WO2017148906A1 - Verfahren zur steuerung einer leuchteinrichtung und leuchteinrichtung - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer leuchteinrichtung und leuchteinrichtung Download PDF

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WO2017148906A1
WO2017148906A1 PCT/EP2017/054583 EP2017054583W WO2017148906A1 WO 2017148906 A1 WO2017148906 A1 WO 2017148906A1 EP 2017054583 W EP2017054583 W EP 2017054583W WO 2017148906 A1 WO2017148906 A1 WO 2017148906A1
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color
lighting device
color perception
perception
light
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Application number
PCT/EP2017/054583
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tran Quoc Khanh
Quang Vinh Trinh
Original Assignee
Technische Universität Darmstadt
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Publication date
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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]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • 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]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/32—Pulse-control circuits
    • H05B45/325—Pulse-width modulation [PWM]

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.
  • 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 controlled or usually supplied with a pulse width modulated operating current that the superposition of the different light spectra of the individual LEDs the desired
  • 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 with a plurality of bulbs can also have further effects on the color temperature emitted by the lighting device. So it is known that the individual bulbs with increasing
  • Color sensor to detect the emitted light from the lighting device and in dependence on the measured
  • Color sensor values to specify the control of the individual bulbs so that as little or no change in the light spectrum as possible in dependence on the temperature and the operating time takes place. It has however, it has been shown that such a control of the light spectrum emitted by the lighting device with
  • Capture semiconductor material and optionally specified by additional filters predetermined wavelength range and convert it into electrical signals.
  • the sensitivity of a photodiode usually differs both from the respective power spectra of the individual lamps or light-emitting diodes
  • a photodiode can not measure a corresponding change
  • Wavelength ranges are detected by a color sensor device, wherein in a conversion step, the color characteristics detected by the color sensor device are adapted to the human color perception
  • Color perception characteristics are converted, wherein in a control signal generating step in response to a predetermined light spectrum associated with the
  • Luminous device is to be emitted
  • Adjusted color perception an adaptation of the measured sensor values to the human color perception, before then starting from the adjusted
  • Color perception parameters new control signals for the individual lamps are determined and specified for a subsequent operating time. A correction and
  • Color perception may have.
  • Color perception characteristics are carried out in a simple manner so that over a period of operation, no change in the emitted power spectrum of the lighting device is more perceptible.
  • the color perception parameters form one
  • multidimensional color perception space which is adapted as well as possible to human color perception.
  • the color perception sizes could be the
  • Perception threshold is if a change in the color perception characteristics within a limited with a given color perception characteristic distance range.
  • Perception threshold can be demanding
  • the color perception characteristic distance can also be so
  • a first color point convex area boundaries preferably ellipses or circles, can be specified to the respective color location, the same color perception differences of a human describe.
  • Lighting device can in such a
  • Color reference values are all not differentiated within human perception within a MacAdam ellipse experimentally determined for the CIE standard color system.
  • a correction or control method based on the color perception characteristics can therefore with relatively simple correction and
  • Control algorithms to control and operate the lighting device so that no change in color perception takes place In principle, it is also possible to limit the correction or regulation of the lighting device to a color fidelity of, for example, two or three MacAdam ellipses for less demanding requirements and uses. However, they show through
  • Color location are given by a given color perception Kennierenabstand circularly limited area within which changes of the Lighting device emitted light color can not be perceived.
  • the color perception characteristic distance can therefore be used as the relevant parameter for the
  • Bulbs can be used.
  • Color perception parameters can be programmed the same correction or control method can be used in combination with completely different color sensor devices.
  • a correction, or the generation of new control signals for the individual lighting means can be carried out, for example, if necessary by actuation of a switch or a software command.
  • a control can make an adjustment of the control signals at predetermined intervals, depending on the requirement profile within a few seconds or only after hours or days, a regulated adjustment takes place. In terms of cost-effective and commercially available
  • Available color sensor devices is provided that in the detection step, three different color characteristics for a blue wavelength range, for a green
  • Wavelength range and for a red wavelength range are detected. It has been shown that even with three color characteristics from these wavelength ranges an effective and sufficiently precise control of the
  • Lighting device is possible.
  • RGB sensors can be designed very small and with high sensitivity on the basis of semiconductor technology. Suitable RGB sensors are
  • RGB sensors commercially available and inexpensive.
  • the characteristics of such RGB sensors are precisely measured and the properties of the RGB sensors are often well-known, depending on the ambient and measuring conditions.
  • Filtering devices the wavelength ranges in which the color characteristics are detected, are additionally delimited from each other. This way can be very
  • RGB sensors with color filter sheets or filter lenses
  • the number m of the color characteristics and derived characteristics used for the matrix multiplication is greater than 10, preferably 20 or greater. It has been shown that even with 10 color characteristics recorded and parameters derived therefrom, nonlinear properties can be adequately taken into account. A conversion based on 20 or more acquired color characteristics and derived therefrom
  • the derived parameters are in each case products of the individual color characteristics R, G and B in different powers, for example for the parameter matrix of the order 3 and a size, or dimension 3 x 7, the four other parameters RG, RB, GB and 1.
  • the matrix elements of the parameter matrix determined by spectral comparison measurements of the lighting device and in a
  • Memory device of the lighting device are stored.
  • the individual matrix elements can be determined with a large number of complex reference measurements and comparative measurements. Because in the
  • Lighting device the previously determined matrix elements are stored and only a matrix multiplication for the conversion of the color characteristics in the
  • Color perception correction values for the generation of new control signals are determined.
  • a linear control algorithm can be used.
  • Control algorithms are used, which optionally depending on the respective operating point in appropriate Selected or superposed with each other to determine the new control signals.
  • Control algorithms include, for example, a PI control or a PID control. At a PI control will be
  • the determined color perception parameters thereby represent the controlled variables and the predefined driving perception parameters are the reference variables for the control algorithm, which are the manipulated variables in a control step
  • the determined with the regulation color perception ⁇ correction values are initially in the respective
  • Lamps a conversion of the non-related to individual lamps color perception ⁇ correction values into new control signals for the individual lamps is therefore necessary. According to the invention, it is therefore provided that illuminant correction values for the control signals of the individual lighting means are determined with the aid of suitable models from the color perception correction values. It must be in the design of the
  • a temperature sensor to detect the operating temperature of the lighting device or individual lamps and to consider the operating temperature for the generation of new control signals. Based on the measured operating temperature correction terms for the individual lamps can be determined and at the
  • control of the control signals can be made to the total emitted spectral power distribution such
  • Each individual group can have one or more light sources, for example 5, 15 or 50 light sources, each with a corresponding one
  • Lighting device the various bulbs are often distributed as evenly as possible on the lighting device and not groupwise separated angeordn «are to achieve the most homogeneous illumination, can be the actual temperature of the individual illuminant of a group can not be determined exactly.
  • Color perception of the lighting device may be at
  • Temperature sensors or be suitable for a suitable grouping and arrangement of the individual lamps, that for each group of lamps with
  • Color perception characteristic size are continuously determined each separate color perception correction values for the control signals, which by means of a control algorithm based on a difference between measured
  • Color perception characteristics are determined.
  • a PI control or a PID control can be determined by experimental measurements or by
  • lookup tables can be created and stored in each case in view of the highest possible precision of the respective regulations for different temperature values.
