EP2849536A1 - Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle sowie Steuervorrichtung für eine Mischlichtquelle - Google Patents

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EP2849536A1
EP2849536A1 EP20140171240 EP14171240A EP2849536A1 EP 2849536 A1 EP2849536 A1 EP 2849536A1 EP 20140171240 EP20140171240 EP 20140171240 EP 14171240 A EP14171240 A EP 14171240A EP 2849536 A1 EP2849536 A1 EP 2849536A1
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EP
European Patent Office
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control data
function
light sources
individual light
powers
Prior art date
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EP20140171240
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EP2849536B1 (de
Inventor
Volker Grosch
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Insta GmbH
Original Assignee
Insta Elektro GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

Definitions

  • the invention relates to a control method for a mixed light source and to a control device for a mixed light source.
  • ECG electronic ballast
  • the lights are connected to a bus system, via which the ECGs are controlled.
  • the ballast usually has a separate output per bulb.
  • a typical example of this is a mixed light source in which light of different colors (for example red, green and blue) can be mixed to produce a variety of hues.
  • so-called tunable white light sources are known in the prior art, for example, in which a warmer white light hue can be mixed with a colder white light hue so as to produce a specific color mood according to the wishes of the user.
  • the maximum nominal power of each individual channel is limited, on the other hand, the nominal power of the entire system is usually limited to a value that is smaller than the sum of the maximum nominal power of the individual channels. For example, in a system with four different color light sources whose single maximum power rating is 50W, the total rated power may be limited to 100W. The aim is therefore to ensure at all times that the sum of the individual output powers does not exceed the maximum nominal power
  • ballasts known in the art have power limiting systems. These ensure, for example, that if the increase in the power of one of the channels would mean exceeding the permissible total power, the other channels or all the channels as a whole would be reduced in power. This often happens abruptly, which is perceived by the user as an unpleasant sudden change in brightness. Due to the power limitations, a change in brightness often does not occur in proportion to a user-selected setting and thus is not intuitive to the user. A typical example would be a proportional change up to a certain allowable overall performance, which is followed by a "cut-off" by the system, so that higher user-side settings no longer have any effect. Furthermore, systems known in the art do not always ensure color fidelity, i. the power limitation described leads to a distortion of the color. This may be due to the fact that the power reduction of the individual channels is not changed in the same ratio.
  • each state of the system can be represented as a vector in an n-dimensional space. This is especially true if the colors correspond to primary valences, from which all colors can be mixed.
  • the direction of the vector indicates the color and the length of the vector the brightness.
  • n-dimensional spline a function defined section by section as a polynomial. If the change follows such a spline, the described jumps can be avoided and the transition is perceived by the user as soft and harmonious.
  • the calculation of such a spline requires a computational effort that overwhelms the resources of a microcontroller as contained in a typical ballast.
  • object of the present invention in a Mixed power source to provide a power limitation that can be realized even with limited computer resources and avoids the sudden changes in the quality of light.
  • the object is achieved by a control method with the features of claim 1 and by a control device with the features of claim 10.
  • the invention provides a control method for a mixed light source with a plurality of paired differently colored individual light sources. Paired in different colors means that each of the individual light sources produces a light of a different color.
  • the individual light sources which correspond to the channels of the mixed light source can be assigned primary valences, ie those colors from which all colors can be produced by additive light mixing.
  • the individual light sources can be formed by LEDs, but also by fluorescent lamps or other light sources.
  • Each individual light source can in this case a plurality of light sources, e.g. LEDs include.
  • the term "single light source” merely means that this generates a single light color, wherein the interaction of the individual light sources produces the different mixed color tones of the mixed light source.
  • Typical examples here are a tunable white light source (usually with two individual light sources) or an RGB light source (with three individual light sources).
  • a mixed light source comprises an electronic ballast (ECG), which serves to regulate or limit the current consumption of the individual light sources.
  • ECG electronic ballast
  • ballasts for fluorescent lamps, etc.
  • a converter receives first control data intended for the plurality of individual light sources.
  • the control data come here usually from a higher-level lighting control, as used in building installation systems, and can be designed in particular according to the DALI standard, but possibly also according to the DSI, DMX or 1-10V standard.
  • control data refers to an analog control signal.
  • all control data (which also includes control commands) which are intended to directly or implicitly trigger a specific control of the individual light sources mentioned apply here as "determined for the majority of individual light sources”. Normally these are control data that can be evaluated directly by an electronic ballast of the individual light sources.
  • the converter which is defined in this context by its function, can in principle be realized completely in terms of hardware, but at least a partial software implementation is preferred.
  • the converter can be realized by a computer program that runs on a processor, in particular a microcontroller.
  • the converter determines a one-dimensional distribution value from the powers of the individual light sources prescribed by the first control data according to a mapping function.
  • the term "distribution value" is due to the fact that this can represent a measure of the distribution of the total power to the individual light sources.
  • the first control data specifies either explicitly or implicitly the powers with which each individual individual light source is to be operated. The way in which this is given, of course, depends on the particular data format and other.
  • the corresponding services form a set of numbers which, as already described above, can be regarded as coordinates in a space whose dimension corresponds to the number of individual light sources. Since these are a plurality of individual light sources, said space is at least two-dimensional, ie the powers in each case form doublet, triplet, quartet etc.
  • the imaging function assigns a one-dimensional distribution value to this multidimensional object. This is a critical step in reducing the problem, which provides overall manageability for lower power processors.
  • the distribution value depends exclusively on the ratio of the services to each other, ie the absolute size of the services is irrelevant.
  • the mapping function returns the same value here as when the first individual light source is to be controlled at 50 W and the second at 25 W, since the ratio is 2: 1 in each case.
  • the ratio of the powers determines the hue of the mixed light source, the distribution value provided by the mapping function depends only on the given hue, not on the brightness.
  • mapping function assumes a first global extremum when all powers are equal and a second, opposite to the first global extremum when exactly one power is different from zero. In the latter case, this should apply regardless of the power which individual light source (the first, second, etc.) deviates from zero. In general, it makes sense that the mapping function is symmetrical with respect to the interchange of two power values.
  • the mapping function either the first global extremum is a global maximum and the second global extremum is a global minimum or vice versa.
  • the presence of a global maximum means that the function value of the mapping function assumes there a maximum value that is not exceeded at any other point. It is expressly possible that the corresponding value is also reached at another point. This applies in particular to the second extremum, which is assumed everywhere due to the commutation symmetry, if exactly one, and indeed any, power is different from zero. Accordingly, with a global minimum, a minimum value is present which is not undershot at any other point.
  • the mapping function thus provides a measure of the balance of the power distribution in the system.
  • the one extreme value corresponds to the absolute equal distribution of the powers on the individual light sources, the other extreme value corresponds to the maximum imbalance, with the total power contained in a single light source.
  • the one-dimensional distribution value thus determined is used by the converter in a weighting function in order to determine a weighting factor from this.
  • the weighting function is continuous as well as continuously differentiable at least once depending on the distribution value. This means, as it is known, that the weighting function and its first derivative according to the distribution value have no jumps. It is understood that, depending on the numerical implementation due to rounding errors and other circumstances, if necessary, smaller jumps are possible, but not noticeable in the application. In any case, a weighting function should be used, which shows the corresponding continuity and differentiation in a mathematically idealized form.
