WO2008083695A1 - Vorrichtung und verfahren zur messung der intensität des lichtes einer ersten gruppe von lichtquellen einer beleuchtungseinheit - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur messung der intensität des lichtes einer ersten gruppe von lichtquellen einer beleuchtungseinheit Download PDF

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WO2008083695A1
WO2008083695A1 PCT/EP2006/069963 EP2006069963W WO2008083695A1 WO 2008083695 A1 WO2008083695 A1 WO 2008083695A1 EP 2006069963 W EP2006069963 W EP 2006069963W WO 2008083695 A1 WO2008083695 A1 WO 2008083695A1
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light sources
light
reference signal
group
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PCT/EP2006/069963
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Sowa Wolfram
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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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
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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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring the intensity of the light of a first group of light sources of a lighting unit, which comprises at least one further group of light sources.
  • the present invention generally relates to the problem of group-specific measurement of the luminous intensity of a lighting unit that includes a plurality of groups of light sources.
  • a typical case is a luminaire or LCD backlight built with LEDs in red, green and blue. Because of the temperature and age dependence of LED efficiency, it is necessary to separately measure and adjust the intensities of each color group. Particularly in the case of LCD backlighting, the color location of the emitted light must be kept constant with high accuracy, a simple feedforward compensation of the temperature influences is not sufficient here.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a device and a method of the type mentioned above, which enables a group-specific measurement of the light intensity, even in time-critical applications can be used without free time window and can be realized more cost than known from the prior art pre- ⁇ hens have.
  • This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 9.
  • an inventive device for measuring the intensity of light of a first group of light sources of a lighting unit which comprises at least one other group of light sources, a Refe ⁇ rence signal unit for providing a Referenzsig ⁇ Nals a first predetermined frequency, a first arrival control unit comprising a first set of light sources configured to generate an operation signal modulated with the reference signal of the first predeterminable frequency, a second drive unit for the at least one further group of light sources configured to generate an operation signal that is not or with a reference signal of a frequency which is not equal to the first predeterminable frequency is modulated, a light receiving device for receiving the light emitted by the illumination unit and for providing a measurement signal which is correlated with the brightness of the emitted light, an evaluation device ung having ei ⁇ NEN measuring signal input, to which the measuring signal is ge ⁇ coupled a reference signal input to which the reference signal is coupled and an output for provision of a signal which is correlated with the light of the first group of light sources, wherein the Aus
  • the method according to the invention for measuring the intensity of the light of a group of light sources of a lighting unit that comprises at least one further group of light sources comprises the following steps: a) operating the first group of light sources with an operating signal that corresponds to a reference signal of a first predeterminable one Frequency is modulated; b) operating the at least one further group of light sources with an operating signal which is not modulated or with a reference signal of a frequency which is not equal to the first predeterminable frequency; c) detecting the light emitted by the illumination unit for generating a measurement signal; d) coupling the measurement signal to the Meßsig ⁇ naleingang an evaluation device; e) coupling the reference signal to a reference signal input of the evaluation device; f) performing a phase-synchronous rectification of the measurement signal relative to the reference signal in order to generate a rectification signal; and g) low-pass filtering the rectification signal.
  • the present invention is based on the finding that the above object can be achieved if the light intensity of the different light sources is modulated with different frequencies and then evaluated frequency-selectively. While this should be possible prinzi ⁇ piell even using simple filter circuits, a synchronous rectification and subsequent averaging is performed in the inventive device. As a result, the useful signal can be filtered out with a very high selectivity become. The prerequisite for this is that the signal to be measured is modulated with a reference signal.
  • the intensity to be measured here is the useful signal and the intensities of the remaining groups represent the interference signal.
  • the operating current of this group of LEDs is modulated by a reference signal.
  • the operating current of the remaining LEDs is either not modulated or at a frequency different from the frequency of the reference signal.
  • the reference signal is then modulated successively onto the operating currents of different groups of LEDs, then the light intensities of each group of LEDs can be measured separately. No color-filtered sensors are required for this.
  • This method can also be used if, due to special requirements for the time course of the light emission, the above-mentioned, second-named method known from the prior art can no longer be used.
  • the amplitude of the measurement signal for Hellig ⁇ ness of light emitted from the lighting unit is proportional.
  • LEDs have been used as light sources to explain the problem underlying the invention, it is obvious that others can be used as well Be involved light sources, for example, at least one fluorescent lamp.
