Verfahren und Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Objekts mit mehreren Lichtquellen

Abstract

 Verfahren und Beleuchtungseinrichtung (1) zur Beleuchtung eines Objektes, wobei das Objekt mit mehreren Lichtquellen (2) beleuchtet wird, die jeweils Licht in einer bestimmten Farbe bzw. einem bestimmten Wellenlängenbereich abgeben, wobei Mittel (3), die in der Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet sind, die Reflexionseigenschaften des Objekts erfassen und die Lichtabgabe der Lichtquellen (2) in Abhängigkeit der Reflexionseigenschaften und eines an Bedienmitteln (5) einstellbaren minimalen Farbwiedergabewerts durch eine Steuereinheit (4) gesteuert wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Objektes, wobei das Objekt mit mehreren Lichtquellen beleuchtet wird, die jeweils Licht in einer bestimmten Farbe bzw. einem bestimmten Wellenlängenbereich abgeben.

[0002] Leuchten bzw. Beleuchtungseinrichtungen mit mehreren verschiedenfarbigen, spektral engbandigen Lichtquellen, beispielsweise LEDs, bei denen jede Lichtquelle einzeln geregelt bzw. gesteuert werden kann, finden meist Anwendung, wenn eine gemischte Lichtfarbe farbveränderlich sein soll oder wenn bei der Beleuchtung von Objekten, wie beispielsweise Lebensmitteln, deren Erscheinungsbild optimiert oder angepasst werden soll. Zusätzlich ist es bei derartigen Beleuchtungseinrichtungen auch möglich, die Farbwiedergabe bzw. den Farbwiedergabewert aufgrund der verschiedenfarbigen Lichtquellen zu variieren.

[0003] Bei der Beleuchtung von Objekten, beispielsweise von Bildern in Museen oder von Lebensmitteln in Supermärkten, ist zumeist ein Mindest-Farbwiedergabewert erwünscht. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass je höher der Farbwiedergabewert ist, umso höher ist in der Regel auch der Energieverbrauch der Beleuchtungseinrichtung.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Beleuchtungseinrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Beleuchtung eines Objektes bei einer gewünschten Mindest-Farbwiedergabe möglichst energieeffizient erfolgt.

[0005] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0006] Erfindungsgemäß ist nun eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die mehrere Lichtquellen, insbesondere LEDs, aufweist, wobei jede Lichtquelle Licht einer bestimmten Farbe bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereiches abgibt, das sich vorzugsweise in der Farbe bzw. im Wellenlängenbereich vom Licht der anderen Lichtquellen unterscheidet. Bei den Lichtquellen handelt es sich somit um verschiedenfarbige, spektral engbandige Lichtquellen, wodurch die Beleuchtungseinrichtung in der Lage ist durch die Mischung des Lichtes der verschiedenen Lichtquellen Licht eines beliebigen Farbortes bzw. einer beliebigen Farbtemperatur abzugeben.

[0007] Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung Mittel aufweist, die die Reflexionseigenschaften eines zu beleuchtenden Objektes erfassen, wobei dann die Lichtabgabe der Lichtquellen in Abhängigkeit der Reflexionseigenschaften und eines minimalen Farbwiedergabewertes gesteuert wird. Der minimale Farbwiedergabewert wird hierbei über Bedienmittel, die an oder in der Beleuchtungseinrichtung angebracht sind, eingegeben. Die Lichtabgabe der Lichtquellen wird dann entsprechend von einer Steuereinheit gesteuert bzw. geregelt.

[0008] Bei den Mitteln zur Erfassung der Reflexionseigenschaften handelt es sich vorzugsweise um eine Kamera, insbesondere eine Graustufen-Kamera oder um mehrere miteinander gekoppelte Graustufen-Sensoren.

[0009] Des Weiteren können auch Bedienmittel zur Eingabe eines Farbtemperaturwertes in oder an der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, wobei dann die Lichtabgabe der Lichtquellen zusätzlich auch in Abhängigkeit des Farbtemperaturwertes von der Steuereinheit gesteuert bzw. geregelt wird.

[0010] Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Reflexionseigenschaften das Objekt von jeder Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung nacheinander einzeln beleuchtet wird und dabei jeweils die spektrale Antwort des Objektes erfasst wird. Hierbei beleuchtet jede Lichtquelle das Objekt zuerst mit einer hohen und dann mit einer niedrigen Intensität.

