EP3366085A1 - Verfahren zur steuerung einer leuchteinrichtung und leuchteinrichtung - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer leuchteinrichtung und leuchteinrichtung

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Publication number
EP3366085A1
EP3366085A1 EP16788457.6A EP16788457A EP3366085A1 EP 3366085 A1 EP3366085 A1 EP 3366085A1 EP 16788457 A EP16788457 A EP 16788457A EP 3366085 A1 EP3366085 A1 EP 3366085A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
lighting device
light
operating
lighting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16788457.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tran Quoc Khanh
Trinh Quang Vinh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Darmstadt
Original Assignee
Technische Universitaet Darmstadt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Darmstadt filed Critical Technische Universitaet Darmstadt
Publication of EP3366085A1 publication Critical patent/EP3366085A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/28—Controlling the colour of the light using temperature feedback

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a lighting device with at least two light sources with different emission characteristics.
  • incandescent lamps an electrical conductor is heated by an electric current flow and excited to glow or shine.
  • the emission spectrum of a filament lamp can be specified on the one hand by a suitable choice of material and dimensioning of the current-carrying filament and on the other hand by an embodiment or coating of a filament
  • a light-emitting diode With a light-emitting diode, a semiconductor light-emitting component, an electric current can be very efficiently converted into a light emission.
  • the semiconductor materials used for the light-emitting diode and their doping the spectral properties of the light generated by the relevant light-emitting diode can be selected.
  • emitted light usually has a very narrow and almost monochromatic wavelength range.
  • the light-emitting semiconductor material with luminescent materials, one of the Semiconductor material radiated short-wave and thus high-energy light into long-wave light converted and a broad-band emission spectrum can be generated.
  • Lighting device can be summarized to produce by a superposition of different emission ⁇ a characteristic emitted by the light emitting device spectral power distribution with the most advantageous properties.
  • Light spectra are each particularly advantageous. For example, in a grocery store
  • the emission characteristics of a light emitting diode are largely determined by the particular design, by the material and the production and are for
  • Controlling device of the lighting device the individual light emitting diodes so driven or usually supplied with a pulse width modulated current that the
  • Use cases can be modeled with sufficient accuracy.
  • a peak wavelength of a light-emitting diode can change by several nanometers and optionally by about 10 nanometers or more when the temperature rises by 40 ° C.
  • the peak wavelength also changes at a current flow of between 100 milliamps and 700 milliamps, these current values being within a typical range for one
  • Lighting device would be very expensive and expensive.
  • Detecting step at least one temperature-actual value and during a predetermined detection period at least one temperature change information are detected, wherein in a control signal generating step depending on the at least one detected temperature actual value and the at least one temperature change information new control signals for the respective control of the at least two light sources to issue a predetermined
  • Color change is referred to as constant or as a constant light emission, provided that the upper limit specified by the threshold for a change in color of the light emission is below or at the edge of human perception.
  • Temperature actual value can be one at the measured Adjusted temperature actual value causes change in the control signals, the new control signals for each
  • Illuminant determined and the new control signals are transmitted to the operating device.
  • Lighting means could be estimated by simulations and measurements and when setting new ones
  • Control signals are taken into account.
  • Lighting device can thus be adapted to changing temperatures very quickly and precisely and kept as constant as possible.
  • the light emission of a lighting device for example
  • Temperature changes are taken into account, for example, caused by a on a cloudy day and often changed solar irradiation
  • Heating and cooling of the lighting device result.
  • Lighting effect and these changes in the Preset new control signals are taken into account in order to keep the light emission of the lighting device as constant as possible despite changing temperatures.
  • an operating temperature of the at least two light sources is detected as a temperature actual value.
  • a trade ⁇ conventional, low-cost and very small temperature sensor can be used.
  • the one temperature sensor can be spatially arranged in the vicinity of the lighting means such that the temperature sensor detects an average operating temperature of the various lighting means. It is also possible to arrange the one temperature sensor so that the operating temperature of the lamp (s) is detected, which is known to be the greatest dependence of the lamps
  • Illuminant an operating temperature is detected as the temperature value of the respective bulb.
  • differences in the operating temperature for the individual lamps can be detected and taken into account. For example, these differences can be due to a different power consumption and corresponding
  • Heat emission of the individual lamps are caused, the proportion of the light emission in dependence on the predetermined light spectrum to be emitted by the lighting device, from bulb to bulb can be different. Other differences can be caused by the fact that a
  • each bulb has in each case only a single lamp per lamp type.
  • each bulb can have a separate
  • the lighting device has in each case a plurality of similar lighting means per lamp type. Then each lamp type and thus a plurality of similar and expediently also spatially closely adjacent arranged bulbs can be assigned a single temperature sensor. It can also each bulb regardless of the type of lamp and its arrangement
  • an advantageous embodiment of the inventive concept provides that a change in the ambient temperature is recorded as temperature change information in the detection step during the detection period.
  • Temperature sensor to detect the ambient temperature and as little as possible from the heat output of
  • Illuminant to be influenced during operation can be provided as far away as possible to arrange the temperature sensor or on a side facing away from the bulbs within a housing of the lighting device.
  • the temperature sensor can instead also on a
  • Illuminant is detected as temperature change information.
  • control signal generating step from a memory device as a function of the at least one actual temperature value for each
  • the starting parameters can be determined by simulations and measurements in advance
  • Start parameters represent a first output value for the determination of the new control signals.
  • Output value can be determined in advance for various actual temperature values with suitable approximation methods and stored in the memory device.
  • the various starting parameters can be determined either as a function of a single temperature actual value or as a function of a number of actual temperature values, if separate for each of the plurality of lamps
  • Temperature sensors can be used and read out.
  • Temperature actual value is calculated in each case a spectral emission model, based on which the starting parameters for the control of the lighting means are determined. With a Taylor series development can be done with a small number of nodes of temperature and below
  • Operating temperature and the operating current within the intended areas for a few minutes can be sufficient.
  • the subsequent parameterization can also be carried out in the test bench with a sufficiently powerful data processing device in just a few minutes. The generated in this way
  • Start parameters are determined and stored in the memory device can be significantly reduced, without affecting the spectral power distribution during the
  • Control signal generating step of the correction parameter is determined by a mathematical approximation method in which a proportional component and an integral component in the approximation method are used to determine the correction parameter.
  • the proportional component can be determined as a function of a temperature difference .DELTA. ⁇ , which is calculated as the difference of the measured temperature actual value of the nearest sample point temperature value.
  • the integral component can also be determined as a function of the temperature difference .DELTA. ⁇ , wherein the temporal change of this
  • the designated correction parameter may be
  • the integral component may be either a single temperature change information or a small number of temperature change values
  • a proportional component parameter and an integral component parameter are determined by means of simulations carried out in advance and / or reference measurements, which are used in the approximation method for determining the
  • Proportional and the integral component can be used.
  • the proportional component parameter P and the integral component parameter I can be determined by a number of
  • the proportional share ⁇ parameter P and the integral term I parameters are respectively constant values.
  • the light spectrum of the lighting device is selected from a number of predefined light spectra and is specified for a subsequent operating time.
  • a number of light spectra with different color temperature can be preset and made available for selection by a user. The user can then choose, for example, between three or four different color temperatures that which appears particularly suitable for the intended use in the individual case.
  • Providing a number of preconfigured light spectra facilitates user use and adjustment.
  • the lighting device can have suitable input means and with a display device the respective predetermined
  • Show light spectrum It is also possible to provide an interface to the memory device for specifying a light spectrum in order to be able to store there the light spectrum selected by a user or the parameters relevant for this purpose.
  • the invention also relates to a lighting device, with a possible over a long period of time as possible constant light spectrum can be emitted.