  • the converter multiplies the powers specified by the first control data by the weighting factor and generates second control data therefrom.
  • the originally specified powers are individually multiplied by the weighting factor, that is to say weighted to a certain extent, and new, second control data are generated, by means of which the weighted powers are predefined for the individual light sources.
  • the individual light sources are now driven according to the second control data. Accordingly, the behavior of the plurality of individual light sources does not depend on the original first control data but on the second control data corresponding to the weighted powers. Since all services are multiplied by the same weighting factor, the ratio of the services does not change. The same also applies to the color to be produced hereby. Thus, the inventive method works true to color. There is only a modification of the brightness, but not the mixing ratio of the colors.
  • the weighting factor does not depend on the brightness given by the first control data. Therefore, with the same color different brightnesses are weighted with the same factor.
  • a proportional control of the individual light sources takes place here.
  • the powers predetermined by the second control data are proportional to the powers predetermined by the first control data.
  • weighting factor should be chosen such that neither the maximum permissible nominal power of the mixed light source, nor that of a single light source (substantially) can be exceeded. This should apply in particular to the two extreme cases, ie when all services are the same or when exactly one service is different from zero.
  • the basic idea of the invention is, on the one hand, to avoid jumps (non-steady points) in the event of a change in the individual light components (which corresponds to a change in the powers) and, on the other hand, peaks (non-differentiable positions) which the user perceives as unnatural and disturbing become. This is done by using a continuous and continuously differentiable weighting function.
  • mapping function should itself be at least continuous, ideally continuous differentiable, with respect to all incoming powers. It is understood that the absence of said properties is insignificant in those areas which can not be accepted in reality. Thus, in relation to the mapping function, a discontinuity would be irrelevant in the case of negative performances, since these do not occur. Similarly, a discontinuity of the weighting function would be insignificant if it concerns values that the mapping function can not provide.
  • mapping function always remains a function of several variables (the powers), which yields a single, one-dimensional function value, while the weighting function always assigns a one-dimensional value to a one-dimensional function value.
  • mapping function that causes the dimensional reduction of the problem can be kept simple and thus also by a microcontroller, as it is used in known ECGs to be mastered. After reducing the problem to one dimension, only a one-dimensional weighting function is to be evaluated, which requires only correspondingly low computer resources.
  • the mapping function and the weighting function for the converter can be fixed. It is advantageous, however, if certain function parameters can be adjusted to optimize the control behavior.
  • at least one parameter of the weighting function is set on the user side.
  • a free parameter may, for example, relate to the weighting factor to be applied when operating a single single light source (at the second global extremum) or the slope of the weighting function at that point.
  • the weighting function at the first global extremum of the mapping function has a slope of zero.
  • the first derivative of the weighting function has the value zero at this point, which may correspond, for example, to a local extremum. This case characterizes the transition from an absolute equal distribution of power to an imbalance. In case of a deviation from this criterion, the overall function may not be continuously differentiable, which would lead to disturbing effects.
  • the weighting function at the second global extremum of the mapping function has a slope of zero. This case characterizes the transition from operation with only a single light source to operation with multiple individual light sources. It has been shown that the transition here is perceived as particularly soft when the weighting function has a slope of zero there.
  • the weighting function has no local extrema except at the first and second global extremums.
  • Such local extrema which are associated with a vibrational behavior of the weighting function, generally lead to changes in brightness, which are perceived by the user as inharmonious.
  • the converter interprets the powers of the individual light sources as coordinates of a vector.
  • the length of the vector is normalized. Normally, a normalization to the length 1, i. the individual components are divided by the length of the vector. Of course, another standardization is possible.
  • the difference to a correspondingly normalized diagonal vector, in which all the coordinates are equal, is formed to obtain a difference vector.
  • the corresponding diagonal vector represents the case of identical powers of all individual light sources, i. So the performance fully balanced case. By subtraction, therefore, a vectorial deviation is first determined from this balanced case, wherein due to the normalization of the two vectors, the brightness is not received, but only the deviation within the color space is considered.
  • the one-dimensional distribution value depends monotonically on the length of the difference vector. This means that, as the length of the difference vector increases, either the distribution value always increases (with no changes being possible in points or intervals, but no decrease), or a decrease in the distribution value always occurs.
  • the distribution value may be e.g. quadratic, logarithmic etc. depend on the length. It preferably depends linearly on the length and is in particular proportional to the length of the difference vector.
  • the distribution value in this case is a measure of the deviation from the uniform distribution.
  • the transitions between the individual states of the mixed light source can be further improved if the weighting function can be continuously differentiated at least twice depending on the distribution value is. This can be achieved, for example, by polynomials, trigonometric functions, etc.
  • a preferred possibility of providing a weighting function with the mentioned properties results if this is a third degree polynomial with respect to the distribution value.
  • Such polynomials are also referred to as cubic splines.
  • Such a third degree polynomial can also be evaluated with limited computational resources.
  • the weighting function is normally known when the system is put into operation and the possible values of the distribution value are limited by the extremes of the mapping function, in principle all function values relevant to the operation can be calculated and stored in advance.
  • this is realized, wherein the converter takes the weighting factor of a look-up table, are stored in the function values of the weighting function. In this way, even in the presence of a complicated function to be evaluated, a processor, by means of which the converter is realized, be relieved. However, the space required for the value table remains manageable, since this is a one-dimensional function.
  • the invention further provides a control device for a mixed light source with a plurality of individual light sources.
  • the control device in this case comprises a converter, which is configured to receive first control data, which are intended for the plurality of individual light sources, from the predetermined by the first control data achievements of the individual light sources according to a mapping function to determine a one-dimensional distribution value, which is based solely on the ratio Powers to each other, which mapping function assumes a first global extremum, if all powers are equal and a second, opposite to the first global extremum, if exactly one power is other than zero, substituting the one-dimensional distribution value into a weighting function to obtain a weighting factor Determine which weighting function depends on the distribution value is continuously and at least once continuously differentiable to multiply the predetermined by the first control data performance with the weighting factor and to generate second control data.
  • the control device is set up to control the individual light sources in accordance with the second control data.
  • mapping and weighting function in the converter of the control device, the same preferred embodiment described above with regard to the control method according to the invention is possible.
  • control device can be integrated in an electronic ballast of the mixed light source or be formed by this.
  • the control device forms a device which can be arranged in terms of circuitry between a higher-level lighting control and an electronic ballast.
  • the control device comprises at least a first interface for connection to a data bus of a lighting control and at least one second interface for connection to at least one electronic ballast of the mixed light source.
  • the data bus is designed so that a lighting controller can send control data to one or more light sources in order to control their operation and, if necessary, also be able to receive data from the light sources.
  • the lighting control and the data bus can in this case in particular be designed according to the DALI standard, but if appropriate also according to the DSI, DMX or 1-10V standard.
  • the second interface is adapted to be connected directly or indirectly (through an intermediate line) to an input interface of the electronic ballast, via which it usually receives control data directly from the data bus.