  • the look-up tables may advantageously be separate for all different light sources with different emission characteristics and for all color perception parameters
  • Emission characteristic is the expense of creating and depositing the lookup tables of all required Parameters for the scheme considerably, if all
  • selected color perception parameter continuously be determined color perception correction values for the control signals, which are determined by means of a control algorithm based on a difference between the measured selected color perception parameter and the predetermined selected color perception parameter. The effort required for this scheme for the
  • Determining the lookup tables and performing the control algorithm is significantly less than one Determination of color perception correction values for all color perception parameters. It has been shown that in many cases with the selection of those
  • Color perception constancy can be achieved for the lighting device.
  • Color perception characteristic size is given, which is based on the human color perception deviation from the predetermined FarbhahrEnglishungskennling maximum. In this way, the respective advantages of the two control methods described above can be linked. Because only a selected
  • Color perception characteristic is used for the control and for the determination of the color perception correction values, the effort involved is low. in the
  • a weighting factor is determined, which is taken into account in a correction or regulation of the control signals for the light source concerned. In this way, the respective influence of the relevant
  • Illuminant are taken adequately into the light spectrum emitted by the lighting device. About the individually determined for each bulb
  • Weight factor can also be taken into account, for example, whether the light source in question emits light in a large wavelength range or rather emits light in a narrow wavelength range. In addition, it can also be taken into account in a simple manner, how strongly a change in the control of the relevant light source on the color perception of a human from the overlay with another
  • Lighting device affects.
  • a simple and at the same time reliably and sufficiently rapidly convergent control of the control signals of the individual lighting means can be effected by a cascade control for the individual lighting means.
  • Various methods and embodiments of a cascade control are one
  • control engineering can be specified as a function of the light sources used in each case and their characteristic properties.
  • the light spectrum of the lighting device is selected from a number of predefined light spectra and predefined 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. It is also possible for a user to
  • 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 relevant parameters for this purpose.
  • the invention also relates to a lighting device, with a possible over a long period of time as possible
  • the lighting device according to the invention
  • Emission characteristics at least one color sensor ⁇ device, a memory device and a
  • Microprocessor having control device, wherein the control device color characteristics, the of the
  • Color perception characteristics generate new control signals can, and these new control signals to one
  • Operating device of the lighting device can transmit, with which the operating current is provided for each light source to during operation of the
  • Lighting device to keep the light spectrum emitted by the lighting device as constant as possible.
  • color sensor device may be a commercial
  • RGB sensor inexpensive and very small RGB sensor can be used.
  • the RGB sensor can be close to the individual
  • Bulbs are arranged so that the RGB sensor is a superposition of the light emissions of different
  • RGB sensors can also be arranged and their measured values superimposed to obtain averaged color characteristics for the light emission of the
  • Lighting device additionally a temperature sensor
  • Temperature sensor an average operating temperature of the lighting device or even an ambient temperature of the lighting device can be detected. It is also conceivable that the lighting device several
  • the lighting device more than three different LEDs and including at least one 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 differently designed lighting device with several
  • Illuminants with a color sensor device and with a temperature sensor
  • Fig. 5 is a schematic representation of
  • Fig. 6 is a schematic representation of
  • 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 can be determined and measured for each LEDs 1 to 5, depending on the operating current. In addition, it increases with increasing operating current a light-emitting diode 1 to 5 regularly also their
  • Lighting device 6 the various LEDs 1 to 5 are arranged on a plate-shaped lamp carrier 7.
  • the light source carrier 7 is fixed in a housing 8 such 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 light-emitting diodes 1 to 5 via a control device 10, which also the
  • Operating device for the individual light-emitting diodes 1 to 5 includes and the individual light-emitting diodes 1 to 5 in
  • Lighting device 6 produces desired color impression.
  • an RGB sensor 11 is arranged in the housing 8, which detects the light emitted by the individual light-emitting diodes 1 to 5 and transmits three color characteristics R, G and B to the control device 10.
  • the color characteristics R, G and B are converted by the control device 10 in color perception characteristics x, y and z, wherein a transformation with a
  • Parameter matrix is calculated, the previously determined matrix elements are retrieved from a memory device 12. Based on the acquired color characteristics R, G and B, the new control signals are predetermined in such a way that the color perception of the light emitted by the lighting device 6 is as constant as possible for a human observer.
  • a plurality of RGB sensors 11 are arranged along a circumferential edge of the window opening 9 of the lighting device 6.
  • the control device 10 the
  • Lighting device 6 generated color impression as possible to calculate representative averaged color characteristics.
  • a temperature sensor 13 is arranged on the light-emitting means carrier 7 arranged, with which an average operating temperature of the individual light-emitting diodes 1 to 5 can be detected, which can be considered for the generation of new control signals.
  • Fig. 5 is a schematically through
  • a differently sized and differently aligned elliptical area of a MacAdams ellipse 16 can be specified.
  • the respective relevant area of the MacAdams ellipse 16 can be considered and used.
  • Color perception characteristics have been defined in a color space 17 of a CIE LUV color model system and determined by conversion from the color characteristics supplied by the one RGB sensor 11 or by the plurality of RGB sensors 11 were.
  • a circularly limited area 19 can be defined, within which color or light spectra of the lighting device 6 deviating from the color locus 18 can not be perceived by a human as a different color.
  • the circularly limited area 19 forms an equidistant boundary around the color locus 18, with particularly simple mathematical models and methods for the correction and regulation of the control signals for the individual lamps or light-emitting diodes 1 to 5
  • deviations of a measured color location 18 from a color location predetermined for the lighting device (6) as a target variable can be at least approximately proportional

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 drei verschiedene Farbkenngrößen für nicht deckungsgleiche Wellenlängenbereiche mit einer Farbsensoreinrichtung erfasst, in einem Umrechnungsschritt die mit der Farbsensoreinrichtung erfassten Farbkenngrößen in an die menschliche Farbwahrnehmung angepasste Farbwahrnehmungskenngrößen umgewandelt, in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Lichtspektrum, das mit der Leuchteinrichtung (6) emittiert werden soll, und der ermittelten Farbwahrnehmungskenngrößen Steuersignale für die mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) erzeugt und an eine Betriebseinrichtung übermittelt, mit der der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bereitgestellt wird. In dem Erfassungsschritt werden die drei verschiedenen Farbkenngrößen mit einem RGB-Sensor (11) erfasst. In dem Umrechnungsschritt werden drei Farbwahrnehmungskenngrößen durch eine Matrixmultiplikation einer Parametermatrix der Dimension 3 x m mit den in dem Erfassungsschritt erfassten Farbkenngrößen und gegebenenfalls aus den Farbkenngrößen abgeleiteten weiteren Kenngrößen berechnet.

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 lummeszierenden 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 Betriebsstrom versorgt, dass die Überlagerung der verschiedenen LichtSpektren der einzelnen Leuchtdioden den gewünschten
Färbtemperatureindruck 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.
