EP2351376A1 - Verfahren und vorrichtung zum farbpunktabgleich einer leuchteinheit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum farbpunktabgleich einer leuchteinheit

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EP2351376A1
EP2351376A1 EP09752789A EP09752789A EP2351376A1 EP 2351376 A1 EP2351376 A1 EP 2351376A1 EP 09752789 A EP09752789 A EP 09752789A EP 09752789 A EP09752789 A EP 09752789A EP 2351376 A1 EP2351376 A1 EP 2351376A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
semiconductor
filter
color
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09752789A
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English (en)
French (fr)
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Jan Oliver Drumm
Jens Richter
Claus Seibert
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04N9/3179—Video signal processing therefor
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/64—Circuits for processing colour signals
    • H04N9/73—Colour balance circuits, e.g. white balance circuits or colour temperature control

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for color point matching a lighting unit.
  • semiconductor-based laser beam sources (laser sources or lasers) are used to generate light.
  • the optical output power of the laser source is often dependent on the temperature.
  • the emitted wavelength of the laser source can also be influenced by the temperature.
  • At least one semiconductor-based light source At least one semiconductor-based light source.
  • a method for color balance of a lighting unit wherein the Light unit has semiconductor-based laser for generating an RGB signal. At least one component of the RGB signal, in particular a light beam originating from a semiconductor-based laser, is fed via a filter to a sensor, and based on the signal detected by the sensor, at least one of the semiconductor-based lasers is driven.
  • the color point adjustment may comprise a color point adjustment or a continuous or iterative control of a set color point.
  • the method can be used as a control method for the continuous or discrete-time adjustment or control of the color point.
  • semiconductor-based laser sources can be used.
  • LEDs of different colors and / or semiconductor lasers can be used as light sources.
  • the component of the RGB signal may comprise a light beam of the red semiconductor-based laser, the green semiconductor-based laser, and / or the blue semiconductor-based laser.
  • the filter may in particular be an optical filter.
  • Color point is created.
  • the color point may be around a white point, e.g. "D65", act.
  • the presented approach enables the reduction or compensation of a drift of the color point, in particular as a function of the temperature.
  • effective wavelength drifts or power drifts of the semiconductor-based laser while maintaining a substantially stable appearing color point can be compensated.
  • a further development is that a plurality of semiconductor-based lasers are sequentially controlled on the basis of the respectively associated detected signal.
  • color for color may be from the sensor, e.g. from a photodiode detected signal from a controller or by a control electronics (which may be implemented, for example, in the form of an ASIC) read and adapted to the performance of the corresponding laser. Accordingly, processing in such time slots (e.g., one time slot for driving a laser) is efficient using only one sensor for all components of the RGB signal, i. for all light beams of the semiconductor-based laser possible.
  • Another refinement is that a plurality of components of the RGB signal are each supplied to a sensor and, based on the signal detected by the respective sensor, the at least one semiconductor-based laser is activated.
  • At least one filter can be provided per component or light beam of the RGB signal.
  • the sensor comprises a photodiode, wherein the photodiode is arranged in particular in the vicinity of a laser respfacette.
  • control can include hardware and / or software components.
  • control can be implemented in the form of an ASIC.
  • the color point adjustment comprises a white point adjustment or a white point adjustment or a white point control.
  • the color point adjustment takes place within the framework of a predetermined tolerance, wherein the predetermined tolerance is / are determined in particular on the basis of a MacAdams distance.
  • the lighting unit comprises a red semiconductor-based laser, a green semiconductor-based laser and a blue semiconductor-based laser.
  • the green semiconductor-based laser is an optically or electrically pumped infrared semiconductor laser, in particular with a frequency doubling.
  • the filter comprises one of the following filters:
  • the filter is designed such that at least one further dependence of a color locus on a wavelength of at least one other light source is taken into account.
  • the filter can be arranged only in a beam path of a laser.
  • the signal detected by the sensor on the basis of the filter thus not only permits conclusions about the wavelength drift of the current light beam, but also about the wavelength drift of another light beam (not detected by the filter). This is e.g. in the context of the evaluation, the correlation between wavelength drifts is determined and, depending on the result, a plurality of semiconductor-based lasers are set.
  • a change in brightness with variable temperature can be detected and (at least partially) compensated.
  • a further development consists in that the semiconductor-based laser comprises a laser diode.
  • the filter is designed for a given wavelength range, in particular in a visible spectrum.
  • the filter can be advantageously designed for a specific wavelength range of a light beam or a component of the RGB signal. This allows a simplified and cost-effective production of the filter.
  • a device for color balance of a light unit is proposed - with semiconductor-based lasers to produce a
  • At least one filter on the at least one component of the RGB signal is fed to at least one sensor, - with a control that controls based on a signal detected by the sensor at least one of the semiconductor-based laser.
  • a device comprising a processor unit and / or an at least partially hard-wired or logical circuit arrangement arranged such that the method can be carried out as described herein.
  • Said processor unit may be or include any type of processor or computer or computer with correspondingly necessary peripherals (memory, input / output interfaces, input devices, etc.).
  • Circuit unit e.g. an FPGA or an ASIC or other integrated circuit e.g. be provided as a control or regulation.
  • the device may thus comprise a unit for parallel processing of signals and / or a unit for serial processing of signals.
  • Fig.l an equation for describing a white point
  • Fig. 6 is a graph showing exemplary changes in wavelengths for a red, a green and a blue laser as a function of temperature
  • Fig. 7 is a CIE standard color chart illustrating a color locus change of a white point toward turquoise
  • each beam of an RGB light source is detected with its own photodiode and based on the signals detected by the photodiodes the RGB light source is driven, wherein additionally in the red light beam before the photodiode is arranged an optical filter;
  • FIG. 10 shows a block diagram of an alternative adjustment and regulation to a nearly constant color point, wherein the RGB signal of an RGB light source is also detected via a filter by means of a photodiode and based on the signal of the
  • 11 shows an equation 108 for describing a wavelength-dependent transmission.
  • the approach proposed here allows a (nearly) constant white point by means of a setting or regulation of a power of at least one semiconductor-based laser source.
  • the power can be set separately for a plurality of semiconductor-based laser sources.
  • a product of the power of the semiconductor-based laser source (hereinafter referred to as "laser”) and a filter function derived from colorimetry can be kept constant as a controlled variable, in particular (for example independently) for a plurality of light sources of the RGB module.
  • the filter function takes into account a temperature dependence of the wavelength and a resulting resulting necessary adjustment of the optical output power of the laser, so that a stable white point can be achieved.
  • a stable or constant white point is, for example, a white point with a predetermined tolerance, for example a white point within a predetermined deviation. In particular, such a tolerance can be predetermined product-specifically.
  • the form of the filter function is derived from a so-called white point stability equation.
  • P R, P G, P B optical output powers of the respective RGB laser as manipulated variables, ⁇ _R (T), ⁇ _G (T), ⁇ _B (T) temperature-dependent wavelengths of the RGB laser.
  • the control circuits set the manipulated variables P_R, P_G, P_B such that the controlled variables S_R (T), S_G (T), S_B (T) are stable on the values
  • S_B (Tcal) can be determined by means of a calibration at a temperature Tcal.