[0011] Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1:

schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung;

Figur 2:

Wellenlängenbereiche der einzelnen Lichtquellen;

Figur 3:

Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen und spektrale Antwort des Objekts;

Figur 4:

Steuerung der Lichtquellen aufgrund der Reflexionseigenschaften bei unterschiedlichen Farbwiedergabewerten;

[0012] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1, die mehrere Lichtquellen 2, eine Kamera 3, eine Steuereinheit 4 und verschiedene Bedienmittel 5 und 6 aufweist. Bei den Lichtquellen 2 handelt es sich um spektral engbandige Lichtquellen, die Licht in verschiedenen Farben bzw. verschiedenen Wellenlängenbereichen abgeben. In Figur 2 sind beispielhaft die Wellenlängenbereiche für vier verschiedene Lichtquellen dargestellt, wobei eine erste Lichtquelle insbesondere Licht in Blau und somit in einem Wellenlängenbereich zwischen 420 und 490nm, eine zweite Lichtquelle Licht in Grün und somit in einem Wellenlängenbereich zwischen 490 und 575nm, eine dritte Lichtquelle Licht in Orange und somit in einem Wellenlängenbereich zwischen 585 und 650nm und eine vierte Lichtquelle Licht in Rot und somit in einem Wellenlängenbereich zwischen 650 und 750nm, abgibt.

[0013] Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zu Beginn der Beleuchtung eines Objektes durch die Beleuchtungseinrichtung 1 bzw. durch die Lichtquellen 2, eine Analyse der Eigenschaften des zu beleuchtenden Objektes durchgeführt wird. Hierbei sind insbesondere die Reflexionseigenschaften des Objektes für die vorliegende Erfindung relevant. Hierfür werden nacheinander alle Lichtquellen 2 aktiviert und deaktiviert, wobei jedes Mal die spektrale Antwort des Objektes durch die Kamera 3 erfasst wird, die innerhalb der Beleuchtungseinrichtung 1 derart angeordnet ist, dass sie in der Lage ist, das durch die Beleuchtungseinrichtung 1 zu beleuchtende Objekt zu erfassen bzw. aufzunehmen.

[0014] Bei der Verwendung von beispielsweise vier unterschiedlichen Lichtquellen 2, die die Wellenlängenbereiche, wie in Figur 2 gezeigt, aufweisen können, ist dann dementsprechend vorgesehen, dass jede Lichtquelle 2 einzeln und nacheinander das Objekt beleuchtet. Es wird z.B. die blaue Lichtquelle als Erste aktiviert, wobei alle anderen Lichtquellen deaktiviert sind. Die Kamera 3 erfasst dann die spektrale Antwort des Objektes auf das, von der blauen Lichtquelle abgestrahlte Licht. Hierbei ist nun vorzugsweise zusätzlich noch vorgesehen, dass die blaue Lichtquelle das Licht zuerst mit einer hohen Intensität und anschließend mit einer niedrigeren Intensität auf das Objekt abstrahlt, wobei die Kamera 3 jeweils in beiden Situationen die spektrale Antwort des Objektes erfasst. Durch diese Veränderung der Intensität, die bei allen Lichtquellen 2 im aktivierten Zustand erfolgt, ist es dann möglich, das Umgebungslicht bzw. Fremdlicht zu berücksichtigen bzw. dessen Einfluss auszuwerten.

[0015] Nachdem dann die blaue Lichtquelle zuerst Licht mit einer hohen und dann mit einer niedrigen Intensität auf das Objekt abgestrahlt hat, wird diese deaktiviert und die nächste Lichtquelle, beispielsweise die grüne Lichtquelle, aktiviert, wobei wiederum zuerst Licht mit einer hohen und dann anschließend mit einer niedrigen Intensität abgegeben wird und beide Male auch durch die Kamera 3 die entsprechende spektrale Antwort des Objektes erfasst bzw. aufgenommen wird.

[0016] Diese Vorgehensweise wird auch mit den anderen zwei Lichtquellen, der Orangen und Roten, fortgesetzt, um ebenfalls die spektrale Antwort des Objektes auf die entsprechende Farbe zu erhalten. In Figur 3 ist dieser Vorgang im oberen Diagramm dargestellt, wobei, wie bereits erläutert, jede Lichtquelle 2 einzeln und nacheinander aktiviert und deaktiviert wird und zusätzlich noch zuerst in einer hohen und dann in einer niedrigen Intensität Licht auf das Objekt abstrahlt. In dem unteren Diagramm in Figur 3 ist dann beispielhaft jeweils die spektrale Antwort auf das Licht der jeweiligen Lichtquelle 2 gezeigt, wobei aus diesem Diagramm der Unterschied zwischen der höheren und niedrigeren Intensität bei jeder Lichtquelle 2 gut zu erkennen ist.