  • the converter is set up to receive the first control data via the first interface
  • the control device is configured to send the second control data to the at least one ballast via the second interface.
  • control device of the at least An electronic ballast in which the control device of the at least An electronic ballast is separate, can also be provided in particular that not only the electronic ballast of a single mixed light source, but several ballasts that are assigned to different mixed light sources are connected to the control device.
  • the control device takes over the generation of the second, weighted control data for each of the downstream ECGs.
  • different mapping and weighting functions are used for the individual ECGs.
  • a control device that is designed in accordance with the DALI standard
  • the first interface which is connected to a DALI bus of a higher-level lighting control
  • individual parameters of the mapping or weighting function or even the functions mentioned as a whole can be set by the user during commissioning be determined.
  • a value table described above can be transmitted from the illumination control to a memory of the control device.
  • illumination system 1 is based on a central lighting controller 2, a DALI bus 3, via which the lighting control 2 can be connected to different actuators.
  • the lighting control 2 is here according to the settings of a For a given hue of the RGB light source, the user has first control data corresponding to certain powers of the LEDs 6.1, 6.2, 6.3. In the transition from one hue to another, however, the first control data may, on the one hand, lead to undesirable sudden changes in brightness and / or hue; on the other hand, possibly individual individual light sources may be overloaded in terms of performance.
  • a control device 10 is switched between the DALI bus 3 and the electronic ballast 5, which carries out a corresponding data conversion.
  • the control device 10 is connected via a first interface 11 to the DALI bus 3, are sent over the first control data intended for the ECG 5.
  • Via a second interface 12 and a secondary DALI bus 7, the control device 10 is connected to the ECG 5.
  • the control device 10 has its own, independent power supply (not shown).
  • the first control data received via the DALI bus 3 are recognized by the control device 10 as intended for the electronic ballast 5.
  • the data conversion is carried out by a converter 13 of the control device 10, the operation of which is based on the flowchart in FIG FIG. 2 is explained.
  • the converter 13 is implemented as a computer program that runs on a processor (not shown) of the control device 10.
  • the converter 13 initially assumes, ie during commissioning, user-set parameters of a mapping function. If first control data are received via the first interface, the converter 13 reads from this the powers P 1 , P 2 , P 3 prescribed for the individual LEDs 6.1, 6.2, 6.3 and forms thereof via a mapping function h (P 1 , P 2 , P 3 ) a one-dimensional distribution value, which is a measure of the uniform distribution of power over that in the valencies. For this purpose, the converter 13 interprets the predetermined powers such as coordinates of a vector. This vector is normalized to length 1 and the difference vector is formed into a diagonal vector, which is also normalized to length 1.
  • this difference vector forms the one-dimensional distribution value, which is now in a weighting function g (h) is received.
  • the length of the difference vector can again be pondered, so that the one-dimensional distribution value only assumes values between 0 and 1.
  • the weighting function g (h) is a cubic spline, that is to say a polynomial of third degree with respect to the distribution value h and thus in this respect continuous and twice continuously differentiable.
  • Function value and slope for the other extreme value of h were initially set by the user, in particular a 0 to 1 function value can be set, which leads to a power reduction in the case of single operation of a single light source.
  • a weighting factor can be set, which corresponds to the ratio of the permissible nominal power of a single light source to the permissible rated power of the entire mixed light source.
  • the coefficients of the polynomial are chosen such that within the maximum possible value range of h, only at the edges, global extremes are assumed and no local extrema occur between them.
  • the weighting function g is kept simple and can also be calculated by a conventional microcontroller almost in real time. Alternatively, it can be provided that the function is stored as a value table, which can be accessed by the microcontroller.
  • the evaluation of the mapping function h which reduces the problem of three dimensions to one dimension, can also be handled by a microcontroller.
  • the function value of the weighting function g (h) serves as a weighting factor by which each of the predetermined power values is multiplied. This corresponds mathematically to a multiplication of the vector with a scalar. The ratio of benefits to each other does not change.
  • the weighted powers thus obtained are translated by the converter 13 into second control data for the electronic ballast 5, then these second control data are sent to the electronic ballast 5, which leads to a corresponding activation of the LEDs 6.1, 6.2, 6.3. After sending the second control data, the converter 13 awaits a new reception of new first control data. Upon receipt of new control data, the above steps are repeated.
  • weighting function g (h) is provided for a weighting of the performance of the individual LEDs 6.1, 6.2, 6.3, which ensures color fidelity and proportionality in terms of brightness, on the other hand avoids jumps in the brightness or color, the one of Users would be perceived as unpleasant.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle 4 mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen 6.1, 6.2, 6.3. Um bei einer Mischlichtquelle eine Leistungsbegrenzung zur Verfügung zu stellen, die sich auch mit begrenzten Rechner-Ressourcen realisieren lässt und die sprunghafte Veränderungen der Lichtqualität vermeidet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass - ein Konverter 13 erste Steuerungsdaten empfängt, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen 6.1, 6.2, 6.3 bestimmt sind, - der Konverter 13 - aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen 6.1, 6.2, 6.3 gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert ermittelt, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt, welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt, wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist, - den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einsetzt, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist, und - die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert und hieraus zweite Steuerungsdaten erzeugt, und - die Einzellichtquellen 6.1, 6.2, 6.3 gemäß den zweiten Steuerungsdaten angesteuert werden. Beschrieben ist des Weiteren eine Steuervorrichtung für eine Mischlichtquelle mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle sowie ein Steuervorrichtung für eine Mischlichtquelle.
  • In modernen Gebäudeinstallationssystemen kommen nahezu ausschließlich Leuchten zum Einsatz, die mit einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) versehen sind, das die Stromaufnahme des eigentlichen Leuchtmittels (z.B. einer oder mehrerer LEDs) regelt. Typischerweise sind die Leuchten an ein Bus-System angeschlossen, über welches die EVGs angesteuert werden. Hierbei ist es im Stand der Technik bekannt, mehrere Leuchtmittel an ein Vorschaltgerät anzuschließen, welches deren Leistungsaufnahme regelt. Das Vorschaltgerät verfügt hierbei normalerweise über einen separaten Ausgang pro Leuchtmittel.
  • Ein typisches Beispiel hierfür ist eine Mischlichtquelle, bei der Licht verschiedener Farben (beispielsweise rot, grün und blau) gemischt werden kann, um eine Vielzahl von Farbtönen zu erzeugen. Neben RGB-Lichtquellen sind im Stand der Technik beispielsweise auch so genannte Tunable-White-Lichtquellen bekannt, bei denen ein wärmerer Weißlicht-Farbton mit einem kälteren Weißlicht-Farbton gemischt werden kann, um so nach den Wünschen des Benutzers eine bestimmte Farbstimmung zu erzeugen.