Neben temperaturbedingten Veränderungen der
Leistungsverteilung des LichtSpektrums einer
Leuchteinrichtung mit mehreren Leuchtmittel können sich auch weitere Effekte auf die von der Leuchteinrichtung emittierte Farbtemperatur auswirken. So ist es bekannt, dass die einzelnen Leuchtmittel mit zunehmender
Betriebsdauer Alterungserscheinungen zeigen und sich bei gleicher Ansteuerung sowohl die GesamtIntensität als auch die Leistungsverteilung des emittierten LichtSpektrums verändern. Bei einer Leuchteinrichtung mit mehreren
verschiedenen Leuchtmitteln und insbesondere mit mehreren verschiedenen Leuchtdioden treten die
Alterungserscheinungen der verschiedenen Leuchtmittel unterschiedlich schnell und unterschiedlich stark auf, so dass sich das von der Leuchteinrichtung insgesamt
emittierte LichtSpektrum mit der Zeit erheblich verändert.
Es wurden bereits Überlegungen angestellt, mit einem
Farbsensor das von der Leuchteinrichtung emittierte Licht zu erfassen und in Abhängigkeit von den gemessenen
Farbsensorwerten die Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittel so vorzugeben, dass möglichst keine oder nur eine geringe Veränderung des LichtSpektrums in Abhängigkeit von der Temperatur und der Betriebsdauer erfolgt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine derartige Regelung des von der Leuchteinrichtung emittierten LichtSpektrums mit
erheblichen Problemen und Unzulänglichkeiten verbunden ist. Eine vollständige spektrale Analyse des emittierten
LichtSpektrums würde ein Spektrometer erfordern und
verbietet sich deshalb für eine wirtschaftlich sinnvolle Ansteuerung einzelner Leuchteinrichtungen.
Es sind auch deutlich kostengünstigere Farbsensoren
erhältlich, die Licht in einem vorgegebenen
Wellenlängenbereich erfassen und die erfasste
LichtIntensität messen und auswerten können. In vielen Fällen wird dabei eine Photodiode verwendet, die
einfallendes Licht in einem durch das verwendete
Halbleitermaterial und durch gegebenenfalls zusätzliche Filter vorgegebenen Wellenlängenbereich erfassen und in elektrische Signale umwandeln kann. Die spektrale
Empfindlichkeit einer Photodiode unterscheidet sich jedoch üblicherweise sowohl von den jeweiligen Leistungsspektren der einzelnen Leuchtmittel, bzw. Leuchdioden der
Leuchteinrichtung als auch von der spektralen
Empfindlichkeit der menschlichen Farbwahrnehmung, bzw. der für die Farbwahrnehmung bei Menschen verantwortlichen
Zapfen. Dies bedeutet, dass bei einer Veränderung des
Leistungsspektrums der Leuchteinrichtung eine Photodiode keine entsprechende Veränderung messen kann, und eine
Korrektur der Lichtemission der Leuchteinrichtung nicht ohne weiteres auch eine entsprechende Veränderung bei der Farbwahrnehmung durch einen Menschen erzeugt.
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 Erfindun 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 und eine möglichst konstante Farbwahrnehmung ermöglicht .
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 drei verschiedene
Farbkenngrößen für nicht deckungsgleiche
Wellenlängenbereiche mit einer Farbsensoreinrichtung erfasst werden, wobei in einem Umrechnungsschritt die mit der Farbsensoreinrichtung erfassten Farbkenngrößen in an die menschliche Farbwahrnehmung angepasste
Farbwahrnehmungskenngroßen umgewandelt werden, wobei in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen LichtSpektrum, das mit der
Leuchteinrichtung emittiert werden soll, und der
ermittelten Farbwahrnehmungskenngroßen Steuersignale für die mindestens zwei Leuchtmittel erzeugt und an eine
Betriebseinrichtung übermittelt werden, mit der der
Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel bereitgestellt wird. Durch die Umrechnung von Farbkenngrößen, deren
Eigenschaften und Werte maßgeblich von der jeweils verwendeten Farbsensoreinrichtung vorgegeben werden, in Farbwahrnehmungskenngrößen, die an die menschliche
Farbwahrnehmung angepasst sind, erfolgt eine Anpassung der gemessenen Sensorwerte an die menschliche Farbwahrnehmung, bevor anschließend ausgehend von den angepassten
Farbwahrnehmungskenngrößen neue Steuersignale für die einzelnen Leuchtmittel ermittelt und für eine nachfolgende Betriebszeit vorgegeben werden. Eine Korrektur und
insbesondere eine Regelung der Lichtemission der einzelnen Leuchtmittel auf der Grundlage der Farbkenngrößen der Farbsensoreinrichtungen kann erfahrungsgemäß nur
unbefriedigende Ergebnisse erzielen, da betragsmäßig gleichgroße Abweichungen einzelner Farbkenngrößen völlig unterschiedliche Auswirkungen auf die menschliche
Farbwahrnehmung haben können. Durch die Umwandlung in
Farbwahrnehmungskenngrößen kann eine Korrektur und Regelung der Leuchteinrichtung auf der Grundlage der
Farbwahrnehmungskenngrößen in einfacher Weise so erfolgen, dass über eine Betriebsdauer hinweg keine Veränderung des emittierten Leistungsspektrums der Leuchteinrichtung mehr wahrnehmbar ist.
Die Farbwahrnehmungskenngrößen bilden einen
mehrdimensionalen Farbwahrnehmungsraum, der möglichst gut an die menschliche Farbwahrnehmung angepasst ist.
Beispielsweise könnten die Farbwahrnehmungsgroßen die
Parameter des standardisierten CIE-Normvalenzsystem oder CIE-Normfarbsystem sein.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die
Farbwahrnehmungskenngrößen in einem Farbraumsystem
definiert sind, bei dem eine Änderung einer menschlichen Farbwahrnehmung unterhalb eines vorgebbaren
Wahrnehmungsschwellenwerts ist, sofern eine Änderung der Farbwahrnehmungskenngrößen innerhalb eines mit einem vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngrößenabstand begrenzten Bereichs erfolgt. Bei der Wahl eines derartigen geeigneten Farbraumsystems zur Beschreibung der mit einer
Sensoreinrichtung gemessenen Kenngrößen kann durch die Vorgabe eines Farbwahrnehmungskenngrößenabstands in einem derartigen Farbraumsystem mit vergleichsweise einfachen mathematischen Methoden erreicht werden, dass eine
unvermeidbare Veränderung des spektralen Leistungsspektrums unterhalb eines für Menschen definierten
Wahrnehmungsschwellenwerts bleibt. Der
Wahrnehmungsschwellenwert kann bei anspruchsvollen
Anforderungsprofilen für eine derartige Leuchteinrichtung unterhalb der tatsächlichen Wahrnehmungsgrenze für
Farbveränderungen liegen, so dass ein Mensch über die
Betriebsdauer der Leuchteinrichtung hinweg keine
Veränderung der emittierten Lichtfarbe feststellen kann. Der Farbwahrnehmungskenngrößenabstand kann auch so
vorgegeben werden, dass ein Mensch geringfügige
Farbänderungen wahrnehmen könnte, diese Farbänderungen jedoch unterhalb eines tolerierbaren
Wahrnehmungsschwellenwerts liegen .
