Beschreibung
LED-Leuchtvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer LED- Leuchtvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer LED- Leuchtvorrichtung und eine LED-Leuchtvorrichtung.
WO 2006/063552 AI betrifft ein Kfz-Scheinwerferelement , wel- ches wenigstens eine Leuchtdiode (LED) und wenigstens eine Steuervorrichtung aufweist, die geeignet ist, ein von einer Messgröße abhängiges Signal zu verarbeiten und einen Strom entsprechend dem Signal in die Leuchtdiode einzuprägen, wobei die Steuervorrichtung und die Leuchtdiode auf einem gemeinsa- men Träger angeordnet sind.
US 2004/0036418 AI betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines geschlossenen Regelkreises unter Verwendung von Dauerstromschalttechniken . Mittels Steuerns des Stroms, der Leuchtdioden (LEDs) zugeführt wird, können die LEDs mit oder nahe an ihrer maximalen Kapazität betrieben werden, ohne die Gefahr, die LEDs zu überlasten und ohne dass übermäßige Strommengen verwendet werden. Eine Schaltung weist mehrere High-Side-Schalter auf, von denen jeder mit einem LED-Array verbunden ist. Die LED-Arrays sind über eine Spule mit einer Stromschaltungsbedienstelle verbunden, welche Strom auf Masse schaltet oder den Strom wieder zurückführt, um ei¬ nen LED-Stromfluss in einem gewünschten Bereich aufrechtzuerhalten .
US 2006/0006821 AI betrifft ein System und Verfahren zum Implementieren einer LED-basierten Leuchte, welche einen oder mehrere Farbkanäle enthält. Die Leuchte umfasst eine Steue¬ rung, die eine optische Abtastung und Rückkopplung verwendet, um LEDs in jedem Kanal so zu steuern, dass sie eine durchgängige Leuchtstärke und/oder Farbausgabe bereitstellen. Die op¬ tische Rückkopplungsschleife mag der Leuchtensteuerung eine
gleichmäßige Leuchtstärke und/oder Farbe der Leuchtenausgabe bereitstellen. Die Steuerung mag dann einen Strom und/oder ein Pulsbreitenmodulations ( PWM) -Tastverhältnis einstellen, welche separaten Farbkanälen der Leuchte zugeführt werden, um die gewünschte Leuchtstärke und/oder Farbe zu erhalten.
US 2002/0097000 AI betrifft ein LED-Leuchtensystem zum Be¬ reitstellen von Leistung für LED-Lichtquellen, um eine gewünschte Lichtfarbe bereitzustellen, das eine Stromversor- gungsstufe aufweist, die dazu ausgestaltet ist, ein Gleich¬ stromsignal bereitzustellen. Eine Lichtmischungsschaltung ist mit der Stromversorgungsstufe gekoppelt und umfasst eine Vielzahl von LED-Lichtquellen mit roter, grüner und blauer Farbe, um Licht mit verschiedenen gewünschten Farbtemperatu- ren zu erzeugen. Ein Steuersystem ist mit der Stromversorgungsstufe gekoppelt und dazu ausgestaltet, der Stromversor¬ gungsstufe Steuersignale bereitzustellen, um das Gleichstromsignal auf einem gewünschten Pegel zu halten, um die gewünschte Lichtausgabe aufrechtzuerhalten. Das Steuersystem ist ferner dazu ausgestaltet, zu den LED-Lichtquellen zugehö¬ rige Lumenausgabeanteile zu schätzen, und zwar beruhend auf einer Übergangstemperatur der LED-Lichtquellen und Chromati- zität skoordinaten des gewünschten, an der Lichtmischungsschaltung zu erzeugenden Lichts. Die Lichtmischungsschaltung weist ferner einen Temperatursensor zum Messen der den LED- Lichtquellen zugehörigen Temperatur und einen Lichtdetektor zum Messen eines Lumenaus gabepege 1 s von von den LED- Lichtquellen erzeugtem Licht auf. Beruhend auf den gemessenen Temperaturen bestimmt das Steuersystem die Menge an Ausgabe- lumen, die jede der LED-Lichtquellen erzeugen muss, um die gewünschte gemischte Lichtausgabe zu erreichen, und der Lichtdetektor in Verbindung mit einer Rückkopplungsschleife erhält die benötigte Lumenausgabe für jede der LED- Lichtquellen aufrecht.