  • Bei einem solchen System mit mehreren Lichtquellen paarweise unterschiedlicher Farbe, die auch als Kanäle des Systems bezeichnet werden können, ist zum einen die maximale Nennleistung jedes Einzelkanals begrenzt, zum anderen ist in der Regel die Nennleistung des Gesamtsystems auf einen Wert begrenzt, der kleiner ist als die Summe der maximalen Nennleistungen der Einzelkanäle. So kann beispielsweise bei einem System mit vier verschiedenfarbigen Lichtquellen, deren einzelne maximale Nennleistung bei 50 W liegt, die Gesamtnennleistung bei 100 W begrenzt sein. Ziel ist es somit, zu jedem Zeitpunkt dafür zu sorgen, dass die Summe der einzelnen Ausgangsleistungen die maximale Nennleistung nicht überschreitet
  • Um diesen Problemen zu begegnen, verfügen im Stand der Technik bekannte Vorschaltgeräte über Systeme zur Leistungsbegrenzung. Diese sorgen beispielsweise dafür, dass, wenn die Erhöhung der Leistung eines der Kanäle ein Überschreiten der zulässigen Gesamtleistung bedeuten würde, die anderen Kanäle oder aber alle Kanäle insgesamt in der Leistung reduziert werden. Dies geschieht oft sprunghaft, was vom Benutzer als unangenehme plötzliche Helligkeitsveränderung empfunden wird. Aufgrund der Leistungsbegrenzungen geschieht eine Helligkeitsveränderung oftmals nicht proportional zu einer vom Benutzer gewählten Einstellung und somit für den Benutzer nicht intuitiv. Ein typisches Beispiel wäre eine proportionale Veränderung bis zu einer bestimmten zulässigen Gesamtleistung, wonach systemseitig ein "Abschneiden" erfolgt, so dass höhere benutzerseitige Einstellungen keinen Effekt mehr haben. Des Weiteren gewährleisten im Stand der Technik bekannte Systeme nicht immer eine Farbtreue, d.h. die beschriebene Leistungsbegrenzung führt zu einer Verfälschung des Farbtons. Dies kann daran liegen, dass bei der Leistungsreduzierung die Leistungen der einzelnen Kanäle nicht im gleichen Verhältnis geändert werden.
  • Bei einem System mit n Kanälen (die n Farben entsprechen), lässt sich jeder Zustand des Systems als Vektor in einem n-dimensionalen Raum darstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Farben Primärvalenzen entsprechen, aus denen sich sämtliche Farben mischen lassen. Hierbei gibt die Richtung des Vektors die Farbe und die Länge des Vektors die Helligkeit an. Theoretisch lässt sich ein Übergang von einem Vektor des Raums zu einem anderen über einen n-dimensionalen Spline (eine abschnittsweise als Polynom definierte Funktion) realisieren. Folgt die Veränderung einem solchen Spline, können die geschilderten Sprünge vermieden werden und der Übergang wird vom Benutzer als weich und harmonisch wahrgenommen. Allerdings erfordert die Berechnung eines solchen Splines selbst bei drei Dimensionen, wie beispielsweise bei einer RGB-Lichtquelle, einen Rechenaufwand, der die Ressourcen eines Microcontrollers, wie er in einem typischen Vorschaltgerät enthalten ist, überfordert.
  • Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Mischlichtquelle eine Leistungsbegrenzung zur Verfügung zu stellen, die sich auch mit begrenzten Rechner-Ressourcen realisieren lässt und die sprunghafte Veränderungen der Lichtqualität vermeidet.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Steuerverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Durch die Erfindung wird ein Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen bereitgestellt. Paarweise verschiedenfarbig bedeutet, dass jede der Einzellichtquellen ein Licht anderer Farbe erzeugt. Insbesondere können die Einzellichtquellen, die den Kanälen der Mischlichtquelle entsprechen, Primärvalenzen zugeordnet sein, also solchen Farben, aus denen sich sämtliche Farben durch additive Lichtmischung erzeugen lassen. Die Einzellichtquellen können durch LEDs, aber auch durch Leuchtstofflampen oder andere Lichtquellen gebildet sein. Jede Einzellichtquelle kann hierbei mehrere Leuchtmittel, z.B. LEDs umfassen. Der Begriff "Einzellichtquelle" bedeutet lediglich, dass diese eine einzelne Lichtfarbe erzeugt, wobei durch das Zusammenspiel der Einzellichtquellen die verschiedenen Mischfarbtöne der Mischlichtquelle erzeugt werden. Typische Beispiele sind hier eine Tunable-White-Lichtquelle (mit normalerweise zwei Einzellichtquellen) oder eine RGB-Lichtquelle (mit drei Einzellichtquellen). Eine solche Mischlichtquelle umfasst ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG), das dazu dient, die Stromaufnahme der Einzellichtquellen zu regulieren oder zu begrenzen. Hierunter fallen insbesondere Treiber für Leuchtdioden, aber auch Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen etc. Selbstverständlich können auch mehrere EVGs, beispielsweise eines für jede Einzellichtquelle, eingesetzt werden.
  • In einem ersten Schritt empfängt ein Konverter erste Steuerungsdaten, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt sind. Die Steuerungsdaten stammen hierbei in der Regel von einer übergeordneten Beleuchtungssteuerung, wie sie in Gebäudeinstallationssystemen eingesetzt wird, und können insbesondere nach dem DALI-Standard, ggf. aber auch nach dem DSI-, DMX- oder 1-10V-Standard ausgestaltet sein. Im letztgenannten Fall bezieht sich der Begriff "Steuerungsdaten" auf ein analoges Steuerungssignal. Als "für die Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt" gelten hier sämtliche Steuerungsdaten (was auch Steuerungsbefehle einschließt), die eine bestimmte Ansteuerung der genannten Einzellichtquellen direkt oder implizit bewirken sollen. Normalerweise handelt es sich hierbei um Steuerungsdaten, die ein elektronisches Vorschaltgerät der Einzellichtquellen unmittelbar auswerten kann.
  • Der Konverter, der in diesem Zusammenhang durch seine Funktion definiert ist, kann prinzipiell vollständig hardwaremäßig realisiert sein, wobei aber eine zumindest teilweise softwaremäßige Realisierung bevorzugt ist. Insbesondere kann der Konverter durch ein Computerprogramm realisiert sein, das auf einem Prozessor, insbesondere einem Microcontroller, abläuft.
  • Der Konverter ermittelt aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert. Der Begriff "Verteilungswert" rührt daher, dass dieser ein Maß für die Verteilung der Gesamtleistung auf die Einzellichtquellen darstellen kann. Durch die ersten Steuerungsdaten sind hierbei entweder explizit oder implizit die Leistungen vorgegeben, mit denen jede einzelne der Einzellichtquellen betrieben werden soll. In welcher Weise dies vorgegeben ist, hängt selbstverständlich vom jeweiligen Datenformat und anderem ab.
