[0001] Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle sowie ein Steuervorrichtung
für eine Mischlichtquelle.
[0002] In modernen Gebäudeinstallationssystemen kommen nahezu ausschließlich Leuchten zum
Einsatz, die mit einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) versehen sind, das die
Stromaufnahme des eigentlichen Leuchtmittels (z.B. einer oder mehrerer LEDs) regelt.
Typischerweise sind die Leuchten an ein Bus-System angeschlossen, über welches die
EVGs angesteuert werden. Hierbei ist es im Stand der Technik bekannt, mehrere Leuchtmittel
an ein Vorschaltgerät anzuschließen, welches deren Leistungsaufnahme regelt. Das Vorschaltgerät
verfügt hierbei normalerweise über einen separaten Ausgang pro Leuchtmittel.
[0003] Ein typisches Beispiel hierfür ist eine Mischlichtquelle, bei der Licht verschiedener
Farben (beispielsweise rot, grün und blau) gemischt werden kann, um eine Vielzahl
von Farbtönen zu erzeugen. Neben RGB-Lichtquellen sind im Stand der Technik beispielsweise
auch so genannte Tunable-White-Lichtquellen bekannt, bei denen ein wärmerer Weißlicht-Farbton
mit einem kälteren Weißlicht-Farbton gemischt werden kann, um so nach den Wünschen
des Benutzers eine bestimmte Farbstimmung zu erzeugen.
[0004] Bei einem solchen System mit mehreren Lichtquellen paarweise unterschiedlicher Farbe,
die auch als Kanäle des Systems bezeichnet werden können, ist zum einen die maximale
Nennleistung jedes Einzelkanals begrenzt, zum anderen ist in der Regel die Nennleistung
des Gesamtsystems auf einen Wert begrenzt, der kleiner ist als die Summe der maximalen
Nennleistungen der Einzelkanäle. So kann beispielsweise bei einem System mit vier
verschiedenfarbigen Lichtquellen, deren einzelne maximale Nennleistung bei 50 W liegt,
die Gesamtnennleistung bei 100 W begrenzt sein. Ziel ist es somit, zu jedem Zeitpunkt
dafür zu sorgen, dass die Summe der einzelnen Ausgangsleistungen die maximale Nennleistung
nicht überschreitet
[0005] Um diesen Problemen zu begegnen, verfügen im Stand der Technik bekannte Vorschaltgeräte
über Systeme zur Leistungsbegrenzung. Diese sorgen beispielsweise dafür, dass, wenn
die Erhöhung der Leistung eines der Kanäle ein Überschreiten der zulässigen Gesamtleistung
bedeuten würde, die anderen Kanäle oder aber alle Kanäle insgesamt in der Leistung
reduziert werden. Dies geschieht oft sprunghaft, was vom Benutzer als unangenehme
plötzliche Helligkeitsveränderung empfunden wird. Aufgrund der Leistungsbegrenzungen
geschieht eine Helligkeitsveränderung oftmals nicht proportional zu einer vom Benutzer
gewählten Einstellung und somit für den Benutzer nicht intuitiv. Ein typisches Beispiel
wäre eine proportionale Veränderung bis zu einer bestimmten zulässigen Gesamtleistung,
wonach systemseitig ein "Abschneiden" erfolgt, so dass höhere benutzerseitige Einstellungen
keinen Effekt mehr haben. Des Weiteren gewährleisten im Stand der Technik bekannte
Systeme nicht immer eine Farbtreue, d.h. die beschriebene Leistungsbegrenzung führt
zu einer Verfälschung des Farbtons. Dies kann daran liegen, dass bei der Leistungsreduzierung
die Leistungen der einzelnen Kanäle nicht im gleichen Verhältnis geändert werden.
[0006] Bei einem System mit n Kanälen (die n Farben entsprechen), lässt sich jeder Zustand
des Systems als Vektor in einem n-dimensionalen Raum darstellen. Dies gilt insbesondere
dann, wenn die Farben Primärvalenzen entsprechen, aus denen sich sämtliche Farben
mischen lassen. Hierbei gibt die Richtung des Vektors die Farbe und die Länge des
Vektors die Helligkeit an. Theoretisch lässt sich ein Übergang von einem Vektor des
Raums zu einem anderen über einen n-dimensionalen Spline (eine abschnittsweise als
Polynom definierte Funktion) realisieren. Folgt die Veränderung einem solchen Spline,
können die geschilderten Sprünge vermieden werden und der Übergang wird vom Benutzer
als weich und harmonisch wahrgenommen. Allerdings erfordert die Berechnung eines solchen
Splines selbst bei drei Dimensionen, wie beispielsweise bei einer RGB-Lichtquelle,
einen Rechenaufwand, der die Ressourcen eines Microcontrollers, wie er in einem typischen
Vorschaltgerät enthalten ist, überfordert.
[0007] Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Mischlichtquelle
eine Leistungsbegrenzung zur Verfügung zu stellen, die sich auch mit begrenzten Rechner-Ressourcen
realisieren lässt und die sprunghafte Veränderungen der Lichtqualität vermeidet.
[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Steuerverfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10
gelöst.