DE 10 2005 049 579 AI betrifft eine Lichtquelle, die misch¬ farbiges Licht aussendet, das Licht mindestens zwei verschie¬ dener Farben enthält, das von einer Mehrzahl primärer Lichtquelle ausgesendet wird, bei der: die primären Lichtquelle in Gruppen eingeteilt sind und die Helligkeitswerte der primären Lichtquellen innerhalb einer Gruppe nach Farben getrennt ermittelt und gesteuert sind, so dass der Farbort des mischfar¬ bigen Lichtes in einem vorgegebenen Bereich der CIE- Normfarbtafel liegt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Steue- rung einer solchen Lichtquelle angegeben sowie eine Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Lichtquelle, beispielswei¬ se zur Hinterleuchtung eines Displays.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders nutzerfreundliche Möglichkeit einer Nachstellung einer LED- Leuchtvorrichtung mit mindestens zwei Farbkanälen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen An- sprüche gelöst. Bevorzugte Aus führungs formen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Leuchtvorrichtung, wobei die LED-Leuchtvorrichtung mindestens aufweist:
- mindestens zwei Farbkanäle, insbesondere unterschiedlicher Farbe, wobei jeder Farbkanal mindestens eine Leuchtdiode (LED) gleicher Farbe umfasst und wobei jeder Farbkanal ge¬ trennt oder individuell ansteuerbar ist, und
- mindestens einen Photodetektor, welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs abge¬ strahlten Lichts zu detektieren,
wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte auf¬ weist:
- Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung von einer Betriebsphase in eine Messphase;
- zeitlich nacheinander folgendes ( sequenzielles ) Ansteuern oder Aktivieren der Farbkanäle so, dass ein während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine (integra¬ le) Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht.
Die mindestens zwei Farbkanäle können auch unterschiedliche Farbkanäle gleicher Farbe umfassen. Jeder Farbkanal umfasst eine oder mehrere LEDs gleicher Farbe, z.B. in Reihe geschal- tet oder parallel geschaltet.
Mittels des mindestens einen Photodetektors, insbesondere ei¬ nes einzigen Photodetektors, wird ein Anteil oder Bruchteil des von den (insbesondere allen) LEDs abgestrahlten Lichts detektiert oder abgefühlt. Der Photodetektor kann z.B. eine Photodiode oder einen Phototransistor umfassen.
Die Betriebsphase entspricht einem normalen Betrieb der LED- Leuchtvorrichtung .
Unter einer Farbmischung oder integralen Farbmischung der Messphase kann insbesondere eine Addition des während der Messphase abgestrahlten Lichts der Farbkanäle verstanden werden .
Die Reihenfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle ist grundsätzlich nicht beschränkt. Die Rei¬ henfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle kann für mehrere Messphasen gleich sein oder sich unterscheiden.
Das obige Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch das zeitlich nacheinander folgende ( sequenzielle ) Ansteuern der Farbkanäle der von dem Photodetektor detektierte Lichtstrom sich eindeutig und mit hoher Genauigkeit einem bestimmten Farbkanal zuordnen lässt. Dadurch entfällt ein Aufwand zum fehlerbehafteten Trennen oder Rekonstruieren der Lichtströme
der einzelnen Farbkanäle. Dies kann beispielsweise dazu ver¬ wendet werden, eine Korrelation zwischen einem Strom durch einen Farbkanal und der sich daraus ergebenden Lichtstärke oder Lichtstrom dieses Farbkanals zu bestimmen. Damit wieder- um kann beispielsweise während der Betriebsphasen ein gewünschter Farbort und/oder eine gewünschte Lichtstärke genau¬ er eingestellt oder eingeregelt werden.
Dadurch, dass ein während der Messphase von den LEDs abge- strahltes Licht eine Farbmischung aufweist, welche im Wesent¬ lichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht, wird gleichzeitig ein Farbeindruck der vorangegangenen Betriebsphase weitergeführt, so dass ein Betrachter die Messphase farblich nicht von der Betriebsphase unterscheiden kann und so die Messphase nicht als störend empfindet.
Es ist eine Ausgestaltung, dass während der Messphase jeder Farbkanal getrennt mittels einer Pulsweitenmodulation so angesteuert wird, dass ein Verhältnis von Pulsbreiten der Farb- kanäle während der Messphase im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten der Farbkanäle während der Betriebsphase ent¬ spricht. Der zu der Betriebsphase gleiche Farbeindruck wird somit durch die Einstellung einer ähnlichen oder gleichen Pulsbreite erreicht, was besonders einfach zu bewerkstelligen ist.
Es ist eine für eine Erzeugung eines gleichen oder ähnlichen Farbeindrucks besonders vorteilhafte Ausgestaltung, dass eine Abweichung eines Verhältnisses der Pulsbreiten zweier Farbka- näle während der Messphase um nicht mehr als 10%, insbesonde¬ re nicht mehr als 1%, von dem Verhältnis der Pulsbreiten die¬ ser beiden Farbkanäle während der Betriebsphase abweicht.
Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass eine Strömhöhe für eden der Farbkanäle getrennt so einge¬ stellt wird, dass ein Verhältnis von Stromhöhen der Farbkanä¬ le während der Messphase im Wesentlichen einem Verhältnis der
Stromhöhen der Farbkanäle während der Betriebsphase ent¬ spricht. Dadurch kann ein gleicher oder ähnlicher Farbeindruck von Betriebsphase und Messphase durch ein Einhalten der Stromhöhenverhältnisse erreicht werden, z.B. wenn die Farbka- näle im Dauerbetrieb angesteuert werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine Lichtmenge während des Messzyklus' durch Einstellen einer Stromhöhe auf einen Wert gebracht wird, bei dem eine Signalhöhe oder Pegel eines Sen- sorsignals des mindestens einen Photodetektors in einem Be¬ reich zwischen 75% und weniger als 100%, z.B. 99,5%, seiner maximalen Signalhöhe liegt. Dadurch kann einerseits ein aus¬ reichend hoher Signalpegel mit einem hohen Signal-zu-Rausch- Verhältnis (SNR) erreicht werden und gleichzeitig eine Sätti- gung des Photodetektors vermieden werden.
