DE10058529A1 - Ansteuerungsverfahren für eine Lichtquelle - Google Patents

Abstract

Es wird ein Ansteuerungsverfahren für eine Lichtquelle vorgeschlagen, bei der die Lichtquellentemperatur bestimmt wird. Insbesondere wird mittels eines Tiefpasses der Temperaturverlauf beim Einschalten der Lichtquelle, vorzugsweise einer Kaltkathodenfluoreszenzlichtquelle, nachgebildet. Der Lichtquellenstrom wird in Abhängigkeit von einer Kennlinie bestimmt, so dass eine gleichbleibende Helligkeit der Gasentladungslichtquelle für einen vorgegebenen Temperaturbereich gewährleistet wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ansteuerungsverfahren für eine Lichtquelle nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 198 31 822 A1 ist bekannt, Gasentladungslichtquellen in Form von Kaltkathodenröhren zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeigenvorrichtung zu verwenden. Um die Temperaturabhängigkeit der Helligkeit von Kaltkathodenröhren auszugleichen, wird hierbei die Umgebungstemperatur der Kaltkathodenröhre gemessen und die Energiezufuhr zur Kaltkathodenröhre wird gegenüber einer Energiezufuhr im Normalbetrieb erhöht, wenn die Umgebungstemperatur einen Grenzwert unterschreitet. Die Messung der Umgebungstemperatur bzw. der Betriebstemperatur kann dabei an der Kaltkathodenröhre selbst oder an einem von dieser entfernten Ort vorgenommen werden. Eine Temperatur der Wandung der Kaltkathodenröhre wird hierbei jedoch nicht ermittelt. Üblicher Weise wird diese Temperatur über Sensoren direkt an der Kaltkathodenröhre bestimmt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ansteuerungsverfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Lichtquellentemperatur aus einer gemessenen Umgebungstemperatur bestimmt und hieraus ein Strom durch die Lichtquelle, vorzugsweise einer Gasentladungslichtquelle, in Abhängigkeit von der Lichtquellentemperatur ermittelt wird, ohne dass ein Temperatursensor direkt an der Gasentladungslichtquelle angeordnet werden muss. Hierdurch wird vermieden, dass Leistungsverluste in Folge der Streukapazitäten eines an der Lichtquelle angeordneten Sensors auftreten. Durch eine Bestimmung der Lichtquellentemperatur kann der durch die Gasentladungslichtquelle getriebene Strom auf die tatsächlichen Temperaturverhältnisse in der Lichtquelle abgestimmt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die Bestimmung der Lichtquellentemperatur aus der Umgebungstemperatur ein nachträglicher Einbau eines Temperatursensors in einer Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Ansteuerungsverfahren betrieben ist, möglich wird, sofern ein Temperaturbezug zwischen Umgebungstemperatur und der Lichtquellentemperatur bestimmt und gespeichert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ansteuerungsverfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, bei einem Einschalten der Gasentladungslichtquelle die bestimmte Lichtquellentemperatur ausgehend von der Umgebungstemperatur an eine Lichtquellentemperatur in einem Betriebszustand anzupassen. Hierbei ist besonders vorteilhaft, den Temperaturverlauf bei dem Einschaltvorgang mittels eines Tiefpasses zu realisieren, der sich elektronisch einfach nachbilden lässt. Der Temperaturverlauf über der Zeit bei einem Einschalten einer Gasentladungslichtquelle gleicht dabei einer Sprungfunktion, die einen Tiefpass durchlaufen hat. Die Kenngrößen des Tiefpasses, Kapazität und Widerstand, können dabei an die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit einer Wandung der Lichtquelle angepasst werden, so dass der Tiefpass eine Erwärmung der Lichtquelle typenspezifisch wiedergeben kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, den Lichtquellenstrom entsprechend einer gespeicherten Kennlinie zu steuern, da hierdurch für jede Temperatur eine optimale Zuordnung zwischen der Lichtquellentemperatur und dem durch die Gasentladungslichtquelle getriebenen Strom getroffen werden kann. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, neben der Erhöhung des Stromes bei niedrigen Temperaturen auch eine Absenkung des Stromes bei hohen Lichtquellentemperaturen vorzunehmen. Hierdurch können eine Temperaturabhängigkeit der Helligkeit sowohl für hohe Temperaturen als auch für niedrige Temperaturen ausgeglichen werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, den Temperatursensor entfernt von der Lichtquelle anzuordnen, insbesondere an einer Leiterplatte, da hierdurch eine leichte elektrische Kontaktierung des Temperatursensors möglich ist.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Lichtquelle zu dimmen und die Dimmung bei der Temperaturermittlung zu berücksichtigen, da bei einer stark gedimmten Lichtquelle eine Erwärmung langsamer erfolgt als bei einer Lichtquelle, die mit einer vollen Nennhelligkeit der Lichtquelle betrieben wird.