  • the optical output powers P_R, P_G, P_B can be set so that a predetermined white point [w] (eg, "D65") and a predetermined luminous flux L are achieved.
  • the filter functions fR ( ⁇ R (T)), f_G ( ⁇ _G (T)), f_B ( ⁇ _B (T)) may be in the form of an optical filter, e.g. as a transmission filter.
  • Equation 103 will also be referred to hereinafter as the "white point stability equation".
  • FIG. 2 shows dependencies of tristimulus values of the RGB lasers as a function of the wavelength as so-called "color matching functions" 201 to 203 according to CIE 1931.
  • the tristimulus values of the RGB lasers according to equation 104 can be linked to the wavelengths ⁇ _R (T), ⁇ _G (T), ⁇ _B (T).
  • the white point stability equation described above can be resolved according to the radiometric performances according to equation 105 (see FIG. 4). For a clearer Representation was omitted in the transformation to an explicit representation of the wavelength and temperature dependencies.
  • the white point stability equation 105 can be interpreted as follows: If the radiometric powers P_R ( ⁇ _R (T)), P_G ( ⁇ _G (T)), P_B ( ⁇ _B (T)) are set according to the above rule, the white point [w] also becomes kept stable at temperature-related wavelength fluctuations of the laser.
  • the RGB power values resulting from the white point stability equation can be determined for the power control.
  • the filter functions according to Equation 106 can be used in the control loops according to Equation 107 (see FIG. 5).
  • the respective control loop can provide a temperature-dependent or a wavelength-dependent power of at least one laser according to the white point stability equation.
  • At least one, in particular for each laser own control circuit provides that converts at least one filter function according to Equation 106 and thus effectively reduces or compensates for temperature fluctuations and allows a substantially stable white point.
  • an initially set white point (eg "D65") can be kept stable independently of temperature changes in a predetermined range.
  • a red laser with a wavelength of about 640 nm
  • a blue laser used by way of example (with a wavelength of about 440 nm)
  • a green laser (with a wavelength of about 528 nm) may be provided, whose wavelength is largely independent of temperature changes due to the arrangement with an intra-cavity frequency doubling.
  • FIG. 6 shows exemplary changes in the wavelengths for the red laser 601, for the green laser 602 and for the blue laser 603 as a function of the temperature.
  • the tristimulus values of the RGB lasers change according to the color matching functions.
  • Values for the color matching functions are e.g. can be taken from the literature in tabular form.
  • tristimulus values of the resulting white light can be determined by adding the RGB tristimulus values:
  • TX_w TX_R + TX_G + TX_B
  • TY_w TY_R + TY_G + TY_B
  • TZ_w TZ_R + TZ_G + TZ_B
  • FIG. 7 shows the color location change of the white light calculated from the abovementioned formulas under the boundary condition that the optical output power of the RGB lasers is kept substantially constant. Due to the temperature-dependent drifts of the wavelengths shown in FIG. 2, the color impression changes from original white (eg D65) (in the calibrated state) to turquoise.
  • a distance in the color space between the color location in a calibrated state (e.g., D65) and an elevated temperature state without the compensation presented herein is a multiple of MacAdam's defined maximum distance between two color locations perceived by the human eye as distinguishable colors.
  • the approach presented here allows to keep the temperature drift of the laser within the MacAdams distance and thus a substantially true color reproduction of image content.
  • ⁇ p R ( T ) * [TX_R ( ⁇ _R (T)); TY ( ⁇ _R (T)) _R; TZ_R ( ⁇ _R (T))] + + PG (T) * [TX_G; TY_G; TZ_G] + + PB (T) * [TX_B ( ⁇ _B (T)); TY_B ( ⁇ _B (T)); TZ_B ( ⁇ _B () T))]:
  • the resulting performance (for 20 lumens in eg D65 and at a housing temperature in a range of 20 0 C to 60 0 C) are shown in Figure 8 for the red laser 801, for the green laser 802 and for the blue laser 803 depending on the temperature.
  • three independent control loops can be used to control the o.g. Realize performance adjustments by using special filter functions in a sufficiently good approximation.
  • P_R, P_G, P_B are the manipulated variables and S_R (Tcal), S_G (Tcal), S_B (Tcal) are the controlled variables.
  • the value of the respective control variable results from the calibration of the white point at the temperature Tcal.
  • the functions f_R ( ⁇ _R (T)), f_G ( ⁇ _G (T)), f_B ( ⁇ _B (T)) can be implemented as special filter functions.
  • the filter functions can be selected such that, with active control, the adaptation of the RGB laser powers shown in FIG. 8 is achieved to a sufficiently good approximation.
  • Embodiment in which the filter function is implemented as an optical transmission filter.
  • An RGB laser module comprises a red laser diode 902, a blue laser diode 903 and a largely temperature-independent green laser 904.
  • the green laser 904 emits a green light beam, which from a triple beam combination mirror 910 with a specific transmission and reflection on the one hand to a photodiode PD G 908 deflected for green light and on the other hand to a spatially superimposed RGB laser beam 909 is combined.
  • the blue laser diode 903 emits a blue laser beam, which is supplied via a mirror on the one hand to the beam combination mirror 910 and thus to the RGB laser beam 909, on the other hand to a Photodiode PD B 907 is directed for blue light.
  • the red laser diode 902 emits a red laser beam, which is supplied via a mirror on the one hand to the beam combination mirror 910 and thus the RGB laser beam 909, on the other hand is directed via a filter 905 to a photodiode PD R 906 for red light.
  • the filter 905 can be arranged in particular in one light beam or in a plurality of light beams of the RGB laser module. In particular, each light beam may have a separate filter.
  • filter 905 is a filter that allows for wavelength dependent transmission.
  • the filter 905 is thus e.g. a V-lambda filter, a transmission filter or an absorption filter.
  • the filter 905 is provided in the light beam having the highest temperature drift.
  • An exemplary embodiment for the filter 905 is that it is designed such that at least one further dependency of the color locus on the wavelength is taken into account for at least one further light source.
  • a corresponding drift of the blue (and / or green) light can also be taken into account, to a certain extent by the drift of the red light.
  • the control can be supplied with information that enable a drive not only of the red laser 902, but also the blue laser 903 and the green laser 904. In such an embodiment, the sensors 907 and 908 and the associated expense can be eliminated accordingly.
  • the filter 905 may be embodied as a V-lambda filter, by means of which, for example, a brightness sensitivity is determined only in a single beam path and the brightnesses for a part or for all lasers are set as a function of a change by means of the control 901.
  • electrically pumped semiconductor lasers can be used in particular for the red or blue light beam.
  • red or blue light beam For example, have a red
  • Diode laser has a wavelength drift of 0.25 nm / K and a blue diode laser has a wavelength drift of 0.05 nm / K.
  • an optically pumped infrared semiconductor laser with intra-cavity frequency doubling can be used.
  • Such an infrared semiconductor laser is largely temperature independent, i. it shows no significant change in emitted wavelength over temperature.
  • the controller 901 may be embodied, for example, in the form of an ASIC.
