollfarbort sowie eine Helligkeit des Leuchtsystems z.B. von einem Benutzer eingestellt wird.
Zur Bestimmung der Farbortdifferenz wird eine
Sollfarbvalenz Y-Gesamt vorzugsweise auf 100% bzw. auf den vom System zu erreichenden Wert (Helligkeitsvorgabe des Benutzers) gesetzt.
Die 3 Leuchtquellen mit ihren vorgegebenen Farben stehen nun zur Verfügung, um eine Einstellung auf den Sollfarbort zu erreichen. Hierzu sind diese 3 Leuchtquellen insbesondere so vorzugeben, dass durch sie eine möglichst große Fläche (z.B. ein möglichst großes Dreieck) in einem CIE-x-y-Diagramm aufgespannt wird.
Die Parameter zur Einstellung der 3 Leuchtquellen können wir folgt bestimmt werden:
Diese Gleichung ermöglicht die farbmetrische Berechnung der zu setzenden lichttechnischen Größen oder Parameter Yi, Y2 und Y3 zur Einstellung des Differenzfarborts bzw. zur Erreichung des Sollfarborts.
Hierbei sei angemerkt, dass jede der 3 Leuchtquellen auch mehr als ein Lichtmittel bzw. mehr als eine LED umfassen kann. Hierbei können beispielsweise mehrere LEDs mit im wesentlichen gleicher Farbvalenz zu einer Leuchtquelle zusammengefasst sein. Dementsprechend können auch mehrere LEDs verschiedener Farbvalenzen zu einer Leuchtquelle gemäß der vorliegenden Beschreibung zusammengefasst sein.
Eine Messung der mindestens einen Steuer- und/oder Regelgröße des Leuchtsystems erfolgt mittels mindestens eines Sensors umfassend insbesondere:
- mindestens einen Helligkeitssensor, insbesondere mindesten einen V^-bewerteten Helligkeitssensor;
- mindestens einen Temperatursensor;
- mindestens einen Farbsensor.
Basierend auf der gemessenen mindestens einen Steuer- und/oder Regelgröße des Leuchtsystems können Farbvalenzen der einzelnen Farben der Leuchtquellen sowie eine notwendige Verschiebung (x, y) zur Erreichung des Sollfarborts bestimmt werden.
Weiterhin kann eine Regelung iterativ, kontinuierlich und/oder zu bestimmten Zeitpunkten dergestalt erfolgen, dass eine Steuereinheit (Color Management System) die zu setzenden Farbvalenzen Y neu ermittelt (anhand erneuter Messung der mindestens einen Steuer- und/oder Regelgröße des Leuchtsystems) und somit beispielsweise auf eintretende Änderungen der Sperrschichttemperaturen der LEDs durch Nachregelung auf bzw. Stabilisierung des Sollfarborts reagiert .
Für den Fall, dass eine Leuchtquelle eine regelbare Weißlichtquelle umfasst, kann der Fall eintreten, dass zur Erreichung des Sollfarborts die Einzelfarben in Abhängigkeit von dem Sollfarbort nicht gesondert benötigt werden. Somit ist eine gemeinsame Nutzung eines Steuerkanals möglich.
Der hier beschriebene Ansatz erlaubt bei einer Verwendung von mehr als 3 Leuchtquellen (jede Leuchtquelle kann dabei insbesondere mindestens eine Leuchtdiode umfassen) , wobei die 3 Leuchtquellen vorteilhaft unterschiedliche Farben aufweisen und einen möglichst großen Farbraum aufspannen, dass ein frei vorgegebener Farbort innerhalb des Farbraums mittels einer Regelung von drei Farben stabilisiert werden kann und ein auf eine oder mehr Zielgrößen optimiertes Spektrum ermittelbar ist.
Zudem kann eine Optimierung des Spektrums im Hinblick auf bestimmte Zielgrößen insbesondere einmalig vorab bestimmt werden. Eine derartige Optimierung kann beispielsweise aufwändig und zeitintensiv sein und kann vorteilhaft somit nicht auf dem Leuchtmodul selbst erfolgen. Die Optimierung dient als Input für die Regelung (Color Management System) zur Erreichung bzw. Einstellung des Sollfarborts anhand der frei einstellbaren Leuchtquellen. Die Lösung des Gleichungssystems zur Einstellung des Sollfarborts mittels dreier Leuchtquellen kann schnell und effizient auf dem Leuchtmodul durchgeführt werden.