Es ist eine zum schnellen Einstellen des Pegels des Sensorsignals in dem Bereich zwischen 75% und weniger als 100% seiner maximalen Signalhöhe vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Lichtmenge mittels eines Suchalgorithmus' auf den Wert oder in den Bereich gebracht wird. Der Suchalgorithmus kann z.B. ein linearer Suchalgorithmus sein. Zum schnellen Einstellen des Pegels kann ein Suchalgorithmus verwendet werden, welcher schneller als der lineare Suchalgorithmus arbeitet, insbeson- dere ein binärer Suchalgorithmus oder eine Intervallsuche.
Beispielsweise kann es gewünscht sein, den Pegel des Sensor¬ signals zu reduzieren, wenn viel Licht in den Photodetektor zurückreflektiert und/oder aus der Umgebung eingestrahlt wird. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn der LED- Leuchtvorrichtung ein Lichtmischer wie beispielsweise ein Di- ffusor, eine strahl formende Optik usw nachgeschaltet ist, welcher vergleichsweise viel Licht zurückwirft. Dadurch kann der Photodetektor saturiert werden, so dass sich in der Mess- phase keine sinnvolle Korrelation zwischen einem Ansteuersig- nal eines Farbkanals und seinem Lichtstrom mehr ergibt.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Messphase zusätzlich zu dem Schritt des Ansteuerns der Farbkanäle einen Schritt eines Nichtansteuerns aller Farbkanäle aufweist. In dieser 'Dunkelphase' kann eine Auswirkung eines in die LED-Leucht- Vorrichtung einfallenden Umgebungslichts auf das Sensorsignal bestimmt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Messphase zusätzlich Ausgleichsabschnitte aufweist, während derer die Farbkanäle wie während einer Betriebsphase angesteuert wer¬ den. So können die Farbkanäle während der Ausgleichsabschnit¬ te auch gleichzeitig betrieben werden. Dadurch kann ein Helligkeitseindruck für einen Benutzer während der Messphase an einen Helligkeitseindruck während einer Betriebsphase ange- glichen werden.
Wenn bedingt durch die unterschiedlich langen An-Zeiten oder Aktivierungsdauern der einzelnen Kanäle mehr Messungen durchgeführt werden können als für die Regelung notwendig, können in nachfolgenden Messphasen diese Messungen ausgelassen oder gezielt verkürzt werden, um den Zeitbedarf der Messphase zu reduzieren. In dieser Ausgestaltung kann der durch die ausgelassenen Messungen bedingte Fehler beispielsweise durch die Ausgleichsabschnitte korrigiert werden.
Für eine integrale Farbmischung, bei der die sequenzielle An- steuerung der Farbkanäle von einem Benutzer aufgrund einer Augenträgheit als eine gleichzeitige Lichtausstrahlung wahr¬ genommen wird, ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung, dass eine Messphase nicht länger als ca. 40 ms dauert, insbesonde¬ re nicht länger als 20 ms, insbesondere nicht länger als 10 ms. Insbesondere kann eine Dauer der Messphase, bei der ein Farbkanal angesteuert wird, so lange dauern wie für die Mess¬ werterfassung der einzelnen Kanäle notwendig ist, also z.B. auch ohne eine Dunkelphase.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine Zeitdauer zwischen zwei Messphasen nicht konstant ist. Dadurch kann unterdrückt werden, dass sich mehrere LED-Leuchtvorrichtungen, insbesondere mehrfach hintereinander, gleichzeitig (kollek- tiv) in ihrer Messphase befinden und so für einen Betrachter einen Unterschied zu einem Eindruck aus einer Betriebsphase verstärken. Dieser Effekt kann besonders wirksam unterdrückt werden, falls eine Zeitdauer zwischen zwei Messphasen nichtdeterministisch, z.B. zufällig oder pseudo-zufällig bestimmt, ist.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein während der Messphase von dem mindestens einen Photodetektor ausgegebenes Sensorsignal zumindest abschnittsweise dazu verwendet wird, eine Ansteuerung in einer folgenden Betriebsphase anzupassen. Dies kann z.B. in Form einer Rückkopplung geschehen. Beispielsweise kann das Ergebnis verwendet werden, um in einer Regelschleife die benötigte Lichtmenge zur Erreichung des Farbortes zu berechnen oder/und nachzuregeln .