Weiterhin ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren in einer Anzeigevorrichtung in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, da Kraftfahrzeuge starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, z. B. zwischen starker Sonneneinstrahlung und Frost, und deshalb eine dort verwendete Gasentladungslichtquelle in einem weiten Temperaturbereich einsatzbereit sein muss.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Anzeigeinstrument in einem Kraftfahrzeug, Fig. 2 einen ersten erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, Fig. 3 einen zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Bestimmung der Lichtquellentemperatur nach einem Einschalten der Gasentladungslichtquelle, Fig. 5 eine erfindungsgemäße Kennlinie für den Lichtquellenstrom.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße Ansteuerungsverfahren ist für eine Vielzahl von Gasentladungslichtquellen verwendbar. Insbesondere bei Kaltkathodenröhren, speziell bei Kaltkathodenfluoreszenzröhren, ist die Helligkeit besonders stark von der Temperatur abhängig. Die Kaltkathodenfluoreszenzröhren können sowohl zur Hinterleuchtung von Flüssigkristallanzeigen als auch zur Beleuchtung beliebiger anderer Anzeigen, wie z. B. Zeigeranzeigen, verwendet werden. Dabei ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere für solche Anwendungen sinnvoll, bei denen mit starken Temperaturschwankungen zu rechnen ist, wie z. B. in einem Fahrzeugen oder in mobilen Geräten, z. B. mobilen Computern. Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren für eine Verwendung in einem Anzeigeinstrument in einem Kraftfahrzeug erläutert.

In der Fig. 1 ist ein Anzeigeinstrument 1, ein sogenanntes Kombinationsinstrument mit einer Vielzahl einzelner Anzeigen, dargestellt. Auf einem Zifferblatt 2 mit einer aufgedruckten Skala 3 ist ein Zeiger 4 angeordnet, der sich über die Skala 3 bewegt, so dass mit dem Zeiger 4 ein Skalenwert auf der Skala 3 anzeigbar ist. Ferner ist eine Flüssigkristallanzeige 5 in dem Anzeigeinstrument 1 angeordnet, in der beliebige Bilder, so z. B. Landkarten, Warnhinweise, Warnsymbole oder graphisch dargestellte Skalen bzw. Balkenanzeigen darstellbar sind. Hinter dem Zifferblatt 2 ist eine Leiterplatte 6 angeordnet, auf der Kaltkathodenröhren 7, 7', vorzugsweise Kaltkathodenfluoreszenzröhren, angeordnet sind. Die Kaltkathodenröhre 7 dient der Hinterleuchtung des Zifferblattes 2 und die Kaltkathodenröhre 7' der Hinterleuchtung der Flüssigkristallanzeige 5. Ferner ist auf der Leiterplatte eine Ansteuerungseinheit 8 zur Ansteuerung der Kaltkathodenröhren 7, 7' angeordnet. Außerdem befindet sich auf der Leiterplatte 6 ein Temperatursensor 9 zur Bestimmung der Temperatur auf der Leiterplatte 6 bzw. innerhalb des Anzeigeinstrumentes 1. Der Temperatursensor 9 ist vorzugsweise als ein Kaltleiter-, als ein Heißleiter- oder als ein Halbleitertemperatursensor ausgeführt. Weitere elektrische Bauteile auf der Leiterplatte 6 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung in der Fig. 1 nicht dargestellt. Das Zifferblatt 2 weist vorzugsweise einem Betrachter des Anzeigeinstrumentes 1 zu, das vorzugsweise in eine Instrumententafel des Kraftfahrzeugs eingebaut ist. Mit dem erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahren kann die Kaltkathodenröhre 7 und/oder die Kaltkathodenröhren 7 angesteuert werden.