  • Die entsprechenden Leistungen bilden hierbei einen Satz von Zahlen, die, wie bereits oben geschildert, als Koordinaten in einem Raum angesehen werden können, dessen Dimension der Anzahl der Einzellichtquellen entspricht. Da es sich um eine Mehrzahl von Einzellichtquellen handelt, ist der genannte Raum wenigstens zweidimensional, d.h. die Leistungen bilden jeweils Dublett, Triplett, Quartett etc. Durch die Abbildungsfunktion wird diesem mehrdimensionalen Objekt ein eindimensionaler Verteilungswert zugeordnet. Dies ist ein entscheidender Schritt zur Reduzierung des Problems, wodurch insgesamt eine Handhabbarkeit auch für Prozessoren mit geringerer Leistung gegeben ist. Der Verteilungswert hängt hierbei ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander ab, d.h. die absolute Größe der Leistungen ist unerheblich. Soll also beispielsweise die erste Einzellichtquelle mit 20 W angesteuert werden und die zweite mit 10 W, so liefert die Abbildungsfunktion hier den gleichen Wert wie wenn die erste Einzellichtquelle mit 50 W und die zweite mit 25 W angesteuert werden soll, da das Verhältnis in jedem Fall 2:1 ist. Anders ausgedrückt: Da das Verhältnis der Leistungen den Farbton der Mischlichtquelle bestimmt, hängt der von der Abbildungsfunktion gelieferte Verteilungswert nur vom vorgegebenen Farbton, nicht aber von der Helligkeit ab.
  • Die Abbildungsfunktion nimmt hierbei ein erstes globales Extremum an, wenn alle Leistungen gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum, wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist. In letzterem Fall soll dies unabhängig davon gelten, die Leistung welcher Einzellichtquelle (der der ersten, zweiten etc.) von Null abweicht. Überhaupt ist es sinnvoll, dass die Abbildungsfunktion symmetrisch bezüglich des Vertauschens zweier Leistungswerte ist.
  • Bei der Abbildungsfunktion ist also entweder das erste globale Extremum ein globales Maximum und das zweite globale Extremum ein globales Minimum oder umgekehrt. Hierbei bedeutet das Vorliegen eines globalen Maximums, dass der Funktionswert der Abbildungsfunktion dort einen Maximalwert annimmt, der an keiner anderen Stelle überschritten wird. Es ist ausdrücklich möglich, dass der entsprechende Wert auch noch an einer anderen Stelle erreicht wird. Dies gilt namentlich für das zweite Extremum, das aufgrund der Vertauschungssymmetrie überall dort angenommen wird, wenn genau eine, und zwar eine beliebige, Leistung von Null verschieden ist. Entsprechend liegt bei einem globalen Minimum ein Minimalwert vor, der an keiner anderen Stelle unterschritten wird.
  • Durch die Abbildungsfunktion wird somit ein Maß für die Ausgeglichenheit der Leistungsverteilung im System vermittelt. Der eine Extremwert entspricht der absoluten Gleichverteilung der Leistungen auf die Einzellichtquellen, der andere Extremwert entspricht dem maximalen Ungleichgewicht, wobei die gesamte Leistung auf eine Einzellichtquelle enthält.
  • Der so ermittelte eindimensionale Verteilungswert wird vom Konverter in eine Gewichtungsfunktion einsetzt, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln. Die Gewichtungsfunktion ist hierbei in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar. Dies bedeutet, wie bekannt ist, dass die Gewichtungsfunktion sowie ihre erste Ableitung nach dem Verteilungswert keinerlei Sprünge aufweisen. Es versteht sich, dass je nach numerischer Implementierung aufgrund von Rundungsfehlern und anderen Gegebenheiten ggf. kleinere Sprünge möglich sind, die allerdings in der Anwendung nicht auffallen. Jedenfalls soll eine Gewichtungsfunktion zugrunde gelegt werden, die in mathematisch idealisierter Form die entsprechende Stetigkeit und Differenziertheit zeigt.
  • Schließlich multipliziert der Konverter die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor und erzeugt hieraus zweite Steuerungsdaten. D.h., die ursprünglich vorgegebenen Leistungen werden einzelnen mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert, also gewissermaßen gewichtet, und es werden neue, zweite Steuerungsdaten erzeugt, durch die für die Einzellichtquellen ebendiese gewichteten Leistungen vorgegeben werden.
  • Die Einzellichtquellen werden nun gemäß den zweiten Steuerungsdaten angesteuert. Dementsprechend richtet sich das Verhalten der Mehrzahl von Einzellichtquellen nicht nach den ursprünglichen, ersten Steuerungsdaten, sondern nach den zweiten Steuerungsdaten, die den gewichteten Leistungen entsprechend. Da sämtliche Leistungen mit dem gleichen Gewichtungsfaktor multipliziert werden, ändert sich das Verhältnis der Leistungen zueinander nicht. Dasselbe gilt somit auch für den hiermit zu erzeugenden Farbton. Somit arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren farbtreu. Es erfolgt lediglich eine Modifizierung der Helligkeit, nicht jedoch des Mischungsverhältnisses der Farben.
  • Ein weiterer Aspekt ist, dass der Gewichtungsfaktor, wie oben dargelegt, nicht von der Helligkeit, die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegeben wird, abhängt. Daher werden bei gleicher Farbe unterschiedliche Helligkeiten mit dem gleichen Faktor gewichtet. Anders gesagt, es erfolgt hier eine proportionale Ansteuerung der Einzellichtquellen. Bei einem bestimmten Farbton (entsprechend einem bestimmten Verhältnis der Einzelleistungen zueinander) sind die durch die zweiten Steuerdaten vorgegebenen Leistungen proportional zu den durch die ersten Steuerdaten vorgegebenen Leistungen. Diese Proportionalität ist ein bedeutender Vorteil gegenüber Verfahren, bei denen z.B. ein einfaches "Abschneiden" oberhalb einer Maximalleistung erfolgt. Die Veränderung der Helligkeit erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer für den Benutzer intuitiven Weise. Es versteht sich, dass der Gewichtungsfaktor hierbei derart gewählt sein sollte, dass weder die maximal zulässige Nennleistung der Mischlichtquelle, noch die einer Einzellichtquelle (wesentlich) überschritten werden kann. Dies sollte insbesondere für die beiden Extremfälle gelten, d.h. wenn alle Leistungen gleich sind bzw. wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist zum einen, bei einer Veränderung der einzelnen Lichtanteile (was einer Veränderung der Leistungen entspricht) zum einen Sprünge (nicht stetige Stellen), zum anderen Spitzen (nicht differenzierbare Stellen) zu vermeiden, die vom Benutzer als unnatürlich und störend empfunden werden. Dies geschieht über die Verwendung einer stetigen und stetig differenzierbaren Gewichtungsfunktion.
  • Da hier mathematisch gesehen eine Verknüpfung von Abbildungsfunktion und Gewichtungsfunktion geschieht, sollte die Abbildungsfunktion ihrerseits wenigstens stetig, idealerweise stetig differenzierbar, bezüglich sämtlicher in sie eingehenden Leistungen sein. Es versteht sich, dass das Fehlen der genannten Eigenschaften in solchen Bereichen unerheblich ist, die in der Realität nicht angenommen werden können. So wäre im Bezug auf die Abbildungsfunktion eine Unstetigkeit bei negativen Leistungen unerheblich, da diese nicht vorkommen. Genauso wäre eine Unstetigkeit der Gewichtungsfunktion unerheblich, falls sie Werte betrifft, die die Abbildungsfunktion nicht liefern kann.
  • Es sei noch anzumerken, dass, wie bei Verknüpfung von Funktionen üblich, unter Umständen Rechenoperationen der Abbildungsfunktion in die Gewichtungsfunktion verlagert werden können bzw. umgekehrt. Hierbei bleibt allerdings stets die Abbildungsfunktion eine Funktion mehrerer Variablen (der Leistungen), die einen einzelnen, eindimensionalen Funktionswert liefert, während die Gewichtungsfunktion in jedem Fall einem eindimensionalen Wert einen eindimensionalen Funktionswert zugeordnet.