Es ist vorteilhaft, die Farbkanäle in der Messphase in Rei¬ henfolge der Helligkeit der Farbkanäle, bevorzugt in abstei¬ gender Reihenfolge, anzusteuern. Wenn eine Anpassung der Helligkeit durch eine Ansteuerung der Stromquelle erfolgt, ist die Zeitdauer, die die Stromquelle benötigt, um den gewünsch¬ ten Leistungswert zu erreichen, entscheidend für die Zeitdau¬ er der Messung. Diese kann je nach Stromquelle im Anstieg oder im Absenken unterschiedlich sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zu Anfang der Messung den "langsamen" Schritt zu wählen und dann für die Anpassungen in den einzelnen Schritten die "schnelle" Richtung zu verfolgen.
Die meisten Stromquellen ermöglichen eine schnelle Leistungsund damit Stromstärkenreduktion aber nur eine langsame Erhöhung. Daher ist es besonders vorteilhaft, die Farbkanäle in absteigender Reihenfolge der Helligkeit anzusteuern, d.h. zunächst den Farbkanal mit der größten Helligkeit, dann den mit der zweitgrößten usw. bis zum Kanal mit der niedrigsten Hei-
ligkeit. Als Abschluss ist dann die Dunkelphase vorteilhaft, wenn eine solche vorgesehen ist. Damit ergibt sich eine be¬ sonders schnelle Messung und damit eine kurze Messphase, die die Gefahr, dass beim Betrachter sichtbare Helligkeitsschwan- kungen entstehen, minimiert.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine LED-Leuchtvorrichtung, wobei die LED-Leuchtvorrichtung mindestens aufweist:
- mindestens zwei Farbkanäle, insbesondere unterschiedlicher Farbe, wobei jeder Farbkanal mindestens eine LED gleicher
Farbe umfasst und wobei jeder Farbkanal getrennt ansteuer¬ bar ist,
- mindestens einen Photodetektor, welcher dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Anteil eines von den LEDs abge- strahlten Lichts zu detektieren,
- eine Ums ch a 1 t e i n r i ch t un g zum Umschalten der LED- Leuchtvorrichtung von einer Betriebsphase in eine Messphase und
- eine Messphasenablaufsteuerung, die dazu eingerichtet ist, die Farbkanäle nacheinander so anzusteuern, dass ein während der Messphase von den LEDs abgestrahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase entspricht. Die Umschalteinrichtung kann z.B. ein funktionaler Teil einer allgemeinen Steuereinrichtung der LED-Leuchtvorrichtung sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die LED-Leuchtvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren wie oben beschrieben aus- zuführen.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Fig.l zeigt in drei Reihen jeweils einen Ausschnitt aus einem ersten, einem zweiten bzw. einem dritten An- steuersignal für einen jeweils zugehörigen Farbka-
nal einer LED-Leuchtvorrichtung. Das Ansteuersignal ist als eine Auftragung eines Strompegels eines in den jeweiligen Farbkanal eingeprägten Stroms I gegen die Zeit T dargestellt;
Fig.2 skizziert eine möglich Ausgestaltung einer LED-
Leuchtvorrichtung zur Durchführung der in Fig.l gezeigten Abläufe.
Die erste Reihe aus Fig.l zeigt einen Ausschnitt aus einem ersten Ansteuersignal Sl für einen ersten Farbkanal Chi einer LED-Leuchtvorrichtung. Der erste Farbkanal Chi beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer ersten Farbe, z.B. rot, welche gemeinsam mittels des gemeinsamen Ansteuersignais Sl ange¬ steuert werden. Die roten Leuchtdioden des ersten, roten Farbkanals Chi können z.B. in Reihe geschaltet sein.
Die zweite Reihe zeigt einen Ausschnitt aus einem zweiten An¬ steuersignal S2 für einen zweiten Farbkanal Ch2 einer LED- Leuchtvorrichtung. Der zweite Farbkanal Ch2 beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer zweiten Farbe, z.B. grün, welche mittels des gemeinsamen Ansteuersignais S2 angesteuert wer¬ den. Die grünen Leuchtdioden des zweiten, grünen Farbkanals Ch2 können z.B. in Reihe geschaltet sein. Die dritte Reihe zeigt einen Ausschnitt aus einem dritten An¬ steuersignal S3 für einen dritten Farbkanal Ch3 einer LED- Leuchtvorrichtung. Der dritte Farbkanal Ch3 beinhaltet alle Leuchtdioden (LEDs) einer dritten Farbe, z.B. blau, welche gemeinsam mittels des gemeinsamen Ansteuersignais S3 ange- steuert werden. Die blauen Leuchtdioden des dritten, blauen Farbkanals Ch3 können z.B. in Reihe geschaltet sein.
Fig.l zeigt jeweils zeitgleiche Ausschnitte der Ansteuersig- nale Sl, S2 bzw. S3. Die Ausschnitte zeigen jeweils eine ers- te Betriebsphase BP1, auf welche eine Messphase MP folgt, auf welche eine zweite Betriebsphase BP2 folgt.