  • the light beams emitted by the individual lasers 902 to 904 can generally be detected via any desired sensors, in particular via the photodiodes 906 to 908 shown.
  • a change in the brightness can also be detected and compensated (at least in part) by means of the control 901.
  • the controller 901 can set the respective laser current or the respective laser power so that the photocurrent of the photodiodes is substantially constant.
  • separate filters may be provided for the green laser 904 and for the blue laser diode 903, if separately determining separately the change in wavelength versus temperature determined and / or (at least partially) to be compensated.
  • the filter functions for the green and the blue light beam can be set as constant in a defined spectral range, ie.
  • f_G ( ⁇ _G) constant (i.e., the control realizes a constant output power)
  • f B ( ⁇ B) constant (i.e., the control realizes a constant output power).
  • the filter function f_R ( ⁇ _R (T)) for the red light beam may be realized as an optical transmission filter, i. Depending on the wavelength, different amounts of light impinge on the photodiode 906.
  • the transmission can depend in particular linearly on the wavelength:
  • Tr0 indicates the transmission of the filter at the reference wavelength ⁇ _R.
  • TrO is preferably to be dimensioned depending on the sensitivity of the respective photodiode.
  • a criterion for whether the deviation is visible to the human eye can be determined by the position of the current white point color locus relative to the MacAdams ellipse around the reference white point (eg D65).
  • Color loci lying within an ellipse of, for example, 5 times the length of the half axes of the MacAdams ellipse are perceived by the human eye to be identical to the reference white point.
  • this measure based on the MacAdams ellipse can be used to allow some tolerance for color drift.
  • a more or less stable white point can be predetermined, for example, depending on the application and / or quality of a product. Accordingly, the regulation or the necessary components in connection with the regulation are scalable with regard to effort and thus costs.
  • the range of values for the above-mentioned parameter s of the transmission filter may preferably be chosen such that the above-mentioned. MacAdams criterion is met. For this purpose, e.g. the parameter s within an interval [4%; 4.8%] per nm.
  • FIG. 10 shows a further block diagram for an exemplary embodiment in which the filter function is implemented as an optical transmission filter, wherein, in contrast to FIG. 9, only a single photodiode is used.
  • An RGB laser module comprises a red laser diode 1002, a blue laser diode 1003 and a largely temperature-independent green laser 1004.
  • the green laser emits a green light beam, which is deflected by a triple beam combination mirror 1008 with a specific transmission and reflection on the one hand to a photodiode PD 1007 and on the other hand to a spatially superimposed RGB laser beam 1006 is combined.
  • the blue laser diode 1003 emits a blue laser beam, which is supplied via a mirror to the beam combination mirror 1008 and thus to the RGB laser beam 1006 and to the photodiode PD 1007.
  • the red laser diode 1002 emits a red laser beam, which is supplied via a mirror to the beam combination mirror 1008 and thus to the RGB laser beam 1006 and to the photodiode PD 1007.
  • a filter 1005 is arranged, in particular a V-lambda filter, a
  • Transmission filter or an absorption filter can be.
  • the signal detected by the photodiode 1007 is passed to a controller 1001, which consequently drives the laser diodes 1002, 1003 and the laser 104.
  • the filter 1005 may be an optical transmission filter having a wavelength-dependent transmission, e.g. according to equation 108 (see FIG.
  • the optical transmission filter can be designed so that it in the three wavelength ranges red, green and blue o.g. Function realized by the wavelength.
  • the regulation of the individual RGB lasers can be sequential, i. Color by color, the photodiode signal is read out by the control electronics (ASIC) and the power of the corresponding laser is adjusted.
  • the photodiodes of the red and blue lasers are positioned near the laser back facet and thus the laser back facet power is detected. From the back facet of the laser, an optical power is emitted whose value is proportional to the power emitted from the front facet of the laser. This arrangement allows an even more compact design of the RGB laser module.
  • the filter function can be realized both as a reflective and / or as an absorbing optical layer.
  • TrO_R, TR0_G, TR0_B may be realized in the technical implementation of the filter as a neutral density filter (e.g., as an additional optical device) or as an integrated solution along with the wavelength dependent portion of the filter.
  • MacAdam's ellipses vary according to the position of the selected color point in the color space, the tolerance for the filter slope s can be adjusted accordingly.
  • the approach presented here allows the use of a control with a wavelength-dependent filter function in the control loop, taking into account the brightness perception of the human eye at different wavelengths. This allows for improved white point stability.
  • Another advantage is that the solution presented allows an efficient and cost-effective implementation. In particular, the cost of an otherwise complex and complex control electronics can be reduced.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit angegeben, wobei die Leuchteinheit halbleiterbasierte Laser zur Erzeugung eines RGB-Signals aufweist. Es wird mindestens eine Komponente des RGB-Signals, insbesondere ein von einem halbleiterbasierten Laser stammender Lichtstrahl, über ein Filter einem Sensor zugeführt und anhand des von dem Sensor detektierten Signals wird mindestens einer der halbleiterbasierten Laser angesteuert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit.
Bei einem RGB-Lasermodul für sogenannte Embedded- Projektionsanwendungen werden halberleiterbasierte Laserstrahlquellen (Laserquellen oder Laser) zur Lichterzeugung eingesetzt. Die optische Ausgangsleistung der Laserquelle ist dabei oftmals von der Temperatur abhängig. Auch kann die emittierte Wellenlänge der Laserquelle von der Temperatur beeinflusst sein.
Diese beiden Temperaturabhängigkeiten führen zu signifikanten Veränderungen einer mittels mehrerer Laserquellen erzeugten Mischfarbe bei dem Betrieb des RGB- Lasermodul bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und verhindern somit eine farbgetreue Wiedergabe von Bildinformationen beispielsweise eines RGB-Laserprojektors .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine vergleichsweise farbgetreue Wiedergabe von
Bildinformationen zu ermöglichen, wobei die Bildinformation durch die Mischung unterschiedlicher Lichtquellen, zumindest einer halbleiterbasierten Lichtquelle, erreicht wird.
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 zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit angegeben, wobei die Leuchteinheit halbleiterbasierte Laser zur Erzeugung eines RGB-Signals aufweist. Es wird mindestens eine Komponente des RGB-Signals, insbesondere ein von einem halbleiterbasierten Laser stammender Lichtstrahl, über ein Filter einem Sensor zugeführt und anhand des von dem Sensor detektierten Signals wird mindestens einer der halbleiterbasierten Laser angesteuert.
Hierbei sei angemerkt, dass der Farbpunktabgleich eine Farbpunkteinstellung bzw. eine fortwährende oder iterative Kontrolle eines eingestellten Farbpunktes umfassen kann. Insbesondere kann das Verfahren als ein Regelverfahren zur kontinuierlichen oder zeitdiskreten Einstellung bzw. Kontrolle des Farbpunkts eingesetzt sein.
Weiterhin sei angemerkt, dass halbleiterbasierte Laserquellen einsetzbar sind. Auch können Leuchtdioden unterschiedlicher Farben und/oder Halbleiterlaser als Lichtquellen Verwendung finden.
Auch sei angemerkt, dass die Komponente des RGB-Signals einen Lichtstrahl des roten halbleiterbasierten Lasers, des grünen halbleiterbasierten Lasers und/oder des blauen halbleiterbasierten Lasers umfassen kann.