  • the lighting device according to the invention is a lighting device, with a possible over a long period of time as possible constant light spectrum can be emitted.
  • Temperature sensor a memory device and a microprocessor having a control device, wherein the control device start parameters from the
  • Memory device of the lighting device read, depending on at least one temperature change information measured with the temperature sensor one
  • a temperature sensor can be a commercial,
  • a single temperature sensor can be arranged spatially in the vicinity of the lighting means so that the
  • Temperature sensor detects a mean operating temperature of the various bulbs. It is also possible to arrange the one temperature sensor so that the operating temperature of the lamp (s) is detected, which is known to be the greatest dependence of the lamps
  • the temperature sensor is as far away as possible or on a side facing away from the light sources within a housing of the To arrange lighting device.
  • the temperature sensor may instead also be on an outside of the housing
  • Lamp has associated operating temperature sensor. It is possible that the lighting device has in each case only a single lamp per lamp type. In this case, each lamp can be assigned a separate operating temperature sensor, which is arranged close to the relevant lamp and essentially detects its operating temperature. It is also possible that the lighting device has in each case a plurality of similar lighting means per lamp type. Then every type of lamp and thus
  • a single operating temperature sensor may be associated with a plurality of similar and expediently also spatially closely adjacent bulbs. It can also be any bulb regardless of the particular
  • the luminous device comprises more than three different light-emitting diodes and at least one thereof a light emitting diode with a luminescent
  • Wavelength converter has as a light source.
  • Fig. 1 is a schematic representation of spectral
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a spectral power distribution of a lighting device, which has a plurality of different light-emitting diodes, at two different operating temperatures, and
  • Fig. 3 is a schematic representation of a
  • FIG. 4 is a schematic representation of a variably configured lighting device with a plurality of light sources and with an ambient temperature sensor, and
  • Fig. 5 is a schematic representation of a
  • Illuminant carrier of a lighting device on which a plurality of lighting means and in each case an associated operating temperature sensor are arranged.
  • Fig. 1 the spectral power distribution as a function of the emitted wavelength for two temperatures are shown schematically for different light-emitting diodes, wherein the dotted lines in each case the spectral Power distribution at 25 ° C and the dashed lines each show the spectral power distribution at 80 ° C. Illustrated here are the spectral
  • Power distribution can be determined and measured for each LEDs 1 to 5, depending on the operating current. In addition, with increasing operating current of a light-emitting diode 1 to 5 also regularly increases
  • plate-shaped lamp carrier 7 is arranged.
  • Light source carrier 7 is set in a housing 8 so that the individual light-emitting diodes 1 to 5 emit a spectral power distribution during operation through a window opening 9 in the housing 8. The control of the individual LEDs 1 to 5 via a
  • Control device 10 which supplies the individual light emitting diodes 1 to 5 in dependence on the respective control signals with a usually pulse width modulated operating current. Due to the superimposition of the different light spectra of the individual light-emitting diodes 1 to 5, the desired color of the lighting device 6
  • LEDs 1 to 5 is of the respective
  • Detecting period of, for example, one minute to a temperature sensor 11 on the plate-shaped light source carrier 7 between the individual light-emitting diodes 1 to 5 is arranged.
  • the temperature sensor 11 transmits the measured temperature values to the control device 10 can be evaluated in the individual temperature measuring values and transferred to current actual temperature values, as well as in temperature-varying ⁇ information.
  • the temperature change information for example, averaged over the detection period temperature difference, an averaged temperature gradient or over the
  • Threshold exceeds or falls below or one
  • Control device 10 in a control signal generating step determines the new control signals and in a
  • Control step to be transmitted to an operating device 12, with which the operating current is provided for each light-emitting diode 1 to 5, to keep as constant as possible during operation of the lighting device 6 emitted by the lighting device 6 spectral power distribution.
  • Control signals which have been previously determined, for example, via a Taylor series development as a function of temperature value support points and stored in a memory device 13, from the memory device 13
  • a correction parameter Apwm is determined with a suitable mathematical approximation method, in which a proportional component and an integral component in the
  • Control signals for the LEDs 1 to 5 determined that transmitted to the operating device 12 and for the
  • the temperature sensor 11 is disposed on an upper side on the plate-shaped light source carrier 7 between the individual light-emitting diodes 1 to 5.
  • the influence of a predetermined by the waste heat of the LEDs 1 to 5 operating temperature dominates, while the influence of caused by environmental influences heating or cooling of the housing 8 is low.
  • the one temperature sensor 11 is also an average operating temperature of the
  • Illuminant carrier 7 the influence of immediately adjacent light-emitting diodes 1 to 5 greater than the influence of further
  • spaced light emitting diodes 1 to 5 is.
  • the temperature sensor 11 in a window opening 9 facing away from the region of a side wall 14 of the housing 8 is arranged.
  • the temperature sensor 11 is the influence of Ambient temperature greater and possibly dominant over the influence of the heat generated during operation of the LEDs 1 to 5 waste heat.
  • Such an embodiment of the lighting device 6 is particularly useful for lighting devices that are mainly used outdoors and while individual
  • used temperature sensor 11 may be referred to as operating temperature sensor and the temperature sensor 11 used according to the embodiment shown in Fig. 4 may be referred to as ambient temperature sensor.
  • each light-emitting diode 1 to 5 each associated with a temperature sensor 11, the immediate
  • Light-emitting diodes 1 to 5 can be emitted with this configuration a very precise temperature control and compared to a temperature average of a single temperature sensor 11 particularly constant spectral power distribution.

Landscapes

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

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Leuchteinrichtung (6) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit unterschiedlichen Emissionscharakteristiken werden in einem Erfassungsschritt mindestens ein Temperatur-Istwert und während einer vorgebbaren Erfassungsdauer mindestens eine Temperatur-Veränderungsinformation erfasst, in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von dem mindestens einen erfassten Temperatur-Istwert und der mindestens einen Temperatur-Veränderungsinformation neue Steuersignale für die jeweilige Ansteuerung der mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) zur Emission einer vorgegebenen spektralen Leistungsverteilung mit der Leuchteinrichtung (6) ermittelt und in einem Ansteuerungsschritt die neuen Steuersignale an eine Betriebseinrichtung (12) übermittelt werden, mit welcher der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bereitgestellt wird, um während des Betriebs der Leuchteinrichtung (6) die von der Leuchteinrichtung (6) emittierte spektrale Leistungsverteilung möglichst konstant zu halten. In dem Erfassungsschritt kann eine mittlere Betriebstemperatur der mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) als Temperatur-Istwert oder für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) eine Betriebstemperatur als Temperatur- Istwert des betreffenden Leuchtmittels erfasst werden.

Description

Technische Universität Darmstadt
Verfahren zur Steuerung einer Leuchteinrichtung und
Leuchteinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Leuchteinrichtung mit mindestens zwei Leuchtmitteln mit unterschiedlichen Emissionscharakteristiken .
Es sind viele verschiedene Leuchtmittel bekannt, die auf unterschiedliche Arten und Weisen Licht erzeugen und emittieren können. Bei Glühlampen wird ein elektrischer Leiter durch einen elektrischen Stromfluss aufgeheizt und zum Glühen bzw. Leuchten angeregt. Das Emissionsspektrum einer Glühfadenlampe kann einerseits durch eine geeignete Materialwahl und Dimensionierung des stromdurchflossenen Glühfadens vorgegeben werden und andererseits durch eine Ausgestaltung oder Beschichtung einer den Glühfaden
umgebenden Umhüllung beeinflusst werden.