[0009] Durch die Erfindung wird ein Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle mit einer
Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen Einzellichtquellen bereitgestellt. Paarweise
verschiedenfarbig bedeutet, dass jede der Einzellichtquellen ein Licht anderer Farbe
erzeugt. Insbesondere können die Einzellichtquellen, die den Kanälen der Mischlichtquelle
entsprechen, Primärvalenzen zugeordnet sein, also solchen Farben, aus denen sich sämtliche
Farben durch additive Lichtmischung erzeugen lassen. Die Einzellichtquellen können
durch LEDs, aber auch durch Leuchtstofflampen oder andere Lichtquellen gebildet sein.
Jede Einzellichtquelle kann hierbei mehrere Leuchtmittel, z.B. LEDs umfassen. Der
Begriff "Einzellichtquelle" bedeutet lediglich, dass diese eine einzelne Lichtfarbe
erzeugt, wobei durch das Zusammenspiel der Einzellichtquellen die verschiedenen Mischfarbtöne
der Mischlichtquelle erzeugt werden. Typische Beispiele sind hier eine Tunable-White-Lichtquelle
(mit normalerweise zwei Einzellichtquellen) oder eine RGB-Lichtquelle (mit drei Einzellichtquellen).
Eine solche Mischlichtquelle umfasst ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG), das
dazu dient, die Stromaufnahme der Einzellichtquellen zu regulieren oder zu begrenzen.
Hierunter fallen insbesondere Treiber für Leuchtdioden, aber auch Vorschaltgeräte
für Leuchtstofflampen etc. Selbstverständlich können auch mehrere EVGs, beispielsweise
eines für jede Einzellichtquelle, eingesetzt werden.
[0010] In einem ersten Schritt empfängt ein Konverter erste Steuerungsdaten, die für die
Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt sind. Die Steuerungsdaten stammen hierbei
in der Regel von einer übergeordneten Beleuchtungssteuerung, wie sie in Gebäudeinstallationssystemen
eingesetzt wird, und können insbesondere nach dem DALI-Standard, ggf. aber auch nach
dem DSI-, DMX- oder 1-10V-Standard ausgestaltet sein. Im letztgenannten Fall bezieht
sich der Begriff "Steuerungsdaten" auf ein analoges Steuerungssignal. Als "für die
Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt" gelten hier sämtliche Steuerungsdaten (was
auch Steuerungsbefehle einschließt), die eine bestimmte Ansteuerung der genannten
Einzellichtquellen direkt oder implizit bewirken sollen. Normalerweise handelt es
sich hierbei um Steuerungsdaten, die ein elektronisches Vorschaltgerät der Einzellichtquellen
unmittelbar auswerten kann.
[0011] Der Konverter, der in diesem Zusammenhang durch seine Funktion definiert ist, kann
prinzipiell vollständig hardwaremäßig realisiert sein, wobei aber eine zumindest teilweise
softwaremäßige Realisierung bevorzugt ist. Insbesondere kann der Konverter durch ein
Computerprogramm realisiert sein, das auf einem Prozessor, insbesondere einem Microcontroller,
abläuft.
[0012] Der Konverter ermittelt aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen
der Einzellichtquellen gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert.
Der Begriff "Verteilungswert" rührt daher, dass dieser ein Maß für die Verteilung
der Gesamtleistung auf die Einzellichtquellen darstellen kann. Durch die ersten Steuerungsdaten
sind hierbei entweder explizit oder implizit die Leistungen vorgegeben, mit denen
jede einzelne der Einzellichtquellen betrieben werden soll. In welcher Weise dies
vorgegeben ist, hängt selbstverständlich vom jeweiligen Datenformat und anderem ab.
[0013] Die entsprechenden Leistungen bilden hierbei einen Satz von Zahlen, die, wie bereits
oben geschildert, als Koordinaten in einem Raum angesehen werden können, dessen Dimension
der Anzahl der Einzellichtquellen entspricht. Da es sich um eine Mehrzahl von Einzellichtquellen
handelt, ist der genannte Raum wenigstens zweidimensional, d.h. die Leistungen bilden
jeweils Dublett, Triplett, Quartett etc. Durch die Abbildungsfunktion wird diesem
mehrdimensionalen Objekt ein eindimensionaler Verteilungswert zugeordnet. Dies ist
ein entscheidender Schritt zur Reduzierung des Problems, wodurch insgesamt eine Handhabbarkeit
auch für Prozessoren mit geringerer Leistung gegeben ist. Der Verteilungswert hängt
hierbei ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander ab, d.h. die absolute
Größe der Leistungen ist unerheblich. Soll also beispielsweise die erste Einzellichtquelle
mit 20 W angesteuert werden und die zweite mit 10 W, so liefert die Abbildungsfunktion
hier den gleichen Wert wie wenn die erste Einzellichtquelle mit 50 W und die zweite
mit 25 W angesteuert werden soll, da das Verhältnis in jedem Fall 2:1 ist. Anders
ausgedrückt: Da das Verhältnis der Leistungen den Farbton der Mischlichtquelle bestimmt,
hängt der von der Abbildungsfunktion gelieferte Verteilungswert nur vom vorgegebenen
Farbton, nicht aber von der Helligkeit ab.