Das Filter kann insbesondere ein optisches Filter sein.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass eine effiziente und applikationsabhängig skalierbare Möglichkeit der Einstellung oder zum Abgleich des
Farbpunkts geschaffen wird. Insbesondere kann es sich bei dem Farbpunkt um einen Weißpunkt, z.B. "D65", handeln.
Der vorgestellte Ansatz ermöglicht die Reduzierung bzw. Kompensation eines Driften des Farbpunktes insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur. So können wirksam Wellenlängendrifts bzw. Leistungsdrifts der halbleiterbasierten Laser unter Einhaltung eines im wesentlichen stabil erscheinenden Farbpunkts ausgeglichen werden .
Eine Weiterbildung ist es, dass mehrere halbleiterbasierte Laser sequentiell anhand des jeweilig zugehörigen detektierten Signals angesteuert werden.
Beispielsweise kann Farbe für Farbe das von dem Sensor, z.B. von einer Photodiode, detektierte Signal von einer Regelung oder von einer Ansteuerelektronik (die beispielsweise in Form eines ASIC realisiert sein kann) ausgelesen und die Leistung des entsprechenden Lasers angepasst werden. Entsprechend ist die Verarbeitung in derartigen Zeitschlitzen (z.B. je ein Zeitschlitz für die Ansteuerung eines Lasers) effizient unter Verwendung nur eines Sensors für alle Komponenten des RGB Signals, d.h. für alle Lichtstrahlen der halbleiterbasierten Laser, möglich .
Auch ist es eine Möglichkeit, dass alle Komponenten des RGB-Signals über das Filter dem Sensor zugeführt werden.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass mehrere Komponenten des RGB-Signals je einem Sensor zugeführt werden und anhand des von dem jeweiligen Sensor detektierten Signals der mindestens eine halbleiterbasierte Laser angesteuert wird.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass mehreren Filter für mehrere Komponenten des RGB-Signals vorgesehen sind.
Insbesondere kann pro Komponente bzw. Lichtstrahl des RGB- Signals mindestens ein Filter vorgesehen sein. Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Sensor eine Photodiode umfasst, wobei die Photodiode insbesondere in der Nähe einer Laser-Rückfacette angeordnet ist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass eine Regelung zur
Ansteuerung des mindestens einen halbleiterbasierten Lasers vorgesehen ist.
Diese Regelung kann in Form eines Rechners realisiert sein. Insbesondere kann die Regelung Hardware- und/oder Software- Komponenten umfassen. Beispielsweise kann die Regelung in Form eines ASICs realisiert sein.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst der Farbpunktabgleich einen Weißpunktabgleich oder eine Weißpunkteinstellung oder eine Weißpunktregelung.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der Farbpunktabgleich im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz erfolgt, wobei die vorgegebenen Toleranz insbesondere anhand eines MacAdams Abstands bestimmt ist/wird.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die Leuchteinheit einen roten halbleiterbasierten Laser, einen grünen halbleiterbasierten Laser und einen blauen halbleiterbasierten Laser umfasst.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass der grüne halbleiterbasierte Laser ein optisch oder elektrisch gepumpter Infrarot-Halbleiterlaser insbesondere mit einer Frequenzverdopplung ist.
Hierbei kann es sich um eine Frequenzverdopplung innerhalb des Resonators (Inter-Cavity-Frequenzverdopplung) oder um eine Frequenzverdopplung außerhalb des Resonators (Extra- Cavity-Frequenzverdopplung) handeln . Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass das Filter eines der folgenden Filter umfasst:
- ein V-Lambda-Filter ;
- ein Absorptionsfilter; - ein Transmissionsfilter.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass das Filter derart ausgelegt ist, dass mindestens eine weitere Abhängigkeit eines Farborts von einer Wellenlänge mindestens einer anderen Lichtquelle berücksichtigt wird.
Somit ist es möglich, dass nur mit einem einzigen Filter die Wellenlängenveränderung über die Temperatur für mehrere Laser berücksichtigt wird, wobei das Filter lediglich in einem Strahlengang eines Lasers angeordnet sein kann. Das anhand des Filters von dem Sensor detektierte Signal lässt somit nicht nur Rückschlüsse über die Wellenlängendrift des aktuellen Lichtstrahls, sondern auch über die Wellenlängendrift eines weiteren (nicht von dem Filter erfassten) Lichtstrahls zu. Dies ist z.B. möglich, indem im Rahmen der Auswertung die Korrelation zwischen Wellenlängendrifts bestimmt wird und abhängig von dem Ergebnis mehrere halbleiterbasierte Laser eingestellt werden .
Entsprechend kann eine Helligkeitsveränderung mit veränderlicher Temperatur festgestellt und (zumindest teilweise) kompensiert werden.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass der halbleiterbasierte Laser eine Laserdiode umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Filter für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich, insbesondere in einem sichtbaren Spektrum, ausgelegt ist. So kann das Filter vorteilhaft für einen bestimmten Wellenlängenbereich eines Lichtstrahls bzw. einer Komponente des RGB-Signals ausgelegt sein. Dies ermöglicht eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung des Filters.
Weiterhin wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe eine Vorrichtung zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit vorgeschlagen - mit halbleiterbasierten Lasern zur Erzeugung eines
RGB-Signals,
- mit mindestens einem Filter über das mindestens eine Komponente des RGB-Signals mindestens einem Sensor zuführbar ist, - mit einer Regelung, die anhand eines von dem Sensor detektierten Signals mindestens einen der halbleiterbasierten Laser ansteuert.
Auch wird zur Lösung der obigen Aufgabe eine Vorrichtung angegeben umfassend eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist.
Besagte Prozessoreinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, EinAusgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.
Weiterhin kann eine festverdrahtete oder logische
Schaltungseinheit, z.B. ein FPGA oder ein ASIC oder eine sonstige integrierte Schaltung z.B. als Ansteuerung oder Regelung vorgesehen sein.
