EP2499883B1

EP2499883B1 - Led-leuchtvorrichtung und verfahren zum betreiben einer led-leuchtvorrichtung

Info

Publication number: EP2499883B1
Application number: EP11701785.5A
Authority: EP
Inventors: Tobias Frost; Bakuri Lanchava
Original assignee: Osram Beteiligungsverwaltung GmbH
Current assignee: Osram Beteiligungsverwaltung GmbH
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: US9392664B2; DE102010028406A1; CN102754526B; EP2499883A1; WO2011098334A1; JP2013519970A; CN102754526A; US20120306379A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Leuchtvorrichtung und eine LED-Leuchtvorrichtung.
WO 2006/063552 A1 betrifft ein Kfz-Scheinwerferelement, welches wenigstens eine Leuchtdiode (LED) und wenigstens eine Steuervorrichtung aufweist, die geeignet ist, ein von einer Messgröße abhängiges Signal zu verarbeiten und einen Strom entsprechend dem Signal in die Leuchtdiode einzuprägen, wobei die Steuervorrichtung und die Leuchtdiode auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
US 2004/0036418 A1 betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines geschlossenen Regelkreises unter Verwendung von Dauerstromschalttechniken. Mittels Steuerns des Stroms, der Leuchtdioden (LEDs) zugeführt wird, können die LEDs mit oder nahe an ihrer maximalen Kapazität betrieben werden, ohne die Gefahr, die LEDs zu überlasten und ohne dass übermäßige Strommengen verwendet werden. Eine Schaltung weist mehrere High-Side-Schalter auf, von denen jeder mit einem LED-Array verbunden ist. Die LED-Arrays sind über eine Spule mit einer Stromschaltungsbedienstelle verbunden, welche Strom auf Masse schaltet oder den Strom wieder zurückführt, um einen LED-Stromfluss in einem gewünschten Bereich aufrechtzuerhalten.
US 2006/0006821 A1 betrifft ein System und Verfahren zum Implementieren einer LED-basierten Leuchte, welche einen oder mehrere Farbkanäle enthält. Die Leuchte umfasst eine Steuerung, die eine optische Abtastung und Rückkopplung verwendet, um LEDs in jedem Kanal so zu steuern, dass sie eine durchgängige Leuchtstärke und/oder Farbausgabe bereitstellen. Die optische Rückkopplungsschleife mag der Leuchtensteuerung eine gleichmäßige Leuchtstärke und/oder Farbe der Leuchtenausgabe bereitstellen. Die Steuerung mag dann einen Strom und/oder ein Pulsbreitenmodulations (PWM)-Tastverhältnis einstellen, welche separaten Farbkanälen der Leuchte zugeführt werden, um die gewünschte Leuchtstärke und/oder Farbe zu erhalten.
US 2002/0097000 A1 betrifft ein LED-Leuchtensystem zum Bereitstellen von Leistung für LED-Lichtquellen, um eine gewünschte Lichtfarbe bereitzustellen, das eine Stromversorgungsstufe aufweist, die dazu ausgestaltet ist, ein Gleichstromsignal bereitzustellen. Eine Lichtmischungsschaltung ist mit der Stromversorgungsstufe gekoppelt und umfasst eine Vielzahl von LED-Lichtquellen mit roter, grüner und blauer Farbe, um Licht mit verschiedenen gewünschten Farbtemperaturen zu erzeugen. Ein Steuersystem ist mit der Stromversorgungsstufe gekoppelt und dazu ausgestaltet, der Stromversorgungsstufe Steuersignale bereitzustellen, um das Gleichstromsignal auf einem gewünschten Pegel zu halten, um die gewünschte. Lichtausgabe aufrechtzuerhalten. Das Steuersystem ist ferner dazu ausgestaltet, zu den LED-Lichtquellen zugehörige Lumenausgabeanteile zu schätzen, und zwar beruhend auf einer Übergangstemperatur der LED-Lichtquellen und Chromatizitätskoordinaten des gewünschten, an der Lichtmischungsschaltung zu erzeugenden Lichts. Die Lichtmischungsschaltung weist ferner einen Temperatursensor zum Messen der den LED-Lichtquellen zugehörigen Temperatur und einen Lichtdetektor zum Messen eines Lumenausgabepegels von von den LED-Lichtquellen erzeugtem Licht auf. Beruhend auf den gemessenen Temperaturen bestimmt das Steuersystem die Menge an Ausgabelumen, die jede der LED-Lichtquellen erzeugen muss, um die gewünschte gemischte Lichtausgabe zu erreichen, und der Lichtdetektor in Verbindung mit einer Rückkopplungsschleife erhält die benötigte Lumenausgabe für jede der LED-Lichtquellen aufrecht.
Die EP 1 898 677 A2 zeigt eine Farbsteuerung für eine Leuchte, bei der während der Messung einer Lichtquelle nur die zu messende Lichtquelle und damit -farbe aktiv ist.
Die Veröffentlichung WO 02/23954 A1 offenbart eine Leuchte mit einer Anordnung von roten, grünen und blauen Leuchtdioden und einem Steuersystem. Das Steuersystem ist dazu eingerichtet die einzelnen Komponenten so zu betreiben, dass ein gewünschter Farbeindruck dauerhaft aufrechterhalten werden kann.
DE 10 2005 049 579 A1 betrifft eine Lichtquelle, die mischfarbiges Licht aussendet, das Licht mindestens zwei verschiedener Farben enthält, das von einer Mehrzahl primärer Lichtquelle ausgesendet wird, bei der: die primären Lichtquelle in Gruppen eingeteilt sind und die Helligkeitswerte der primären Lichtquellen innerhalb einer Gruppe nach Farben getrennt ermittelt und gesteuert sind, so dass der Farbort des mischfarbigen Lichtes in einem vorgegebenen Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Lichtquelle angegeben sowie eine Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Lichtquelle, beispielsweise zur Hinterleuchtung eines Displays.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders nutzerfreundliche und einfach realisierbare Möglichkeit einer Nachstellung einer LED-Leuchtvorrichtung mit mindestens zwei Farbkanälen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Leuchtvorrichtung, wobei die LED-Leuchtvorrichtung mindestens aufweist:

mindestens zwei Farbkanäle, insbesondere unterschiedlicher Farbe, wobei jeder Farbkanal mindestens eine Leuchtdiode (LED) gleicher Farbe umfasst und wobei jeder Farbkanal getrennt oder individuell ansteuerbar ist, und
mindestens einen Photodetektor, welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs abgestrahlten Lichts zu detektieren,

Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung von einer Betriebsphase in eine Messphase;
zeitlich nacheinander folgendes (sequenzielles) Ansteuern oder Aktivieren der Farbkanäle so, dass ein während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine (integrale) Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht.

Die mindestens zwei Farbkanäle können auch unterschiedliche Farbkanäle gleicher Farbe umfassen. Jeder Farbkanal umfasst eine oder mehrere LEDs gleicher Farbe, z.B. in Reihe geschaltet oder parallel geschaltet.
Mittels des mindestens einen Photodetektors, insbesondere eines einzigen Photodetektors, wird ein Anteil oder Bruchteil des von den (insbesondere allen) LEDs abgestrahlten Lichts detektiert oder abgefühlt. Der Photodetektor kann z.B. eine Photodiode oder einen Phototransistor umfassen.
Die Betriebsphase entspricht einem normalen Betrieb der LED-Leuchtvorrichtung.
Unter einer Farbmischung oder integralen Farbmischung der Messphase kann insbesondere eine Addition des während der Messphase abgestrahlten Lichts der Farbkanäle verstanden werden.
Die Reihenfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle ist grundsätzlich nicht beschränkt. Die Reihenfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle kann für mehrere Messphasen gleich sein oder sich unterscheiden.
Das obige Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch das zeitlich nacheinander folgende (sequenzielle) Ansteuern der Farbkanäle der von dem Photodetektor detektierte Lichtstrom sich eindeutig und mit hoher Genauigkeit einem bestimmten Farbkanal zuordnen lässt. Dadurch entfällt ein Aufwand zum fehlerbehafteten Trennen oder Rekonstruieren der Lichtströme der einzelnen Farbkanäle. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine Korrelation zwischen einem Strom durch einen Farbkanal und der sich daraus ergebenden Lichtstärke oder Lichtstrom dieses Farbkanals zu bestimmen. Damit wiederum kann beispielsweise während der Betriebsphasen ein gewünschter Farbort und/oder eine gewünschte Lichtstärke genauer eingestellt oder eingeregelt werden.
Dadurch, dass ein während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht, wird gleichzeitig ein Farbeindruck der vorangegangenen Betriebsphase weitergeführt, so dass ein Betrachter die Messphase farblich nicht von der Betriebsphase unterscheiden kann und so die Messphase nicht als störend empfindet.
Es ist eine Ausgestaltung, dass während der Messphase jeder Farbkanal getrennt mittels einer Pulsweitenmodulation so angesteuert wird, dass ein Verhältnis von Pulsbreiten der Farbkanäle während der Messphase im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten der Farbkanäle während der Betriebsphase entspricht. Der zu der Betriebsphase gleiche Farbeindruck wird somit durch die Einstellung einer ähnlichen oder gleichen Pulsbreite erreicht, was besonders einfach zu bewerkstelligen ist.
Es ist eine für eine Erzeugung eines gleichen oder ähnlichen Farbeindrucks besonders vorteilhafte Ausgestaltung, dass eine Abweichung eines Verhältnisses der Pulsbreiten zweier Farbkanäle während der Messphase um nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 1%, von dem Verhältnis der Pulsbreiten dieser beiden Farbkanäle während der Betriebsphase abweicht.
Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass eine Strömhöhe für jeden der Farbkanäle getrennt so eingestellt wird, dass ein Verhältnis von Stromhöhen der Farbkanäle während der Messphase im Wesentlichen einem Verhältnis der Stromhöhen der Farbkanäle während der Betriebsphase entspricht. Dadurch kann ein gleicher oder ähnlicher Farbeindruck von Betriebsphase und Messphase durch ein Einhalten der Stromhöhenverhältnisse erreicht werden, z.B. wenn die Farbkanäle im Dauerbetrieb angesteuert werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine Lichtmenge während des Messzyklus' durch Einstellen einer Stromhöhe auf einen Wert gebracht wird, bei dem eine Signalhöhe oder Pegel eines Sensorsignals des mindestens einen Photodetektors in einem Bereich zwischen 75% und weniger als 100%, z.B. 99,5%, seiner maximalen Signalhöhe liegt. Dadurch kann einerseits ein ausreichend hoher Signalpegel mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) erreicht werden und gleichzeitig eine Sättigung des Photodetektors vermieden werden.
Es ist eine zum schnellen Einstellen des Pegels des Sensorsignals in dem Bereich zwischen 75% und weniger als 100% seiner maximalen Signalhöhe vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Lichtmenge mittels eines Suchalgorithmus' auf den Wert oder in den Bereich gebracht wird. Der Suchalgorithmus kann z.B. ein linearer Suchalgorithmus sein. Zum schnellen Einstellen des Pegels kann ein Suchalgorithmus verwendet werden, welcher schneller als der lineare Suchalgorithmus arbeitet, insbesondere ein binärer Suchalgorithmus oder eine Intervallsuche.