[0014] Die Abbildungsfunktion nimmt hierbei ein erstes globales Extremum an, wenn alle Leistungen
gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum, wenn
genau eine Leistung von Null verschieden ist. In letzterem Fall soll dies unabhängig
davon gelten, die Leistung welcher Einzellichtquelle (der der ersten, zweiten etc.)
von Null abweicht. Überhaupt ist es sinnvoll, dass die Abbildungsfunktion symmetrisch
bezüglich des Vertauschens zweier Leistungswerte ist.
[0015] Bei der Abbildungsfunktion ist also entweder das erste globale Extremum ein globales
Maximum und das zweite globale Extremum ein globales Minimum oder umgekehrt. Hierbei
bedeutet das Vorliegen eines globalen Maximums, dass der Funktionswert der Abbildungsfunktion
dort einen Maximalwert annimmt, der an keiner anderen Stelle überschritten wird. Es
ist ausdrücklich möglich, dass der entsprechende Wert auch noch an einer anderen Stelle
erreicht wird. Dies gilt namentlich für das zweite Extremum, das aufgrund der Vertauschungssymmetrie
überall dort angenommen wird, wenn genau eine, und zwar eine beliebige, Leistung von
Null verschieden ist. Entsprechend liegt bei einem globalen Minimum ein Minimalwert
vor, der an keiner anderen Stelle unterschritten wird.
[0016] Durch die Abbildungsfunktion wird somit ein Maß für die Ausgeglichenheit der Leistungsverteilung
im System vermittelt. Der eine Extremwert entspricht der absoluten Gleichverteilung
der Leistungen auf die Einzellichtquellen, der andere Extremwert entspricht dem maximalen
Ungleichgewicht, wobei die gesamte Leistung auf eine Einzellichtquelle enthält.
[0017] Der so ermittelte eindimensionale Verteilungswert wird vom Konverter in eine Gewichtungsfunktion
einsetzt, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln. Die Gewichtungsfunktion
ist hierbei in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal
stetig differenzierbar. Dies bedeutet, wie bekannt ist, dass die Gewichtungsfunktion
sowie ihre erste Ableitung nach dem Verteilungswert keinerlei Sprünge aufweisen. Es
versteht sich, dass je nach numerischer Implementierung aufgrund von Rundungsfehlern
und anderen Gegebenheiten ggf. kleinere Sprünge möglich sind, die allerdings in der
Anwendung nicht auffallen. Jedenfalls soll eine Gewichtungsfunktion zugrunde gelegt
werden, die in mathematisch idealisierter Form die entsprechende Stetigkeit und Differenziertheit
zeigt.
[0018] Schließlich multipliziert der Konverter die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen
Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor und erzeugt hieraus zweite Steuerungsdaten. D.h.,
die ursprünglich vorgegebenen Leistungen werden einzelnen mit dem Gewichtungsfaktor
multipliziert, also gewissermaßen gewichtet, und es werden neue, zweite Steuerungsdaten
erzeugt, durch die für die Einzellichtquellen ebendiese gewichteten Leistungen vorgegeben
werden.
[0019] Die Einzellichtquellen werden nun gemäß den zweiten Steuerungsdaten angesteuert.
Dementsprechend richtet sich das Verhalten der Mehrzahl von Einzellichtquellen nicht
nach den ursprünglichen, ersten Steuerungsdaten, sondern nach den zweiten Steuerungsdaten,
die den gewichteten Leistungen entsprechend. Da sämtliche Leistungen mit dem gleichen
Gewichtungsfaktor multipliziert werden, ändert sich das Verhältnis der Leistungen
zueinander nicht. Dasselbe gilt somit auch für den hiermit zu erzeugenden Farbton.
Somit arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren farbtreu. Es erfolgt lediglich eine
Modifizierung der Helligkeit, nicht jedoch des Mischungsverhältnisses der Farben.
[0020] Ein weiterer Aspekt ist, dass der Gewichtungsfaktor, wie oben dargelegt, nicht von
der Helligkeit, die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegeben wird, abhängt. Daher
werden bei gleicher Farbe unterschiedliche Helligkeiten mit dem gleichen Faktor gewichtet.
Anders gesagt, es erfolgt hier eine proportionale Ansteuerung der Einzellichtquellen.
Bei einem bestimmten Farbton (entsprechend einem bestimmten Verhältnis der Einzelleistungen
zueinander) sind die durch die zweiten Steuerdaten vorgegebenen Leistungen proportional
zu den durch die ersten Steuerdaten vorgegebenen Leistungen. Diese Proportionalität
ist ein bedeutender Vorteil gegenüber Verfahren, bei denen z.B. ein einfaches "Abschneiden"
oberhalb einer Maximalleistung erfolgt. Die Veränderung der Helligkeit erfolgt beim
erfindungsgemäßen Verfahren in einer für den Benutzer intuitiven Weise. Es versteht
sich, dass der Gewichtungsfaktor hierbei derart gewählt sein sollte, dass weder die
maximal zulässige Nennleistung der Mischlichtquelle, noch die einer Einzellichtquelle
(wesentlich) überschritten werden kann. Dies sollte insbesondere für die beiden Extremfälle
gelten, d.h. wenn alle Leistungen gleich sind bzw. wenn genau eine Leistung von Null
verschieden ist.