[0017] Das untere Diagramm in Figur 3 stellt nun die spektralen Antworten auf das Licht der verschiedenen Lichtquellen 2 für einen Pixel dar, da die Auswertung auch pixelweise erfolgt.

[0018] Auf diese Weise bzw. aus diesen Informationen ergeben sich dann insgesamt die Reflexionseigenschaften des Objektes bzw. die Reflexionseigenschaften jedes einzelnen Pixels der Kamera 3, die das Objekt entsprechend erfasst bzw. auswertet.

[0019] Bei dem in Figur 3 im unteren Diagramm gezeigten Informationen handelt es sich nun beispielsweise um einen Pixel, der einen relativ hohen Rotanteil, einen mittleren Blau-und Orangeanteil und einen niedrigen Grünanteil aufweist.

[0020] Auf Basis dieser Informationen kann dann die Steuereinheit 4 ermitteln bzw. festlegen, welche spektralen Eigenschaften des zur späteren Beleuchtung verwendeten Lichts erforderlich sind, um einen gewünschten minimalen Farbwiedergabewert in Abhängigkeit des Objektes zu erzielen.

[0021] Dieser gewünschte minimale Farbwiedergabewert kann über die als Schieberegler ausgebildeten Bedienmittel 5 von einem Benutzer ausgewählt werden. Hierbei können beispielsweise unterhalb des Schiebereglers Beschriftungen angebrachten sein, die das Verhältnis zwischen minimalem Farbwiedergabewert und Energieeinsparung zeigen.

[0022] Die Steuereinheit 4 berechnet dann mit Hilfe der Reflexionseigenschaften des Objektes, welches Licht die Beleuchtungseinrichtung 1 abgeben muss, damit dieser minimale Lichtwiedergabewert für sämtliche Pixel erzielt wird, d.h., dass letztendliche Ergebnis orientiert sich an demjenigen Pixel, für das der niedrigste Farbwiedergabewert zumindest erreicht wird.

[0023] In Figur 4 ist nun beispielhaft für die Farbwiedergabewerte 50, 90 und 100 eine entsprechende Ansteuerung der Lichtquellen 2 dargestellt, wobei die Kurve A jeweils die Reflexionseigenschaften des Objektes an einem Pixel zeigt, der mit den Reflexionseigenschaften aus dem unten in Figur 3 dargestellten Diagramm übereinstimmt. Die Kurven B, C und D zeigen dann jeweils in wieweit die Lichtquellen angesteuert werden müssen, um bei den gegebenen

[0024] Reflexionseigenschaften des Pixels, die in der Kurve A dargestellt sind, den entsprechenden Farbwiedergabewert, hier entweder 50, 90 oder 100, zu erreichen, wobei die Kurve B für einen Farbwiedergabewert von 50, die Kurve C für einen Farbwiedergabewert von 90 und die Kurve D für einen Farbwiedergabewert von 100 vorgesehen ist. So ist beispielsweise bei einem Farbwiedergabewert von 50 insbesondere ein helles Leuchten der Lichtquellen blau und rot erforderlich.

[0025] Die Kurven B, C und D in Figur 4 sind durch die Steuereinheit 4 nun derart berechnet worden, dass diese jeweils insgesamt einer Farbtemperatur von 3000K entsprechen. Um auch die Einstellung der Farbtemperatur einem Benutzer der Beleuchtungseinrichtung 1 zu ermöglichen, weist diese weitere, als Schieberegler ausgebildete Bedienmittel 6 auf, durch die die Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes eingestellt werden kann. Die Steuereinheit 4 berücksichtigt dann bei der Berechnung mit welchem Lichtanteil der minimale Farbwiedergabewert für sämtliche Pixel erzielt wird auch die eingestellte Farbtemperatur.