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die
Farbwahrnehmungskenngrößen in einem Farbraumsystem
definiert sind, bei dem ausgehend von einem ersten Farbort konvexe Bereichsgrenzen, vorzugsweise Ellipsen oder Kreise, um den betreffenden Farbort vorgegeben werden können, die gleichgroße Farbwahrnehmungsunterschiede eines Menschen beschreiben. Für die Korrektur oder Regelung der
Leuchteinrichtung können bei einem derartigen
Farbraumsystem beispielsweise jeweils Grenzwerte und
Korrekturparameter in Abhängigkeit von einer MacAdam- Ellipse vorgegeben werden. Ausgehend von einem ersten
Farbreferenzwert werden alle innerhalb einer für das CIE- Normfarbsystem experimentell bestimmten MacAdam-Ellipse befindlichen Farbwerte in der menschlichen Wahrnehmung nicht unterschieden. Ein Korrektur- bzw. Regelungsverfahren auf der Grundlage der Farbwahrnehmungskenngrößen kann deshalb mit vergleichsweise einfachen Korrektur- und
Regelungsalgorithmen die Leuchteinrichtung so ansteuern und betreiben, dass keine Veränderung der Farbwahrnehmung erfolgt. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, für weniger anspruchsvolle Anforderungen und Verwendungszwecke die Korrektur oder Regelung der Leuchteinrichtung auf eine Farbtreue von beispielsweise zwei oder drei MacAdam- Ellipsen zu beschränken. Allerdings weisen die durch
Experimente mit einer subjektiven Farbwahrnehmung von
Testpersonen bestimmten MacAdam-Ellipsen nicht nur von Farbort zu Farbort unterschiedlich lange Halbachsen, sondern auch eine unterschiedliche Ellipsenorientierung in dem üblicherweise für deren Darstellung verwendeten CIExy- Farbraumsystem auf.
Wird beispielsweise ein CIE-LUV-Farbraumsystem für die Farbwahrnehmungskenngrößen verwendet, bei dem der Farbort durch die Helligkeit L und die normierten Farbwerte u x und v x in der Farbartebene definiert ist, kann für jeden
Farbort ein durch einen vorgegebenen Farbwahrnehmungs- kenngrößenabstand kreisförmig begrenzter Bereich angegeben werden, innerhalb dessen Veränderungen der von der Leuchteinrichtung emittierten Lichtfarbe nicht wahrgenommen werden können. Der Farbwahrnehmungskenngrößenabstand kann demzufolge als maßgeblicher Parameter für die
erforderlichen Korrektur- bzw. Regelungsverfahren
herangezogen werden und ermöglicht eine rasche und
zuverlässige Regelung der von der Leuchteinrichtung
emittierten spektralen Leistungsverteilung, wobei besonders einfache und robuste mathematische Verfahren für die
Durchführung von Korrekturen und Regelungen der spektralen Leistungsverteilung der Leuchteinrichtung, bzw. für die Ansteuerung der Energieversorgung der einzelnen
Leuchtmittel verwendet werden können.
Die Umwandlung der von der jeweiligen Farbsensoreinri vorgegebenen Farbkenngrößen in davon unabhängige
Farbwahrnehmungskenngrößen hat zudem den Vorteil, das
Korrekturverfahren oder kontinuierlichen Regelungsver sowie die einzelnen Parameter bei der Ermittlung neue
Steuersignale für die Hardware-unabhängigen
Farbwahrnehmungskenngrößen programmiert werden können dasselbe Korrektur- oder Regelungsverfahren in Kombin mit völlig unterschiedlichen Farbsensoreinrichtungen verwendet werden kann.
Eine Korrektur, bzw. die Erzeugung neuer Steuersignale für die einzelnen Leuchtmittel kann beispielsweise bei Bedarf durch Betätigung eines Schalters oder eines Softwarebefehls durchgeführt werden. Eine Regelung kann in vorgegebenen Zeitabständen eine Anpassung der Steuersignale vornehmen, wobei je nach Anforderungsprofil innerhalb von wenigen Sekunden oder aber erst nach Stunden oder Tagen eine geregelte Anpassung erfolgt. Im Hinblick auf die kostengünstig und handelsüblich
erhältlichen Farbsensoreinrichtungen ist vorgesehen, dass in dem Erfassungsschritt drei verschiedene Farbkenngrößen für einen blauen Wellenlängenbereich, für einen grünen
Wellenlängenbereich und für einen roten Wellenlängenbereich erfasst werden. Es hat sich gezeigt, dass bereits mit drei Farbkenngrößen aus diesen Wellenlängenbereichen eine effektive und ausreichend präzise Regelung der
Leuchteinrichtung möglich ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Erfassungsschritt die drei verschiedenen Farbkenngrößen mit einem RGB-Sensor erfasst werden. RGB-Sensoren können auf Grundlage von Halbleitertechnik sehr klein und mit hoher Sensitivität ausgestaltet sein. Geeignete RGB-Sensoren sind
handelsüblich und kostengünstig erhältlich. Die Kennlinien derartiger RGB-Sensoren sind präzise vermessen und die Eigenschaften der RGB-Sensoren in Abhängigkeit von den Umgebungs- und Messbedingungen oftmals gut bekannt.
Um die Aussagekraft der mit der Farbsensoreinrichtung erfassten Farbkenngrößen zu verbessern und eine noch präzisere Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittel zu
ermöglichen ist vorgesehen, dass durch geeignete
Filtereinrichtungen die Wellenlängenbereiche, in denen die Farbkenngrößen erfasst werden, zusätzlich voneinander abgegrenzt werden. Auf diese Weise können sehr
kostengünstige Farbsensoreinrichtungen mit ebenfalls kostengünstigen Filtereinrichtungen kombiniert werden, um mit hoher Sensitivität einfallendes Licht innerhalb eines schmalen Wellenlängenbereichs erfassen zu können und als Farbkenngrößen ausgeben zu können. So können beispielsweise RGB-Sensoren mit Farbfilterfolien oder Filterlinsen
kombiniert werden. Um bei der Umrechnung der Farbkenngrößen in
Farbwahrnehmungskenngrößen auch nichtlineare
Transformationen möglichst einfach und schnell durchführen zu können ist vorgesehen, dass in dem Umrechnungsschritt drei Farbwahrnehmungskenngrößen durch eine
Matrixmultiplikation einer Parametermatrix der Dimension 3 x m mit den in dem Erfassungsschritt erfassten
Farbkenngrößen und mit weiteren aus den Farbkenngrößen abgeleiteten Kenngrößen berechnet werden. Die aus den
Farbkenngrößen abgeleiteten Kenngrößen können
beispielsweise als Produkte beliebiger Potenzen der
einzelnen Farbkenngrößen berechnet werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anzahl m der für die Matrixmultiplikation verwendeten Farbkenngrößen und abgeleiteten Kenngrößen größer als 10, vorzugsweise 20 oder größer ist. Es hat sich gezeigt, dass bereits mit 10 erfassten Farbkenngrößen und daraus abgeleiteten Kenngrößen nichtlineare Eigenschaften ausreichend berücksichtigt werden können. Eine Umrechnung auf Grundlage von 20 oder mehr erfassten Farbkenngrößen und daraus abgeleiteten