Mit einer Leuchtdiode, einem lichtemittierenden Halbleiter- Bauelement, kann ein elektrischer Strom sehr effizient in eine Lichtemission umgewandelt werden. Durch eine Auswahl der für die Leuchtdiode verwendeten Halbleitermaterialien und deren Dotierung können die spektralen Eigenschaften des mit der betreffenden Leuchtdiode erzeugten Lichts
beeinflusst werden. Das von dem Halbleitermaterial
emittierte Licht weist üblicherweise einen sehr schmalen und nahezu monochromatischen Wellenlängenbereich auf. Durch eine Kombination des lichtemittierenden Halbleitermaterials mit lumineszierenden Materialien kann ein von dem Halbleitermaterial abgestrahltes kurzwelliges und damit hochenergetisches Licht in langwelligeres Licht umgewande werden und ein breitbandiges Emissionsspektrum erzeugt werden .
Es sind verschiedene Arten von Leuchtdioden bekannt, die sich hinsichtlich der jeweiligen Emissionscharakteristiken, aber auch hinsichtlich anderer optischer Eigenschaften wie beispielsweise der Lichtausbeute oder dem Öffnungswinkel der Lichtemission sowie hinsichtlich der Effizienz, des Betriebsstroms und einer Temperaturabhängigkeit
unterscheiden. Hinzu kommen weitere unterschiedliche
Eigenschaften wie beispielsweise die Alterung der
Leuchtdiode in Abhängigkeit von der Betriebsdauer, den Betriebsbedingungen und dem jeweiligen Halbleitermaterial.
Es ist bekannt, dass mehrere verschiedene Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionscharakteristiken in einer
Leuchteinrichtung zusammengefasst werden können, um durch eine Überlagerung der verschiedenen Emissions¬ charakteristiken eine von der Leuchteinrichtung emittierte spektrale Leistungsverteilung mit möglichst vorteilhaften Eigenschaften zu erzeugen. Um eine spektrale
Leistungsverteilung erzeugen zu können, die möglichst ähnlich zu dem natürlichen Tageslicht ist, müssen
üblicherweise rote, blaue, grüne und auch breitbandig emittierende weiße Leuchtdioden miteinander kombiniert werden. Durch eine getrennte Ansteuerung können die
Lichtstärke der einzelnen Leuchtdioden und damit
einhergehend das durch Überlagerung von allen Leuchtdioden emittierte LichtSpektrum vorgegeben werden. Das menschliche Auge weist einen hochentwickelten
Farbensinn auf und kann verschiedene LichtSpektren
voneinander sowie die Farbwahrnehmung von Produkten
voneinander unterscheiden, die mit verschiedenen
LichtSpektren bzw. mit verschiedenen spektralen
Leistungsverteilungen beleuchtet werden. Es ist bekannt, dass für unterschiedliche Anwendungen verschiedene
LichtSpektren jeweils besonders vorteilhaft sind. So können beispielsweise in einem Lebensmittelladen
Leuchteinrichtungen mit verschiedenen LichtSpektren dazu verwendet werden, eine Käsetheke in vorteilhaften
Gelbtönen, eine Wursttheke in vorteilhaften Rottönen und eine Obst- und Gemüsetheke in Grüntönen zu beleuchten. Auch für die Beleuchtung in Museen oder bei der Erstellung von Filmaufnahmen ist das jeweilige LichtSpektrum der
verwendeten Leuchteinrichtung von großer Bedeutung.
Die Emissionscharakteristika einer Leuchtdiode werden maßgeblich durch die jeweilige Konstruktion, durch das Material und die Herstellung bedingt und sind für
baugleiche Leuchtdioden näherungsweise gleich. Mehrere Leuchteinrichtungen, welche eine übereinstimmende
Kombination von Leuchtdioden sowie eine gleiche
Steuerungseinrichtung aufweisen, emittieren während des Betriebs demzufolge ein näherungsweise übereinstimmendes Lichtspektrum. Um ein LichtSpektrum mit einer vorgegebenen Farbtemperatur zu erzeugen werden in der
Steuerungseinrichtung der Leuchteinrichtung die einzelnen Leuchtdioden derart angesteuert bzw. üblicherweise mit einem pulsweitenmodulierten Strom versorgt, dass die
Überlagerung der verschiedenen LichtSpektren der einzelnen Leuchtdioden den gewünschten Farbtemperatureindruck
erzeugen .
Aus der Praxis ist es bekannt, für die Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden auf mathematische Modellierungen der LichtSpektren der einzelnen Typen von Leuchtdioden
zurückzugreifen. Die meisten Modellierungen beruhen auf physikalischen Überlegungen und Näherungen, wobei das LichtSpektrum aus mehreren Komponenten zusammengesetzt und die jeweiligen Komponentenparameter an ein mit dem
betreffenden Leuchtiodentyp gemessenes LichtSpektrum angepasst werden. Mit derartigen Modellierungen können die LichtSpektren eines Leuchtdiodentyps bei vorgegebenen
Betriebsbedingungen relativ gut und für viele
Anwendungsfälle ausreichend genau modelliert werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die von den einzelnen Leuchtdioden emittierten LichtSpektren nicht nur von der jeweiligen Materialzusammensetzung und Konstruktion des Halbleiters, sondern auch von weiteren Parametern und insbesondere von der Betriebstemperatur der Leuchtdiode abhängen. Dabei kann sich beispielsweise eine Peak- Wellenlänge einer Leuchtdiode um mehrere Nanometer und gegebenenfalls um etwa 10 Nanometer oder mehr verändern, wenn die Temperatur um 40 °C steigt. In gleicher Weise ändert sich die Peak-Wellenlänge auch bei einem Stromfluss zwischen 100 Milliampere und 700 Milliampere, wobei diese Stromwerte innerhalb eines üblicherweise für eine
Ansteuerung der Leuchtdioden verwendeten Bereichs liegen. Zudem ändert sich in beiden Fällen auch die Lichtstärke der Leuchtdiode. Dies führt dazu, dass sich während des
Betriebs der Leuchteinrichtung wegen einer sich ändernden Betriebstemperatur der Leuchtdioden das durch Überlagerung der einzelnen Leuchtdioden erzeugte LichtSpektrum der
Leuchteinrichtung und insbesondere deren Farbtemperatur ändern. Eine Korrektur wird dadurch erschwert, dass bei einem zur Kompensation des Temperatureffekts veränderten Stromfluss durch eine Leuchtdiode ebenfalls das
LichtSpektrum der Leuchtdiode verändert wird.
Verändert sich die Umgebungstemperatur während des Betriebs der Leuchteinrichtung, führt dies zu einer entsprechenden Erwärmung oder Abkühlung der einzelnen Leuchtdioden und zu einer dadurch bewirkten Veränderung des von den
betreffenden Leuchtdioden abgestrahlten LichtSpektrums . Eine Temperaturkontrolle und Temperaturregelung der
Leuchteinrichtung wäre sehr aufwendig und kostenintensiv.
Es ist derzeit kaum möglich, eine Leuchteinrichtung mit mehreren unterschiedlichen Leuchtdioden so zu betreiben, dass die Farbtemperatur des von der Leuchteinrichtung emittierten LichtSpektrums während des Betriebs möglichst konstant bleibt.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Leuchteinrichtung so auszugestalten und zu betreiben, dass das mit der Leuchteinrichtung emittierte LichtSpektrum während des Betriebs der Leuchteinrichtung auch bei sich verändernden Temperaturen möglichst konstant bleibt . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem
Verfahren zur Steuerung einer Leuchteinrichtung, die mindestens zwei Leuchtmittel mit unterschiedlichen Emissionscharakteristiken aufweist, wobei in einem
Erfassungsschritt mindestens ein Temperatur-Istwert und während einer vorgebbaren Erfassungsdauer mindestens eine Temperatur-Veränderungsinformation erfasst werden, wobei in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von dem mindestens einen erfassten Temperatur-Istwert und der mindestens einen Temperatur-Veränderungsinformation neue Steuersignale für die jeweilige Ansteuerung der mindestens zwei Leuchtmittel zur Emission einer vorgegebenen
spektralen Leistungsverteilung mit der Leuchteinrichtung ermittelt werden, und wobei in einem Ansteuerungsschritt die neuen Steuersignale an eine Betriebseinrichtung
übermittelt werden, mit welcher der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel bereitgestellt wird, um während des Betriebs der Leuchteinrichtung die von der Leuchteinrichtung
emittierte spektrale Leistungsverteilung möglichst konstant zu halten.