[0021] Der Grundgedanke der Erfindung ist zum einen, bei einer Veränderung der einzelnen
Lichtanteile (was einer Veränderung der Leistungen entspricht) zum einen Sprünge (nicht
stetige Stellen), zum anderen Spitzen (nicht differenzierbare Stellen) zu vermeiden,
die vom Benutzer als unnatürlich und störend empfunden werden. Dies geschieht über
die Verwendung einer stetigen und stetig differenzierbaren Gewichtungsfunktion.
[0022] Da hier mathematisch gesehen eine Verknüpfung von Abbildungsfunktion und Gewichtungsfunktion
geschieht, sollte die Abbildungsfunktion ihrerseits wenigstens stetig, idealerweise
stetig differenzierbar, bezüglich sämtlicher in sie eingehenden Leistungen sein. Es
versteht sich, dass das Fehlen der genannten Eigenschaften in solchen Bereichen unerheblich
ist, die in der Realität nicht angenommen werden können. So wäre im Bezug auf die
Abbildungsfunktion eine Unstetigkeit bei negativen Leistungen unerheblich, da diese
nicht vorkommen. Genauso wäre eine Unstetigkeit der Gewichtungsfunktion unerheblich,
falls sie Werte betrifft, die die Abbildungsfunktion nicht liefern kann.
[0023] Es sei noch anzumerken, dass, wie bei Verknüpfung von Funktionen üblich, unter Umständen
Rechenoperationen der Abbildungsfunktion in die Gewichtungsfunktion verlagert werden
können bzw. umgekehrt. Hierbei bleibt allerdings stets die Abbildungsfunktion eine
Funktion mehrerer Variablen (der Leistungen), die einen einzelnen, eindimensionalen
Funktionswert liefert, während die Gewichtungsfunktion in jedem Fall einem eindimensionalen
Wert einen eindimensionalen Funktionswert zugeordnet.
[0024] Wie nachfolgend noch erläutert wird, kann die Abbildungsfunktion, die die dimensionale
Reduzierung des Problems bewirkt, einfach gehalten werden und somit auch von einem
Microcontroller, wie er in bekannten EVGs eingesetzt wird, bewältigt werden. Nach
der Reduzierung des Problems auf eine Dimension ist somit nur eine eindimensionale
Gewichtungsfunktion auszuwerten, was nur entsprechend geringe Rechnerressourcen erfordert.
[0025] Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist, dass das vorstehende Verfahren farbtreu
arbeitet, d.h. es wird in jedem Fall nur die Helligkeit verändert, nicht jedoch das
Mischungsverhältnis der Lichtanteile zueinander.
[0026] Grundsätzlich können die Abbildungsfunktion und die Gewichtungsfunktion für den Konverter
fest vorgegeben sein. Vorteilhaft ist es allerdings, wenn gewisse Funktionsparameter
eingestellt werden können, um das Steuerungsverhalten zu optimieren. In diesem Fall
wird, bevor erstmalig erste Steuerungsdaten empfangen werden, benutzerseitig wenigstens
ein Parameter der Gewichtungsfunktion eingestellt. Ein solcher freier Parameter kann
beispielsweise den Gewichtungsfaktor betreffen, der beim Betrieb einer einzelnen Einzellichtquelle
(beim zweiten globalen Extremum) anzuwenden ist, oder aber die Steigung der Gewichtungsfunktion
in diesem Punkt.
[0027] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung hat die Gewichtungsfunktion beim ersten
globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null. Anders gesagt, die
erste Ableitung der Gewichtungsfunktion hat an dieser Stelle den Wert Null, was beispielsweise
einem lokalen Extremum entsprechen kann. Dieser Fall charakterisiert den Übergang
von einer absoluten Gleichverteilung der Leistung zu einem Ungleichgewicht. Bei einer
Abweichung von diesem Kriterium kann die Gesamtfunktion unter Umständen nicht stetig
differenzierbar sein, was zu störenden Effekten führen würde.
[0028] Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Gewichtungsfunktion beim zweiten globalen
Extremum der Abbildungsfunktion eine Steigung von Null hat. Dieser Fall charakterisiert
den Übergang von einem Betrieb mit nur einer Einzellichtquelle zu einem Betrieb mit
mehreren Einzellichtquellen. Es hat sich gezeigt, dass der Übergang hier als besonders
weich wahrgenommen wird, wenn die Gewichtungsfunktion dort eine Steigung von Null
hat.
[0029] Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Gewichtungsfunktion außer bei dem ersten und
zweiten globalen Extremum keine lokalen Extrema hat. Derartige lokale Extrema, die
mit einem Schwingungsverhalten der Gewichtungsfunktion einhergehen, führen im Allgemeinen
zu Helligkeitsveränderungen, die vom Benutzer als unharmonisch empfunden werden.