In den Betriebsphasen BP1, BP2 wird die LED-Leuchtvorrichtung normal betrieben. Die Betriebsphasen BP1, BP2 bestehen aus einer Abfolge von Aktivierungs zyklen der Zeitdauer tba, von denen ein Aktivierungs zyklus beispielhaft in der ersten Be- triebsphase BP1 zwischen einem Zeitpunkt tbO = 0 und einem Zeitpunkt tba dargestellt ist.
In dem gezeigten Aktivierungszyklus werden zunächst ab dem Zeitpunkt tbO alle drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 gleichzeitig angesteuert bzw. aktiviert, jedoch innerhalb des Aktivie¬ rungszyklus' meist für eine unterschiedliche Dauer. In ande¬ ren Worten wird in einem Aktivierungszyklus auf alle drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 ein Puls, insbesondere Strompuls, aufgegeben, wobei sich eine Pulsbreite PB1, PB2, PB3 der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 unterscheiden kann. Die Pulsbreite PB1, PB2, PB3 ist durch die LED-Leuchtvorrichtung einstellbar und kann sich beispielsweise nach einer gewünschten Farbtemperatur richten. So kann einer bestimmten Farbe oder Farbort des von der LED-Leuchtvorrichtung abgestrahlten Lichts, z.B. warm-weiß oder kalt-weiß, ein bestimmtes Verhältnis der Puls¬ breiten PB1, PB2, PB3 und damit Ansteuerungsdauern der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 zugeordnet sein. Dabei wird ausgenutzt, dass die Zeitdauer tba eines Aktivierungszyklus so kurz ist, dass aufgrund einer Augenträgheit das von allen Farbkanälen Chi, Ch2, Ch3 abgestrahlte Licht von einem Betrachter als praktisch gleichzeitig abgestrahltes Licht, also als Misch¬ licht aus den drei Farbkanälen Chi, Ch2, Ch3, wahrgenommen wird . In dem gezeigten beispielhaften Aktivierungszyklus werden die LEDs des ersten Farbkanals Chi dauernd bestromt, was einer Pulsbreite PB1 von 100% des Aktivierungs zyklus ' entspricht, also PB1 = tba. Die LEDs des zweiten Farbkanals Ch2 werden 55% der Zeit des Akt ivierungs zyklus ' bestromt (PB2 = 55% tba) , und die LEDs des dritten Farbkanals Ch3 werden 18% der Zeit des Aktivierungs zyklus ' bestromt (PB3 = 18% tba) . Die Pulsbreiten PB1, PB2 bzw. PB3 können beispielsweise von dem
gewünschten Farbort der LED-Leuchtvorrichtung, der Leuchtstärke, der Farbe und der Zahl der LED(s) pro Farbkanal usw. abhängen. Die Pulsbreiten PB1, PB2, PB3 können variiert werden, z.B. um einen Farbort und/oder eine Lichtstärke des Mischlichts zu ändern.
In dem gezeigten Beispiel können die drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass sich z.B. eine gleichzeitige Ansteuerung, insbesondere Bestromung, der drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 besonders einfach erreichen lässt. Jedoch kann auch eine sequenzielle Ansteuerung verwendet werden, bei der keine zwei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 gleichzeitig angesteuert werden. Auch mögen nur zwei Farbkanäle eingesetzt werden, z.B. mit roten LED(S) bzw. mintgrünen LED(s) zur Erzeugung eines weißen Mischlichts. Auch können mehr als drei Farbkanäle einge¬ setzt werden, z.B. zusätzlich mit bernsteinfarbenen LED(s) ('amber') zur Erzeugung eines warm-weißen Mischlichts.
Ein Anteil des von den LEDs der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 ab¬ gestrahlten Lichts wird mittels mindestens eines Photodetek¬ tors aufgefangen. Der mindestens eine Photodetektor ist zumindest in der Lage, einen Lichtstrom der LEDs zu detektieren und ein entsprechendes Sensorsignal auszugeben, z.B. zu einer Auswertelogik der LED-Steuervorrichtung.
Die Betriebsphase BP1 geht zu einem Zeitpunkt tmO für alle drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 in die Messphase MP über. In der Messphase MP werden die drei Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 zeitlich nacheinander oder sequentiell angesteuert und nicht zeitgleich. Dadurch kann ein Sensorsignal des mindestens ei¬ nen Photodetektors einfach und eindeutig einem bestimmten Farbkanal Chi, Ch2, Ch3 zugeordnet und ausgewertet werden, z.B. für eine Bestimmung und/oder Einstellung der Lichtstärke oder des Farborts des Mischlichts.
Damit die Messphase MP für einen Betrachter nicht auffällt, dauert eine Zeit zur Ansteuerung der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 vorzugsweise nicht mehr als 40 ms, insbesondere nicht mehr als 20 ms, insbesondere nicht mehr als 10 ms. Es wird beson- ders bevorzugt, wenn die Gesamtdauer tm der Messphase MP nicht mehr als 40 ms, insbesondere nicht mehr als 20 ms, ins¬ besondere nicht mehr als 10 ms dauert.