  • Wie nachfolgend noch erläutert wird, kann die Abbildungsfunktion, die die dimensionale Reduzierung des Problems bewirkt, einfach gehalten werden und somit auch von einem Microcontroller, wie er in bekannten EVGs eingesetzt wird, bewältigt werden. Nach der Reduzierung des Problems auf eine Dimension ist somit nur eine eindimensionale Gewichtungsfunktion auszuwerten, was nur entsprechend geringe Rechnerressourcen erfordert.
  • Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist, dass das vorstehende Verfahren farbtreu arbeitet, d.h. es wird in jedem Fall nur die Helligkeit verändert, nicht jedoch das Mischungsverhältnis der Lichtanteile zueinander.
  • Grundsätzlich können die Abbildungsfunktion und die Gewichtungsfunktion für den Konverter fest vorgegeben sein. Vorteilhaft ist es allerdings, wenn gewisse Funktionsparameter eingestellt werden können, um das Steuerungsverhalten zu optimieren. In diesem Fall wird, bevor erstmalig erste Steuerungsdaten empfangen werden, benutzerseitig wenigstens ein Parameter der Gewichtungsfunktion eingestellt. Ein solcher freier Parameter kann beispielsweise den Gewichtungsfaktor betreffen, der beim Betrieb einer einzelnen Einzellichtquelle (beim zweiten globalen Extremum) anzuwenden ist, oder aber die Steigung der Gewichtungsfunktion in diesem Punkt.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung hat die Gewichtungsfunktion beim ersten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null. Anders gesagt, die erste Ableitung der Gewichtungsfunktion hat an dieser Stelle den Wert Null, was beispielsweise einem lokalen Extremum entsprechen kann. Dieser Fall charakterisiert den Übergang von einer absoluten Gleichverteilung der Leistung zu einem Ungleichgewicht. Bei einer Abweichung von diesem Kriterium kann die Gesamtfunktion unter Umständen nicht stetig differenzierbar sein, was zu störenden Effekten führen würde.
  • Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Gewichtungsfunktion beim zweiten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null hat. Dieser Fall charakterisiert den Übergang von einem Betrieb mit nur einer Einzellichtquelle zu einem Betrieb mit mehreren Einzellichtquellen. Es hat sich gezeigt, dass der Übergang hier als besonders weich wahrgenommen wird, wenn die Gewichtungsfunktion dort eine Steigung von Null hat.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Gewichtungsfunktion außer bei dem ersten und zweiten globalen Extremum keine lokalen Extrema hat. Derartige lokale Extrema, die mit einem Schwingungsverhalten der Gewichtungsfunktion einhergehen, führen im Allgemeinen zu Helligkeitsveränderungen, die vom Benutzer als unharmonisch empfunden werden.
  • In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens interpretiert der Konverter die Leistungen der Einzellichtquellen als Koordinaten eines Vektors. Hierbei wird gemäß der Abbildungsfunktion die Länge des Vektors normiert. Üblicherweise erfolgt hierbei eine Normierung auf die Länge 1, d.h. die einzelnen Komponenten werden durch die Länge des Vektors geteilt. Selbstverständlich ist auch eine andere Normierung möglich. Es wird die Differenz zu einem entsprechend normierten Diagonalvektor, bei dem alle Koordinaten gleich sind, gebildet wird, um einen Differenzvektor zu erhalten. Der entsprechende Diagonalvektor repräsentiert den Fall identischer Leistungen sämtlicher Einzellichtquellen, d.h. also den leistungsmäßig völlig ausgeglichenen Fall. Durch die Differenzbildung wird zunächst also eine vektorielle Abweichung von diesem ausgeglichenen Fall bestimmt, wobei aufgrund der Normierung der beiden Vektoren die Helligkeit nicht eingeht, sondern lediglich die Abweichung innerhalb des Farbraums betrachtet wird.
  • Der eindimensionale Verteilungswert hängt hierbei monoton von der Länge des Differenzvektors ab. Das bedeutet, bei Zunahme der Länge des Differenzvektors erfolgt entweder stets eine Zunahme des Verteilungswerts (wobei punkt- oder intervallweise auch keine Änderung möglich ist, jedoch keine Abnahme), oder aber es erfolgt stets eine Abnahme des Verteilungswerts. Der Verteilungswert kann hierbei z.B. quadratisch, logarithmisch etc. von der Länge abhängen. Bevorzugt hängt er linear von der Länge ab und ist insbesondere proportional zur Länge des Differenzvektors. Der Verteilungswert ist in diesem Fall ein Maß für die Abweichung von der Gleichverteilung.
  • Die Übergänge zwischen den einzelnen Zuständen der Mischlichtquelle lassen sich weiter verbessern, wenn die Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert wenigstens zweimal stetig differenzierbar ist. Dies kann beispielsweise durch Polynome, trigonometrische Funktionen etc. erreicht werden.
  • Eine bevorzugte Möglichkeit, eine Gewichtungsfunktion mit den genannten Eigenschaften bereitzustellen, ergibt sich, wenn diese ein Polynom dritten Grades bezüglich des Verteilungswerts ist. Derartige Polynome werden auch als kubische Splines bezeichnet. Ein solches Polynom dritten Grades kann auch mit begrenzten Rechnerressourcen ausgewertet werden.
  • Da die Gewichtungsfunktion normalerweise bei Inbetriebnahme der Anlage bekannt ist und auch die möglichen Werte des Verteilungswerts durch die Extrema der Abbildungsfunktion begrenzt sind, können grundsätzlich alle für den Betrieb relevanten Funktionswerte vorab berechnet und abgespeichert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist dies realisiert, wobei der Konverter den Gewichtungsfaktor einer Wertetabelle (Look-Up-Table) entnimmt, in der Funktionswerte der Gewichtungsfunktion gespeichert sind. Auf diese Weise kann auch bei Vorliegen einer komplizierter auszuwertenden Funktion ein Prozessor, mittels dessen der Konverter realisiert wird, entlastet werden. Der für die Wertetabelle benötigte Speicherplatz bleibt allerdings überschaubar, da es sich hierbei um eine eindimensionale Funktion handelt.
  • Durch die Erfindung wird des Weiteren eine Steuervorrichtung für eine Mischlichtquelle mit einer Mehrzahl von Einzellichtquellen zur Verfügung gestellt. Die Steuervorrichtung umfasst hierbei einen Konverter, der dazu eingerichtet ist, erste Steuerungsdaten zu empfangen, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt sind, aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert zu ermitteln, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt, welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt, wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist, den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einzusetzen, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist, die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor zu multiplizieren und hieraus zweite Steuerungsdaten zu erzeugen. Hierbei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die Einzellichtquellen gemäß den zweiten Steuerungsdaten anzusteuern.
  • Hinsichtlich der genauen Implementierung der Abbildungs- und Gewichtungsfunktion in dem Konverter der Steuervorrichtung sind die gleichen bevorzugten Ausgestaltung möglich, die oben im Hinblick auf das erfindungsgemäße Steuerverfahren beschrieben wurden.