[0030] In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens interpretiert der Konverter die
Leistungen der Einzellichtquellen als Koordinaten eines Vektors. Hierbei wird gemäß
der Abbildungsfunktion die Länge des Vektors normiert. Üblicherweise erfolgt hierbei
eine Normierung auf die Länge 1, d.h. die einzelnen Komponenten werden durch die Länge
des Vektors geteilt. Selbstverständlich ist auch eine andere Normierung möglich. Es
wird die Differenz zu einem entsprechend normierten Diagonalvektor, bei dem alle Koordinaten
gleich sind, gebildet wird, um einen Differenzvektor zu erhalten. Der entsprechende
Diagonalvektor repräsentiert den Fall identischer Leistungen sämtlicher Einzellichtquellen,
d.h. also den leistungsmäßig völlig ausgeglichenen Fall. Durch die Differenzbildung
wird zunächst also eine vektorielle Abweichung von diesem ausgeglichenen Fall bestimmt,
wobei aufgrund der Normierung der beiden Vektoren die Helligkeit nicht eingeht, sondern
lediglich die Abweichung innerhalb des Farbraums betrachtet wird.
[0031] Der eindimensionale Verteilungswert hängt hierbei monoton von der Länge des Differenzvektors
ab. Das bedeutet, bei Zunahme der Länge des Differenzvektors erfolgt entweder stets
eine Zunahme des Verteilungswerts (wobei punkt- oder intervallweise auch keine Änderung
möglich ist, jedoch keine Abnahme), oder aber es erfolgt stets eine Abnahme des Verteilungswerts.
Der Verteilungswert kann hierbei z.B. quadratisch, logarithmisch etc. von der Länge
abhängen. Bevorzugt hängt er linear von der Länge ab und ist insbesondere proportional
zur Länge des Differenzvektors. Der Verteilungswert ist in diesem Fall ein Maß für
die Abweichung von der Gleichverteilung.
[0032] Die Übergänge zwischen den einzelnen Zuständen der Mischlichtquelle lassen sich weiter
verbessern, wenn die Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert wenigstens
zweimal stetig differenzierbar ist. Dies kann beispielsweise durch Polynome, trigonometrische
Funktionen etc. erreicht werden.
[0033] Eine bevorzugte Möglichkeit, eine Gewichtungsfunktion mit den genannten Eigenschaften
bereitzustellen, ergibt sich, wenn diese ein Polynom dritten Grades bezüglich des
Verteilungswerts ist. Derartige Polynome werden auch als kubische Splines bezeichnet.
Ein solches Polynom dritten Grades kann auch mit begrenzten Rechnerressourcen ausgewertet
werden.
[0034] Da die Gewichtungsfunktion normalerweise bei Inbetriebnahme der Anlage bekannt ist
und auch die möglichen Werte des Verteilungswerts durch die Extrema der Abbildungsfunktion
begrenzt sind, können grundsätzlich alle für den Betrieb relevanten Funktionswerte
vorab berechnet und abgespeichert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Verfahrens ist dies realisiert, wobei der Konverter den Gewichtungsfaktor einer Wertetabelle
(Look-Up-Table) entnimmt, in der Funktionswerte der Gewichtungsfunktion gespeichert
sind. Auf diese Weise kann auch bei Vorliegen einer komplizierter auszuwertenden Funktion
ein Prozessor, mittels dessen der Konverter realisiert wird, entlastet werden. Der
für die Wertetabelle benötigte Speicherplatz bleibt allerdings überschaubar, da es
sich hierbei um eine eindimensionale Funktion handelt.
[0035] Durch die Erfindung wird des Weiteren eine Steuervorrichtung für eine Mischlichtquelle
mit einer Mehrzahl von Einzellichtquellen zur Verfügung gestellt. Die Steuervorrichtung
umfasst hierbei einen Konverter, der dazu eingerichtet ist, erste Steuerungsdaten
zu empfangen, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen bestimmt sind, aus den durch
die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen gemäß einer
Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert zu ermitteln, welcher ausschließlich
vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt, welche Abbildungsfunktion ein erstes
globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen gleich sind und eine zweites, dem
ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt, wenn genau eine Leistung von Null
verschieden ist, den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion
einzusetzen, um hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion
in Abhängigkeit von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar
ist, die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor
zu multiplizieren und hieraus zweite Steuerungsdaten zu erzeugen. Hierbei ist die
Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die Einzellichtquellen gemäß den zweiten Steuerungsdaten
anzusteuern.
[0036] Hinsichtlich der genauen Implementierung der Abbildungs- und Gewichtungsfunktion
in dem Konverter der Steuervorrichtung sind die gleichen bevorzugten Ausgestaltung
möglich, die oben im Hinblick auf das erfindungsgemäße Steuerverfahren beschrieben
wurden.
[0037] Eine solche Steuervorrichtung kann in ein elektronisches Vorschaltgerät der Mischlichtquelle
integriert sein bzw. durch dieses gebildet werden. In einer alternativen Ausführung
bildet die Steuervorrichtung ein Gerät, das schaltungstechnisch zwischen einer übergeordneten
Beleuchtungssteuerung und einem elektronischen Vorschaltgerät angeordnet werden kann.
In diesem Fall umfasst die Steuervorrichtung wenigstens eine erste Schnittstelle zum
Anschluss an einen Daten-Bus einer Beleuchtungssteuerung sowie wenigstens eine zweite
Schnittstelle zum Anschluss an wenigstens ein elektronisches Vorschaltgerät der Mischlichtquelle.