  • the first and Minim ⁇ least comprise another group of light sources in a preferred exemplary embodiment, LEDs of different colors.
  • the rectifying unit preferably comprises a multiplied as ⁇ rer which is adapted to multiply the measurement signal with the Refe rence ⁇ signal.
  • ⁇ rer which is adapted to multiply the measurement signal with the Refe rence ⁇ signal.
  • analog multipliers or switches can be used.
  • no Referenzka- needs to be provided as a true line nal for transmission of the reference signal, instead, "white", the microcontroller whether the corresponding light source is just on or off and multiplied example internally with a po ⁇ sitiven or negative coefficients.
  • the reference signal is preferably a DC-free square-wave signal with a duty cycle of 50%.
  • the low-pass filter unit is configured to perform a time averaging over several periods of the measurement ⁇ signal.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of an embodiment of an inventions ⁇ to the invention device.
  • FIG. 2 shows the voltage dropping at the measuring signal input of the evaluation unit of FIG. 1, which results from the superposition of the three signal sources E1, E2 and E3;
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • This has a first El, E2, a second and a third Sig ⁇ nalttle E3, which are coupled via a switching matrix 10 having ei ⁇ ner first Al, A2 of a second and a third drive unit A3.
  • the first drive unit Al provides an operating signal for a first group 12 of FIG Light sources ready.
  • the second drive unit A2 provides an operating signal for a second group 14, and the third drive unit A3 provides an operating signal for a third group 16 of light sources.
  • the light sources 12, 14, 16 are in the exemplary embodiment in each case LEDs that emit light of different colors.
  • the signal sources El, E2, E3 provide in the exemplary embodiment AC signals un ⁇ different frequency.
  • a device further comprises a light receiving device 18, for example a Fotodio ⁇ de, which is arranged so that it receives the light of all three groups 12, 14, 16 of light sources. It provides its output signal at a measuring signal input 20 of an evaluation unit 22.
  • This also has a reference signal input 24 at which the signal of the signal source El, E2, E3 is supplied as a reference signal of the evaluation ⁇ device 22, resulting from the position of the switches Sl, S2, S3 of the switching matrix 10.
  • the signal of the signal source El at the reference signal input 24 of the evaluation device 22 is provided.
  • the evaluation device 22 has a rectification unit 26, which is designed to perform the measurement signal, which is applied to the measurement signal input 20, a to the reference signal, which is applied to the reference signal input 24, phase-synchronous rectification. Moreover, it has a low-pass filter unit 28, which is adapted to perform on the output of the integrated Gleichrichtein ⁇ 26, a low pass filtering. The low-pass filter unit is preferably realized by an RC low pass. At the output of the evaluation unit 22, an output signal U A is provided. How it works:
  • M m ⁇ cos ( ⁇ ⁇ t + O 1 ) + m 2 cos ( ⁇ 2 t + ⁇ 2 ) + m 3 cos ( ⁇ 3 t + ⁇ 3 )
  • the phase difference indicates ⁇ i shares in Fri acid sequence CO i between the measuring signal and the reference signal M El.
  • V A -e ⁇ m ⁇ cos ⁇ ⁇ )
  • the result has only portions of the signal source, see the position of the switch matrix 10 in Fig. 1, is currently applied as a reference signal to the Referenzsig ⁇ naleingang 24th
  • the proportions of the other Ban ⁇ len E2, E3 are eliminated by the evaluation device 22nd Because the signal source E2 or the signal source E3 is connected to the reference signal input 24 of the evaluation device 22 in the switching matrix 10 in a second and a third measurement operation, the light intensities of the second 14 and third group 16 of light sources can be determined accordingly.
  • Fig. 2 shows the time course of the measurement signal M, for an embodiment in which a source ver for El ⁇ turns was, which was an alternating signal having a frequency of 10 kHz and an amplitude of 1 V pp, where used for E2 a source using an alternating signal having a frequency of 37 kHz and an amplitude of 0.8 V pp and using for E3 a source having an alternating signal with a frequency of 54 kHz and an amplitude of 0.6 V pp
  • 3a shows the time profile when the signal of the source El is applied to the reference signal input 24,
  • Fig. 3b shows the time course when the signal of the
  • Fig. 3c shows the time course when the signal of the source E3 is applied to the reference signal input 24.