[0026] Insgesamt werden also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 die Farbeigenschaften eines zu beleuchtenden Objektes erkannt und mit diesen Informationen dann automatisch die verschiedenen Farbkanäle der Beleuchtungseinrichtung so angesteuert, dass das abgegebene Mischlicht im gewählten Farbtemperaturbereich liegt und die Farbwiedergabe derart auf die erkannten Farben angepasst ist, dass der Farbwiedergabewert größer oder gleich dem eingestellten minimalen Farbwiedergabewert ist. Hierdurch wird die erforderliche Energie der Beleuchtungseinrichtung 1 soweit wie möglich reduziert, da der Farbwiedergabewert in Abhängigkeit der Farben des Objektes eingestellt werden kann, wodurch eine größtmögliche Ersparnis erfolgt, da die Lichtquellen 2 nur so angesteuert werden, wie dies für den entsprechenden Farbwiedergabewert mindestens erforderlich ist.

[0027] Hierbei ist zu beachten, dass je niedriger der gewünschte minimale Farbwiedergabewert über die Bedienmittel 5 eingestellt wird, desto größer die Energieeinsparung sein kann. So ist die Energieeinsparung bei dem linken Diagramm in Figur 4 am höchsten. Dementsprechend kann der Nutzer nun bestimmen, ob ein hoher Farbwiedergabewert oder aber eine hohe Energieeinsparung für ihn sinnvoll ist. Je mehr spektral engbandige Lichtquellen 2 verschiedener Spektralbereiche innerhalb der Beleuchtungseinrichtung nun zur Verfügung stehen, umso genauer können dann die Reflexionseigenschaften des zu beleuchtenden Objektes ermittelt werden.

[0028] Die Beleuchtungseinrichtung kann des Weiteren auch noch eine weiße oder mehrere weiße Lichtquellen aufweisen. Zusätzlich kann die Beleuchtungseinrichtung auch noch weitere bzw. alternative Eingabeelemente aufweisen, durch die eine Verstärkung (Helligkeitsanhebung) oder Abschwächung bestimmter leuchtenspezifisch vorgegebener Obj ektfarben unter der Beleuchtung eingestellt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Beleuchtung eines Objekts mit mehreren in einer Beleuchtungseinrichtung (1) angeordneten Lichtquellen (2), insbesondere LEDs, wobei jede Lichtquelle (2) Licht einer bestimmten Farbe bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereichs abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (3), die in der Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet sind, die Reflexionseigenschaften des Objekts erfassen und dass die Lichtabgabe der Lichtquellen (2) in Abhängigkeit der Reflexionseigenschaften und eines an der Beleuchtungseinrichtung (1) einstellbaren minimalen Farbwiedergabewerts gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Licht jeder Lichtquelle (2) in der Farbe bzw. im Wellenlängenbereich vom Licht der anderen Lichtquellen (2) unterscheidet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erfassung der Reflexionseigenschaften das Objekt von jeder Lichtquelle (2) nacheinander einzeln beleuchtet wird und dabei jeweils die spektrale Antwort des Objekts erfasst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Lichtquelle (2) zuerst mit einer hohen Intensität und dann mit einer niedrigen Intensität das Objekt beleuchtet.

5. Beleuchtungseinrichtung (1) mit mehreren Lichtquellen (2), insbesondere LEDs, wobei jede Lichtquelle (2) Licht einer bestimmten Farbe bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereichs abgeben kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beleuchtungseinrichtung (1) Mittel (3) zur Erfassung der Reflexionseigenschaften eines durch die Beleuchtungseinrichtung (1) zu beleuchtenden Objekts, Bedienmittel (5) zur Eingabe eines minimalen Farbwiedergabewertes und eine Steuereinheit (4) zur Steuerung der Lichtquellen (2) aufweist, wobei die Steuereinheit (4) derart ausgebildet ist, dass die Lichtabgabe der Lichtquellen (2) in Abhängigkeit der Reflexionseigenschaften und des minimalen Farbwiedergabewerts gesteuert wird.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
das sich das Licht jeder Lichtquelle (2) in der Farbe bzw. im Wellenlängenbereich vom Licht der anderen Lichtquellen (2) unterscheidet.

7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Mitteln zur Erfassung der Reflexionseigenschaft um eine Kamera (3), insbesondere eine Graustufen-Kamera, oder mehrere miteinander gekoppelte Graustufen-Sensoren handelt.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5-6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beleuchtungseinrichtung (1) Bedienmittel (6) zur Eingabe eines Farbtemperaturwerts aufweist, wobei die Steuereinheit (4) zusätzlich derart ausgebildet ist, dass die Lichtabgabe der Lichtquellen (2) auch in Abhängigkeit des Farbtemperaturwerts gesteuert wird.

Zeichnung