Insbesondere kann die Vorrichtung somit eine Einheit zur parallelen Verarbeitung von Signalen und/oder eine Einheit zur seriellen Verarbeitung von Signalen umfassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine Gleichung zur Beschreibung eines Weißpunkts
[w] , eine Gleichung 102 zur Beschreibung der Farben rot, grün, blau und eine Weißpunktstabilitätsgleichung 103;
Fig.2 Abhängigkeiten von Tristimulus-Werten der RGB-Laser in Abhängigkeit von der Wellenlänge in Form sogenannter "Color-Matching-Funktionen" ;
Fig.3 eine Gleichung 104 zur Veranschaulichung der
Verknüpfung der Tristimulus-Werte der RGB-Laser mit den Wellenlängen;
Fig.4 eine Gleichung 105 zur Auflösung der Weißpunktstabilitätsgleichung 103;
Fig.5 eine Gleichung 106 umfassend Filterfunktionen und eine Gleichung 107 zur Darstellung der Regelkreise;
Fig.6 ein Diagramm mit beispielhaften Veränderungen der Wellenlängen für einen roten, einen grünen und einen blauen Laser in Abhängigkeit von der Temperatur;
Fig.7 eine CIE-Normfarbtafel zur Veranschaulichung einer Farbortveränderung eines Weißpunkts in Richtung zu türkis;
Fig.8 ein Diagramm mit beispielhaften Laserleistungen für einen roten, einen grünen und einen blauen Laser in Abhängigkeit von der Temperatur; Fig.9 ein Blockschaltbild zur Einstellung und Regelung auf einen nahezu konstanten Farbpunkt, wobei jeder Strahl einer RGB-Lichtquelle mit einer eigenen Photodiode detektiert wird und anhand der mittels der Photodioden ermittelten Signale die RGB- Lichtquelle angesteuert wird, wobei zusätzlich in dem roten Lichtstrahl vor der Photodiode ein optisches Filter angeordnet ist;
Fig.10 zeigt ein Blockschaltbild einer alternativen Einstellung und Regelung auf einen nahezu konstanten Farbpunkt, wobei das RGB-Signal einer RGB-Lichtquelle auch über ein Filter mittels einer Photodiode detektiert wird und anhand Signals der
Photodiode die drei Lichtquellen angesteuert werden;
Fig.11 eine Gleichung 108 zur Beschreibung einer wellenlängenabhängigen Transmission.
Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht einen (nahezu) konstanten Weißpunkt mittels einer Einstellung bzw. Regelung einer Leistung mindestens einer halbleiterbasierten Laserquelle. Insbesondere kann die Leistung für mehrere halbleiterbasierte Laserquellen separat einstellbar sein.
Dabei kann als Regelgröße ein Produkt aus der Leistung der halbleiterbasierten Laserquelle (nachfolgend bezeichnet als „Laser") und einer aus der Kolorimetrie abgeleiteten Filterfunktion konstant gehalten werden. Insbesondere kann dies (z.B. unabhängig) für mehrere Lichtquellen des RGB- Moduls erfolgen.
Die Filterfunktion berücksichtigt dabei eine Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge und eine daraus resultierende notwendige Anpassung der optischen Ausgangsleistung des Lasers, so dass ein stabiler Weißpunkt erreicht werden kann. Hierbei sei angemerkt, dass ein stabiler bzw. konstanter Weißpunkt z.B. ein Weißpunkt mit einer vorgegebenen Toleranz ist, z.B. ein Weißpunkt innerhalb einer vorbestimmten Abweichung. Insbesondere kann eine derartige Toleranz produktspezifisch vorgegeben sein.
Die Form der Filterfunktion wird aus einer sogenannten Weißpunktstabilitätsgleichung abgeleitet.
Beispielsweise ist es möglich, für die drei Farben rot, grün und blau je einen Regelkreis vorzusehen wie folgt:
S_R(T) = P_R * f_R(λ_R(T)) S_G(T) = P_G * f_G(λ_G(T)) S_B(T) = P_B * f_B(λ_B(T))
Hierbei bezeichnen: S_R(T), S_G(T), S_B(T) Regelgrößen,
P R, P G, P B optische Ausgangsleistungen der jeweiligen RGB-Laser als Stellgrößen, λ_R(T), λ_G(T), λ_B(T) temperaturabhängige Wellenlängen der RGB-Laser.
Die Regelkreise stellen die Stellgrößen P_R, P_G, P_B so ein, dass die Regelgrößen S_R(T), S_G(T), S_B(T) stabil auf den Werten
S_R(Tcal)
S_G(Tcal)
S_B(Tcal)
gehalten werden. Diese Werte S_R(Tcal), S_G(Tcal),
S_B(Tcal) können mittels einer Kalibrierung bei einer Temperatur Tcal ermittelt werden. Somit können die optischen Ausgangsleistungen P_R, P_G, P_B so eingestellt werden, dass ein vorgegebener Weißpunkt [w] (z.B. „D65") und ein vorgegebener Lichtfluss L erreicht werden.
Beispielsweise können die Filterfunktionen f R(λ R(T)), f_G(λ_G(T)), f_B(λ_B(T)) in Form eines optischen Filters, z.B. als ein Transmissionsfilter, realisiert werden.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Möglichkeit für die Filterfunktionen f_R(λ_R(T)), f_G(λ_G(T)), f_B(λ_B(T)) erläutert. Kolorimetrischen Formeln beziehen sich beispielhaft auf den CIE 1931 Standard („CIE- Normvalenzsystem") .
Zur Erzeugung eines konstanten Weißpunktes [w] gemäß Gleichung 101 (siehe Fig.l), mit den Tristimulus-Werten Xw, Yw, Zw werden drei Laser-Strahlen mit den Farben rot [R] , grün [G] und blau [B] gemäß Gleichung 102 (siehe Fig.l) und den radiometrischen Leistungen P_R(λ_R(T)), P_G(λ_G(T)), P_B(λ_B(T)) zu Gleichung 103 (Fig.l) überlagert. Die Gleichung 103 wird nachfolgend auch als „Weißpunktstabilitätsgleichung" bezeichnet .
In Fig.2 sind Abhängigkeiten von Tristimulus-Werten der RGB-Laser in Abhängigkeit von der Wellenlänge als sogenannte „Color-Matching-Funktionen" 201 bis 203 nach CIE 1931 dargestellt.
Entsprechend können die Tristimulus-Werte der RGB-Laser gemäß Gleichung 104 (siehe Fig.3) mit den Wellenlängen λ_R(T), λ_G(T), λ_B(T) verknüpft sein.
Die vorstehend beschriebene Weißpunktstabilitätsgleichung lässt sich nach den radiometrischen Leistungen gemäß Gleichung 105 (siehe Fig.4) auflösen. Zur übersichtlicheren Darstellung wurde bei der Umformung auf eine explizite Darstellung der Wellenlängen- und Temperaturabhängigkeiten verzichtet .
Die Weißpunktstabilitätsgleichung 105 kann wie folgt interpretiert werden: Werden die radiometrischen Leistungen P_R(λ_R(T)), P_G(λ_G(T)), P_B(λ_B(T)) gemäß der obigen Vorschrift eingestellt, so wird der Weißpunkt [w] auch bei temperaturbedingten Wellenlängenschwankungen der Laser stabil gehalten.
Anhand der in Gleichung 106 (siehe Fig.5) gezeigten Filterfunktionen f_R(λ_R(T)), f_G(λ_G(T)), f_B(λ_B(T)) werden für die Leistungsregelung die aus der Weißpunktstabilitätsgleichung resultierenden RGB- Leistungswerte bestimmbar.
Somit können die Filterfunktionen gemäß Gleichung 106 in den Regelkreisen entsprechend Gleichung 107 (siehe Fig.5) eingesetzt werden. Damit kann der jeweilige Regelkreis eine temperaturabhängige bzw. eine wellenlängenabhängige Leistung mindestens eines Lasers gemäß der Weißpunktstabilitätsgleichung bereitstellen.