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe (12) von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen umfasst, umfassend: eine Referenzsignaleinheit, zur Bereitstellung eines Referenzsignals einer ersten vorgebbaren Frequenz (ω1); eine erste Ansteuereinheit (A1) für die erste Gruppe (12) von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Betriebssignal zu erzeugen, das mit dem Referenzsignal der ersten vorgebbaren Frequenz (ω1) moduliert ist; eine zweite Ansteuereinheit (A2) für die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Betriebssignal zu erzeugen, das nicht oder mit einem Referenzsignal einer Frequenz moduliert ist, die nicht gleich der ersten vorgebbaren Frequenz (ω1) ist; einer Lichtempfangsvorrichtung (18) zum Empfang des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts und zur Bereitstellung eines Messsignals, das mit der Helligkeit des abgegebenen Lichts korreliert ist; eine Auswertevorrichtung (22), die einen Messsignaleingang (20) aufweist, an den das Messsignal gekoppelt ist, einen Referenzsignaleingang (24), an den das Referenzsignal gekoppelt ist, und einen Ausgang zur Bereitstellung eines Signals, das mit dem Licht der ersten Gruppe (12) von Lichtquellen korreliert ist, wobei die Auswertevorrichtung (22) umfasst: eine Gleichrichteinheit (26), die ausgelegt ist auf das Messsignal eine zum Referenzsignal phasensynchrone Gleichrichtung durchzuführen; und eine Tiefpassfiltereinheit (28), die ausgelegt ist auf das Ausgangssignal der Gleichrichteinheit (26) eine Tiefpassfilterung durchzuführen. Sie betrifft überdies ein Verfahren zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe (12) von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe (14,16) von Lichtquellen umfasst.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe von Lichtquellen um- fasst .
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich die Problematik der gruppenspezifischen Messung der Lichtstärke einer Beleuchtungseinheit, die mehrere Gruppen von Lichtquellen beinhaltet. Einen typischen Fall stellt eine Leuchte oder eine LCD-Hinterleuchtung dar, die mit LEDs in den Farben Rot, Grün und Blau aufgebaut ist. Wegen der Temperatur- und Altersabhängigkeit der LED-Effizienz ist es erforderlich, die Intensitäten jeder einzelnen Farbgruppe separat zu messen und nachzuregeln . Besonders im Fall von LCD-Hinterleuchtungen muss der Farbort des abgestrahlten Lichts mit einer hohen Genauigkeit konstant gehalten werden, eine einfache Feedforward-Kompensation der Temperatureinflüsse reicht hier nicht aus.
Dazu sind aus dem Stand der Technik zwei Verfahren be¬ kannt :
Zunächst die spektrale Trennung der zu messenden Intensi- täten, also der Einsatz von Sensoren, deren spektrale Empfindlichkeit mithilfe von Filtern modifiziert wurde. Im Fall einer RGB (Rot, Grün, Blau) -LED-Leuchte oder Hin- terleuchtung gibt es also mindestens jeweils einen Sen¬ sor, der für rotes, grünes oder blaues Licht empfindlich ist. Diese Sensoren sind jedoch verhältnismäßig teuer und sind daher für den kommerziellen Gebrauch weniger geeignet .
Zweitens die zeitliche Trennung der zu messenden Intensi¬ täten, etwa wie in der Patentanmeldung DE 10 2005 049 579.6 beschrieben. Dabei wird ausgenutzt, dass die ein¬ zelnen Lichtquellen das Licht nicht kontinuierlich ausstrahlen, sondern gepulst. Im Normalbetrieb gibt es eine Phase, in der keine LED Licht aussendet. Zum Messen der Intensität einer Gruppe von LEDs wird deren Einschalt- Zeitpunkt vor den der anderen LEDs verlegt. Mit einem schnellen A-D-Wandler ist es dann möglich, eine Messung vorzunehmen, während nur die zu messende Gruppe von LEDs Licht aussendet. Diese Variante ist leider bei zeitkriti¬ schen Anwendungen ungeeignet, in denen keine derartigen Zeitfenster für die Verschiebung des Einschaltzeitpunkts frei sind.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die bzw. das eine gruppenspe- zifische Messung der Lichtstärke ermöglicht, auch bei zeitkritischen Anwendungen ohne freie Zeitfenster eingesetzt werden kann und sich kostengünstiger realisieren lässt als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorge¬ hensweisen . Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 9.