Beispielsweise kann es gewünscht sein, den Pegel des Sensorsignals zu reduzieren, wenn viel Licht in den Photodetektor zurückreflektiert und/oder aus der Umgebung eingestrahlt wird. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn der LED-Leuchtvorrichtung ein Lichtmischer wie beispielsweise ein Diffusor, eine strahlformende Optik usw nachgeschaltet ist, welcher vergleichsweise viel Licht zurückwirft. Dadurch kann der Photodetektor saturiert werden, so dass sich in der Messphase keine sinnvolle Korrelation zwischen einem Ansteuersignal eines Farbkanals und seinem Lichtstrom mehr ergibt.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Messphase zusätzlich zu dem Schritt des Ansteuerns der Farbkanäle einen Schritt eines Nichtansteuerns aller Farbkanäle aufweist. In dieser 'Dunkelphase' kann eine Auswirkung eines in die LED-Leuchtvorrichtung einfallenden Umgebungslichts auf das Sensorsignal bestimmt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Messphase zusätzlich Ausgleichsabschnitte aufweist, während derer die Farbkanäle wie während einer Betriebsphase angesteuert werden. So können die Farbkanäle während der Ausgleichsabschnitte auch gleichzeitig betrieben werden. Dadurch kann ein Helligkeitseindruck für einen Benutzer während der Messphase an einen Helligkeitseindruck während einer Betriebsphase angeglichen werden.
Wenn bedingt durch die unterschiedlich langen An-Zeiten oder Aktivierungsdauern der einzelnen Kanäle mehr Messungen durchgeführt werden können als für die Regelung notwendig, können in nachfolgenden Messphasen diese Messungen ausgelassen oder gezielt verkürzt werden, um den Zeitbedarf der Messphase zu reduzieren. In dieser Ausgestaltung kann der durch die ausgelassenen Messungen bedingte Fehler beispielsweise durch die Ausgleichsabschnitte korrigiert werden.
Für eine integrale Farbmischung, bei der die sequenzielle Ansteuerung der Farbkanäle von einem Benutzer aufgrund einer Augenträgheit als eine gleichzeitige Lichtausstrahlung wahrgenommen wird, ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung, dass eine Messphase nicht länger als ca. 40 ms dauert, insbesondere nicht länger als 20 ms, insbesondere nicht länger als 10 ms. Insbesondere kann eine Dauer der Messphase, bei der ein Farbkanal angesteuert wird, so lange dauern wie für die Messwerterfassung der einzelnen Kanäle notwendig ist, also z.B. auch ohne eine Dunkelphase.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine Zeitdauer zwischen zwei Messphasen nicht konstant ist. Dadurch kann unterdrückt werden, dass sich mehrere LED-Leuchtvorrichtungen, insbesondere mehrfach hintereinander, gleichzeitig (kollektiv) in ihrer Messphase befinden und so für einen Betrachter einen Unterschied zu einem Eindruck aus einer Betriebsphase verstärken. Dieser Effekt kann besonders wirksam unterdrückt werden, falls eine Zeitdauer zwischen zwei Messphasen nicht-deterministisch, z.B. zufällig oder pseudo-zufällig bestimmt, ist.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein während der Messphase von dem mindestens einen Photodetektor ausgegebenes Sensorsignal zumindest abschnittsweise dazu verwendet wird, eine Ansteuerung in einer folgenden Betriebsphase anzupassen. Dies kann z.B. in Form einer Rückkopplung geschehen. Beispielsweise kann das Ergebnis verwendet werden, um in einer Regelschleife die benötigte Lichtmenge zur Erreichung des Farbortes zu berechnen oder/und nachzuregeln.
Es ist vorteilhaft, die Farbkanäle in der Messphase in Reihenfolge der Helligkeit der Farbkanäle, bevorzugt in absteigender Reihenfolge, anzusteuern. Wenn eine Anpassung der Helligkeit durch eine Ansteuerung der Stromquelle erfolgt, ist die Zeitdauer, die die Stromquelle benötigt, um den gewünschten Leistungswert zu erreichen, entscheidend für die Zeitdauer der Messung. Diese kann je nach Stromquelle im Anstieg oder im Absenken unterschiedlich sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zu Anfang der Messung den "langsamen" Schritt zu wählen und dann für die Anpassungen in den einzelnen Schritten die "schnelle" Richtung zu verfolgen.
Die meisten Stromquellen ermöglichen eine schnelle Leistungs- und damit Stromstärkenreduktion aber nur eine langsame Erhöhung. Daher ist es besonders vorteilhaft, die Farbkanäle in absteigender Reihenfolge der Helligkeit anzusteuern, d.h. zunächst den Farbkanal mit der größten Helligkeit, dann den mit der zweitgrößten usw. bis zum Kanal mit der niedrigsten Helligkeit. Als Abschluss ist dann die Dunkelphase vorteilhaft, wenn eine solche vorgesehen ist. Damit ergibt sich eine besonders schnelle Messung und damit eine kurze Messphase, die die Gefahr, dass beim Betrachter sichtbare Helligkeitsschwankungen entstehen, minimiert.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine LED-Leuchtvorrichtung, wobei die LED-Leuchtvorrichtung mindestens aufweist:

mindestens zwei Farbkanäle, insbesondere unterschiedlicher Farbe, wobei jeder Farbkanal mindestens eine LED gleicher Farbe umfasst und wobei jeder Farbkanal getrennt ansteuerbar ist,
mindestens einen Photodetektor, welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs abgestrahlten Lichts zu detektieren,
eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung von einer Betriebsphase in eine Messphase und
eine Messphasenablaufsteuerung, die dazu eingerichtet ist, die Farbkanäle nacheinander so anzusteuern, dass ein während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht.