Kenngrößen, wobei die abgeleiteten Kenngrößen die einzelnen Farbkenngrößen bis in die dritte Ordnung potenziert
enthalten können, sind für nahezu alle derzeit bekannten Anforderungen an Farbtreue und Farbkonstanz bei dem Betrieb von Leuchteinrichtungen völlig ausreichend. Nachfolgend werden beispielhaft verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie ausgehend von den mit R, G und B bezeichneten Farbkenngrößen zusätzlich jeweils abgeleitete Kenngrößen berechnet werden, um verschiedene Parametermatrizen mit unterschiedlichen Dimensionen zu erzeugen, wobei in der Tabelle mit „Größe" die Dimension einer
Matrixtransformation bezeichnet wird und die einzelnen Terme R, G und B die mit den R-G-B-Sensoren erfassten Farbkenngrößen bezeichnen:
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Die abgeleiteten Kenngrößen sind jeweils Produkte der einzelnen Farbkenngrößen R, G und B in unterschiedlicher Potenz, beispielsweise für die Parametermatrix der Ordnung 3 und einer Größe, bzw. Dimension 3 x 7 die vier weiteren Kenngrößen RG, RB, GB und 1.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem
vorausgehenden Parametrisierungsschritt die Matrixelemente der Parametermatrix durch spektrale Vergleichsmessungen der Leuchteinrichtung ermittelt und in einer
Speichereinrichtung der Leuchteinrichtung abgespeichert werden. Die einzelnen Matrixelemente können mit einer großen Anzahl aufwendig durchgeführter Referenzmessungen und Vergleichsmessungen bestimmt werden. Da in der
Leuchteinrichtung die vorab ermittelten Matrixelemente abgespeichert sind und lediglich eine Matrixmultiplikation für die Umwandlung der Farbkenngrößen in die
Farbwahrnehmungskenngrößen erforderlich ist, kann mit geringen Anforderungen an die hierfür erforderliche
Hardware in der Leuchteinrichtung in sehr kurzer Zeit diese Umwandlung berechnet werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass mit einem
Regelalgorithmus ausgehend von Differenzen zwischen den ermittelten Farbwahrnehmungskenngrößen und den im Hinblick auf eine vorgegebene bzw. angestrebte spektrale
Leistungsverteilung der Leuchteinrichtung vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngrößen Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die Erzeugung neuer Steuersignale ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann ein linearer Regelalgorithmus verwendet werden. In vorteilhafter Weise können auch mehrere für vorgegebene Arbeitspunkte ausgelegte lineare
Regelalgorithmen verwendet werden, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem jeweiligen Arbeitspunkt in geeigneter Weise ausgewählt oder miteinander überlagert werden, um die neuen Steuersignale zu ermitteln. Dabei können die
Regelalgorithmen beispielsweise eine PI-Regelung oder eine PID-Regelung enthalten. Bei einer PI-Regelung werden
Regelglieder mit proportionalem Verhalten (P-Glied) und mit integralem Verhalten (I-Glied) kombiniert. Bei einer PID- Regelung werden zusätzlich Regelglieder mit einem
differentialen Verhalten (D-Glied) berücksichtigt. Die ermittelten Farbwahrnehmungskenngroßen stellen dabei die Regelgrößen und die vorgegebenen Fahrwahrnehmungskenngrößen die Führungsgrößen für den Regelalgorithmus dar, der als Stellgrößen in einem Regelungsschritt die
Farbwahrnehmungskorrekturwerte ermittelt . Die mit der Regelung ermittelten Farbwahrnehmungs¬ korrekturwerte sind zunächst in dem betreffenden
Farbraumsystem definiert, das für die Darstellung der Farbwahrnehmungskenngroßen verwendet wird. Für die
Umsetzung in neue Steuersignale für die einzelnen
Leuchtmittel ist deshalb eine Umrechnung der nicht auf einzelne Leuchtmittel bezogenen Farbwahrnehmungs¬ korrekturwerte in neue Steuersignale für die einzelnen Leuchtmittel erforderlich. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass mit Hilfe von geeigneten Modellen aus den Farbwahrnehmungskorrekturwerten Leuchtmittelkorrekturwerte für die Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel ermittelt werden. Dabei muss bei der Ausgestaltung des
Regelalgorithmus berücksichtigt werden, dass sich die
Anzahl von Leuchtmitteln mit unterschiedlicher
Emissionscharakteristik in der Leuchteinrichtung von der Anzahl der Farbwahrnehmungskenngroßen, bzw. der sich ergebenden Farbwahrnehmungskorrekturwerte unterscheiden kann .
Da die Temperatur auch einen großen Einfluss auf die von den einzelnen Leuchtmitteln emittierten Leistungsspektren haben kann und dieser Einfluss insbesondere bei
Leuchtdioden innerhalb kurzer Zeiträume größere
Auswirkungen auf das Emissionsspektrum der einzelnen
Leuchtdioden als andere Einflüsse haben kann, ist
erfindungsgemäß vorgesehen, mit einem Temperatursensor die Betriebstemperatur der Leuchteinrichtung oder einzelner Leuchtmittel zu erfassen und die Betriebstemperatur für die Erzeugung neuer Steuersignale zu berücksichtigen. Ausgehend von der gemessenen Betriebstemperatur können Korrekturterme für die einzelnen Leuchtmittel ermittelt und bei der
Erzeugung der neuen Steuersignale hinzugefügt werden. Es ist ebenfalls möglich und für die Verwendung der
Leuchteinrichtung bei stark schwankenden
Temperaturbedingungen zweckmäßig, für verschiedene
Temperaturbereiche jeweils gesonderte Parametermatrizen mit voneinander abweichenden Matrixelementen zu ermitteln, um den Einfluss der Betriebstemperatur bei der Umwandlung der Farbkenngrößen in die Farbwahrnehmungskenngrößen
berücksichtigen zu können.
Es hat sich gezeigt, dass während des Betriebs der
Leuchteinrichtung oftmals keine exakt einheitliche
Betriebstemperatur vorherrscht, sondern die einzelnen
Leuchtmittel bei geringfügig abweichenden
Betriebstemperaturen betrieben werden. Zudem können sich Temperaturveränderungen in der Leuchteinrichtung
unterschiedlich auf einzelne Leuchtmittel in der Leuchteinrichtung auswirken. Erfahrungsgemäß kann deshalb die tatsächliche spektrale Leistungsverteilung der einzelnen Leuchtmittel von einer spektralen
Leistungsverteilung abweichen, die von den einzelnen
Leuchtmitteln für eine gemessene mittlere
Betriebstemperatur erwartet wird.
Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie innerhalb des Steuersignalerzeugungsschritts eine Regelung der Steuersignale vorgenommen werden kann, um die insgesamt emittierte spektrale Leistungsverteilung derart zu
korrigieren bzw. zu beeinflussen, dass eine möglichst konstante Farbwahrnehmung des emittierten Lichts erreicht werden kann.