Demnach umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe von Lichtquellen umfasst, eine Refe¬ renzsignaleinheit zur Bereitstellung eines Referenzsig¬ nals einer ersten vorgebbaren Frequenz, eine erste An- Steuereinheit für die erste Gruppe von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Betriebssignal zu erzeugen, das mit dem Referenzsignal der ersten vorgebbaren Frequenz moduliert ist, eine zweite Ansteuereinheit für die mindestens eine weitere Gruppe von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Betriebssignal zu erzeugen, das nicht oder mit einem Referenzsignal einer Frequenz moduliert ist, die nicht gleich der ersten vorgebbaren Frequenz ist, eine Lichtempfangsvorrichtung zum Empfang des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts und zur Bereitstellung eines Messsignals, das mit der Helligkeit des abgegebenen Lichts korreliert ist, eine Auswertevorrichtung, die ei¬ nen Messsignaleingang aufweist, an den das Messsignal ge¬ koppelt ist, einen Referenzsignaleingang, an den das Referenzsignal gekoppelt ist, und einen Ausgang zur Bereit- Stellung eines Signals, das mit dem Licht der ersten Gruppe von Lichtquellen korreliert ist, wobei die Auswer¬ tevorrichtung umfasst zum einen eine Gleichrichteinheit, die ausgelegt ist, auf das Messsignal eine zum Referenz¬ signal phasensynchrone Gleichrichtung durchzuführen, und zum anderen eine Tiefpassfiltereinheit, die ausgelegt ist, auf das Ausgangssignal der Gleichrichteinheit eine Tiefpassfilterung durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Intensität des Lichts einer Gruppe von Lichtquellen einer Beleuch- tungseinheit , die mindestens eine weitere Gruppe von Lichtquellen umfasst, umfasst folgende Schritte: a) Betreiben der ersten Gruppe von Lichtquellen mit einem Betriebssignal, das mit einem Referenzsignal einer ersten vorgebbaren Frequenz moduliert ist; b) Betreiben der min- destens einen weiteren Gruppe von Lichtquellen mit einem Betriebssignal, das nicht oder mit einem Referenzsignal einer Frequenz moduliert ist, die nicht gleich der ersten vorgebbaren Frequenz ist; c) Erfassen des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts zur Erzeugung eines Messsignals; d) Koppeln des Messsignals an den Messsig¬ naleingang einer Auswerteeinrichtung; e) Koppeln des Referenzsignals an einen Referenzsignaleingang der Auswertevorrichtung; f) Durchführen einer zum Referenzsignal phasensynchronen Gleichrichtung des Messsignals zur Er- zeugung eines Gleichrichtsignals; und g) Tiefpassfiltern des Gleichrichtsignals.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn die Lichtintensität der verschiedenen Lichtquellen mit unter- schiedlichen Frequenzen moduliert wird und anschließend frequenzselektiv ausgewertet wird. Während dies prinzi¬ piell auch unter Verwendung einfacher Filterschaltungen möglich sein sollte, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Synchrongleichrichtung und anschließende Mittelwertbildung vorgenommen. Dadurch kann das Nutzsignal mit einer sehr hohen Trennschärfe herausgefiltert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass das zu messende Signal mit einem Referenzsignal moduliert wird.
Dieses Prinzip kann nunmehr gemäß der vorliegenden Erfindung für die Messung der Intensität einer einzelnen LED- Gruppe herangezogen werden. Die zu messende Intensität ist hier das Nutzsignal und die Intensitäten der übrigen Gruppen stellen das Störsignal dar. Zur Messung des von einer bestimmten Gruppe von LEDs ausgesandten Lichts wird der Betriebsstrom dieser Gruppe von LEDs mit einem Refe- renzsignal moduliert. Der Betriebsstrom der übrigen LEDs wird entweder nicht moduliert oder mit einer Frequenz, die von der Frequenz des Referenzsignals verschieden ist. Mittels Synchrongleichrichtung und Mittelwertbildung wird dann nur das vom Referenzsignal modulierte Licht nicht zu näherungsweise Null ausgemittelt . Wird das Referenzsignal nun nacheinander auf die Betriebsströme verschiedener Gruppen von LEDs aufmoduliert, dann können die Lichtintensitäten jeder Gruppe von LEDs separat ausgemessen werden. Dazu sind keine farbgefilterten Sensoren erforder- lieh. Dieses Verfahren kann auch noch eingesetzt werden, wenn wegen besonderer Anforderungen an den zeitlichen Verlauf der Lichtemission das obige, zweitgenannte aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren nicht mehr einzusetzen ist .