Um einen Farbeindruck für einen Betrachter während der Mess- phase MP im Vergleich zu der vorangegangenen Betriebsphase BPl nicht zu verändern, werden die Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 so angesteuert, dass während der Messphase von den LEDs abge¬ strahltes Licht eine integrale Farbmischung aufweist, welche im Wesentlichen einer Farbmischung der Betriebsphase ent- spricht. Dabei kann unter einer integralen Farbmischung insbesondere eine Akkumulation, insbesondere Addition, des von den LEDs während der Messphase abgestrahlten Lichts verstanden werden. Hierzu entspricht in diesem Ausführungsbeispiel ein Verhältnis der Pulsbreiten PM1, PM2, PM3 der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 während der Messphase MP im Wesentlichen einem Verhältnis der Pulsbreiten PB1, PB2, PB3 der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 während der Betriebsphase BPl, auch wenn deren absolute Breite bzw. Zeitdauer in der Messphase MP und der vorangegangenen Betriebsphase BPl nicht übereinzustimmen braucht. Aufgrund der Augenträgheit nimmt ein Betrachter dann in der Messphase MP den gleichen Farbeindruck wahr wie in der Betriebsphase BPl .
Die LED-Leuchtvorrichtung kann aus den Sensorsignalen bei- spielsweise für jeden der Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 eine Korrelation zwischen einem zugehörigen Ansteuersignal Sl, S2, S3, z.B. einem Strom, und einer farbspezifischen Lichtstärke herstellen und bei einer Abweichung von einem Sollwert, z.B. der Lichtstärke, das Ansteuersignal entsprechend modifizie- ren. So kann beispielsweise dann, wenn festgestellt wird, dass eine Lichtstärke für einen bestimmten Farbkanal Chi, Ch2, Ch3 niedriger ist als ein für die verwendete Pulsbreite
PM1, PM2 bzw. PM3 abgespeicherter Wert der Lichtstärke, die Pulsbreite PB1, PB2 , PB3 für diesen Farbkanal Chi, Ch2, Ch3 in einer folgenden Betriebsphase BP2 erhöht werden. Eine niedrigere Lichtstärke kann beispielsweise durch eine Alte- rung der LEDs, Temperatureffekte oder durch einen Ausfall ei¬ ner LED zustande kommen.
In der gezeigten Messphase MP schließt sich an den Abschnitt, zu dem die Farbkanäle Chi, Ch2, Ch3 sequenziell angesteuert oder aktiviert werden, ein optionaler Abschnitt an, während dessen keiner der Farbkanäle angesteuert oder aktiviert ist, eine sog. Dunkelphase DP. In der Dunkelphase DP kann ein Schwarzwert ausgemessen werden, welcher beispielsweise in die LED-Vorrichtung, insbesondere den Photodetektor, eingestrahl- tes Umgebungslicht berücksichtigt.
Nach der Messphase MP wird in eine zweite Betriebsphase BP2 geschaltet, bei der die Ansteuersignale Sl, S2, S3 im Ver¬ gleich zu den Ansteuersignalen Sl, S2, S3 der ersten Be- triebsphase BP1 auf der Grundlage von aus der Messphase MP gewonnenen Erkenntnissen modifiziert sein können.
Der zeitliche Abstand zwischen zwei Messphasen MP kann vorbestimmt sein, z.B. kann eine Messphase MP alle n Aktivierungs- zyklen durchgeführt werden. Jedoch kann es bei einem Einsatz mehrerer LED-Leuchtvorrichtungen, die z.B. gleichzeitig angeschaltet werden, vorkommen, dass die Messphasen MP der mehreren LED-Leuchtvorrichtungen im Wesentlichen zeitgleich oder zeitlich nur gering versetzt auftreten. Dann kann ein Bet- rachter diese Messphasen MP möglicherweise kollektiv wahrnehmen. Um eine Wahrnehmung der Messphasen MP mehrerer LED- Leuchtvorrichtungen zu unterdrücken, kann der zeitliche Abstand (Zeitdauer) zweier Messphasen MP einer LED-Leuchtvorrichtung nicht-deterministisch, beispielsweise zufällig oder pseudo-zufällig, sein, insbesondere innerhalb eines vorbe¬ stimmten Zeitintervalls.
Fig.2 skizziert eine LED-Leuchtvorrichtung L, welche unter anderem eine Steuereinrichtung T, insbesondere Treiber, zum Betreiben von Leuchtdioden LDl, LD2 und LD3 aufweist. Die Leuchtdioden sind in drei Stränge aufgeteilt, welche einem jeweiligen Farbkanal Chi, Ch2 bzw. Ch3 entsprechen. Jeder Farbkanal enthält eine oder mehrere Leuchtdioden LDl, LD2 bzw. LD3 gleicher Farbe, z.B. der Farbkanal Chi die roten Leuchtdioden LDl, der Farbkanal Ch2 die grünen Leuchtdioden LDl und der Farbkanal Ch3 die blauen Leuchtdioden LD3. Die Farbkanäle Chi, Ch2 und Ch3 sind mittels der Steuereinrichtung T separat oder individuell ansteuerbar. Die Farbkanäle Chi, Ch2 und Ch3 können beispielsweise die Leuchtdioden LDl, LD2 bzw. LD3 in einer Reihenschaltung enthalten. Die Zahl der Leuchtdioden LDl, LD2 und LD3 kann sich unterscheiden.