Eine erfindungsgemäß mögliche Berücksichtigung aller einzelner Farbkenngrößen oder daraus ermittelten
Farbwahrnehmungskenngrößen für jede Gruppe von
Leuchtmitteln mit einer übereinstimmenden
Emissionscharakteristik erfordert eine genaue
Temperaturmessung für alle Leuchtmittel, die einer Gruppe mit einer übereinstimmenden Emissionscharakteristik zugeordnet sind. Jeder einzelnen Gruppe können dabei ein oder mehrere Leuchtmittel, beispielsweise 5, 15 oder 50 Leuchtmittel mit einer jeweils übereinstimmenden
Emissionscharakteristik zugeordnet sein. Da bei einer größeren Anzahl von Leuchtmitteln in einer
Leuchteinrichtung die verschiedenen Leuchtmittel oftmals möglichst gleichmäßig über die Leuchteinrichtung verteilt sind und nicht gruppenweise voneinander getrennt angeordn« sind, um eine möglichst homogene Beleuchtung zu erzielen, lässt sich in der Regel die tatsächliche Temperatur der einzelnen Leuchtmittel einer Gruppe nicht genau bestimmen. Zur Erfüllung besonders hoher Ansprüche an die
Farbwahrnehmung der Leuchteinrichtung kann es bei
Verwendung einer ausreichend großen Anzahl von
Temperatursensoren oder bei einer geeigneten Gruppierung und Anordnung der einzelnen Leuchtmittel zweckmäßig sein, dass für jede Gruppe von Leuchtmitteln mit
übereinstimmender Emissionscharakteristik für jede
Farbwahrnehmungskenngroße fortlaufend jeweils gesonderte Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die Steuersignale ermittelt werden, die mit Hilfe eines Regelalgorithmus ausgehend von einer Differenz zwischen gemessenen
Farbwahrnehmungskenngrößen und vorgegebener
Farbwahrnehmungskenngrößen ermittelt werden.
Die einzelnen Parameter für den Regelalgorithmus,
insbesondere für eine PI-Regelung oder eine PID-Regelung, können durch experimentelle Messungen oder durch
theoretische Simulationen vorab ermittelt und in Lookup- Tabellen hinterlegt werden. Dabei können im Hinblick auf eine möglichst hohe Präzision der jeweiligen Regelungen für verschiedene Temperaturwerte jeweils Lookup-Tabellen erstellt und hinterlegt werden. Die Lookup-Tabellen können in vorteilhafter Weise für alle verschiedene Leuchtmittel mit unterschiedlichen Emissionscharakteristiken sowie für alle Farbwahrnehmungskenngrößen jeweils gesonderte
Parameterwerte aufweisen.
Bereits bei einer geringen Anzahl von Leuchtmitteln bzw. Gruppen von Leuchtmitteln mit unterschiedlicher
Emissionscharakteristik ist der Aufwand für die Erstellung und Hinterlegung der Lookup-Tabellen aller erforderlichen Parameter für die Regelung erheblich, sofern alle
Farbwahrnehmungskenngrößen in die Regelung mit einbezogen werden. Zudem sollten alle Lookup-Tabellen jeweils für verschiedene Temperaturwerte hinterlegt werden, wobei innerhalb eines für den Betrieb der Leuchteinrichtung vorgegebenen Temperaturbereichs gesonderte Lookup-Tabellen in Schritten von 5° C oder alle 2° C zweckmäßig sind.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines geeigneten Farbraumsystems zur Darstellung der einzelnen
Farbwahrnehmungskenngrößen einige Farbwahrnehmungs¬ kenngrößen eine geringere Bedeutung für die Farbwahrnehmung der von der Leuchteinrichtung emittierten spektralen
Leistungsverteilung als andere Farbwahrnehmungskenngrößen aufweisen. So kann beispielsweise bei der Verwendung eines geeigneten CIE-Farbraumsystems für die Darstellung der Farbwahrnehmungskenngrößen unterschieden werden zwischen einer Farbwahrnehmungskenngröße Y, welche die Helligkeit repräsentiert, und zwei weiteren Farbwahrnehmungs- kenngrößen, welche einen Farbort definieren. Für eine vergleichsweise einfach durchführbare Regelung ist
vorgesehen, dass für jede Gruppe von Leuchtmitteln mit übereinstimmender Emissionscharakteristik für eine
ausgewählte Farbwahrnehmungskenngröße fortlaufend jeweils Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die Steuersignale ermittelt werden, die mit Hilfe eines Regelalgorithmus ausgehend von einer Differenz zwischen der gemessenen ausgewählten Farbwahrnehmungskenngröße und der vorgegebenen ausgewählten Farbwahrnehmungskenngröße ermittelt werden. Der für diese Regelung erforderliche Aufwand für die
Ermittlung der Lookup-Tabellen und für die Durchführung des Regelalgorithmus ist deutlich geringer als bei einer Ermittlung von Farbwahrnehmungskorrekturwerten für alle Farbwahrnehmungskenngrößen . Es hat sich gezeigt, dass in vielen Fällen mit der Auswahl derjenigen
Farbwahrnehmungskenngroße, welche der Helligkeit zugeordnet ist, bereits gute Erfolge und eine weitgehende
Farbwahrnehmungskonstanz für die Leuchteinrichtung erzielt werden können.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass für jede
Ermittlung der Farbwahrnehmungskorrekturwerte jeweils diejenige Farbwahrnehmungskenngroße als ausgewählte
Farbwahrnehmungskenngroße vorgegeben wird, deren auf die menschliche Farbwahrnehmung bezogene Abweichung von der vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngroße maximal ist. Auf diese Weise können die jeweiligen Vorteile der beiden vorangehend beschriebenen Regelungsmethoden verknüpft werden. Da lediglich eine ausgewählte
Farbwahrnehmungskenngroße für die Regelung und für die Ermittlung der Farbwahrnehmungskorrekturwerte verwendet wird, ist der hierfür anfallende Aufwand gering. Im
Vergleich zu der vorangehend beschriebenen Regelung, bei der die ausgewählte Farbwahrnehmungskenngroße unveränderbar vorgegeben ist, kann durch einen geeigneten Wechsel der ausgewählten Farbwahrnehmungskenngroße während des Betriebs der Leuchteinrichtung eine deutlich raschere und präzisere Regelung und eine entsprechende Vorgabe neuer Steuersignale erfolgen . Es ist erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen, dass für eine Regelung der Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel oder der Gruppen von Leuchtmitteln eine Kaskadenregelung für die einzelnen Leuchtmittel bzw. der Gruppen von Leuchtmitteln durchgeführt wird. Dabei können über alle Leuchtmittel gemittelte Farbwahrnehmungskenngroßen ermittelt werden, die mit den vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngroßen verglichen werden. In einer geeigneten Kaskadenregelung werden die einzelnen Regelkreise so angeordnet, dass bei
erwartungsgemäßen Abweichungen der gemessenen spektralen Leistungsverteilung der Leuchteinrichtung möglichst rasch und zuverlässig eine spektrale Leistungsverteilung
eingestellt werden kann, die zumindest näherungsweise der vorgegebenen spektralen Leistungsverteilung entspricht, wobei die Abweichung unterhalb eines vorab definierten Schwellenwerts liegt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem
Steuersignalerzeugungsschritt für jedes Leuchtmittel in Abhängigkeit von einer Abweichung der spektralen
Leistungsverteilung des Leuchtmittels von einem für die Leuchteinrichtung vorgegebenen LichtSpektrum der
Leuchteinrichtung ein Gewichtungsfaktor ermittelt wird, der bei einer Korrektur oder Regelung der Steuersignale für das betreffende Leuchtmittel berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann der jeweilige Einfluss des betreffenden
Leuchtmittels an dem von der Leuchteinrichtung emittierten LichtSpektrum angemessen berücksichtigt werden. Über den für jedes Leuchtmittel individuell ermittelten
Gewichtsfaktor kann beispielsweise auch berücksichtigt werden, ob das betreffende Leuchtmittel Licht in einen großen Wellenlängenbereich emittiert oder eher Licht in einem eng begrenzten Wellenlängenbereich emittiert. Zudem kann auch in einfacher Weise berücksichtigt werden, wie stark sich eine Veränderung bei der Ansteuerung des betreffenden Leuchtmittels auf die Farbwahrnehmung eines Menschen von dem durch Überlagerung mit weiteren
Leuchtmitteln entstehenden GesamtSpektrum der
Leuchteinrichtung auswirkt.