Die Umschalteinrichtung kann z.B. ein funktionaler Teil einer allgemeinen Steuereinrichtung der LED-Leuchtvorrichtung sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die LED-Leuchtvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren wie oben beschrieben auszuführen.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.

Fig.1: zeigt in drei Reihen jeweils einen Ausschnitt aus einem ersten, einem zweiten bzw. einem dritten Ansteuersignal für einen jeweils zugehörigen Farbkanal einer LED-Leuchtvorrichtung. Das Ansteuersignal ist als eine Auftragung eines Strompegels eines in den jeweiligen Farbkanal eingeprägten Stroms I gegen die Zeit T dargestellt;
Fig.2: skizziert eine möglich Ausgestaltung einer LEDLeuchtvorrichtung zur Durchführung der in Fig.1 gezeigten Abläufe.

Die erste Reihe aus Fig.1 zeigt einen Ausschnitt aus einem ersten Ansteuersignal S1 für einen ersten Farbkanal Ch1 einer LED-Leuchtvorrichtung. Der erste Farbkanal Ch1 beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer ersten Farbe, z.B. rot, welche gemeinsam mittels des gemeinsamen Ansteuersignals S1 angesteuert werden. Die roten Leuchtdioden des ersten, roten Farbkanals Ch1 können z.B. in Reihe geschaltet sein.
Die zweite Reihe zeigt einen Ausschnitt aus einem zweiten Ansteuersignal S2 für einen zweiten Farbkanal Ch2 einer LED-Leuchtvorrichtung. Der zweite Farbkanal Ch2 beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer zweiten Farbe, z.B. grün, welche mittels des gemeinsamen Ansteuersignals S2 angesteuert werden. Die grünen Leuchtdioden des zweiten, grünen Farbkanals Ch2 können z.B. in Reihe geschaltet sein.
Die dritte Reihe zeigt einen Ausschnitt aus einem dritten Ansteuersignal S3 für einen dritten Farbkanal Ch3 einer LED-Leuchtvorrichtung. Der dritte Farbkanal Ch3 beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer dritten Farbe, z.B. blau, welche gemeinsam mittels des gemeinsamen Ansteuersignals S3 angesteuert werden. Die blauen Leuchtdioden des dritten, blauen Farbkanals Ch3 können z.B. in Reihe geschaltet sein.
Fig.1 zeigt jeweils zeitgleiche Ausschnitte der Ansteuersignale S1, S2 bzw. S3. Die Ausschnitte zeigen jeweils eine erste Betriebsphase BP1, auf welche eine Messphase MP folgt, auf welche eine zweite Betriebsphase BP2 folgt.
In den Betriebsphasen BP1, BP2 wird die LED-Leuchtvorrichtung normal betrieben. Die Betriebsphasen BP1, BP2 bestehen aus einer Abfolge von Aktivierungszyklen der Zeitdauer tba, von denen ein Aktivierungszyklus beispielhaft in der ersten Betriebsphase BP1 zwischen einem Zeitpunkt tb0 = 0 und einem Zeitpunkt tba dargestellt ist.
In dem gezeigten Aktivierungszyklus werden zunächst ab dem Zeitpunkt tb0 alle drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 gleichzeitig angesteuert bzw. aktiviert, jedoch innerhalb des Aktivie-. rungszyklus' meist für eine unterschiedliche Dauer. In anderen Worten wird in einem Aktivierungszyklus auf alle drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 ein Puls, insbesondere Strompuls, aufgegeben, wobei sich eine Pulsbreite PB1, PB2, PB3 der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 unterscheiden kann. Die Pulsbreite PB1, PB2, PB3 ist durch die LED-Leuchtvorrichtung einstellbar und kann sich beispielsweise nach einer gewünschten Farbtemperatur richten. So kann einer bestimmten Farbe oder Farbort des von der LED-Leuchtvorrichtung abgestrahlten Lichts, z.B. warm-weiß oder kalt-weiß, ein bestimmtes Verhältnis der Pulsbreiten PB1, PB2, PB3 und damit Ansteuerungsdauern der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 zugeordnet sein. Dabei wird ausgenutzt, dass die Zeitdauer tba eines Aktivierungszyklus so kurz ist, dass aufgrund einer Augenträgheit das von allen Farbkanälen Ch1, Ch2, Ch3 abgestrahlte Licht von einem Betrachter als praktisch gleichzeitig abgestrahltes Licht, also als Mischlicht aus den drei Farbkanälen Ch1, Ch2, Ch3, wahrgenommen wird.
In dem gezeigten beispielhaften Aktivierungszyklus werden die LEDs des ersten Farbkanals Ch1 dauernd bestromt, was einer Pulsbreite PB1 von 100% des Aktivierungszyklus' entspricht, also PB1 = tba. Die LEDs des zweiten Farbkanals Ch2 werden 55% der Zeit des Aktivierungszyklus' bestromt (PB2 = 55% tba), und die LEDs des dritten Farbkanals Ch3 werden 18% der Zeit des Aktivierungszyklus' bestromt (PB3 = 18% tba). Die Pulsbreiten PB1, PB2 bzw. PB3 können beispielsweise von dem gewünschten Farbort der LED-Leuchtvorrichtung, der Leuchtstärke, der Farbe und der Zahl der LED(s) pro Farbkanal usw. abhängen. Die Pulsbreiten PB1, PB2, PB3 können variiert werden, z.B. um einen Farbort und/oder eine Lichtstärke des Mischlichts zu ändern.
In dem gezeigten Beispiel können die drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass sich z.B. eine gleichzeitige Ansteuerung, insbesondere Bestromung, der drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 besonders einfach erreichen lässt. Jedoch kann auch eine sequenzielle Ansteuerung verwendet werden, bei der keine zwei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 gleichzeitig angesteuert werden.
Auch mögen nur zwei Farbkanäle eingesetzt werden, z.B. mit roten LED(S) bzw. mintgrünen LED(s) zur Erzeugung eines weißen Mischlichts. Auch können mehr als drei Farbkanäle eingesetzt werden, z.B. zusätzlich mit bernsteinfarbenen LED(s) ('amber') zur Erzeugung eines warm-weißen Mischlichts.
Ein Anteil des von den LEDs der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 abgestrahlten Lichts wird mittels mindestens eines Photodetektors aufgefangen. Der mindestens eine Photodetektor ist zumindest in der Lage, einen Lichtstrom der LEDs zu detektieren und ein entsprechendes Sensorsignal auszugeben, z.B. zu einer Auswertelogik der LED-Steuervorrichtung.
Die Betriebsphase BP1 geht zu einem Zeitpunkt tm0 für alle drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 in die Messphase MP über. In der Messphase MP werden die drei Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 zeitlich nacheinander oder sequentiell angesteuert und nicht zeitgleich. Dadurch kann ein Sensorsignal des mindestens einen Photodetektors einfach und eindeutig einem bestimmten Farbkanal Ch1, Ch2, Ch3 zugeordnet und ausgewertet werden, z.B. für eine Bestimmung und/oder Einstellung der Lichtstärke oder des Farborts des Mischlichts.