Eine vollständig konstante Lichtemission lässt sich in der Praxis kaum und gegebenenfalls nur mit einem wirtschaftlich nicht sinnvollen konstruktiven Aufwand erreichen. Im Sinne der Erfindung wird deshalb eine Veränderung der
Lichtemission bzw. der spektralen Leistungsverteilung, die geringer als ein vorgebbarer Schwellenwert für eine
Farbänderung ist, als eine möglichst konstante bzw. als konstante Lichtemission bezeichnet, sofern die durch den Schwellenwert vorgegebene Obergrenze für eine Farbänderung der Lichtemission unterhalb oder am Rand der menschlichen Wahrnehmung ist.
Ausgehend von dem in dem Erfassungsschritt erfassten
Temperatur-Istwert können eine an den gemessenen Temperatur-Istwert angepasste Veränderung der Steuersignale veranlasst, die neuen Steuersignale für die einzelnen
Leuchtmittel ermittelt und die neuen Steuersignale an die Betriebseinrichtung übermittelt werden.
Die Vorgabe neuer Steuersignale kann dazu führen, dass die den einzelnen Leuchtmitteln zugeführte elektrische Leistung verändert wird, was sich auf deren Betriebstemperatur auswirken und diese Betriebstemperatur verändern kann. Die Zeitdauer und Höhe der Veränderung der Betriebstemperatur, die durch eine Veränderung der Steuersignale und eine dadurch veränderte elektrische Leistungsaufnahme der
Leuchtmittel bewirkt wird, könnte durch Simulationen und Messungen abgeschätzt und bei der Vorgabe neuer
Steuersignale berücksichtigt werden.
Zudem können Veränderungen einer Umgebungstemperatur außerhalb der Leuchteinrichtung sowie beispielsweise durch eine veränderte Sonnenbestrahlung der Leuchteinrichtung vor allem innerhalb der Leuchteinrichtung durch eine Erwärmung eines Gehäuses oder einzelner Komponenten verursachte
Veränderungen der Umgebungstemperatur der Leuchtmittel zu einer zusätzlichen Veränderung der Betriebstemperatur und der von den Leuchtmitteln abgestrahlten LichtSpektren und LichtIntensität führen.
Um auch diesen nicht vorhersehbaren und deshalb nicht vorab erfassbaren Einfluss einer sich verändernden
Umgebungstemperatur berücksichtigen und für eine möglichst präzise und rasche Anpassung der Steuersignale nutzen zu können, werden nicht nur der Temperatur-Istwert, sondern zusätzlich eine zeitliche Veränderung beispielsweise der Umgebungstemperatur oder der tatsächlichen Betriebs¬ temperatur der Leuchtmittel über die Erfassungsdauer hinweg erfasst und diese zeitliche Veränderung bei der Ermittlung der Parameter der Steuersignale bzw. bei der Vorgabe der neuen Steuersignale berücksichtigt. Bei der Vorgabe neuer Steuersignale wird demzufolge eine Prognose über die nach der Erfassungsdauer erfolgenden zeitliche Veränderung der Temperatur vorab ermittelt und für die Bestimmung der neuen Steuersignale berücksichtigt. Die Lichtemission der
Leuchteinrichtung kann damit besonders rasch und präzise an sich verändernde Temperaturen angepasst und möglichst konstant gehalten werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Lichtemission einer Leuchteinrichtung, die beispielsweise
bestimmungsgemäß häufig im Freien betrieben und zur
Beleuchtung von Filmaufnahmen oder Außenaufnahmen von
Bildern eingesetzt werden soll, trotz der sich über den Tagesverlauf ergebenden Veränderungen der
Umgebungstemperatur besonders konstant gehalten werden. Zudem können auch vergleichsweise rasche
Temperaturänderungen berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch eine an einem bewölkten Tag häufig veränderten Sonnenbestrahlung und dadurch verursachte
Erwärmung und Abkühlung der Leuchteinrichtung ergeben.
Auch bei einem Betrieb der Leuchteinrichtung in Gebäuden oder geschlossenen Räumlichkeiten können sich Veränderungen der Umgebungstemperatur, die gegebenenfalls durch
einfallende Sonnenbestrahlung oder durch eine künstliche Heiz- oder Kühleinrichtung bewirkt werden, auf die
Leuchteinrichtung auswirken und diese Veränderungen bei der Vorgabe neuer Steuersignale berücksichtigt werden, um die Lichtemission der Leuchteinrichtung trotz sich verändernder Temperaturen möglichst konstant zu halten.
Um in dem Erfassungsschritt mit einfachen Mitteln einen möglichst aussagekräftigen Temperatur-Istwert erfassen zu können ist vorgesehen, dass in dem Erfassungsschritt eine Betriebstemperatur der mindestens zwei Leuchtmittel als Temperatur-Istwert erfasst wird. Hierzu kann ein handels¬ üblicher, kostengünstiger und sehr kleiner Temperatursensor verwendet werden. Der eine Temperatursensor kann räumlich in der Nähe der Leuchtmittel so angeordnet werden, dass der Temperatursensor eine mittlere Betriebstemperatur der verschiedenen Leuchtmittel erfasst. Es ist ebenfalls möglich, den einen Temperatursensor so anzuordnen, dass die Betriebstemperatur des oder der Leuchtmittel erfasst wird, welche bekanntermaßen die größte Abhängigkeit der
Lichtemission von der Betriebstemperatur haben.
Eine besonders präzise Erfassung von Ausgangswerten für die Anpassung der Steuersignale kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass in dem Erfassungsschritt für jedes
Leuchtmittel eine Betriebstemperatur als Temperatur-Istwert des betreffenden Leuchtmittels erfasst wird. Auf diese Weise können auch Unterschiede der Betriebstemperatur für die einzelnen Leuchtmittel erfasst und berücksichtigt werden. Diese Unterschiede können beispielsweise durch eine unterschiedliche Leistungsaufnahme und entsprechende
Wärmeabgabe der einzelnen Leuchtmittel verursacht werden, deren Anteil der Lichtemission in Abhängigkeit von dem vorgegebenen LichtSpektrum, das von der Leuchteinrichtung emittiert werden soll, von Leuchtmittel zu Leuchtmittel unterschiedlich hoch sein kann. Weitere Unterschiede können bauartbedingt dadurch verursacht werden, dass ein
Leuchtmittel von anderen Leuchtmitteln umgeben und dadurch während des Betriebs stärker erwärmt wird als ein außen angeordnetes Leuchtmittel. In Abhängigkeit von den
Umgebungstemperaturen können nahe an einer
Gehäuseaußenseite angeordnete oder zufällig einer
Sonnenbestrahlung zugewandte Leuchtmittel stärker erwärmt werden als andere Leuchtmittel der Leuchteinrichtung. Durch die Erfassung gesonderter Betriebstemperaturen für die einzelnen Leuchtmittel können die vorangehend geschilderten Einflüsse sehr präzise erfasst und berücksichtigt werden.