  • Eine solche Steuervorrichtung kann in ein elektronisches Vorschaltgerät der Mischlichtquelle integriert sein bzw. durch dieses gebildet werden. In einer alternativen Ausführung bildet die Steuervorrichtung ein Gerät, das schaltungstechnisch zwischen einer übergeordneten Beleuchtungssteuerung und einem elektronischen Vorschaltgerät angeordnet werden kann. In diesem Fall umfasst die Steuervorrichtung wenigstens eine erste Schnittstelle zum Anschluss an einen Daten-Bus einer Beleuchtungssteuerung sowie wenigstens eine zweite Schnittstelle zum Anschluss an wenigstens ein elektronisches Vorschaltgerät der Mischlichtquelle. Der Daten-Bus ist hierbei dazu ausgelegt, dass eine Beleuchtungssteuerung hierüber Steuerungsdaten an ein oder mehrere Leuchtmittel senden kann, um deren Betrieb zu steuern, und ggf. auch Daten von den Leuchtmitteln empfangen kann. Die Beleuchtungssteuerung sowie der Daten-Bus können hierbei insbesondere nach dem DALI-Standard, ggf. aber auch nach dem DSI-, DMX- oder 1-10V-Standard ausgestaltet sein. Die zweite Schnittstelle ist dafür ausgelegt, direkt oder indirekt (durch eine dazwischen liegende Leitung) an eine Eingangsschnittstelle des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossen zu werden, über welche dieses üblicherweise Steuerungsdaten unmittelbar aus dem Daten-Bus empfängt.
  • Hierbei ist der Konverter dazu eingerichtet, über die erste Schnittstelle die erste Steuerungsdaten zu empfangen, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die zweiten Steuerungsdaten über die zweite Schnittstelle an das wenigstens eine Vorschaltgerät zu senden.
  • Bei dieser Ausführungsform, in der die Steuervorrichtung von dem wenigstens einen elektronischen Vorschaltgerät separat ist, kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass nicht nur das elektronische Vorschaltgerät einer einzigen Mischlichtquelle, sondern mehrere Vorschaltgeräte, die verschiedenen Mischlichtquellen zugeordnet sind, an die Steuervorrichtung angeschlossen werden. Die Steuervorrichtung übernimmt hierbei die Erzeugung der zweiten, gewichteten Steuerdaten für jedes der nachgeschalteten EVGs. Hierbei ist es im Prinzip auch denkbar, dass unterschiedliche Abbildungs- und Gewichtungsfunktionen für die einzelnen EVGs verwendet werden.
  • Beispielsweise können bei einer Steuervorrichtung, die gemäß dem DALI-Standard ausgelegt ist, über die erste Schnittstelle, die an einen DALI-Bus einer übergeordneten Beleuchtungssteuerung angeschlossen ist, benutzerseitig bei Inbetriebnahme einzelne Parameter der Abbildungs- oder Gewichtungsfunktion oder aber sogar die genannten Funktionen als Ganzes festgelegt werden. Hierbei kann insbesondere auch eine oben geschilderte Wertetabelle von der Beleuchtungssteuerung auf einen Speicher der Steuervorrichtung übertragen werden.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sowie
    Fig. 2:
    ein Flussdiagramm, das die in der Steuervorrichtung ablaufenden Prozesse illustriert.
  • Bei dem in Figur 1 gezeigten Beleuchtungssystem 1 geht von einer zentralen Beleuchtungssteuerung 2 ein DALI-Bus 3 aus, über den die Beleuchtungssteuerung 2 mit verschiedenen Aktoren verbunden werden kann. Im vorliegenden Fall soll ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) 5 einer RGB-Lichtquelle 4 mit drei Einzellichtquellen, die durch LEDs 6.1, 6.2, 6.3 gegeben sind, gesteuert werden.
  • Die Beleuchtungssteuerung 2 gibt hierbei gemäß den Einstellungen eines Benutzers für einen bestimmten Farbton der RGB-Lichtquelle erste Steuerdaten vor, die bestimmten Leistungen der LEDs 6.1, 6.2, 6.3 entsprechen. Beim Übergang von einem Farbton zu einem anderen können die ersten Steuerdaten allerdings zum einen zu unerwünschten sprunghaften Veränderungen der Helligkeit und/oder des Farbtons führen, zum anderen können ggf. einzelne Einzellichtquellen leistungsmäßig überlastet werden.
  • Um diese unerwünschten Effekte zu vermeiden, ist zwischen den DALI-Bus 3 und das EVG 5 eine Steuervorrichtung 10 geschaltet, die eine entsprechende Datenumwandlung vornimmt. Die Steuervorrichtung 10 ist über eine erste Schnittstelle 11 mit dem DALI-Bus 3 verbunden, über den für das EVG 5 bestimmte erste Steuerungsdaten gesendet werden. Über eine zweite Schnittstelle 12 sowie einen sekundären DALI-Bus 7 ist die Steuervorrichtung 10 mit dem EVG 5 verbunden. Des Weiteren verfügt die Steuervorrichtung 10 über eine eigene, unabhängige Spannungsversorgung (nicht dargestellt).
  • Die über den DALI-Bus 3 empfangenen ersten Steuerungsdaten werden von der Steuervorrichtung 10 als für das EVG 5 bestimmt erkannt. Die Datenumwandlung wird von einem Konverter 13 der Steuervorrichtung 10 übernommen, dessen Arbeitsweise anhand des Flussdiagramms in Figur 2 erläutert wird. Im vorliegenden Fall ist der Konverter 13 als Computerprogramm realisiert, dass auf einem Prozessor (nicht dargestellt) der Steuervorrichtung 10 läuft.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, übernimmt der Konverter 13 anfangs, d.h. bei der Inbetriebnahme, benutzerseitig eingestellten Parameter einer Abbildungsfunktion. Werden über die erste Schnittstelle erste Steuerungsdaten empfangen, liest der Konverter 13 hieraus die für die einzelnen LEDs 6.1, 6.2, 6.3 vorgegebenen Leistungen P1, P2, P3 ab und bildet hieraus über eine Abbildungsfunktion h (P1, P2, P3) einen eindimensionalen Verteilungswert, der ein Maß für die Gleichverteilung der Leistung auf die in der Valenzen darstellt. Hierzu interpretiert der Konverter 13 die vorgegebenen Leistungen wie Koordinaten eines Vektors. Dieser Vektor wird auf die Länge 1 normiert und der Differenzvektor zu einem Diagonalvektor, der ebenfalls auf die Länge 1 normiert ist, gebildet. Die Länge dieses Differenzvektors bildet den eindimensionalen Verteilungswert, der nunmehr in eine Gewichtungsfunktion g(h) eingeht. Alternativ kann die Länge des Differenzvektors nochmals renommiert werden, so dass der eindimensionale Verteilungswert nur Werte zwischen 0 und 1 annimmt.