Damit die Messphase MP für einen Betrachter nicht auffällt, dauert eine Zeit zur Ansteuerung der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 vorzugsweise nicht mehr als 40 ms, insbesondere nicht mehr als 20 ms, insbesondere nicht mehr als 10 ms. Es wird besonders bevorzugt, wenn die Gesamtdauer tm der Messphase MP nicht mehr als 40 ms, insbesondere nicht mehr als 20 ms, insbesondere nicht mehr als 10 ms dauert.
Um einen Farbeindruck für einen Betrachter während der Messphase MP im Vergleich zu der vorangegangenen Betriebsphase BP1 nicht zu verändern, werden die Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 so angesteuert, dass während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht. Dabei kann unter einer integralen Farbmischung insbesondere eine Akkumulation, insbesondere Addition, des von den LEDs während der Messphase abgestrahlten Lichts verstanden werden. Hierzu entspricht in diesem Ausführungsbeispiel ein Verhältnis der Pulsbreiten PM1, PM2, PM3 der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 während der Messphase MP im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten PB1, PB2, PB3 der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 während der Betriebsphase BP1, auch wenn deren absolute Breite bzw. Zeitdauer in der Messphase MP und der vorangegangenen Betriebsphase BP1 nicht übereinzustimmen braucht. Aufgrund der Augenträgheit nimmt ein Betrachter dann in der Messphase MP den gleichen Farbeindruck wahr wie in der Betriebsphase BP1.
Die LED-Leuchtvorrichtung kann aus den Sensorsignalen beispielsweise für jeden der Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 eine Korrelation zwischen einem zugehörigen Ansteuersignal S1, S2, S3, z.B. einem Strom, und einer farbspezifischen Lichtstärke herstellen und bei einer Abweichung von einem Sollwert, z.B. der Lichtstärke, das Ansteuersignal entsprechend modifizieren. So kann beispielsweise dann, wenn festgestellt wird, dass eine Lichtstärke für einen bestimmten Farbkanal Ch1, Ch2, Ch3 niedriger ist als ein für die verwendete Pulsbreite PM1, PM2 bzw. PM3 abgespeicherter Wert der Lichtstärke, die Pulsbreite PB1, PB2, PB3 für diesen Farbkanal Ch1, Ch2, Ch3 in einer folgenden Betriebsphase BP2 erhöht werden. Eine niedrigere Lichtstärke kann beispielsweise durch eine Alterung der LEDs, Temperatureffekte oder durch einen Ausfall einer LED zustande kommen.
In der gezeigten Messphase MP schließt sich an den Abschnitt, zu dem die Farbkanäle Ch1, Ch2, Ch3 sequenziell angesteuert oder aktiviert werden, ein optionaler Abschnitt an, während dessen keiner der Farbkanäle angesteuert oder aktiviert ist, eine sog. Dunkelphase DP. In der Dunkelphase DP kann ein Schwarzwert ausgemessen werden, welcher beispielsweise in die LED-Vorrichtung, insbesondere den Photodetektor, eingestrahltes Umgebungslicht berücksichtigt.
Nach der Messphase MP wird in eine zweite Betriebsphase BP2 geschaltet, bei der die Ansteuersignale S1, S2, S3 im Vergleich zu den Ansteuersignalen S1, S2, S3 der ersten Betriebsphase BP1 auf der Grundlage von aus der Messphase MP gewonnenen Erkenntnissen modifiziert sein können.
Der zeitliche Abstand zwischen zwei Messphasen MP kann vorbestimmt sein, z.B. kann eine Messphase MP alle n Aktivierungszyklen durchgeführt werden. Jedoch kann es bei einem Einsatz mehrerer LED-Leuchtvorrichtungen, die z.B. gleichzeitig angeschaltet werden, vorkommen, dass die Messphasen MP der mehreren LED-Leuchtvorrichtungen im Wesentlichen zeitgleich oder zeitlich nur gering versetzt auftreten. Dann kann ein Betrachter diese Messphasen MP möglicherweise kollektiv wahrnehmen. Um eine Wahrnehmung der Messphasen MP mehrerer LED-Leuchtvorrichtungen zu unterdrücken, kann der zeitliche Abstand (Zeitdauer) zweier Messphasen MP einer LED-Leuchtvorrichtung nicht-deterministisch, beispielsweise zufällig oder pseudo-zufällig, sein, insbesondere innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls.
Fig.2 skizziert eine LED-Leuchtvorrichtung L, welche unter anderem eine Steuereinrichtung T, insbesondere Treiber, zum Betreiben von Leuchtdioden LD1, LD2 und LD3 aufweist. Die Leuchtdioden sind in drei Stränge aufgeteilt, welche einem jeweiligen Farbkanal Ch1, Ch2 bzw. Ch3 entsprechen. Jeder Farbkanal enthält eine oder mehrere Leuchtdioden LD1, LD2 bzw. LD3 gleicher Farbe, z.B. der Farbkanal Ch1 die roten Leuchtdioden LD1, der Farbkanal Ch2 die grünen Leuchtdioden LD1 und der Farbkanal Ch3 die blauen Leuchtdioden LD3. Die Farbkanäle Ch1, Ch2 und Ch3 sind mittels der Steuereinrichtung T separat oder individuell ansteuerbar. Die Farbkanäle Ch1, Ch2 und Ch3 können beispielsweise die Leuchtdioden LD1, LD2 bzw. LD3 in einer Reihenschaltung enthalten. Die Zahl der Leuchtdioden LD1, LD2 und LD3 kann sich unterscheiden.
Unter einer LED LD1, LD2, LD3 kann eine einzeln gehäuste LED oder ein LED-Chip verstanden werden. Als LED-Chips ausgebildete Leuchtdioden LD1, LD2, LD3 können beispielsweise auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein. Die LEDs LD1, LD2, LD3 können beispielsweise anorganische LEDs, z.B. mit InGAlP, oder organische LEDs (OLEDs) sein.
Während ein größter Anteil des von den LEDs LD1, LD2 und LD3 abgestrahlten Lichts nach Außen abgegeben wird, fällt ein geringerer Anteil auf einen Photodetektor D. Ein Signalausgang des Photodetektors D ist funktional mit der Steuereinrichtung T verbunden, wo ein über den Signalausgang ausgegebenes Sensorsignal ausgewertet werden kann.
Während einer Betriebsphase BP1, BP2 kann das Sensorsignal des Photodetektors D beispielsweise dazu verwendet werden, die Ströme, welche durch die Farbkanäle Ch1, Ch2 und Ch3 fließen, so zu regeln, dass ein Sollwert- eines Lichtstroms eingehalten werden kann. Alternativ kann in der Betriebsphase BP1, BP2 der Photodetektor D nicht verwendet werden.