Unter einer LED LDl, LD2, LD3 kann eine einzeln gehäuste LED oder ein LED-Chip verstanden werden. Als LED-Chips ausgebildete Leuchtdioden LDl, LD2, LD3 können beispielsweise auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein. Die LEDs LDl, LD2, LD3 können beispielsweise anorganische LEDs, z.B. mit InGAlP, oder organische LEDs (OLEDs) sein.
Während ein größter Anteil des von den LEDs LDl, LD2 und LD3 abgestrahlten Lichts nach Außen abgegeben wird, fällt ein ge- ringerer Anteil auf einen Photodetektor D. Ein Signalausgang des Photodetektors D ist funktional mit der Steuereinrichtung T verbunden, wo ein über den Signalausgang ausgegebenes Sensorsignal ausgewertet werden kann. Während einer Betriebsphase BP1, BP2 kann das Sensorsignal des Photodetektors D beispielsweise dazu verwendet werden, die Ströme, welche durch die Farbkanäle Chi, Ch2 und Ch3 fließen, so zu regeln, dass ein Sollwert eines Lichtstroms eingehalten werden kann. Alternativ kann in der Betriebsphase BP1, BP2 der Photodetektor D nicht verwendet werden.
Insbesondere für eine Kalibrierung der LED-Leuchtvorrichtung L kann die Messphase MP verwendet werden. So kann beispiels¬ weise eine Korrelation zwischen einem Strom durch einen Farbkanal Chi, Ch2 und Ch3 und der sich daraus ergebenden Licht- stärke oder Lichtstrom dieses Farbkanals Chi, Ch2 bzw. Ch3 bestimmt werden. Damit wiederum kann während der Betriebspha¬ sen BP1, BP2 z.B. ein gewünschter Farbort und/oder eine gewünschte Lichtstärke genauer eingestellt oder eingeregelt werden .
Die Steuereinrichtung T kann funktional eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der LED-Leuchtvorrichtung von der Betriebsphase BP1, BP2 in die Messphase MP und zurück als auch eine Messphasenablaufsteuerung umfassen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann anstelle oder zusätzlich zu einer pulsweitenmodulier- ten Ansteuerung der Farbkanäle auch eine stromhöhenmodulierte oder stromstärkenmodulierte Ansteuerung der Farbkanäle erfol¬ gen .
In einer möglichen Variante können die Farbkanäle dann je- weils im Dauerbetrieb betrieben werden, wobei deren Licht¬ stärke über eine Stromhöhe oder Stromstärke eines dem jewei¬ ligen Farbkanal eingeprägten Betriebsstroms eingestellt wer¬ den kann. Dann können in der Messphase die Farbkanäle hintereinander jeweils mit der gleichen Stromstärke oder Stromhöhe angesteu¬ ert werden wie in der Betriebsphase, wobei verschiedene Farb¬ kanäle dann für einen zu der Betriebsphase einheitlichen farblichen Eindruck vorzugsweise auch gleich lang angesteuert werden können. Dies ermöglicht auch eine besonders kurze Messphase .
Es ist ferner eine stromhöhenvariable PWM-Ansteuerung der Farbkanäle möglich, d.h., eine PWM-Ansteuerung, bei der zusätzlich die Stromhöhe oder Stromstärke variiert werden kann. Falls eine Stromhöhe einstellbar ist (mit oder ohne PWM- Ansteuerung) , kann diese während der Messphase auch variiert werden, um das Sensorsignal des mindestens einen Photodetek¬ tors zu optimieren. So kann für den Fall, dass ein auf den mindestens einen Pho¬ todetektor einfallender Lichtstrom vergleichsweise gering ist und damit häufig auch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) des Sensorsignals gering ist, die Stromhöhe für diesen Farb¬ kanal erhöht werden, bis das Sensorsignal einen geringeren Rauschfehler bzw. ein höheres SNR aufweist.
Auch kann die Stromhöhe für den Fall reduziert werden, dass ein auf den mindestens einen Photodetektor einfallender Lichtstrom vergleichsweise hoch ist und sich insbesondere im Sättigungsbereich des mindestens einen Photodetektors befindet. In anderen Worten ist hier der Lichtstrom bereits so hoch, dass der Photodetektor gesättigt ist und bei einer wei¬ teren Erhöhung des Lichtstroms sein Sensorsignal nicht mehr verstärkt. Ein Hinweis darauf, dass der Photosensor über sei- ner Sättigungsgrenze betrieben wird, ist ein Vorliegen eines maximalen Sensorsignals, z.B. einer maximalen Sensorspannung.