Entsprechend ist es möglich, dass der hier vorliegende
Ansatz mindestens einen, insbesondere für jeden Laser einen eigenen, Regelkreis vorsieht, der jeweils mindestens eine Filterfunktion entsprechend Gleichung 106 umsetzt und somit effektiv Temperaturschwankungen reduziert bzw. kompensiert und einen im Wesentlichen stabilen Weißpunkt ermöglicht.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform kann zur Anpassung der optischen Ausgangsleistung mindestens eines Lasers (oder mehrerer RGB-Laser) ein anfangs eingestellten Weißpunkt (z.B. „D65") unabhängig von Temperaturänderungen in einem vorgegebenen Bereich stabil gehalten werden. Beispielsweise kann ein roter Laser (mit einer Wellenlänge von ca. 640 nm) vorgesehen sein, dessen Wellenlänge sich aufgrund der Halbleitermaterialeigenschaften um ca. 0,25 nm pro Kelvin ändert. Bei einem beispielhaft eingesetzten blauen Lasers (mit einer Wellenlänge von ca. 440 nm) ändert sich die Wellenlänge aufgrund der
Halbleitermaterialeigenschaften um ca. 0,05 nm pro K. Vorzugsweise kann weiterhin ein grüner Laser (mit einer Wellenlänge von ca. 528 nm) vorgesehen sein, dessen Wellenlänge weitgehend unabhängig von Temperaturänderungen aufgrund der Anordnung mit einer Intra-Cavity- Frequenzverdopplung ist.
Fig.6 zeigt beispielhaft Veränderungen der Wellenlängen für den roten Laser 601, für den grünen Laser 602 und für den blauen Laser 603 in Abhängigkeit von der Temperatur.
Aufgrund der Veränderung der Laser-Wellenlängen mit der Temperatur verändern sich die Tristimulus-Werte der RGB- Laser gemäß der Color-Matching Funktionen. Werte für die Color-Matching Funktionen sind z.B. tabellarisch der Literatur entnehmbar.
Somit können Tristimulus-Werte des resultierenden weißen Lichtes durch Addition der RGB Tristimulus-Werte bestimmt werden :
TX_w = TX_R + TX_G + TX_B
TY_w = TY_R + TY_G + TY_B TZ_w = TZ_R + TZ_G + TZ_B
CIE Farbkoordinaten x, y des weißen Lichtes ergeben sich aus
x = TX / (TX+TY+TZ) und y = TY / (TX+TY+TZ) Fig.7 zeigt die aus den o.g. Formeln berechnete Farbortveränderung des weißen Lichts unter der Randbedingung, dass die optische Ausgangsleistung der RGB- Laser im Wesentlichen konstant gehalten wird. Aufgrund der in Fig.2 gezeigten temperaturabhängigen Drifts der Wellenlängen verändert sich der Farbeindruck von ursprünglichem weiß (z.B. D65) (im kalibrierten Zustand) hin zu türkis .
Diese Veränderung des Weißpunkt-Farbortes tritt z.B. bei
Temperaturveränderungen in einem Bereich von 200C bis 600C auf. Dies entspricht einer typischen Temperatur in den Gehäusen der Laser-Bauteile.
Eine Distanz in dem Farbraum zwischen dem Farbort in kalibriertem Zustand (z.B. D65) und in einem Zustand erhöhter Temperatur beträgt ohne die hier vorgestellte Kompensation ein Vielfaches des von MacAdams definierten maximalen Abstands zwischen zwei Farborten, die vom menschlichen Auge als unterscheidbare Farben wahrgenommen werden. Somit ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz beispielsweise, die Temperaturdrift der Laser innerhalb des MacAdams-Abstands einzuhalten und damit eine im Wesentlichen farbgetreue Wiedergabe von Bildinhalten.
Aufgrund linearer Überlagerung von Farbeindrücken ist es möglich, diejenige RGB-Laserleistung zu berechnen, mit der die o.g. Farbortveränderung reduziert bzw. kompensiert werden kann:
[w] = [TX_w; TY_w; TZ_w] !=
ι= pR(T) * [TX_R(λ_R(T) ) ;TY (λ_R(T) ) _R; TZ_R (λ_R (T) ) ] + + PG(T) * [TX_G;TY_G;TZ_G] + + PB(T) * [TX_B (λ_B (T) ) ;TY_B (λ_B (T) ) ;TZ_B (λ_B (T) ) ] =:
= : A * [PR(T) ; PG (T) ; PB (T) ] O [PR(T) ; PG (T) ; PB (T) ] = AΛ(-1) * [TX_w; TY_w; TZ_w] != [z.B. D65]
Die sich hieraus ergebenden Leistungen (für 20 Lumen bei z.B. D65 und bei einer Gehäusetemperatur in einem Bereich von 200C bis 600C) sind in Fig.8 gezeigt für den roten Laser 801, für den grünen Laser 802 und für den blauen Laser 803 in Abhängigkeit von der Temperatur.
Entsprechend zeigt sich, dass eine Anpassung der Leistungen für jeden Laser unterschiedlich ist, um einen stabilen Weißpunkt über einen bestimmten Temperaturbereich zu erreichen .
Vorteilhaft können drei unabhängige Regelkreise eingesetzt werden, um die o.g. Leistungsanpassungen durch Verwendung spezieller Filterfunktionen in hinreichend guter Näherung realisieren .
Diese Regelkreise können durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
P_R(λ_R(T)) * f_R(λ_R(T)) = konstant = S_R(Tcal)
P_G(λ_G(T)) * f_G(λ_G(T)) = konstant = S_G(Tcal)
P_B(λ_B(T)) * f_B(λ_B(T)) = konstant = S_B(Tcal)
Wobei P_R, P_G, P_B die Stellgrößen und S_R(Tcal), S_G(Tcal), S_B(Tcal) die Regelgrößen sind.
Der Wert der jeweiligen Regelgröße ergibt sich aus der Kalibrierung des Weißpunktes bei der Temperatur Tcal .
Die Funktionen f_R(λ_R(T)), f_G(λ_G(T)), f_B(λ_B(T)) können als spezielle Filterfunktionen ausgeführt sein. Insbesondere können die Filterfunktionen so gewählt sein, dass bei aktiver Regelung die in Fig.8 gezeigte Anpassung der RGB-Laserleistungen in hinreichend guter Näherung erreicht wird.
Eine solche Näherung kann erzielt werden, wenn der aktuelle Farbort des Weißpunktes trotz Temperaturveränderungen über den beispielhaften Bereich von 200C bis 600C innerhalb einer Ellipse z.B. mit einer 5-fachen Achsenlänge der entsprechenden MacAdams-Ellipse um den Farbort des kalibrierten Weißpunktes liegt. Somit kann durch die Erfindung eine farbgetreue Wiedergabe von Bildinformationen auch bei Veränderungen der Umgebungstemperatur erreicht werden .
Weitere Ausführungsbeispiele:
Die folgenden Ausführungen stellen Beispiele dar, die ggf. in Kombination mit den vorstehenden Erläuterungen oder zumindest Teilen davon kombinierbar sind.
Fig.9 zeigt ein Blockschaltbild für ein
Ausführungsbeispiel, bei dem die Filterfunktion als ein optisches Transmissionsfilter realisiert ist.