Insbesondere für eine Kalibrierung der LED-Leuchtvorrichtung L kann die Messphase MP verwendet werden. So kann beispielsweise eine Korrelation zwischen einem Strom durch einen Farbkanal Ch1, Ch2 und Ch3 und der sich daraus ergebenden Lichtstärke oder Lichtstrom dieses Farbkanals Ch1, Ch2 bzw. Ch3 bestimmt werden. Damit wiederum kann während der Betriebsphasen BP1, BP2 z.B. ein gewünschter Farbort und/oder eine gewünschte Lichtstärke genauer eingestellt oder eingeregelt werden.
Die Steuereinrichtung T kann funktional eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung von der Betriebsphase BP1, BP2 in die Messphase MP und zurück als auch eine Messphasenablaufsteuerung umfassen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann anstelle oder zusätzlich zu einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Farbkanäle auch eine stromhöhenmodulierte oder stromstärkenmodulierte Ansteuerung der Farbkanäle erfolgen.
In einer möglichen Variante können die Farbkanäle dann jeweils im Dauerbetrieb betrieben werden, wobei deren Lichtstärke über eine Stromhöhe oder Stromstärke eines dem jeweiligen Farbkanal eingeprägten Betriebsstroms eingestellt werden kann.
Dann können in der Messphase die Farbkanäle hintereinander jeweils mit der gleichen Stromstärke oder Stromhöhe angesteuert werden wie in der Betriebsphase, wobei verschiedene Farbkanäle dann für einen zu der Betriebsphase einheitlichen farblichen Eindruck vorzugsweise auch gleich lang angesteuert werden können. Dies ermöglicht auch eine besonders kurze Messphase.
Es ist ferner eine stromhöhenvariable PWM-Ansteuerung der Farbkanäle möglich, d.h., eine PWM-Ansteuerung, bei der zusätzlich die Stromhöhe oder Stromstärke variiert werden kann.
Falls eine Stromhöhe einstellbar ist (mit oder ohne PWM-Ansteuerung), kann diese während der Messphase auch variiert werden, um das Sensorsignal des mindestens einen Photodetektors zu optimieren.
So kann für den Fall, dass ein auf den mindestens einen Photodetektor einfallender Lichtstrom vergleichsweise gering ist und damit häufig auch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) des Sensorsignals gering ist, die Stromhöhe für diesen Farbkanal erhöht werden, bis das Sensorsignal einen geringeren Rauschfehler bzw. ein höheres SNR aufweist.
Auch kann die Stromhöhe für den Fall reduziert werden, dass ein auf den mindestens einen Photodetektor einfallender Lichtstrom vergleichsweise hoch ist und sich insbesondere im Sättigungsbereich des mindestens einen Photodetektors befindet. In anderen Worten ist hier der Lichtstrom bereits so hoch, dass der Photodetektor gesättigt ist und bei einer weiteren Erhöhung des Lichtstroms sein Sensorsignal nicht mehr verstärkt. Ein Hinweis darauf, dass der Photosensor über seiner Sättigungsgrenze betrieben wird, ist ein Vorliegen eines maximalen Sensorsignals, z.B. einer maximalen Sensorspannung.
In dem Fall eines zu hohen Lichtstroms kann die Stromhöhe des Farbkanals so lange reduziert werden, bis das zugehörige Sensorsignal sich in einem Bereich zwischen einem Wert knapp unterhalb des maximalen Sensorsignals (als oberer Grenze) und oberhalb eines Werts mit einem bereits günstigen SNR befindet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Stromhöhe des Farbkanals so lange reduziert wird, bis das zugehörige Sensorsignal sich in einem Bereich zwischen 50% und unterhalb, insbesondere 99,5%, des maximalen Sensorsignals befindet, insbesondere zwischen 75% und unterhalb, insbesondere 99,5%, des maximalen Sensorsignals befindet.
Das Aufsuchen eines günstigen Sensorbereichs kann mittels jedes geeigneten Suchalgorithmus' durchgeführt werden. So kann ein linearer Suchalgorithmus durchgeführt werden, bei dem die Stromhöhe schrittweise (linear) erhöht wird (bei einem anfänglich zu schwachen Sensorsignal) oder erniedrigt wird (bei einem anfänglich zu starken oder gesättigten Sensorsignal). Ein solcher Suchalgorithmus weist (in Landau-Notation) eine Komplexitätsklasse O(n) auf.
Eine noch schnellere Anpassung, z.B. mit der Komplexitätsklasse O(log n), lässt sich durch andere Suchalgorithmen erreichen, z.B. einen binären Suchalgorithmus oder eine Interpolationssuche oder Intervallsuche.
Zudem ist die Reihenfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle grundsätzlich nicht beschränkt. Die Reihenfolge kann für mehrere Messphasen gleich sein (z.B. immer Ch1, Ch2, Ch3) oder sich unterscheiden (z.B. Ch1, Ch2, Ch3 für eine Messphase und beispielsweise Ch3, Ch1, Ch2 für eine andere Messphase). Dabei wird generell die Reihenfolge bevorzugt so gewählt werden, dass die Messphase möglichst kurz ist. Bei den üblicherweise verwendeten Stromquellen ist dies insbesondere dann der Fall, wenn die Farbkanäle in der Messphase in absteigender Reihenfolge der Helligkeit nacheinander angesteuert werden, d.h. zunächst der Farbkanal mit der größten Helligkeit, dann der mit der zweitgrößten usw. bis zum Kanal mit der niedrigsten Helligkeit, da die üblichen Stromquellen wesentlich mehr Zeit für einen Leistungsanstieg als für einen Leistungsabfall benötigen. Als Abschluss ist dann die Dunkelphase vorteilhaft, wenn eine solche vorgesehen ist. Damit ergibt sich eine besonders schnelle Messung und damit eine kurze Messphase, die die Gefahr, dass beim Betrachter sichtbare Helligkeitsschwankungen entstehen, minimiert. Sollte eine Stromquelle Verwendung finden, die im Anstieg schneller als im Abfall reagiert, ist selbstverständlich eine Messung in umgekehrter Reihenfolge, d.h. vom dunkelsten zum hellsten Farbkanal vorteilhaft.
Allgemein kann in einer Messphase jeder der Farbkanäle einmal oder mehrmals angesteuert werden. So kann in einer Messphase zumindest einer der Kanäle zweimal angesteuert werden; z.B. können in einer Messphasen der rote, der grüne und der blaue Farbkanal jeweils zweimal angesteuert werden, z.B. in der Reihenfolge Ch1, Ch2, Ch3, Ch1, Ch2, Ch3. Die Ansteuerungssignal für die Farbkanäle können direkt aufeinander folgen oder zeitlich beabstandet sein.