Der Daten-Bus ist hierbei dazu ausgelegt, dass eine Beleuchtungssteuerung hierüber
Steuerungsdaten an ein oder mehrere Leuchtmittel senden kann, um deren Betrieb zu
steuern, und ggf. auch Daten von den Leuchtmitteln empfangen kann. Die Beleuchtungssteuerung
sowie der Daten-Bus können hierbei insbesondere nach dem DALI-Standard, ggf. aber
auch nach dem DSI-, DMX- oder 1-10V-Standard ausgestaltet sein. Die zweite Schnittstelle
ist dafür ausgelegt, direkt oder indirekt (durch eine dazwischen liegende Leitung)
an eine Eingangsschnittstelle des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossen zu
werden, über welche dieses üblicherweise Steuerungsdaten unmittelbar aus dem Daten-Bus
empfängt.
[0038] Hierbei ist der Konverter dazu eingerichtet, über die erste Schnittstelle die erste
Steuerungsdaten zu empfangen, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die
zweiten Steuerungsdaten über die zweite Schnittstelle an das wenigstens eine Vorschaltgerät
zu senden.
[0039] Bei dieser Ausführungsform, in der die Steuervorrichtung von dem wenigstens einen
elektronischen Vorschaltgerät separat ist, kann insbesondere auch vorgesehen sein,
dass nicht nur das elektronische Vorschaltgerät einer einzigen Mischlichtquelle, sondern
mehrere Vorschaltgeräte, die verschiedenen Mischlichtquellen zugeordnet sind, an die
Steuervorrichtung angeschlossen werden. Die Steuervorrichtung übernimmt hierbei die
Erzeugung der zweiten, gewichteten Steuerdaten für jedes der nachgeschalteten EVGs.
Hierbei ist es im Prinzip auch denkbar, dass unterschiedliche Abbildungs- und Gewichtungsfunktionen
für die einzelnen EVGs verwendet werden.
[0040] Beispielsweise können bei einer Steuervorrichtung, die gemäß dem DALI-Standard ausgelegt
ist, über die erste Schnittstelle, die an einen DALI-Bus einer übergeordneten Beleuchtungssteuerung
angeschlossen ist, benutzerseitig bei Inbetriebnahme einzelne Parameter der Abbildungs-
oder Gewichtungsfunktion oder aber sogar die genannten Funktionen als Ganzes festgelegt
werden. Hierbei kann insbesondere auch eine oben geschilderte Wertetabelle von der
Beleuchtungssteuerung auf einen Speicher der Steuervorrichtung übertragen werden.
[0041] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die
Figuren erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems mit einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sowie
- Fig. 2:
- ein Flussdiagramm, das die in der Steuervorrichtung ablaufenden Prozesse illustriert.
[0042] Bei dem in Figur 1 gezeigten Beleuchtungssystem 1 geht von einer zentralen Beleuchtungssteuerung
2 ein DALI-Bus 3 aus, über den die Beleuchtungssteuerung 2 mit verschiedenen Aktoren
verbunden werden kann. Im vorliegenden Fall soll ein elektronisches Vorschaltgerät
(EVG) 5 einer RGB-Lichtquelle 4 mit drei Einzellichtquellen, die durch LEDs 6.1, 6.2,
6.3 gegeben sind, gesteuert werden.
[0043] Die Beleuchtungssteuerung 2 gibt hierbei gemäß den Einstellungen eines Benutzers
für einen bestimmten Farbton der RGB-Lichtquelle erste Steuerdaten vor, die bestimmten
Leistungen der LEDs 6.1, 6.2, 6.3 entsprechen. Beim Übergang von einem Farbton zu
einem anderen können die ersten Steuerdaten allerdings zum einen zu unerwünschten
sprunghaften Veränderungen der Helligkeit und/oder des Farbtons führen, zum anderen
können ggf. einzelne Einzellichtquellen leistungsmäßig überlastet werden.
[0044] Um diese unerwünschten Effekte zu vermeiden, ist zwischen den DALI-Bus 3 und das
EVG 5 eine Steuervorrichtung 10 geschaltet, die eine entsprechende Datenumwandlung
vornimmt. Die Steuervorrichtung 10 ist über eine erste Schnittstelle 11 mit dem DALI-Bus
3 verbunden, über den für das EVG 5 bestimmte erste Steuerungsdaten gesendet werden.
Über eine zweite Schnittstelle 12 sowie einen sekundären DALI-Bus 7 ist die Steuervorrichtung
10 mit dem EVG 5 verbunden. Des Weiteren verfügt die Steuervorrichtung 10 über eine
eigene, unabhängige Spannungsversorgung (nicht dargestellt).
[0045] Die über den DALI-Bus 3 empfangenen ersten Steuerungsdaten werden von der Steuervorrichtung
10 als für das EVG 5 bestimmt erkannt. Die Datenumwandlung wird von einem Konverter
13 der Steuervorrichtung 10 übernommen, dessen Arbeitsweise anhand des Flussdiagramms
in Figur 2 erläutert wird. Im vorliegenden Fall ist der Konverter 13 als Computerprogramm
realisiert, dass auf einem Prozessor (nicht dargestellt) der Steuervorrichtung 10
läuft.