Bevorzugt ist die Amplitude des Messsignals zur Hellig¬ keit des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts proportional .
Wenngleich zur Darlegung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik auf LEDs als Lichtquellen zurückge- griffen wurde, können selbstverständlich auch andere Lichtquellen involviert sein, beispielsweise mindestens eine Leuchtstofflampe.
Wie bereits erwähnt, umfassen die erste und die mindes¬ tens eine weitere Gruppe von Lichtquellen in einem bevor- zugten Ausführungsbeispiel LEDs unterschiedlicher Farbe.
Die Gleichrichteinheit weist bevorzugt einen Multiplizie¬ rer auf, der ausgelegt ist, das Messsignal mit dem Refe¬ renzsignal zu multiplizieren. Bei einer Realisierung unter Verwendung von Analogschaltkreisen können dabei ana- löge Multiplizierer oder Umschalter eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, diesen Vorgang nach der Digitalisierung des Messsignals durch geeignete Rechenoperationen nachzubilden, die bevorzugt in einem Mikrokontroller realisiert sind. Insbesondere braucht dabei kein Referenzka- nal zur Übertragung des Referenzsignals als echte Leitung vorgesehen werden, stattdessen „weiß" der Mikrokontroller, ob die entsprechende Lichtquelle gerade an oder aus ist und multipliziert beispielsweise intern mit einem po¬ sitiven oder negativen Koeffizienten.
Das Referenzsignal ist bevorzugt ein gleichstromfreies Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis von 50 %. Wie be¬ reits erwähnt, ist die Tiefpassfiltereinheit ausgelegt, eine zeitliche Mittelung über mehrere Perioden des Mess¬ signals durchzuführen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die im Vorhergehenden mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten, soweit anwendbar, entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei¬ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 die am Messsignaleingang der Auswerteein- heit von Fig. 1 abfallende Spannung, die sich aus der Überlagerung der drei Signalquellen El, E2 und E3 ergibt;
Fig. 3a bis 3c das Ausgangssignal der Auswerteeinheit bei Synchronisation auf die Signalquelle El (Fig. 3a), bei Synchronisation auf die
Signalquelle E2 (Fig. 3b) und bei Syn¬ chronisation auf die Signalquelle E3 (Fig. 3c) .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausfüh- rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese weist eine erste El, eine zweite E2 und eine dritte Sig¬ nalquelle E3 auf, die über eine Umschaltmatrix 10 mit ei¬ ner ersten Al, einer zweiten A2 und einer dritten Ansteuereinheit A3 gekoppelt sind. Die erste Ansteuereinheit Al stellt ein Betriebssignal für eine erste Gruppe 12 von Lichtquellen bereit. Die zweite Ansteuereinheit A2 stellt ein Betriebssignal für eine zweite Gruppe 14, die dritte Ansteuereinheit A3 ein Betriebssignal für eine dritte Gruppe 16 von Lichtquellen bereit. Die Lichtquellen 12, 14, 16 sind im Ausführungsbeispiel jeweils LEDs, die Licht unterschiedlicher Farbe abgeben. Die Signalquellen El, E2, E3 stellen im Ausführungsbeispiel AC-Signale un¬ terschiedlicher Frequenz bereit.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin eine Lichtempfangsvorrichtung 18, beispielsweise eine Fotodio¬ de, die so angeordnet ist, dass sie das Licht aller drei Gruppen 12, 14, 16 von Lichtquellen empfängt. Sie stellt ihr Ausgangssignal an einem Messsignaleingang 20 einer Auswerteeinheit 22 zur Verfügung. Diese weist überdies einen Referenzsignaleingang 24 auf, an dem das Signal der Signalquelle El, E2, E3 als Referenzsignal der Auswerte¬ vorrichtung 22 zugeführt wird, das sich aus der Stellung der Schalter Sl, S2, S3 der Umschaltmatrix 10 ergibt. In der dargestellten Variante wird demnach das Signal der Signalquelle El am Referenzsignaleingang 24 der Auswertevorrichtung 22 bereitgestellt. Die Auswertevorrichtung 22 weist eine Gleichrichteinheit 26 auf, die ausgelegt ist, auf das Messsignal, das am Messsignaleingang 20 anliegt, eine zum Referenzsignal, das am Referenzsignaleingang 24 anliegt, phasensynchrone Gleichrichtung durchzuführen. Sie weist überdies eine Tiefpassfiltereinheit 28 auf, die ausgelegt ist, auf das Ausgangssignal der Gleichrichtein¬ heit 26 eine Tiefpassfilterung durchzuführen. Die Tiefpassfiltereinheit wird bevorzugt durch einen RC-Tiefpass realisiert. Am Ausgang der Auswerteeinheit 22 wird ein Ausgangssignal UA bereitgestellt. Zur Funktionsweise:
Die von den Signalquellen El, E2, E3 bereitgestellten Signal seien
Figure imgf000011_0001
El = e2 cos(ω2t)
El - c3 cos(ω3i)
Dann ergibt sich das Messsignal M, das am Messsignal 20 anliegt zu
M = mι cos(ωιt + O1 ) + m2 cos(ω2t + θ2 )+ m3 cos(ω3t + θ3 )
Dabei gibt die Phasendifferenz θi Anteile bei der Fre¬ quenz COi zwischen Messsignal M und Referenzsignal El an.