Eine einfache und gleichzeitig zuverlässig und ausreichend schnell konvergierende Regelung der Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel kann durch eine Kaskadenregelung für die einzelnen Leuchtmittel erfolgen. Verschiedene Methoden und Ausgestaltungen einer Kaskadenregelung sind einem
Fachmann auf dem Gebiet der Regelungstechnik bekannt. Die Reihenfolge bzw. Gewichtung der einzelnen Regelglieder können in Abhängigkeit von den jeweils im Einzelfall verwendeten Leuchtmitteln und deren charakteristischen Eigenschaften vorgegeben werden.
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 eine Farbsensor¬ einrichtung, eine Speichereinrichtung und eine einen
Mikroprozessor aufweisende Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung Farbkenngrößen, die von der
Farbsensoreinrichtung erfasst werden, mit der
Mikroprozessoreinrichtung zunächst in Farbwahrnehmungs- kenngrößen umwandeln und ausgehend von den
Farbwahrnehmungskenngrößen neue Steuersignale erzeugen 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 Farbsensoreinrichtung kann ein handelsüblicher,
kostengünstiger und sehr kleiner RGB-Sensor verwendet werden. Der RGB-Sensor kann in der Nähe der einzelnen
Leuchtmittel so angeordnet werden, dass der RGB-Sensor eine Überlagerung der Lichtemissionen der verschiedenen
Leuchtmittel erfasst. Es können auch mehrere RGB-Sensoren angeordnet und deren Messwerte überlagert werden, um gemittelte Farbkenngrößen für die Lichtemission der
einzelnen Leuchtmittel der Leuchteinrichtung zu erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die
Leuchteinrichtung zusätzlich einen Temperatursensor
aufweist, mit welchem je nach Anordnung des
Temperatursensors eine gemittelte Betriebstemperatur der Leuchteinrichtung oder aber auch eine Umgebungstemperatur der Leuchteinrichtung erfasst werden kann. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Leuchteinrichtung mehrere
Temperatursensoren aufweist, die jeweils eine
Betriebstemperatur eines zugeordneten Leuchtmittels oder aber einer zugeordneten Leuchtmittelgruppe erfassen.
Um möglichst viele verschiedene LichtSpektren möglichst detailgenau durch Überlagerung einzelner vorgegebener
LichtSpektren der jeweils verwendeten Leuchtmittel erzeugen 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 einer Farbsensoreinrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abweichend ausgestalteten Leuchteinrichtung mit mehreren
Leuchtmitteln, mit einer Farbsensoreinrichtung und mit einem Temperatursensor,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von
Farbwahrnehmungskenngrößen sowie von exemplarisch für einige Farborte angegebene MacAdams-Ellipsen in einem CIE- XYZ-Farbraumsystem, und . Fig. 6 eine schematische Darstellung von
Farbwahrnehmungskenngrößen sowie von einem exemplarisch um einen Farbort angegebenen kreisförmigen Bereich in einem CIE-LUV-Farbraumsystem.
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 der Lichtemission bewirkt wird.
Bei einer in Fig. 3 exemplarisch 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 auch die
Betriebseinrichtung für die einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 beinhaltet und die einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 in
Abhängigkeit von den jeweiligen Steuersignalen mit einem üblicherweise pulsweitenmodulierten Betriebsstrom versorgt. Durch die Überlagerung der verschiedenen LichtSpektren der einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 wird der von der
Leuchteinrichtung 6 gewünschte Farbeindruck erzeugt.
In einem Abstand zu den Leuchtdioden 1 bis 5 ist in dem Gehäuse 8 ein RGB-Sensor 11 angeordnet, der das von den einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 emittierte Licht erfasst und drei Farbkenngrößen R, G und B an die Steuereinrichtung 10 übermittelt. Die Farbkenngrößen R, G und B werden mit der Steuereinrichtung 10 in Farbwahrnehmungskenngrößen x, y und z umgewandelt, wobei eine Transformation mit einer
Parametermatrix berechnet wird, deren vorab ermittelten Matrixelemente aus einer Speichereinrichtung 12 abgerufen werden. Die neuen Steuersignale sind ausgehend von dem erfassten Farbkenngrößen R, G und B so vorgegeben, dass für einen menschlichen Betrachter eine möglichst konstante Farbwahrnehmung des von der Leuchteinrichtung 6 emittierten Lichts bewirkt wird.
Bei der in Fig. 4 exemplarisch dargestellten Leucht¬ einrichtung 6 sind mehrere RGB-Sensoren 11 längs eines Umfangsrands der Fensteröffnung 9 der Leuchteinrichtung 6 angeordnet. In der Steuereinrichtung 10 werden die
einzelnen Messwerte der mehreren RGB-Sensoren 11 in
geeigneter Weise überlagert, um für den außerhalb der
Leuchteinrichtung 6 erzeugten Farbeindruck möglichst repräsentative gemittelte Farbkenngrößen zu berechnen.
Zudem ist bei der in Fig. 4 dargestellten Leuchteinrichtung 6 ein Temperatursensor 13 auf dem Leuchtmittelträger 7 angeordnet, mit welchem eine gemittelte Betriebstemperatur der einzelnen Leuchtdioden 1 bis 5 erfasst werden kann, der für die Erzeugung neuer Steuersignale berücksichtigt werden kann .
In Fig. 5 ist schematisch ein durch
Farbwahrnehmungskenngrößen definierter Farbraum 14 in dem CIE-XYZ-Farbraumsystem dargestellt. Durch die Angabe von zwei Parametern x und y kann für einen vorgegebenen Anteil z einer dritten Farbanteil der Normfarben Rot, Grün und Blau ein über den Zusammenhang x + y + z = 1 eindeutig bestimmter Farbort angegeben werden. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch mehrere Farbörter 15 mit jeweiligen Parametern x und y zu einem vorgegebenen dritten Farbanteil z = 0,333 eingezeichnet. Für jeden Farbort 15 kann jeweils ein unterschiedlich großer und verschieden ausgerichteter ellipsenförmiger Bereich einer MacAdams-Ellipse 16 angegeben werden.
Innerhalb von diesem Bereich der MacAdams-Ellipse 16 werden Abweichungen von dem Farbort 15 von einem menschlichen Betrachter nicht wahrgenommen. Für eine in zeitlichen
Abständen erfolgende Korrektur oder eine kontinuierliche Regelung der Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel bzw. Leuchtdioden 1 bis 5 kann der jeweils relevante Bereich der MacAdams-Ellipse 16 berücksichtigt und verwendet werden.