[0046] Wie in Figur 2 dargestellt, übernimmt der Konverter 13 anfangs, d.h. bei der Inbetriebnahme,
benutzerseitig eingestellten Parameter einer Abbildungsfunktion. Werden über die erste
Schnittstelle erste Steuerungsdaten empfangen, liest der Konverter 13 hieraus die
für die einzelnen LEDs 6.1, 6.2, 6.3 vorgegebenen Leistungen P
1, P
2, P
3 ab und bildet hieraus über eine Abbildungsfunktion h (P
1, P
2, P
3) einen eindimensionalen Verteilungswert, der ein Maß für die Gleichverteilung der
Leistung auf die in der Valenzen darstellt. Hierzu interpretiert der Konverter 13
die vorgegebenen Leistungen wie Koordinaten eines Vektors. Dieser Vektor wird auf
die Länge 1 normiert und der Differenzvektor zu einem Diagonalvektor, der ebenfalls
auf die Länge 1 normiert ist, gebildet. Die Länge dieses Differenzvektors bildet den
eindimensionalen Verteilungswert, der nunmehr in eine Gewichtungsfunktion g(h) eingeht.
Alternativ kann die Länge des Differenzvektors nochmals renommiert werden, so dass
der eindimensionale Verteilungswert nur Werte zwischen 0 und 1 annimmt.
[0047] Die Gewichtungsfunktion g(h) ist vorliegend ein kubischer Spline, also ein Polynom
dritten Grades bezüglich des Verteilungswerts h und somit diesbezüglich stetig und
zweimal stetig differenzierbar. Die Koeffizienten des Polynoms sind so gewählt, dass
für h=0 (völlige Gleichverteilung der Leistung) ein Funktionswert von 1 angenommen
wird und eine Steigung von 0. Im Fall völliger Gleichverteilung erfolgt also keine
Leistungsveränderung, da hier die Gesamtleistung anderweitig so begrenzt ist, dass
die Einzelleistungen in unbedenklichen Bereichen bleiben. Funktionswert und Steigung
für den anderen Extremwert von h (Betrieb von genau einer Einzellichtquelle) wurden
anfangs benutzerseitig eingestellt, wobei insbesondere ein zwischen 0 und 1 liegender
Funktionswert eingestellt werden kann, der im Falle des Einzelbetriebs einer Einzellichtquelle
zu einer Leistungsreduzierung führt. Insbesondere kann hierbei ein Gewichtungsfaktor
eingestellt werden, der dem Verhältnis von zulässiger Nennleistung einer Einzellichtquelle
zu zulässiger Nennleistung der gesamten Mischlichtquelle entspricht. Hierdurch wird
dafür gesorgt, dass bei maximal möglicher Ansteuerung (durch die ersten Steuerdaten)
die zulässige Nennleistung der Einzellichtquelle nicht überschritten wird, während
gleichzeitig auch hier eine Proportionalität zwischen der durch die ersten Steuerdaten
vorgegebenen Leistung und der durch die zweiten Steuerdaten vorgegebenen Leistung
besteht.
[0048] Insbesondere sind die Koeffizienten des Polynoms so gewählt, dass innerhalb des maximal
möglichen Wertebereichs von h nur an den Rändern globale Extrema angenommen werden
und dazwischen keine lokalen Extrema auftreten.
[0049] Die Gewichtungsfunktion g ist einfach gehalten und kann auch von einem üblichen Microcontroller
quasi in Echtzeit berechnet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Funktion
als Wertetabelle gespeichert ist, auf die der Microcontroller zugreifen kann. Auch
die Auswertung der Abbildungsfunktion h, durch die das Problem von drei Dimensionen
auf eine Dimension reduziert wird, kann von einem Microcontroller bewältigt werden.
[0050] Der Funktionswert der Gewichtungsfunktion g(h) dient als Gewichtungsfaktor, mit dem
jeder der vorgegebenen Leistungswerte multipliziert wird. Dies entspricht mathematisch
gesehen einer Multiplikation des Vektors mit einem Skalar. Das Verhältnis der Leistungen
zueinander ändert sich hierbei nicht. Die so erhaltenen, gewichteten Leistungen werden
vom Konverter 13 in zweite Steuerdaten für das EVG 5 übersetzt, anschließend werden
diese zweiten Steuerdaten an das EVG 5 gesendet, was zu einer entsprechenden Ansteuerung
der LEDs 6.1, 6.2, 6.3 führt. Nach dem Senden der zweiten Steuerdaten erwartet der
Konverter 13 einen erneuten Empfang neuer erster Steuerdaten. Bei Empfang neuer Steuerungsdaten
werden die vorstehenden Schritte erneut durchlaufen.
[0051] Durch die geschilderten Eigenschaften der Gewichtungsfunktion g(h) wird für eine
Gewichtung der Leistungen der einzelnen LEDs 6.1, 6.2, 6.3 gesorgt, die zum einen
Farbtreue und Proportionalität hinsichtlich der Helligkeit gewährleistet, zum anderen
Sprünge im Helligkeits- oder Farbverlauf vermeidet, die von einen Benutzer als unangenehm
wahrgenommen würden.
[0052] Die Erfindung ist anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben worden.