Mit
cos(x)•cos()>) = —[cos(x - y)+ cos(x + y)]
ergibt sich das am Ausgang der Gleichrichteinheit 22 an- liegende Signal L zu
L = - C1An1 [cos^ ) + cos(2ω1t + θx )] +
+ — ^1An2 [cos(<y2 - CD1 )t + cos((&>2 + CD1 )t + θ2 )] +
+ — C1An3 [cos(<y3 - CO1 )t + cos((<y3 + ωγ )t + θ3 )] Durch Tiefpassfilterung in der Tiefpassfiltereinheit 28 ergibt sich demnach UA zu
VA = -eιmι cos{θι)
Das Ergebnis weist demnach nur Anteile der Signalquelle auf, die, siehe die Stellung der Umschaltmatrix 10 in Fig. 1, momentan als Referenzsignal an den Referenzsig¬ naleingang 24 angelegt ist. Die Anteile der anderen Quel¬ len E2, E3 werden durch die Auswertevorrichtung 22 eliminiert. Dadurch, dass in der Umschaltmatrix 10 in einem zweiten und einem dritten Messvorgang die Signalquelle E2 bzw. die Signalquelle E3 mit dem Referenzsignaleingang 24 der Auswertevorrichtung 22 verbunden werden, können entsprechend die Lichtintensitäten der zweiten 14 und dritten Gruppe 16 von Lichtquellen ermittelt werden.
Im allgemeinen Fall periodische, nichtsinusförmiger Signale von Quelle und Referenz ist das Ergebnis durch Fou- rier-Analyse der Signalformen und Multiplikation mit anschließender Mittelwertbildung zu berechnen. Ein symmetrisches Rechtecksignal UR(t) ergibt sich beispielsweise als unendliche Reihe von Sinus- und Cosinustermen un¬ gerader Vielfacher der Grundfrequenz. Bei der oben angenommenen Phasenlage der Signale ist
UR (t)= — (cos(ωt) cos(3ßtf) H cos(5&tf)- ...
ein symmetrisches Rechteck der Amplitude 1. Die Berech- nung der Terme erfolgt wie zuvor mit dem Ergebnis, dass sich die Mischterme mit einer nicht verschwindenden Fre¬ quenz zu Null ausmitteln. Im Gegensatz zur Multiplikation mit einem sinusförmigen Signal werden aber auch die Oberwellen des Messsignals erfasst. Technisch ist die Multi¬ plikation mit einem Rechtecksignal oft einfacher. So kann beispielsweise eine Gleichrichteinheit mit einem Verstär- ker eingesetzt werden, dessen Verstärkungsfaktor zwischen 1 (nicht-invertierend) und -1 (invertierend) umschaltbar ist. Ein äquivalentes Ergebnis lässt sich auch durch Di¬ gitalisierung des Messsignals und arithmetische Operatio¬ nen erzielen.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Messsignals M für ein Ausführungsbeispiel, bei dem für El eine Quelle ver¬ wendet wurde, die ein Wechselsignal mit einer Frequenz von 10 kHz und einer Amplitude von 1 Vpp, bei dem für E2 eine Quelle verwendet wurde, die ein Wechselsignal mit einer Frequenz von 37 kHz und einer Amplitude von 0,8 Vpp und bei dem für E3 eine Quelle verwendet wurde, die ein Wechselsignal mit einer Frequenz von 54 kHz und einer Amplitude von 0,6 Vpp aufweist
Fig. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf, wenn das Signal der Quelle El an den Referenzsignaleingang 24 gelegt wird,
Fig. 3b zeigt den zeitlichen Verlauf, wenn das Signal der
Quelle E2 an den Referenzsignaleingang 24 gelegt wird, und Fig. 3c zeigt den zeitlichen Verlauf, wenn das Signal der Quelle E3 an den Referenzsignaleingang 24 gelegt wird.