In dem Fall eines zu hohen Lichtstroms kann die Stromhöhe des Farbkanals so lange reduziert werden, bis das zugehörige Sen- sorsignal sich in einem Bereich zwischen einem Wert knapp unterhalb des maximalen Sensorsignals (als oberer Grenze) und oberhalb eines Werts mit einem bereits günstigen SNR befin¬ det. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Stromhöhe des Farbkanals so lange reduziert wird, bis das zugehörige Sensorsignal sich in einem Bereich zwischen 50% und unterhalb, insbesondere 99,5%, des maximalen Sensorsignals befin-
det, insbesondere zwischen 75% und unterhalb, insbesondere 99,5%, des maximalen Sensorsignals befindet.
Das Aufsuchen eines günstigen Sensorbereichs kann mittels je- des geeigneten Suchalgorithmus' durchgeführt werden. So kann ein linearer Suchalgorithmus durchgeführt werden, bei dem die Stromhöhe schrittweise (linear) erhöht wird (bei einem an¬ fänglich zu schwachen Sensorsignal) oder erniedrigt wird (bei einem anfänglich zu starken oder gesättigten Sensorsignal) . Ein solcher Suchalgorithmus weist (in Landau-Notation) eine Komplexitätsklasse 0(n) auf.
Eine noch schnellere Anpassung, z.B. mit der Komplexitäts¬ klasse O(log n) , lässt sich durch andere Suchalgorithmen er- reichen, z.B. einen binären Suchalgorithmus oder eine Interpolationssuche oder Intervallsuche.
Zudem ist die Reihenfolge der zeitlich nacheinander folgend angesteuerten Farbkanäle grundsätzlich nicht beschränkt. Die Reihenfolge kann für mehrere Messphasen gleich sein (z.B. immer Chi, Ch2, Ch3) oder sich unterscheiden (z.B. Chi, Ch2, Ch3 für eine Messphase und beispielsweise Ch3, Chi, Ch2 für eine andere Messphase) . Dabei wird generell die Reihenfolge bevorzugt so gewählt werden, dass die Messphase möglichst kurz ist. Bei den üblicherweise verwendeten Stromquellen ist dies insbesondere dann der Fall, wenn die Farbkanäle in der Messphase in absteigender Reihenfolge der Helligkeit nachein¬ ander angesteuert werden, d.h. zunächst der Farbkanal mit der größten Helligkeit, dann der mit der zweitgrößten usw. bis zum Kanal mit der niedrigsten Helligkeit, da die üblichen
Stromquellen wesentlich mehr Zeit für einen Leistungsanstieg als für einen Leistungsabfall benötigen. Als Abschluss ist dann die Dunkelphase vorteilhaft, wenn eine solche vorgesehen ist. Damit ergibt sich eine besonders schnelle Messung und damit eine kurze Messphase, die die Gefahr, dass beim Bet¬ rachter sichtbare Helligkeitsschwankungen entstehen, minimiert. Sollte eine Stromquelle Verwendung finden, die im An-
stieg schneller als im Abfall reagiert, ist selbstverständ¬ lich eine Messung in umgekehrter Reihenfolge, d.h. vom dunkelsten zum hellsten Farbkanal vorteilhaft. Allgemein kann in einer Messphase jeder der Farbkanäle einmal oder mehrmals angesteuert werden. So kann in einer Messphase zumindest einer der Kanäle zweimal angesteuert werden; z.B. können in einer Messphasen der rote, der grüne und der blaue Farbkanal jeweils zweimal angesteuert werden, z.B. in der Reihenfolge Chi, Ch2, Ch3, Chi, Ch2, Ch3. Die Ansteuerungs- signal für die Farbkanäle können direkt aufeinander folgen oder zeitlich beabstandet sein.
Bezugszeichenliste
BP1 erste Betriebsphase
BP2 zweite Betriebsphase
Chi erster Farbkanal
Ch2 zweiter Farbkanal
Ch3 dritter Farbkanal
D Photodetektor
DP Dunkelphase
I Strom
L LED-Leuchtvorrichtung
LD1 Leuchtdiode des ersten Farbkanals
LD2 Leuchtdiode des zweiten Farbkanals
LD3 Leuchtdiode des dritten Farbkanals
MP Messphase
PB1 Pulsbreite eines Signalpulses des ersten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebspha¬ se;
PB2 Pulsbreite eines Signalpulses des zweiten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebspha¬ se;
PB3 Pulsbreite eines Signalpulses des dritten Farbkanals während eines Aktivierungszyklus' in einer Betriebspha¬ se;
PM1 Pulsbreite eines Signalpulses des ersten Farbkanals während einer Messphase
PM2 Pulsbreite eines Signalpulses des zweiten Farbkanals während einer Messphase
PM3 Pulsbreite eines Signalpulses des dritten Farbkanals während einer Messphase
51 Ansteuersignal des ersten Farbkanals
52 Ansteuersignal des zweiten Farbkanals
53 Ansteuersignal des dritten Farbkanals
t Zeit
T Steuereinrichtung
tbO Beginn eines Aktivierungszyklus'
tba Dauer eines Aktivierungszyklus'
tmO Beginn der Messphase