Bei dem in Fig. 6 exemplarisch dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die einzelnen
Farbwahrnehmungskenngrößen in einem Farbraum 17 eines CIE- LUV-Farbmodellsystem definiert und durch Umwandlung aus den Farbkenngrößen ermittelt worden, die von dem einen RGB- Sensor 11 oder von den mehreren RGB-Sensoren 11 geliefert wurden. Ein Farbort 18 mit den Parametern u x = 0,3 und v x = 0,3 ist in Fig. 6 beispielhaft eingetragen. Um den Farbort 17 kann ein kreisförmig begrenzter Bereich 19 definiert werden, innerhalb dessen von dem Farbort 18 abweichende Farben bzw. LichtSpektren der Leuchteinrichtung 6 von einem Menschen nicht als unterschiedliche Farbe wahrgenommen werden können. Der kreisförmig begrenzte Bereich 19 bildet eine äquidistante Begrenzung um den Farbort 18, die mit besonders einfachen mathematischen Modellen und Verfahren für die Korrektur und Regelung der Steuersignale für die einzelnen Leuchtmittel, bzw. Leuchtdioden 1 bis 5
berücksichtigt und als Referenz- oder Schwellenwert
vorgegeben werden kann. In dem CIE-LUV-Farbmodellsystem können Abweichungen eines gemessenen Farbortes 18 von einem für die Leuchteinrichtung (6) als Zielgröße vorgegebenen Farbort zumindest in erster Näherung in proportionale
Korrekturterme für die neuen Steuersignale überführt 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 drei verschiedene
Farbkenngrößen für nicht deckungsgleiche
Wellenlängenbereiche mit einer Farbsensoreinrichtung erfasst werden, wobei in einem Umrechnungsschritt die mit der Farbsensoreinrichtung erfassten Farbkenngrößen in an die menschliche Farbwahrnehmung angepasste
Farbwahrnehmungskenngroßen umgewandelt werden, wobei in einem Steuersignalerzeugungsschritt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen LichtSpektrum, das mit der
Leuchteinrichtung (6) emittiert werden soll, und der ermittelten Farbwahrnehmungskenngroßen Steuersignale für die mindestens zwei Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) erzeugt und an eine Betriebseinrichtung übermittelt werden, mit der der Betriebsstrom für jedes Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbwahrnehmungskenngroßen in einem Farbraumsystem definiert sind, bei dem eine Änderung einer menschlichen Farbwahrnehmung unterhalb eines vorgebbaren
Wahrnehmungsschwellenwerts ist, sofern eine Änderung der Farbwahrnehmungskenngroßen innerhalb eines mit einem vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngrößenabstand begrenzten Bereichs erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbwahrnehmungskenngroßen in einem Farbraumsystem definiert sind, bei dem ausgehend von einem ersten Farbort (15, 18) konvexe Bereichsgrenzen, vorzugsweise Ellipsen (16) oder Kreise (19), um den betreffenden Farbort (15, 18) vorgegeben werden können, die gleichgroße
Farbwahrnehmungsunterschiede eines Menschen beschreiben.
4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt drei verschiedene Farbkenngrößen für einen blauen
Wellenlängenbereich, für einen grünen Wellenlängenbereich und für einen roten Wellenlängenbereich erfasst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erfassungsschritt die drei verschiedenen
Farbkenngrößen mit einem RGB-Sensor (11) erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete
Filtereinrichtungen die Wellenlängenbereiche, in denen die Farbkenngrößen erfasst werden, zusätzlich voneinander abgegrenzt werden.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umrechnungsschritt drei Farbwahrnehmungskenngroßen durch eine Matrixmultiplikation einer Parametermatrix der Dimension 3 x m mit den in dem Erfassungsschritt erfassten Farbkenngrößen und
gegebenenfalls aus den Farbkenngrößen abgeleiteten
Kenngrößen berechnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl m der für die Matrixmultiplikation verwendeten Farbkenngrößen und abgeleiteten Kenngrößen größer als 10, vorzugsweise 20 oder größer ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorausgehenden
Parametrisierungsschritt die Matrixelemente der
Parametermatrix durch spektrale Vergleichsmessungen der Leuchteinrichtung ermittelt und in einer
Speichereinrichtung (12) der Leuchteinrichtung (6)
abgespeichert werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Temperatursensor (13) die Betriebstemperatur der Leuchteinrichtung (6) oder einzelner Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) erfasst wird und die Betriebstemperatur für die Erzeugung neuer Steuersignale berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Regelalgorithmus ausgehend von Differenzen zwischen den ermittelten
Farbwahrnehmungskenngroßen und den im Hinblick auf eine vorgegebene spektrale Leistungsverteilung der
Leuchteinrichtung vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngroßen Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die Erzeugung neuer Steuersignale ermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von geeigneten Modellen aus den
Farbwahrnehmungskorrekturwerten Leuchtmittelkorrekturwerte für die Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel ermittelt werden .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Gruppe von Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit übereinstimmender Emissionscharakteristik für jede Farbwahrnehmungskenngröße fortlaufend jeweils gesonderte Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die
Steuersignale ermittelt werden, die mit Hilfe eines
Regelalgorithmus ausgehend von einer Differenz zwischen gemessenen Farbwahrnehmungskenngroßen und vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngroßen ermittelt werden.
14. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Gruppe von
Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit übereinstimmender
Emissionscharakteristik für eine ausgewählte
Farbwahrnehmungskenngröße fortlaufend jeweils
Farbwahrnehmungskorrekturwerte für die Steuersignale ermittelt werden, die mit Hilfe eines Regelalgorithmus ausgehend von einer Differenz zwischen der gemessenen ausgewählten Farbwahrnehmungskenngröße und der vorgegebenen ausgewählten Farbwahrnehmungskenngröße ermittelt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Ermittlung der Farbwahrnehmungskorrekturwerte jeweils diejenige Farbwahrnehmungskenngröße als ausgewählte Farbwahrnehmungskenngröße vorgegeben wird, deren auf die menschliche Farbwahrnehmung bezogene Abweichung von der vorgegebenen Farbwahrnehmungskenngröße maximal ist.
16. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Regelung der Steuersignale der einzelnen Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) oder der Gruppen von Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) eine Kaskadenregelung für die einzelnen Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) bzw. der Gruppen von Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Steuersignalerzeugungsschritt für jedes Leuchtmittel (1, 2,
3, 4, 5) in Abhängigkeit von einer Abweichung der
spektralen Leistungsverteilung des Leuchtmittels (1, 2, 3,
4, 5) von einem für die Leuchteinrichtung (6) vorgegebenen LichtSpektrum der Leuchteinrichtung (6) ein
Gewichtungsfaktor ermittelt wird, der bei einer Korrektur oder Regelung der Steuersignale für das betreffende
Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) berücksichtigt wird.
18. 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.
19. Leuchteinrichtung (6) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (1, 2, 3, 4, 5) mit unterschiedlichen
Emissionscharakteristiken, mit mindestens einer
Farbsensoreinrichtung, mit einer Speichereinrichtung (13) und mit einer einen Mikroprozessor aufweisenden
Steuereinrichtung (10), wobei die Steuereinrichtung (10) Farbkenngrößen, die von der Farbsensoreinrichtung erfasst werden, mit der Mikroprozessoreinrichtung zunächst in Farbwahrnehmungskenngroßen umwandeln und ausgehend von den Farbwahrnehmungskenngroßen neue Steuersignale erzeugen 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.
20. Leuchteinrichtung (6) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbsensoreinrichtung ein RGB- Sensor (11) ist.
21. Leuchteinrichtung (6) nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinrichtung (6) mindestens einen Temperatursensor (13) zur Erfassung einer Umgebungstemperatur der Leuchteinrichtung (6) oder einer Betriebstemperatur der Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) in der Umgebung der Leuchtmittel (1, 2, 3, 4, 5) aufweist.
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