Es ist möglich, dass die Leuchteinrichtung jeweils nur ein einziges Leuchtmittel je Leuchtmitteltyp aufweist. In diesem Fall kann jedem Leuchtmittel ein gesonderter
Temperatursensor zugeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Leuchteinrichtung jeweils mehrere gleichartige Leuchtmittel je Leuchtmitteltyp aufweist. Dann kann jedem Leuchtmitteltyp und damit mehreren gleichartigen und zweckmäßigerweise auch räumlich eng benachbart angeordneten Leuchtmitteln ein einzelner Temperatursensor zugeordnet sein. Es kann auch jedem Leuchtmittel unabhängig von dem jeweiligen Leuchtmitteltyp und dessen Anordnung ein
gesonderter Temperatursensor zugeordnet sein und
ausgewertet werden.
Während die Veränderung der Betriebstemperatur, die durch eine Veränderung der Steuersignale verursacht wird, oftmals relativ präzise durch vorab durchgeführte Messungen oder Simulationen ermittelt und berücksichtigt werden kann, können vorab unbekannte Veränderungen der Umgebungstemperatur nicht vorhergesehen und deshalb nicht vorab für die Veränderung und Anpassung der Steuersignale berücksichtigt werden. Um in dem Erfassungsschritt diese vorab unbekannte Veränderung der Umgebungstemperatur möglichst gut erfassen zu können ist einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge vorgesehen, dass in dem Erfassungsschritt während der Erfassungsdauer eine Veränderung der Umgebungstemperatur als Temperatur- Veränderungsinformation erfasst wird. Um mit einem
Temperatursensor die Umgebungstemperatur erfassen zu können und dabei möglichst wenig von der Wärmeabgabe der
Leuchtmittel während des Betriebs beeinflusst zu werden kann vorgesehen sein, den Temperatursensor möglichst weit entfernt oder auf einer den Leuchtmitteln abgewandten Seite innerhalb eines Gehäuses der Leuchteinrichtung anzuordnen. Der Temperatursensor kann stattdessen auch an einer
Außenseite des Gehäuses angeordnet sein.
Es ist ebenso möglich, dass die innerhalb der
Erfassungsdauer erfasste tatsächliche Veränderung der
Betriebstemperatur eine gute Prognose für die Anpassung der Steuersignale ermöglicht. Es ist deshalb zusätzlich oder alternativ zu der Erfassung der Veränderung der
Umgebungstemperatur ebenfalls möglich, dass in dem
Erfassungsschritt während der Erfassungsdauer eine
Veränderung mindestens einer Betriebstemperatur der
Leuchtmittel als Temperatur-Veränderungsinformation erfasst wird .
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass in dem Steuersignalerzeugungs¬ schritt aus einer Speichereinrichtung in Abhängigkeit von dem mindestens einen Temperatur-Istwert für jedes
Leuchtmittel ein Startparameter abgerufen wird, dass zu jedem Startparameter ausgehend von der mindestens einen Temperatur-Veränderungsinformation ein Korrekturparameter ermittelt wird, und dass aus dem Startparameter und dem Korrekturparameter die neuen Steuersignale für das
betreffende Leuchtmittel erzeugt werden. Die Startparameter können durch Simulationen und Messungen vorab in
Abhängigkeit von einer Temperatur ermittelt und in der Speichereinrichtung hinterlegt worden sein. Die
Startparameter stellen dabei einen ersten Ausgangswert für die Ermittlung der neuen Steuersignale dar. Dieser
Ausgangswert kann mit geeigneten Näherungsverfahren vorab für verschiedene Temperatur-Istwerte ermittelt und in der Speichereinrichtung hinterlegt werden. Dabei können die verschiedenen Startparameter entweder in Abhängigkeit von einem einzigen Temperatur-Istwert oder aber in Abhängigkeit von einer Anzahl von Temperatur-Istwerten ermittelt werden, falls für mehrere Leuchtmittel jeweils gesonderte
Temperatur-Sensoren verwendet werden und ausgelesen werden können .
Mit geeigneten Parametrisierungsverfahren können ausgehend von einer Anzahl von vorab gemessenen Stützstellen
Startparameter für verschiedene Temperatur-Istwerte bzw. für aufeinanderfolgende Temperatur-Istwert-Bereiche
ermittelt werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn für jeden Wellenlängenbereich mit einer Taylorreihenentwicklung in Abhängigkeit von dem
Temperatur-Istwert jeweils ein spektrales Emissionsmodell berechnet wird, auf deren Grundlage die Startparameter für die Ansteuerung der Leuchtmittel ermittelt werden. Mit einer Taylorreihenentwicklung können mit einer geringen Anzahl von Stützstellen der Temperatur und unter der
Annahme einer näherungsweise linearen Abhängigkeit der LichtSpektren im Umfeld einer Stützstellen-Temperaturwertes mit geringem Aufwand und ohne einen Rückgriff auf
physikalische Erklärungsmodelle Parameter für eine präzise Modellierung der LichtSpektren der einzelnen Leuchtmittel, bzw. gegebenenfalls Leuchtdioden ermittelt, in
Startparameter für die Steuersignale überführt und in der Speichereinrichtung hinterlegt werden.
Es hat sich gezeigt, dass in einem geeigneten Prüfstand für die spektrale Erfassung der in einer Leuchteinrichtung verwendeten Leuchtmittel in Abhängigkeit von der
Betriebstemperatur und von dem Betriebsstrom innerhalb der für den Betrieb vorgesehenen Bereiche einige wenige Minuten ausreichen können. Die anschließende Parametrisierung kann in dem Prüfstand mit einer ausreichend leistungsstarken Datenverarbeitungseinrichtung ebenfalls in wenigen Minuten durchgeführt werden. Die auf diese Weise erzeugten
Startparameter können in die Speichereinrichtung der
Leuchteinrichtung übertragen und dort hinterlegt werden, bevor die Leuchteinrichtung den Prüfstand verlässt.
Mit einer zunehmenden Anzahl von Stützstellen- Temperaturwerten steigt der Speicherbedarf ganz erheblich, falls mehrere verschiedene Leuchtmittel angesteuert werden müssen und für die verschiedenen Leuchtmittel jeweils gesonderte Temperatur-Istwerte erfasst und ausgewertet werden sollen. Da die neuen Steuersignale jedoch nicht nur aus dem Startparameter ermittelt werden, sondern zusätzlich ein Korrekturparameter berücksichtigt wird, kann die Anzahl der Stützstellen, für die mit Näherungsverfahren
Startparameter ermittelt und in der Speichereinrichtung hinterlegt sind, erheblich reduziert werden, ohne dass dadurch die spektrale Leistungsverteilung während des
Betriebs nennenswerte Schwankungen oder Abweichungen von der vorgegebenen spektralen Leistungsverteilung erfährt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in dem
Steuersignalerzeugungsschritt der Korrekturparameter mit einem mathematischen Näherungsverfahren ermittelt wird, bei dem ein Proportionalanteil und ein Integralanteil bei dem Näherungsverfahren zur Ermittlung des Korrekturparameters verwendet werden. Der Proportionalanteil kann dabei in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz ΔΤ ermittelt werden, die sich als Differenz des gemessenen Temperatur- Istwerts von dem nächstliegenden Stützstellen- Temperaturwert berechnet. Der Integralanteil kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz ΔΤ ermittelt werden, wobei die zeitliche Veränderung dieser
Temperaturdifferenz ΔΤ über den Erfassungszeitraum
berücksichtigt und ausgewertet wird. Der als Apwm
bezeichnete Korrekturparameter kann demzufolge
folgendermaßen berechnet werden:
Apwm = P * ÄT(t=t0) + I I AT(t) dt, wobei mit P ein Proportionalanteilsparameter, mit I ein Integrationsanteilsparameter, mit ΔΤ (t=to) die
Temperaturdifferenz zwischen dem zum Ausgangszeitpunkt erfassten Temperatur-Istwert und dem Stützstellen- Temperaturwert und mit ÄT(t) die auf den Stützstellen- Temperaturwert bezogene Temperatur-Veränderung in
Abhängigkeit von der Zeit t über die Erfassungsdauer hinweg bezeichnet ist. Der Integralanteil kann dabei entweder eine einzelne Temperatur-Veränderungsinformation oder eine geringe Anzahl von Temperatur-Veränderungswerten
berücksichtigen oder aber einen zeitlichen Verlauf der Temperatur-Veränderung über die Erfassungsdauer hinweg durch eine entsprechende Integration berücksichtigen und für die Ermittlung des Integralanteils zugrunde legen.