Bezugszeichenliste

BP1: erste Betriebsphase
BP2: zweite Betriebsphase
Ch1: erster Farbkanal
Ch2: zweiter Farbkanal
Ch3: dritter Farbkanal
D: Photodetektor
DP: Dunkelphase
I: Strom
L: LED-Leuchtvorrichtung
LD1: Leuchtdiode des ersten Farbkanals
LD2: Leuchtdiode des zweiten Farbkanals
LD3: Leuchtdiode des dritten Farbkanals
MP: Messphase
PB1: Pulsbreite eines Signalpulses des ersten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebsphase;
PB2: Pulsbreite eines Signalpulses des zweiten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebsphase;
PB3: Pulsbreite eines Signalpulses des dritten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebsphase;
PM1: Pulsbreite eines Signalpulses des ersten Farbkanals während einer Messphase
PM2: Pulsbreite eines Signalpulses des zweiten Farbkanals während einer Messphase
PM3: Pulsbreite eines Signalpulses des dritten Farbkanals während einer Messphase
S1: Ansteuersignal des ersten Farbkanals
S2: Ansteuersignal des zweiten Farbkanals
S3: Ansteuersignal des dritten Farbkanals
t: Zeit
T: Steuereinrichtung
tb0: Beginn eines Aktivierungszyklus'
tba: Dauer eines Aktivierungszyklus'
tm0: Beginn der Messphase