Ein RGB-Lasermodul umfasst eine rote Laserdiode 902, eine blaue Laserdiode 903 und einen weitgehend temperaturunabhängigen grünen Laser 904. Der grüne Laser 904 emittiert einen grünen Lichtstrahl, der von einem dreifachen Strahlkombinationsspiegel 910 mit einer bestimmten Transmission und Reflexion einerseits zu einer Photodiode PD G 908 für grünes Licht umgelenkt und andererseits zu einem räumlich überlagerten RGB Laserstrahl 909 kombiniert wird. Die blaue Laserdiode 903 emittiert einen blauen Laserstrahl, der über einen Spiegel einerseits dem Strahlkombinationsspiegel 910 und damit dem RGB Laserstrahl 909 zugeführt wird, andererseits zu einer Photodiode PD B 907 für blaues Licht gelenkt wird. Die rote Laserdiode 902 emittiert einen roten Laserstrahl, der über einen Spiegel einerseits dem Strahlkombinationsspiegel 910 und damit dem RGB Laserstrahl 909 zugeführt wird, andererseits über einen Filter 905 zu einer Photodiode PD R 906 für rotes Licht gelenkt wird.
Das Filter 905 kann insbesondere in einem Lichtstrahl oder in mehreren Lichtstrahlen des RGB-Lasermoduls angeordnet sein. Insbesondere kann jeder Lichtstrahl ein separates Filter aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Filter 905 um ein Filter, das eine wellenlängenabhängige Transmission zulässt. Das Filter 905 ist somit z.B. ein V- Lambda-Filter, ein Transmissionsfilter oder ein Absorptionsfilter.
Insbesondere ist es möglich, dass das Filter 905 in demjenigen Lichtstrahl vorgesehen ist, der die höchste Temperaturdrift aufweist.
Eine beispielhafte Ausführungsform für das Filter 905 besteht darin, dass es derart ausgelegt ist, dass mindestens eine weitere Abhängigkeit des Farborts von der Wellenlänge für mindestens eine weitere Lichtquelle berücksichtigt wird. Somit kann effizient beispielsweise für das in dem roten Strahlengang angeordnete Filter 905 in gewisser Näherung durch die Drift des roten Lichts auch eine entsprechende Drift des blauen (und/oder grünen) Lichts mitberücksichtigt werden. Somit kann nur anhand eines einzigen Filters 905 vor der Photodiode PD R 906 die Regelung mit Informationen versorgt werden, die eine Ansteuerung nicht nur des roten Lasers 902, sondern auch des blauen Lasers 903 bzw. des grünen Lasers 904 ermöglichen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel können die Sensoren 907 und 908 und der damit verbundene Aufwand entsprechend entfallen. Dementsprechend kann das Filter 905 als V-Lambda-Filter ausgeführt sein, anhand dessen beispielsweise nur in einem einzigen Strahlengang eine Helligkeitsempfindlichkeit festgestellt wird und abhängig von einer Veränderung mittels der Regelung 901 die Helligkeiten für einen Teil oder für alle Laser eingestellt werden.
Insbesondere für den roten bzw. blauen Lichtstrahl können jeweils elektrisch gepumpte Halbleiterlaser (Diodenlaser) eingesetzt werden. Beispielsweise haben ein roter
Diodenlaser eine Wellenlängendrift von 0,25 nm/K und ein blauer Diodenlaser eine Wellenlängendrift von 0,05 nm/K. Zur Erzeugung des grünen Strahlungsanteils kann ein optisch gepumpter Infrarot-Halbleiterlaser mit Intra-Cavity Frequenzverdopplung verwendet werden. Ein derartiger Infrarot-Halbleiterlaser ist weitgehend temperaturunabhängig, d.h. er zeigt keine signifikante Veränderung der emittierten Wellenlänge über die Temperatur .
Die Regelung 901 kann beispielsweise in Form eines ASICs ausgeführt sein. Die von den einzelnen Lasern 902 bis 904 emittierten Lichtstrahlen können allgemein über beliebige Sensoren, insbesondere über die gezeigten Photodioden 906 bis 908 detektiert werden. Neben der Veränderung der Wellenlänge kann auch eine Veränderung der Helligkeit detektiert und mittels der Regelung 901 (zumindest teilweise) kompensiert werden. Die Regelung 901 kann den jeweiligen Laserstrom bzw. die jeweilige Laserleistung so einstellen, dass der Photostrom der Photodioden im Wesentlichen konstant ist.
Beispielsweise können für den grünen Laser 904 und für die blaue Laserdiode 903 separate Filter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, falls hier eine getrennte Bestimmung der Veränderung der Wellenlänge über die Temperatur separat ermittelt und/oder (zumindest teilweise) kompensiert werden soll .
Im Beispiel gemäß Fig.9 können die Filterfunktionen für den grünen und den blauen Lichtstrahl in einem definierten Spektralbereich als konstant angesetzt werden, d.h.
f_G (λ_G) = konstant (d.h. die Regelung realisiert eine konstante Ausgangsleistung) , f B (λ B) = konstant (d.h. die Regelung realisiert eine konstante Ausgangsleistung) .
Die Filterfunktion f_R(λ_R(T)) für den roten Lichtstrahl kann als ein optisches Transmissionsfilter realisiert sein, d.h. je nach Wellenlänge trifft unterschiedlich viel Licht auf die Photodiode 906. Die Transmission kann insbesondere linear von der Wellenlänge abhängen:
f_R(λ_R) = Tr0*(l-(λ_R - λ_R_0) * s)
Somit kann effektiv die Auswirkung von Veränderungen der Umgebungstemperatur auf die für die Farbmischung relevanten Parameter optische Leistung und Wellenlänge von der
Ansteuerelektronik detektiert und entsprechend (zumindest teilweise) kompensiert werden.
Der Wert TrO gibt die Transmission des Filters bei der Referenz-Wellenlänge λ_R an. TrO ist vorzugsweise abhängig von der Empfindlichkeit der jeweiligen Photodiode zu dimensionieren .
Beispielsweise ist es somit möglich, die Farbortdrift des Weißpunkts mit einer Abweichung von einem Soll-Farbort (z.B. D65) in dem CIE-Farbraum zu stabilisieren. Ein Kriterium dafür, ob die Abweichung für das menschliche Auge sichtbar wird, ist durch die Lage des aktuellen Weißpunkt-Farbortes relativ zur MacAdams-Ellipse um den Referenz-Weißpunkt (z.B. D65) bestimmbar. Farborte, die innerhalb einer Ellipse mit beispielsweise der 5-fachen Länge der Halbachsen der MacAdams Ellipse liegen, werden vom menschlichen Auge als identisch zum Referenz-Weißpunkt wahrgenommen. Somit kann dieses auf der MacAdams Ellipse basierende Maß eingesetzt werden, um eine gewissen Toleranz für einen Farbdrift zuzulassen. Entsprechend einer jeweils geforderten Genauigkeit kann z.B. abhängig von der Applikation und/oder Güte eines Produkts ein mehr oder weniger stabiler Weißpunkt vorgegeben sein. Entsprechend sind die Regelung bzw. die notwendigen Komponenten im Zusammenhang mit der Regelung im Hinblick auf Aufwand und damit Kosten skalierbar.