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass durch vorab durchgeführte Simulationen und/oder Referenzmessungen ein Proportionalanteilsparameter und ein Integralanteilsparameter ermittelt werden, die bei dem Näherungsverfahren für die Ermittlung des
Proportionalanteils und des Integralanteils verwendet werden. So können der Proportionalanteilsparameter P und der Integralanteilsparameter I durch eine Anzahl von
Simulationen vorab ermittelt werden, bei denen für
verschiedene Stützstellen-Temperaturwerte und
Temperaturdifferenzen ΔΤ jeweils neue Steuersignale ermittelt und die sich für die neuen Steuersignale
ergebenden spektralen Leistungsverteilungen ausgewertet werden. Zweckmäßigerweise sind der Proportional¬ anteilsparameter P und der Integralanteilsparameter I jeweils konstante Werte.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem Auswahlschritt das LichtSpektrum der Leuchteinrichtung aus einer Anzahl von vorab definierten LichtSpektren ausgewählt und für eine nachfolgende Betriebsdauer vorgegeben wird. So können beispielsweise eine Anzahl von LichtSpektren mit unterschiedlicher Farbtemperatur vorgegeben und für eine Auswahl durch einen Benutzer zur Verfügung gestellt werden. Der Benutzer kann dann beispielsweise zwischen drei oder vier verschiedenen Farbtemperaturen diejenige auswählen, die für den im Einzelfall vorgesehenen Verwendungszweck besonders geeignet erscheint. Mit der Vorgabe einer Anzahl von vorkonfigurierten LichtSpektren wird die Benutzung und Einstellung durch den Benutzer erleichtert.
Es ist ebenfalls möglich, dass einem Benutzer die
Möglichkeit eingeräumt wird, ein frei konfigurierbares LichtSpektrum vorzugeben, das mit den mehreren
Leuchtmitteln durch eine geeignete Ansteuerung der
Leuchtmittel und durch die Überlagerung der einzelnen
LichtSpektren erzeugt wird. Auf diese Weise kann der
Benutzer das mit der Leuchteinrichtung emittierte
LichtSpektrum an völlig unterschiedliche Verwendungszwecke individuell anpassen und ist nicht auf die Auswahl eines vorgegebenen LichtSpektrums angewiesen und beschränkt. Für eine benutzerspezifische Vorgabe eines LichtSpektrums kann die Leuchteinrichtung geeignete Eingabemittel aufweisen und mit einer Anzeigeeinrichtung das jeweils vorgegebene
LichtSpektrum anzeigen. Es ist ebenfalls möglich, für die Vorgabe eines LichtSpektrums eine Schnittstelle zu der Speichereinrichtung zur Verfügung zu stellen, um dort das von einem Benutzer gewählte LichtSpektrum bzw. die hierfür relevanten Parameter hinterlegen zu können.
Die Erfindung betrifft auch eine Leuchteinrichtung, mit der ein über einen möglichst langen Zeitraum möglichst konstantes LichtSpektrum emittiert werden kann. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Leuchteinrichtung
mindestens zwei Leuchtmittel mit unterschiedlichen
Emissionscharakteristiken, mindestens einen
Temperatursensor, eine Speichereinrichtung und eine einen Mikroprozessor aufweisende Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung Startparameter aus der
Speichereinrichtung der Leuchteinrichtung auslesen, in Abhängigkeit von mindestens einer mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur-Veränderungsinformation einen
Korrekturparameter ermitteln und die Startparameter und Korrekturparameter in neue Steuersignale überführen kann, und diese neuen Steuersignale an eine Betriebseinrichtung der Leuchteinrichtung übermitteln kann, mit welcher der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel bereitgestellt wird, um während des Betriebs der Leuchteinrichtung das von der Leuchteinrichtung emittierte LichtSpektrum möglichst konstant zu halten.
Als Temperatursensor kann ein handelsüblicher,
kostengünstiger und sehr kleiner Temperatursensor verwendet werden. Ein einzelner Temperatursensor kann räumlich in der Nähe der Leuchtmittel so angeordnet werden, dass der
Temperatursensor eine mittlere Betriebstemperatur der verschiedenen Leuchtmittel erfasst. Es ist ebenfalls möglich, den einen Temperatursensor so anzuordnen, dass die Betriebstemperatur des oder der Leuchtmittel erfasst wird, welche bekanntermaßen die größte Abhängigkeit der
Lichtemission von der Betriebstemperatur haben.
Weiterhin kann vorgesehen sein, den Temperatursensor möglichst weit entfernt oder auf einer den Leuchtmitteln abgewandten Seite innerhalb eines Gehäuses der Leuchteinrichtung anzuordnen. Der Temperatursensor kann stattdessen auch an einer Außenseite des Gehäuses
angeordnet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die
Leuchteinrichtung für jedes Leuchtmittel ein diesem
Leuchtmittel zugeordneten Betriebs-Temperatursensor aufweist. Es ist möglich, dass die Leuchteinrichtung jeweils nur ein einziges Leuchtmittel je Leuchtmitteltyp aufweist. In diesem Fall kann jedem Leuchtmittel ein gesonderter Betriebs-Temperatursensor zugeordnet sein, der nahe bei dem betreffenden Leuchtmittel angeordnet ist und im Wesentlichen dessen Betriebstemperatur erfasst. Es ist ebenfalls möglich, dass die Leuchteinrichtung jeweils mehrere gleichartige Leuchtmittel je Leuchtmitteltyp aufweist. Dann kann jedem Leuchtmitteltyp und damit
mehreren gleichartigen und zweckmäßigerweise auch räumlich eng benachbart angeordneten Leuchtmitteln ein einzelner Betriebs-Temperatursensor zugeordnet sein. Es kann auch jedem Leuchtmittel unabhängig von dem jeweiligen
Leuchtmitteltyp und dessen Anordnung ein gesonderter
Betriebs-Temperatursensor zugeordnet sein und ausgewertet werden .
Um möglichst viele verschiedene LichtSpektren möglichst detailgenau durch Überlagerung einzelner vorgegebener LichtSpektren der jeweils verwendeten Leuchtmittel erzeugei zu können ist vorgesehen, dass die Leuchteinrichtung mehr als drei verschiedene Leuchtdioden und darunter mindestens eine Leuchtdiode mit einem lumineszierenden
Wellenlängenkonverter als Leuchtmittel aufweist.
Nachfolgend wird der Erfindungsgedanke anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von spektralen
Leistungsverteilungen für verschiedene Leuchtdioden bei zwei verschiedenen Betriebstemperaturen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von einer spektralen Leistungsverteilung einer Leuchteinrichtung, die mehrere verschiedenen Leuchtdioden aufweist, bei zwei verschiedenen Betriebstemperaturen, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung mit mehreren
Leuchtmitteln und mit einem Betriebs-Temperatursensor,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abweichend ausgestalteten Leuchteinrichtung mit mehreren Leuchtmitteln und mit einem Umgebungs-Temperatursensor, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines
Leuchtmittelträgers einer Leuchteinrichtung, auf dem mehrere Leuchtmittel und jeweils ein zugeordneter Betriebs- Temperatursensor angeordnet sind.