Fig.l zeigt eine Möglichkeit zur Regelung bzw. Einstellung eines Sollfarborts mittels eines Color Management Systems 101. Als Eingangsgröße 102 dient hierbei eine Gesamtintensität eines Sollfarborts umfassend einen Sollfarbort mit zugehöriger Helligkeit. Eine weitere Eingangsgröße 103 für das Color Management System 101 stellt eine optimierte Intensität der Farben der n Leuchtquellen gemäß einer Ansteuerkurve wie in Fig.2 gezeigt dar. Ausgehend von n Leuchtquellen werden beispielhaft die Intensitäten der Leuchtquellen 4 bis n anhand der Ansteuerkurven gemäß Fig.2 von dem Color Management System 101 ermittelt anhand einer vorab bestimmten Optimierung nach mindestens einer Zielgröße. Diese Vorgabe wird zur Einstellung der verbleibenden Leuchtquellen 1 bis 3 verwendet, um den Sollfarbort zu erreichen .
Das Color Management System 101 umfasst eine Einheit 104 zur Differenzfarbortbestimmung und eine Einheit 105 zur Berechnung der Intensitäten der Einzelfarben Yl, Y2, und Y3. Somit stellt das Color Management System 101 als Ausgangssignal die Intensitäten Yl bis Yn der Leuchtquellen 1 bis n bereit, die von einem Treiber 108 zur Einstellung der Leuchtquellen, hier der LED Lichtquellen 106, eingesetzt werden.
Mindestens ein Sensor 107 wird eingesetzt, um den Sollfarbort des Leuchtsystems umfassend die LED Lichtquellen 106 zu ermitteln. Der aktuelle Farbort für jede LED bzw. Leuchtquelle und/oder der Gesamtfarbort mit zugehöriger Temperatur wird an das Color Management System 101 weitergeleitet. Dort wird eine Differenz zum Sollfarbort bestimmt und entsprechend werden die Intensitäten der Leuchtquellen Yl, Y2 und Y3 ermittelt und zusammen mit den für die Temperatur hinterlegten Intensitäten für die Leuchtquellen Y4 bis Yn an den Treiber 108 zur Einstellung der LED Lichtquellen weitergeleitet.
In Fig.2 sind Ansteuerkurven zur Erreichung einer optimierten (und vorteilhaft vorab bestimmten) Farbwiedergabe des Leuchtsystems dargestellt.
Entlang der Abszisse ist die Farbtemperatur in Kelvin und entlang der Ordinate ist die Helligkeit der jeweiligen Leuchtquelle, einzustellen per Pulsweitenmodulation PWM, in Prozent angegeben.
Beispielhaft sind in Fig.2 Ansteuerkurven für 5 Leuchtdioden gezeigt. Eine Ansteuerkurve 201 zeigt den Verlauf für eine weiße LED, eine Ansteuerkurve 202 zeigt den Verlauf für eine grüne LED, eine Ansteuerkurve 203 zeigt den Verlauf für eine rote LED, eine Ansteuerkurve 204 zeigt den Verlauf für eine gelbe LED, wobei ab ca. 4700K die Ansteuerkurve 204 eine Helligkeit von etwa 0% aufweist, und eine Ansteuerkurve 205 zeigt den Verlauf für eine blaue LED, wobei die Ansteuerkurve 205 bis ca. 4700K eine Helligkeit von etwa 0% aufweist.
Ab 4700K ist eine Kanalumschaltung von der gelben LED auf die blaue LED möglich.
Der Verlauf der Ansteuerkurven 201 bis 205 kann beispielsweise mittels einer Simulation des Leuchtsystems ermittelt werden.
Fig.3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Einstellung eines Farborts. In einem Schritt 301 erfolgt vorteilhaft abhängig von dem jeweiligen Leuchtsystem eine Zielwertoptimierung dergestalt, das Parameter der n Leuchtquellen so ausgewählt oder bestimmt werden, dass ein vorgegebener Zielwert möglichst gut erreicht wird. Beispielsweise kann als Parameter mindestens eine der folgenden Größen dienen: Lichtstrom; Beleuchtungsstärke; Lichtstärke; und/oder Leuchtdichte. Beispielhaft kann mindestens eine der folgenden Zielgrößen zur Zielwertoptimierung eingesetzt werden: Color Rendering Index; Color Quality Scale; und/oder eine anwendungsabhängige spektrale Verteilung.
In einem Schritt 302 werden anhand der Zielwertoptimierung Farbvalenzen Y4 bis Yn der n-3 Leuchtquellen vorgegeben.
In einem Schritt 303 erfolgt eine Messung mindestens einer Steuer- und/oder Regelgröße des Leuchtsystems. Insbesondere kann für jede Leuchtquelle mindestens eine solche Steuer- und/oder Regelgröße ermittelt werden.
In einem Schritt 304 wird ein Vergleich zwischen der gemessenen Steuer- und/oder Regelgröße und einer Sollvorgabe, insbesondere einem Soll-Farbwert, durchgeführt. Die ermittelte Abweichung wird dadurch überwunden und der Soll-Farbwert eingestellt, indem eine
Einstellung der 3 nicht vorgegebenen Leuchtquellen erfolgt (Schritt 305) . Optional kann nach Schritt 305 zu Schritt 303 verzweigt und somit eine iterative Regelung bzw. Einstellung des Sollfarborts erreicht werden.