Die in den Figuren 3a bis 3c noch vorhandene Restfällig¬ keit kann durch eine passend gewählte Integrationszeit so klein wie erforderlich gemacht werden.
Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn nur die Gruppe von Lichtquellen, deren Lichtintensität bestimmt werden soll, mit einem Signal angesteuert wird, das eine Modula¬ tion aufweist und alle anderen Gruppen von Lichtquellen mit Gleichstrom betrieben werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe (12) von Lichtquellen einer Beleuchtungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen umfasst, umfassend: - eine Referenzsignaleinheit, zur Bereitstellung eines Referenzsignals einer ersten vorgebbaren Frequenz
Figure imgf000015_0001
- eine erste Ansteuereinheit (Al) für die erste Gruppe
(12) von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Be- triebssignal zu erzeugen, das mit dem Referenzsignal der ersten vorgebbaren Frequenz (coi) moduliert ist;
- eine zweite Ansteuereinheit (A2) für die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen, die ausgelegt ist, ein Betriebssignal zu erzeugen, das nicht oder mit einem Referenzsignal einer Frequenz moduliert ist, die nicht gleich der ersten vorgebba¬ ren Frequenz (coi) ist;
- einer Lichtempfangsvorrichtung (18) zum Empfang des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts und zur Bereitstellung eines Messsignals, das mit der Helligkeit des abgegebenen Lichts korreliert ist;
- eine Auswertevorrichtung (22) , die einen Messsignaleingang (20) aufweist, an den das Messsignal gekop¬ pelt ist, einen Referenzsignaleingang (24) , an den das Referenzsignal gekoppelt ist, und einen Ausgang zur Bereitstellung eines Signals, das mit dem Licht der ersten Gruppe (12) von Lichtquellen korreliert ist, wobei die Auswertevorrichtung (22) umfasst: - eine Gleichrichteinheit (26), die ausgelegt ist auf das Messsignal eine zum Referenzsignal phasen¬ synchrone Gleichrichtung durchzuführen; und
- eine Tiefpassfiltereinheit (28), die ausgelegt ist auf das Ausgangssignal der Gleichrichteinheit (26) eine Tiefpassfilterung durchzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Messsignals zu der Helligkeit des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts proportional ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichtquellen mindestens eine LED umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichtquellen mindestens eine Leuchtstofflampe umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (12) und die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen LEDs unterschiedli¬ cher Farbe umfassen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichteinheit (26) einen Multiplizierer aufweist, der ausgelegt ist, das Messsignal mit dem Referenzsignal zu multiplizieren.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal ein gleichstromfreies Recht¬ ecksignal mit einem Tastverhältnis von 50 % ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheit (28) ausgelegt ist, ei¬ ne zeitliche Mittelung über mehrere Perioden des Mess¬ signals durchzuführen.
9. Verfahren zur Messung der Intensität des Lichts einer ersten Gruppe (12) von Lichtquellen einer Beleuch- tungseinheit, die mindestens eine weitere Gruppe (14, 16) von Lichtquellen umfasst, folgende Schritte umfas¬ send:
- Betreiben der ersten Gruppe (12) von Lichtquellen mit einem Betriebssignal, das mit einem Referenzsig- nal einer ersten vorgebbaren Frequenz (coi) moduliert ist;
- Betreiben der mindestens einen weiteren Gruppe (14, 16) von Lichtquellen mit einem Betriebssignal, das nicht oder mit einem Referenzsignal einer Frequenz moduliert ist, die nicht gleich der ersten vorgebba¬ ren Frequenz (coi) ist;
- Erfassen des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts zur Erzeugung eines Messsignals; - Koppeln des Messsignals an den Messsignaleingang
(20) einer Auswerteeinrichtung (22);
- Koppeln des Referenzsignals an einen Referenzsignal¬ eingang der Auswertevorrichtung; - Durchführen einer zum Referenzsignal phasensynchro¬ nen Gleichrichtung des Messsignals zur Erzeugung eines Gleichrichtsignals; und
- Tiefpassfiltern des Gleichrichtsignals.
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