In Abwandlung hiervon könnte beispielsweise statt des DALI-Busses ein anderer Datenbus
zum Einsatz kommen oder es ist möglich, dass die ersten Steuerungsdaten über keinen
Datenbus im eigentlichen Sinne empfangen werden. Diese Variationen des Ausführungsbeispiels
seien nur beispielhaft erwähnt. Für einen Fachmann ergeben sich zahlreiche weitere
Möglichkeiten, die Erfindung im Rahmen der geltenden Ansprüche zu verwirklichen.
Bezugszeichenliste
[0053]
- 1
- Beleuchtungssystem
- 2
- Beleuchtungssteuerung
- 3
- DALI-Bus
- 4
- RGB-Lichtquelle
- 5
- EVG
- 6.1, 6.2, 6.3
- LED
- 7
- sekundärer DALI-Bus
- 10
- Steuervorrichtung
- 11
- erste Schnittstelle
- 12
- zweite Schnittstelle
- 13
- Konverter
1. Steuerverfahren für eine Mischlichtquelle (4) mit einer Mehrzahl von paarweise verschiedenfarbigen
Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3), wobei
- ein Konverter (13) erste Steuerungsdaten empfängt, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen
(6.1, 6.2, 6.3) bestimmt sind,
- der Konverter (13)
- aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen
(6.1, 6.2, 6.3) gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert
ermittelt, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt,
welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen
gleich sind und ein zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt,
wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist,
- den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einsetzt, um hieraus
einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von
dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist, und
- die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor
multipliziert und hieraus zweite Steuerungsdaten erzeugt, und
- die Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) gemäß den zweiten Steuerungsdaten angesteuert
werden.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevor erstmalig erste Steuerungsdaten empfangen werden, benutzerseitig wenigstens
ein Parameter der Gewichtungsfunktion eingestellt wird.
3. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion beim ersten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine
Steigung von Null hat.
4. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion beim zweiten globalen Extremum der Abbildungsfunktion eine
Steigung von Null hat.
5. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion außer bei dem ersten und zweiten globalen Extremum keine
lokalen Extrema hat.
6. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (13) die Leistungen der Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3) als Koordinaten
eines Vektors interpretiert, und gemäß der Abbildungsfunktion
- die Länge des Vektors normiert wird,
- die Differenz zu einem entsprechend normierten Diagonalvektor, bei dem alle Koordinaten
gleich sind, gebildet wird, um einen Differenzvektor zu erhalten, und
- der eindimensionale Verteilungswert monoton von der Länge des Differenzvektors abhängt,
bevorzugt proportional zur Länge des Differenzvektors ist.
7. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit von dem Verteilungswert wenigstens zweimal
stetig differenzierbar ist.
8. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfunktion ein Polynom dritten Grades bezüglich des Verteilungswerts
ist.
9. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (13) den Gewichtungsfaktor einer Wertetabelle entnimmt, in der Funktionswerte
der Gewichtungsfunktion gespeichert sind.
10. Steuervorrichtung (10) für eine Mischlichtquelle (4) mit einer Mehrzahl von paarweise
verschiedenfarbigen Einzellichtquellen (6.1, 6.2, 6.3), mit einem Konverter (13),
der dazu eingerichtet ist,
- erste Steuerungsdaten zu empfangen, die für die Mehrzahl von Einzellichtquellen
(6.1, 6.2, 6.3) bestimmt sind,
- aus den durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen der Einzellichtquellen
(6.1, 6.2, 6.3) gemäß einer Abbildungsfunktion einen eindimensionalen Verteilungswert
zu ermitteln, welcher ausschließlich vom Verhältnis der Leistungen zueinander abhängt,
welche Abbildungsfunktion ein erstes globales Extremum annimmt, wenn alle Leistungen
gleich sind und eine zweites, dem ersten entgegengesetztes globales Extremum annimmt,
wenn genau eine Leistung von Null verschieden ist,
- den eindimensionalen Verteilungswert in eine Gewichtungsfunktion einzusetzen, um
hieraus einen Gewichtungsfaktor zu ermitteln, welche Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit
von dem Verteilungswert stetig sowie wenigstens einmal stetig differenzierbar ist,
- die durch die ersten Steuerungsdaten vorgegebenen Leistungen mit dem Gewichtungsfaktor
zu multiplizieren und hieraus zweite Steuerungsdaten zu erzeugen,
wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Einzellichtquellen (6.1, 6.2,
6.3) gemäß den zweiten Steuerungsdaten anzusteuern.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch
- wenigstens eine erste Schnittstelle (11) zum Anschluss an einen Daten-Bus (3) einer
Beleuchtungssteuerung,
- wenigstens eine zweite Schnittstelle (12) zum Anschluss an wenigstens ein elektronisches
Vorschaltgerät (5) der Mischlichtquelle (4),
wobei der Konverter (13) dazu eingerichtet ist, über die erste Schnittstelle (11)
die ersten Steuerungsdaten zu empfangen, und die Steuervorrichtung (10) dazu eingerichtet
ist, die zweiten Steuerungsdaten über die zweite Schnittstelle (12) an das wenigstens
eine Vorschaltgerät (5) zu senden.