Claims

Verfahren zum Betreiben einer LED-Leuchtvorrichtung (L), wobei die LED-Leuchtvorrichtung (L) mindestens aufweist:
- mindestens zwei Farbkanäle (Ch1, Ch2, Ch3), wobei jeder Farbkanal (Ch1, Ch2, Ch3) mindestens eine LED (LD1, LD2, LD3) umfasst, wobei die LEDs (LD1, LD2, LD3) eines Farbkanals (Ch1, Ch2, Ch3) jeweils die gleiche Farbe aufweisen, und wobei jeder Farbkanal (Ch1, Ch2, Ch3) getrennt ansteuerbar ist, und

- mindestens einen Photodetektor (D), welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs (LD1, LD2, LD3) abgestrahlten Lichts zu detektieren,
wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung (L) von einer Betriebsphase (BP1) in eine Messphase (MP), wobei eine Lichtmenge des von den jeweiligen LEDs (LD1, LD2, LD3) während der Messphase (MP) durch Einstellen einer Stromhöhe der Farbkanäle auf einen Wert gebracht wird, bei dem eine Signalhöhe eines Signals des mindestens einen Photodetektors (D) in einem Bereich zwischen 75% und unterhalb seiner maximalen Signalhöhe liegt;

- zeitlich nacheinander folgendes und nicht zeitgleiches Ansteuern der Farbkanäle (Ch1, Ch2, Ch3) so, dass ein während der Messphase (MP) von den LEDs (LD1, LD2, LD3) abgestrahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase (BP1) entspricht, dadurch gekennzeichnet,

- dass während der Messphase (MP) jeder Farbkanal getrennt mittels einer Pulsweitenmodulation so angesteuert wird, dass ein Verhältnis von Pulsbreiten der Farbkanäle während der Messphase (MP) im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten der Farbkanäle während der Betriebsphase entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Abweichung eines Verhältnisses der Pulsbreiten zweier Farbkanäle während der Messphase (MP) um nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 1%, von dem Verhältnis der Pulsbreiten dieser beiden Farbkanäle während der Betriebsphase abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Strömhöhe für jeden der Farbkanäle getrennt so eingestellt wird, dass ein Verhältnis von Stromhöhen der Farbkanäle während der Messphase (MP) einem Verhältnis der Stromhöhen der Farbkanäle während der Betriebsphase entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Lichtmenge mittels eines Suchalgorithmus' auf den Wert gebracht wird, insbesondere mittels eines binären Suchalgorithmus'.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messphase (MP) zusätzlich zu dem Schritt des Ansteuerns der Farbkanäle einen Schritt eines Nichtansteuerns aller Farbkanäle aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messphase (MP) zusätzlich Ausgleichsabschnitte aufweist, während derer die Farbkanäle wie während einer Betriebsphase angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messphase (MP) nicht länger als ca. 40 ms dauert, insbesondere nicht länger als 20 ms, insbesondere nicht länger als 10 ms.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zeitdauer zwischen zwei Messphasen nicht konstant ist, insbesondere nicht-deterministisch ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein während der Messphase (MP) von dem mindestens einen Photodetektor ausgegebenes Sensorsignal zumindest abschnittsweise dazu verwendet wird, eine Ansteuerung in einer folgenden Betriebsphase anzupassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Farbkanäle in der Messphase in Reihenfolge der Helligkeit der Farbkanäle, bevorzugt in absteigender Reihenfolge, angesteuert werden.
LED-Leuchtvorrichtung, wobei die LED-Leuchtvorrichtung (L) mindestens aufweist:
- mindestens zwei Farbkanäle, wobei jeder Farbkanal mindestens eine LED gleicher Farbe umfasst und wobei jeder Farbkanal getrennt ansteuerbar ist,

- mindestens einen Photodetektor, welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs abgestrahlten Lichts zu detektieren,

- eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung (L) von einer Betriebsphase in eine Messphase (MP), wobei eine Lichtmenge während der Messphase (MP) durch Einstellen einer Stromhöhe der Farbkanäle auf einen Wert gebracht wird, bei dem eine Signalhöhe eines Signals des mindestens einen Photodetektors (D) in einem Bereich zwischen 75% und unterhalb seiner maximalen Signalhöhe liegt, und

- eine Messphasenablaufsteuerung, die dazu eingerichtet ist, die Farbkanäle nacheinander und nicht zeitgleich so anzusteuern, dass ein während der Messphase (MP) von den LEDs abgestrahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht,

- dadurch gekennzeichnet,

- dass die Messphasenablaufsteuerung dazu ausgebildet ist jeden Farbkanal getrennt mittels einer Pulsweitenmodulation anzusteuern, so dass ein Verhältnis von Pulsbreiten der Farbkanäle während der Messphase (MP) im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten der Farbkanäle während der Betriebsphase entspricht.
LED-Leuchtvorrichtung (L) nach Anspruch 11, wobei die LED-Leuchtvorrichtung (L) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.