Der hier vorgestellte Ansatz kann insbesondere durchgeführt werden in einem Leuchtsystem, z.B. einer Leuchteinheit oder Leuchtmodul umfassend eine Prozessoreinheit bzw. einen Rechner oder eine Regeleinheit zur Bestimmung und Einstellung des Sollfarborts. Dabei kann das Leuchtsystem mehrere Leuchtquellen umfassen, deren jede insbesondere mindestens eine LED aufweist. Das beschriebene Leuchtsystem bzw. Leuchtmodul ist insbesondere einsetzbar in einem Scheinwerfer und/oder in einer Lampe und/oder Leuchte. Die Helligkeit bzw. der Farbton kann vorzugsweise in gewissen Grenzen von dem Benutzer vorgegeben werden. So kann beispielsweise ein Farbton von bläulichem bis hin zu rötlichem Licht ermöglicht werden, wobei die Lampe anhand des hier vorgestellten Ansatz den jeweils gewählten Farbton und die zugehörige Helligkeit beibehält.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Einstellung eines Farborts,
- bei dem n Leuchtquellen vorgesehen sind, von denen n-3 Leuchtquellen voreingestellt werden oder voreingestellt sind;
- bei dem ein Farbortunterschied der n Leuchtquellen von einem Sollfarbort bestimmt wird;
- bei dem die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen so eingestellt werden, dass der Sollfarbort erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Farbortunterschied der n Leuchtquellen anhand mindestens eines Sensors bestimmt wird, wobei der mindestens eine Sensor insbesondere einer der folgenden Sensoren ist:
- ein Helligkeitssensor, insbesondere ein Vχ- bewerteten Helligkeitssensor; - ein Temperatursensor;
- ein Farbsensor.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem für jede Leuchtquelle bzw. für eine Gruppe von Leuchtquellen mindestens je ein Sensor vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung des Farborts anhand der n Leuchtquellen derart erfolgt, dass mindestens eine der Zielgrößen
- Color Rendering Index;
- Color Quality Scale;
- eine anwendungsabhängige spektrale Verteilung einen vorgegebenen Wert möglichst gut erreicht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Optimierung hinsichtlich der mindestens einen Zielgröße vorab durchgeführt wird und insbesondere als eine Ansteuerinformation für die n-3 Leuchtquellen bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Einstellung der mindestens einen Zielgröße anhand der n Leuchtquellen mittels mindestens einer der folgenden Parameter erfolgt:
- Lichtstrom; - Beleuchtungsstärke;
- Lichtstärke;
- Leuchtdichte.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen ein Dreieck in einem CIE x-y-Diagramm aufspannen, wobei das Dreieck insbesondere eine möglichst große Fläche aufweist .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die n Leuchtquellen ein breites Leuchtspektrum abdecken.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die n Leuchtquellen oder ein Teil der n
Leuchtquellen nur geringe bis keine Überlappungen in deren jeweiligen Spektren aufweisen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leuchtquelle mindestens eine Leuchtdiode umfasst .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die 3 nicht voreingestellten Leuchtquellen iterativ so eingestellt werden, dass der Sollfarbort erreicht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Einstellung des Sollfarborts zusätzlich ein relativer oder absoluter Sollfarbort und/oder eine Helligkeitsinformation einstellbar vorgegeben wird.
13. Anordnung zur Einstellung eines Farborts umfassend eine Prozessoreinheit oder einen Rechner, der derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche damit durchführbar ist.
14. Anordnung zur Einstellung eines Farborts umfassend
- mehr als drei Leuchtquellen, wobei eine erste Gruppe drei Leuchtquellen umfasst und eine zweite Gruppe die restlichen Leuchtquellen umfasst; - mindestens einen Sensor zur Ermittlung eines
Farbortunterschieds der Leuchtquellen von einem Sollfarbort;
- eine Einheit zur Bestimmung einer Einstellung der Leuchtquellen der ersten Gruppe zur Erreichung des Sollfarborts.
15. Anordnung nach Anspruch 14, bei der eine Einheit zur Bestimmung des Farbortunterschieds anhand des mindestens einen Sensors vorgesehen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei der eine Ansteuereinheit zur Einstellung der Leuchtquellen vorgesehen ist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der der mindestens eine Sensor einen der folgenden Sensoren umfasst :
- ein Helligkeitssensor, insbesondere ein Vχ- bewerteten Helligkeitssensor; - ein Temperatursensor;
- ein Farbsensor.
18. Leuchtsystem umfassend eine Anordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17.
19. Leuchtsystem nach Anspruch 18, bei dem das Leuchtsystem eine Lampe, Leuchte oder ein Scheinwerfer ist.
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