In Fig. 1 sind schematisch für verschiedene Leuchtdioden deren spektrale Leistungsverteilung in Abhängigkeit von der emittierten Wellenlänge für zwei Temperaturen dargestellt, wobei die punktierten Linien jeweils die spektrale Leistungsverteilung bei 25 °C und die gestrichelten Linien jeweils die spektrale Leistungsverteilung bei 80 °C zeigen. Exemplarisch dargestellt sind dabei die spektralen
Leistungsverteilungen 1 x und 1 x x einer blauen Leuchtdiode 1, die spektralen Leistungsverteilungen 2 x und 2 einer grünen Leuchtdiode 2, die spektralen Leistungsverteilungen 3 x und 3 x x einer ersten roten Leuchtdiode 3, die spektralen Leistungsverteilungen 4 x und 4 x x einer zweiten Leuchtdiode 4 sowie die spektralen Leistungsverteilungen 5 x und 5 x x einer ein breitbandiges WeißlichtSpektrum emittierende weiße Leuchtdiode 5, wobei die weiße Leuchtdiode 5 einen lumineszierenden Wellenlängenkonverter als Leuchtmittel aufweist. Es zeigt sich, dass sich bei allen Leuchtdioden 1 bis 5 mit steigender Temperatur eine Peakwellenlänge in Richtung einer höheren Wellenlänge verschiebt. Mit Ausnahme der ersten roten Leuchtdiode 3 sinkt mit zunehmender
Temperatur die spektrale Leistungsverteilung im Bereich der jeweiligen Peakwellenlänge. Eine ähnliche Veränderung der spektralen
Leistungsverteilung kann für jede Leuchtdiode 1 bis 5 auch in Abhängigkeit von dem Betriebsstrom festgestellt und gemessen werden. Zudem steigt mit zunehmendem Betriebsstrom einer Leuchtdiode 1 bis 5 regelmäßig auch deren
Betriebstemperatur, da die mit dem Betriebsstrom zugeführte Leistung zwar vergleichsweise effizient, jedoch nicht vollständig in Lichtemission umgewandelt werden kann und unvermeidbar auch eine zumindest geringe Wärmeabstrahlung erfolgt, durch welche die Betriebstemperatur der
Leuchtdiode 1 bis 5 erhöht wird. In Fig. 2 sind für die zwei Temperaturen 25 °C und 80 °C die jeweiligen Gesamtemissionsspektren G x und G x x
dargestellt, die sich aus einer Überlagerung der einzelnen in Fig. 1 dargestellten Lichtemissionen der verschiedenen Leuchtdioden 1 bis 5 ergeben. Analog zu Fig. 1 zeigt die punktierte Linie G x x die spektrale Leistungsverteilung bei 25 °C und die gestrichelte Linie G x die spektrale
Leistungsverteilung bei 80 °C. Es zeigt sich, dass in nahezu jedem Wellenlängenbereich das
Gesamtemissionsspektrum G bzw. G x x mit zunehmender
Temperatur eine Veränderung der spektralen
Leistungsverteilung erfährt, wodurch eine Veränderung des Farbtons bzw. des Farborts der Lichtemission bewirkt wird. Bei einer in den Fig. 3 bis 5 exemplarisch in verschiedenen Ausgestaltungen dargestellten Leuchteinrichtung 6 sind die verschiedenen Leuchtdioden 1 bis 5 auf einem
plattenförmigen Leuchtmittelträger 7 angeordnet. Der
Leuchtmittelträger 7 ist in einem Gehäuse 8 so festgelegt, dass die einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 bei deren Betrieb durch eine Fensteröffnung 9 in dem Gehäuse 8 jeweils eine spektrale Leistungsverteilung emittieren. Die Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 erfolgt über eine
Steuereinrichtung 10, welche die einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 in Abhängigkeit von den jeweiligen Steuersignalen mit einem üblicherweise pulsweitenmodulierten Betriebsstrom versorgt. Durch die die Überlagerung der verschiedenen LichtSpektren der einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 wird der von der Leuchteinrichtung 6 gewünschte Farbeindruck
erzeugt. Die spektrale Leistungsverteilung der einzelnen
Leuchtdioden 1 bis 5 ist von der jeweiligen
Betriebstemperatur abhängig. Um bei einer Veränderung der Betriebsemperatur einzelner Leuchtdioden 1 bis 5, die beispielsweise während des Betriebs der Leuchteinrichtung durch die Wärmeabgabe der einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 oder aber durch eine Veränderung der Umgebungstemperatur verursacht werden kann, würden sich bei einer unverändert beibehaltenen Ansteuerung der Leuchtdioden 1 bis 5 deren LichtSpektrum und damit auch die spektrale
Leistungsverteilung der Leuchteinrichtung 6 verändern.
Um die aktuelle Betriebstemperatur sowie eine Veränderung der Betriebstemperatur innerhalb einer vorgegebenen
Erfassungsdauer von beispielsweise einer Minute erfassen zu können ist ein Temperatursensor 11 auf dem plattenförmigen Leuchtmittelträger 7 zwischen den einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 angeordnet. Der Temperatursensor 11 übermittelt die Temperaturmesswerte an die Steuereinrichtung 10, in der die einzelnen Temperaturmesswerte ausgewertet und in aktuelle Temperatur-Istwerte sowie in Temperatur-Veränderungs¬ informationen überführt werden. Die Temperatur- Veränderungsinformationen können beispielsweise eine über die Erfassungsdauer gemittelte Temperaturdifferenz, einen gemittelten Temperaturgradienten oder einen über die
Erfassungsdauer aufgezeichneten Verlauf der
Temperaturmesswerte beinhalten.
Sofern entweder der neu ermittelte Temperatur-Istwert oder aber die Temperatur-Veränderungsinformationen einen
Schwellenwert über- oder unterschreiten oder einen
vorgegebenen Differenzbereich zu einem vorausgegangenen Temperatur-Istwert, bzw. einer vorausgegangenen Temperatur- Veränderungsinformation verlassen werden mit der
Steuereinrichtung 10 in einem Steuersignalerzeugungsschritt die neuen Steuersignale ermittelt und in einem
Ansteuerschritt an eine Betriebseinrichtung 12 übermittelt werden, mit welcher der Betriebsstrom für jede Leuchtdiode 1 bis 5 bereitgestellt wird, um während des Betriebs der Leuchteinrichtung 6 die von der Leuchteinrichtung 6 emittierte spektrale Leistungsverteilung möglichst konstant zu halten.
Zu diesem Zweck werden Startparameter PWMto für die
Steuersignale, die vorab beispielsweise über eine Taylor- Reihenentwicklung in Abhängigkeit von Temperaturwert- Stützstellen ermittelt und in einer Speichereinrichtung 13 hinterlegt wurden, aus der Speichereinrichtung 13
abgerufen. Anschließend wird in dem Steuersignalerzeugungs¬ schritt ein Korrekturparameter Apwm mit einem geeigneten mathematischen Näherungsverfahren ermittelt wird, bei dem ein Proportionalanteil und ein Integralanteil bei dem
Näherungsverfahren zur Ermittlung des Korrekturparameters
Apwm verwendet werden. Der Korrekturparameter wird
ausgehend von vorab ermittelten Konstanten für einen
Proportionalanteilsparameter P und einen
Integrationsanteilsparameter I berechnet gemäß
Apwm = P * AT(t=t0) + I J AT (t ) dt, wobei mit mit AT (t=t0) die Temperaturdifferenz zwischen dem zum Ausgangszeitpunkt erfassten Temperatur-Istwert und dem Stützstellen-Temperaturwert und mit AT(t) die auf den Stützstellen-Temperaturwert bezogene Temperatur-Veränderung in Abhängigkeit von der Zeit t über die Erfassungsdauer hinweg bezeichnet ist. Aus dem Startparameter PWMto und dem Korrekturparameter Apwm werden dann die neuen
Steuersignale für die Leuchtdioden 1 bis 5 ermittelt, die an die Betriebseinrichtung 12 übermittelt und für den
Betrieb der Leuchtdioden 1 bis 5 verwendet werden, bis in einem nachfolgenden Steuersignalerzeugungsschritt geänderte Steuersignale erzeugt und an die Betriebseinrichtung 12 übermittelt werden.
Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 11 auf einer Oberseite auf dem plattenförmigen Leuchtmittelträger 7 zwischen den einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 angeordnet. Bei dieser Anordnung des Temperatursensors 11 dominiert der Einfluss einer durch die Abwärme der Leuchtdioden 1 bis 5 vorgegebenen Betriebstemperatur, während der Einfluss einer durch Umgebungseinflüsse bewirkten Erwärmung oder Abkühlung des Gehäuses 8 gering ist. Mit dem einen Temperatursensor 11 wird zudem eine mittlere Betriebstemperatur der
Leuchtdioden 1 bis 5 gemessen, wobei in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des plattenförmigen
Leuchtmittelträgers 7 der Einfluss unmittelbar benachbarter Leuchtdioden 1 bis 5 größer als der Einfluss weiter
beabstandeter Leuchtdioden 1 bis 5 ist.
Bei dem in Fig. 4 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 11 in einem der Fensteröffnung 9 abgewandten Bereich einer Seitenwand 14 des Gehäuses 8 angeordnet. Bei dieser Anordnung des Temperatursensors 11 ist der Einfluss der Umgebungstemperatur größer und gegebenenfalls dominierend gegenüber dem Einfluss der während des Betriebs von den Leuchtdioden 1 bis 5 erzeugten Abwärme. Eine derartige Ausgestaltung der Leuchteinrichtung 6 ist vor allem für Beleuchtungseinrichtungen zweckmäßig, die überwiegend im Außenbereich eingesetzt werden und während einzelner
Benutzungsintervalle häufigen starken
Temperaturschwankungen der Umgebungstemperatur bzw. einer rasch wechselnden Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind. Der gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
verwendete Temperatursensor 11 kann als Betriebs- Temperatursensor und der gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendete Temperatursensor 11 kann als Umgebungs-Temperatursensor bezeichnet werden.
Bei dem in Fig. 5 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel ist jeder Leuchtdiode 1 bis 5 jeweils ein Temperatursensor 11 zugeordnet, der unmittelbar
benachbart zu der betreffenden Leuchtdiode 1 bis 5
angeordnet ist und deshalb präzise und individuell einen der betreffenden Leuchtdiode 1 bis 5 zugeordneten
Temperatur-Istwert sowie Temperatur- Veränderungsinformationen für diese Leuchtdiode 1 bis 5 erfasst. Bei deutlich unterschiedlichen
Betriebstemperaturen für verschiedene Typen von
Leuchtdioden 1 bis 5 kann mit dieser Konfiguration eine sehr präzise Temperaturkontrolle und eine im Vergleich mit einem Temperaturmittelwert eines einzigen Temperatursensors 11 besonders konstante spektrale Leistungsverteilung emittiert werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Steuerung einer Leuchteinrichtung (6) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit
unterschiedlichen Emissionscharakteristiken, wobei in einem Erfassungsschritt mindestens ein Temperatur-Istwert und während einer vorgebbaren Erfassungsdauer mindestens eine Temperatur-Veränderungsinformation erfasst werden, wobei in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von dem mindestens einen erfassten Temperatur-Istwert und der mindestens einen Temperatur-Veränderungsinformation neue Steuersignale für die jeweilige Ansteuerung der mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) zur Emission einer vorgegebenen spektralen Leistungsverteilung mit der
Leuchteinrichtung (6) ermittelt werden, und wobei in einem Ansteuerungsschritt die neuen Steuersignale an eine
Betriebseinrichtung (12) übermittelt werden, mit welcher der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bereitgestellt wird, um während des Betriebs der
Leuchteinrichtung (6) die von der Leuchteinrichtung (6) emittierte spektrale Leistungsverteilung möglichst konstant zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt eine Betriebstemperatur der mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) als
Temperatur-Istwert erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) eine Betriebstemperatur als Temperatur-Istwert des betreffenden Leuchtmittels erfasst wird .
4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt während der Erfassungsdauer eine Veränderung der
Umgebungstemperatur als Temperatur-Veränderungsinformation erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt während der Erfassungsdauer eine Veränderung mindestens einer Betriebstemperatur der Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) als Temperatur-Veränderungsinformation erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Steuersignalerzeugungsschritt aus einer Speichereinrichtung (13) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Temperatur- Istwert für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) ein
Startparameter abgerufen wird, dass zu jedem Startparameter ausgehend von der mindestens einen Temperatur- Veränderungsinformation ein Korrekturparameter ermittelt wird, und dass aus dem Startparameter und dem
Korrekturparameter die neuen Steuersignale für das
betreffende Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) erzeugt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuersignalerzeugungsschritt der Korrekturparameter mit einem mathematischen Näherungsverfahren ermittelt wird, bei dem ein Proportionalanteil und ein Integralanteil bei dem Näherungsverfahren zur Ermittlung des
Korrekturparameters verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch vorab durchgeführte Simulationen und/oder
Referenzmessungen ein Proportionalanteilsparameter und ein Integralanteilsparameter ermittelt werden, die bei dem Näherungsverfahren für die Ermittlung des
Proportionalanteils und des Integralanteils verwendet werden .
9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Auswahlschritt das LichtSpektrum der Leuchteinrichtung (6) aus einer Anzahl von vorab definierten LichtSpektren ausgewählt und für eine nachfolgende Betriebsdauer vorgegeben wird.
10. Leuchteinrichtung (6) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit unterschiedlichen
Emissionscharakteristiken, mit mindestens einem
Temperatursensor (11), mit einer Speichereinrichtung (13) und mit einer einen Mikroprozessor aufweisenden
Steuereinrichtung (10), wobei die Steuereinrichtung (10) Startparameter aus der Speichereinrichtung (13) der
Leuchteinrichtung (6) auslesen, in Abhängigkeit von
mindestens einer mit dem Temperatursensor (11) gemessenen Temperatur-Veränderungsinformation einen Korrekturparameter ermitteln und die Startparameter und Korrekturparameter in neue Steuersignale überführen kann, und diese neuen
Steuersignale an eine Betriebseinrichtung (12) der
Leuchteinrichtung (6) übermitteln kann, mit welcher der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bereitgestellt wird, um während des Betriebs der
Leuchteinrichtung (6) das von der Leuchteinrichtung (6) emittierte LichtSpektrum möglichst konstant zu halten.
11. Leuchteinrichtung (6) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leuchteinrichtung (6) mindestens einen Umgebungs-Temperatursensor (11) zur Erfassung einer Umgebungstemperatur der Leuchteinrichtung (6) und
mindestens einen Betriebs-Temperatursensor (11) zur
Erfassung der Betriebstemperatur der Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) in der Umgebung der Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) aufweist .
12. Leuchteinrichtung (6) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinrichtung (6) für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) ein diesem
Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) zugeordneten Betriebs- Temperatursensor (11) aufweist.
13. Leuchteinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinrichtung (6) mehr als drei verschiedene Leuchtdioden (1, 2, 3, 4, 5) und darunter mindestens eine Leuchtdiode (1, 2, 3, 4, 5) mit einem lumineszierenden Wellenlängenkonverter als
Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) aufweist.
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