  • Die Gewichtungsfunktion g(h) ist vorliegend ein kubischer Spline, also ein Polynom dritten Grades bezüglich des Verteilungswerts h und somit diesbezüglich stetig und zweimal stetig differenzierbar. Die Koeffizienten des Polynoms sind so gewählt, dass für h=0 (völlige Gleichverteilung der Leistung) ein Funktionswert von 1 angenommen wird und eine Steigung von 0. Im Fall völliger Gleichverteilung erfolgt also keine Leistungsveränderung, da hier die Gesamtleistung anderweitig so begrenzt ist, dass die Einzelleistungen in unbedenklichen Bereichen bleiben. Funktionswert und Steigung für den anderen Extremwert von h (Betrieb von genau einer Einzellichtquelle) wurden anfangs benutzerseitig eingestellt, wobei insbesondere ein zwischen 0 und 1 liegender Funktionswert eingestellt werden kann, der im Falle des Einzelbetriebs einer Einzellichtquelle zu einer Leistungsreduzierung führt. Insbesondere kann hierbei ein Gewichtungsfaktor eingestellt werden, der dem Verhältnis von zulässiger Nennleistung einer Einzellichtquelle zu zulässiger Nennleistung der gesamten Mischlichtquelle entspricht. Hierdurch wird dafür gesorgt, dass bei maximal möglicher Ansteuerung (durch die ersten Steuerdaten) die zulässige Nennleistung der Einzellichtquelle nicht überschritten wird, während gleichzeitig auch hier eine Proportionalität zwischen der durch die ersten Steuerdaten vorgegebenen Leistung und der durch die zweiten Steuerdaten vorgegebenen Leistung besteht.
  • Insbesondere sind die Koeffizienten des Polynoms so gewählt, dass innerhalb des maximal möglichen Wertebereichs von h nur an den Rändern globale Extrema angenommen werden und dazwischen keine lokalen Extrema auftreten.
  • Die Gewichtungsfunktion g ist einfach gehalten und kann auch von einem üblichen Microcontroller quasi in Echtzeit berechnet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Funktion als Wertetabelle gespeichert ist, auf die der Microcontroller zugreifen kann. Auch die Auswertung der Abbildungsfunktion h, durch die das Problem von drei Dimensionen auf eine Dimension reduziert wird, kann von einem Microcontroller bewältigt werden.
  • Der Funktionswert der Gewichtungsfunktion g(h) dient als Gewichtungsfaktor, mit dem jeder der vorgegebenen Leistungswerte multipliziert wird. Dies entspricht mathematisch gesehen einer Multiplikation des Vektors mit einem Skalar. Das Verhältnis der Leistungen zueinander ändert sich hierbei nicht. Die so erhaltenen, gewichteten Leistungen werden vom Konverter 13 in zweite Steuerdaten für das EVG 5 übersetzt, anschließend werden diese zweiten Steuerdaten an das EVG 5 gesendet, was zu einer entsprechenden Ansteuerung der LEDs 6.1, 6.2, 6.3 führt. Nach dem Senden der zweiten Steuerdaten erwartet der Konverter 13 einen erneuten Empfang neuer erster Steuerdaten. Bei Empfang neuer Steuerungsdaten werden die vorstehenden Schritte erneut durchlaufen.
  • Durch die geschilderten Eigenschaften der Gewichtungsfunktion g(h) wird für eine Gewichtung der Leistungen der einzelnen LEDs 6.1, 6.2, 6.3 gesorgt, die zum einen Farbtreue und Proportionalität hinsichtlich der Helligkeit gewährleistet, zum anderen Sprünge im Helligkeits- oder Farbverlauf vermeidet, die von einen Benutzer als unangenehm wahrgenommen würden.
  • Die Erfindung ist anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben worden. In Abwandlung hiervon könnte beispielsweise statt des DALI-Busses ein anderer Datenbus zum Einsatz kommen oder es ist möglich, dass die ersten Steuerungsdaten über keinen Datenbus im eigentlichen Sinne empfangen werden. Diese Variationen des Ausführungsbeispiels seien nur beispielhaft erwähnt. Für einen Fachmann ergeben sich zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung im Rahmen der geltenden Ansprüche zu verwirklichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Beleuchtungssystem
    2
    Beleuchtungssteuerung
    3
    DALI-Bus
    4
    RGB-Lichtquelle
    5
    EVG
    6.1, 6.2, 6.3
    LED
    7
    sekundärer DALI-Bus
    10
    Steuervorrichtung
    11
    erste Schnittstelle
    12
    zweite Schnittstelle
    13
    Konverter

Claims (11)

  1. Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle (4) mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3), wobei
    - ein Konverter (13) erste Steuerungsdaten empfängt, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) bestimmt sind,
    - der Konverter (13)
    - aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert ermittelt, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt, welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen gleich sind und ein zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt, wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist,
    - den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einsetzt, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist, und
    - die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert und hieraus zweite Steuerungsdaten erzeugt, und
    - die Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) gemäß den zweiten Steuerungsdaten angesteuert werden.
  2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevor erstmalig erste Steuerungsdaten empfangen werden, benutzerseitig wenigstens ein Parameter der Gewichtungsfunktion eingestellt wird.
  3. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion beim ersten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null hat.
  4. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion beim zweiten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null hat.
  5. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion außer bei dem ersten und zweiten globalen Extremum keine lokalen Extrema hat.
  6. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (13) die Leistungen der Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) als Koordinaten eines Vektors interpretiert, und gemäß der Abbildungsfunktion
    - die Länge des Vektors normiert wird,
    - die Differenz zu einem entsprechend normierten Diagonalvektor, bei dem alle Koordinaten gleich sind, gebildet wird, um einen Differenzvektor zu erhalten, und
    - der eindimensionale Verteilungswert monoton von der Länge des Differenzvektors abhängt, bevorzugt proportional zur Länge des Differenzvektors ist.
  7. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert wenigstens zweimal stetig differenzierbar ist.
  8. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion ein Polynom dritten Grades bezüglich des Verteilungswerts ist.
  9. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (13) den Gewichtungsfaktor einer Wertetabelle entnimmt, in der Funktionswerte der Gewichtungsfunktion gespeichert sind.
  10. Steuervorrichtung (10) für eine Mischlichtquelle (4) mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3), mit einem Konverter (13), der dazu eingerichtet ist,
    - erste Steuerungsdaten zu empfangen, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) bestimmt sind,
    - aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert zu ermitteln, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt, welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt, wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist,
    - den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einzusetzen, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist,
    - die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor zu multiplizieren und hieraus zweite Steuerungsdaten zu erzeugen,
    wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) gemäß den zweiten Steuerungsdaten anzusteuern.
  11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch
    - wenigstens eine erste Schnittstelle (11) zum Anschluss an einen Daten-Bus (3) einer Beleuchtungssteuerung,
    - wenigstens eine zweite Schnittstelle (12) zum Anschluss an wenigstens ein elektronisches Vorschaltgerät (5) der Mischlichtquelle (4),
    wobei der Konverter (13) dazu eingerichtet ist, über die erste Schnittstelle (11) die ersten Steuerungsdaten zu empfangen, und die Steuervorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die zweiten Steuerungsdaten über die zweite Schnittstelle (12) an das wenigstens eine Vorschaltgerät (5) zu senden.
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