Der Wertebereich für den oben genannten Parameter s des Transmissionsfilters kann vorzugsweise so gewählt sein, dass das o.g. MacAdams-Kriterium erfüllt ist. Dazu ist z.B. der Parameter s innerhalb eines Intervalls [4%; 4,8%] pro nm vorgebbar.
Fig.10 zeigt ein weiteres Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Filterfunktion als ein optisches Transmissionsfilter realisiert ist, wobei im Gegensatz zu Fig.9 lediglich eine einzelne Photodiode eingesetzt wird.
Ein RGB-Lasermodul umfasst eine rote Laserdiode 1002, eine blaue Laserdiode 1003 und einen weitgehend temperaturunabhängigen grünen Laser 1004. Der grüne Laser emittiert einen grünen Lichtstrahl, der von einem dreifachen Strahlkombinationsspiegel 1008 mit einer bestimmten Transmission und Reflexion einerseits zu einer Photodiode PD 1007 umgelenkt und andererseits zu einem räumlich überlagerten RGB Laserstrahl 1006 kombiniert wird. Die blaue Laserdiode 1003 emittiert einen blauen Laserstrahl, der über einen Spiegel dem Strahlkombinationsspiegel 1008 und damit dem RGB Laserstrahl 1006 sowie der Photodiode PD 1007 zugeführt wird. Die rote Laserdiode 1002 emittiert einen roten Laserstrahl, der über einen Spiegel dem Strahlkombinationsspiegel 1008 und damit dem RGB Laserstrahl 1006 sowie der Photodiode PD 1007 zugeführt wird.
Vor der Photodiode PD 1007 ist ein Filter 1005 angeordnet, das insbesondere ein V-Lambda-Filter, ein
Transmissionsfilter oder ein Absorptionsfilter sein kann. Das von der Photodiode 1007 detektierte Signal wird an eine Regelung 1001 geleitet, die infolgedessen die Laserdioden 1002, 1003 sowie den Laser 104 ansteuert.
Insbesondere kann es sich bei dem Filter 1005 um ein optisches Transmissionsfilter handeln, das eine wellenlängenabhängige Transmission z.B. gemäß Gleichung 108 (siehe Fig.11) aufweist.
Der optische Transmissionsfilter kann dabei so ausgelegt sein, dass er in den drei Wellenlängenbereichen rot, grün und blau die o.g. Funktion von der Wellenlänge realisiert. Die Regelung der einzelnen RGB-Laser kann sequentiell erfolgen, d.h. Farbe für Farbe wird das Photodiodensignal von der Ansteuerelektronik (ASIC) ausgelesen und die Leistung des entsprechenden Lasers angepasst.
Auch ist es möglich, dass die Photodioden des roten und blauen Lasers in der Nähe der Laser-Rückfacette positioniert sind und somit die Laser-Rückfacetten-Leistung detektiert wird. Aus der Rückfacette des Lasers wird eine optische Leistung emittiert, deren Wert proportional zu der aus der Frontfacette des Lasers emittierten Leistung ist. Diese Anordnung ermöglicht eine noch kompaktere Bauform des RGB-Laser-Moduls .
Die Filterfunktion kann sowohl als eine reflektierende und/oder als eine absorbierende optische Schicht realisiert werden .
Die Werte für TrO_R, TR0_G, TR0_B können in der technischen Umsetzung des Filters als ein Neutral-Dichte-Filter (z.B. als ein zusätzliches optisches Bauteil) oder als eine integrierte Lösung zusammen mit dem wellenlängenabhängigen Anteil des Filters realisiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz gilt für beliebige Farbpunkte, insbesondere Weißpunkte, im Farbraum. Da die Größe der
MacAdams Ellipsen je nach Position des gewählten Farbpunkts im Farbraum variiert, kann die Toleranz für die Filtersteigung s entsprechend angepasst werden.
Weitere Vorteile:
Der hierin vorgestellte Ansatz ermöglicht den Einsatz einer Regelung mit einer wellenlängenabhängigen Filterfunktion im Regelkreis unter Berücksichtigung des Helligkeitsempfindens des menschlichen Auges bei unterschiedlichen Wellenlängen. Dies ermöglicht eine verbesserte Weißpunktstabilität.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die vorgestellte Lösung eine effiziente und kostengünstige Umsetzung ermöglicht. Insbesondere können die Kosten für eine ansonsten aufwändig und komplexe Ansteuerelektronik reduziert werden.
Auch ist es von Vorteil, dass keine gesonderte Temperaturmessung benötigt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit umfassend halbleiterbasierte Laser (902, 903, 904) zur Erzeugung eines RGB-Signals (909),
- bei dem mindestens eine Komponente des RGB-Signals (909) über ein Filter (905) einem Sensor (906) zugeführt wird und anhand eines von dem Sensor (906) detektierten Signals mindestens einer der halbleiterbasierten Laser (902, 903, 904) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere halbleiterbasierte Laser sequentiell anhand des jeweilig zugehörigen detektierten Signals angesteuert werden .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Komponenten des RGB-Signals je einem Sensor (906, 907, 908) zugeführt werden und anhand des von dem jeweiligen Sensor detektierten Signals der mindestens eine halbleiterbasierte Laser (902, 903, 904) angesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehreren Filter für mehrere Komponenten des RGB- Signals vorgesehen sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sensor eine Photodiode umfasst, wobei die
Photodiode insbesondere in der Nähe einer Laser- Rückfacette angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Regelung (901) zur Ansteuerung des mindestens einen halbleiterbasierten Lasers vorgesehen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Farbpunktabgleich einen Weißpunktabgleich oder eine Weißpunkteinstellung oder eine Weißpunktregelung umfasst .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Farbpunktabgleich im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz erfolgt, wobei die vorgegebenen Toleranz insbesondere anhand eines MacAdams Abstands bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leuchteinheit einen roten halbleiterbasierten Laser, einen grünen halbleiterbasierten Laser und einen blauen halbleiterbasierten Laser umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der grüne halbleiterbasierte Laser ein optisch oder elektrisch gepumpter Infrarot-Halbleiterlaser insbesondere mit einer Frequenzverdopplung ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filter eines der folgenden Filter umfasst:
- ein V-Lambda-Filter; - ein Absorptionsfilter;
- ein Transmissionsfilter.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filter derart ausgelegt ist, dass mindestens eine weitere Abhängigkeit eines Farborts von einer Wellenlänge mindestens einer anderen Lichtquelle berücksichtigt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filter für einen vorgegebenen
Wellenlängenbereich, insbesondere in einem sichtbaren Spektrum, ausgelegt ist.
14. Vorrichtung zum Farbpunktabgleich einer Leuchteinheit
- mit halbleiterbasierten Lasern (902, 903, 904) zur Erzeugung eines RGB-Signals (909), - mit mindestens einem Filter (905) über das mindestens eine Komponente des RGB-Signals mindestens einem Sensor (906) zuführbar ist,
- mit einer Regelung (901), die anhand eines von dem Sensor (906) detektierten Signals mindestens einen der halbleiterbasierten Laser (902, 903, 904) ansteuert .
15. Vorrichtung zur Ansteuerung mindestens eines halbleiterbasierten Lasers mit einer Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchführbar ist.
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