In der Fig. 2 ist ein erster erfindungsgemäßer Verfahrensablauf dargestellt. In einem ausgeschalteten Zustand der Anzeigenbeleuchtung durch die Kaltkathodenröhren 7, 7' wird durch den Temperatursensor 9 in einer Temperaturbestimmung 10 die Umgebungstemperatur der Kaltkathodenröhren 7, 7' über eine Temperaturmessung an der Leiterplatte 6 bestimmt. Die Temperaturbestimmung 10, die von der Ansteuerungseinheit 8 mittels Auswertung des Temperatursensors 9 durchgeführt wird, wird auf den Eingang eines Tiefpasses 11 gegeben, indem ein Schalter 12 einen Kontakt zu der Temperaturbestimmung 10 herstellt. Mit einem Einschalten der Kaltkathodenröhren 7, 7' wird der Schalter 12 gemäß einem Pfeil 13 in einen zweiten Zustand geschaltet, in dem eine addierte Temperatur auf den Eingang des Tiefpasses 11 gegeben wird, bei der die Umgebungstemperatur zu einer gespeicherten Temperaturdifferenz 14 addiert wird. Die Temperaturdifferenz 14 ist die Differenz zwischen der Lichtquelleninnentemperatur und der von dem Temperatursensor 9 bestimmten Umgebungstemperatur, die sich im thermischen Gleichgewicht während des Betriebs einstellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Temperaturdifferenz von der Umgebungstemperatur abhängig. Bei einem Umschalten des Schalters 12 steigt damit die Temperatur, die auf den Eingang des Tiefpasses 11 gegeben wird, sprunghaft von der Umgebungstemperatur, die vorzugsweise kontinuierlich gemessen wird, auf eine Additionstemperatur aus der Umgebungstemperatur zuzüglich der Temperaturdifferenz 14 an. Der Tiefpass 11 gibt eine Lichtquellentemperatur aus, bei der der durch das Einschalten bedingte Anstieg von der Umgebungstemperatur auf die Additionstemperatur allmählich erfolgt. Ein Temperaturverlauf ist in der Fig. 4 dargestellt. Gegenüber einer x-Achse 20, die den zeitlichen Verlauf darstellt, ist eine Ausgangstemperatur des Tiefpasses auf einer y-Achse 21 dargestellt. Bis zu einem Einschaltzeitpunkt 22 ist die von dem Tiefpass 11 ausgegebene Temperatur die Umgebungstemperatur 23. Nach dem Einschalten steigt der Eingang des Tiefpasses auf die Additionstemperatur aus Umgebungstemperatur und Temperaturdifferenz 14 sprunghaft an. Der sprunghafte Anstieg ist durch eine gestrichelte Linie 25 dargestellt. Nach dem Einschalten verbleibt der Eingang des Tiefpasses auf dieser Temperatur. Der Temperaturverlauf nach dem Einschalten, der von dem Tiefpass 11 ausgegeben wird, ist durch eine durchgezogene Linie 26 dargestellt und nähert sich als eine Kurve an die Additionstemperatur 24 an. Hierdurch wird das allmähliche Erwärmen der Lichtquelle nach dem Einschalten simuliert, bis die Lichtquelle im thermischen Gleichgewicht zu der Umgebung ihre Betriebstemperatur erreicht hat, die sich auch bei einem Dauerbetrieb bei konstanter Umgebungstemperatur nicht ändert. Der Tiefpass 11 ist vorzugsweise in einer digitalen Schaltung innerhalb der Ansteuerungseinheit 8 digital realisiert. Ebenfalls ist jedoch auch eine Realisierung mit analogen Bauteilen, also einem Widerstand und einem Kondensator, möglich. Eine Anpassung an den Typ der verwendeten Kaltkathodenröhre 7, 7' erfolgt dabei mittels einer Variation der Parameter des Tiefpasses 11, also dem Wert des Widerstands und/oder der Kapazität.

Der Ausgang des Tiefpasses wird an eine Kennlinienauswertung 15 gegeben. In der Kennlinienauswertung 15 ist einem Temperaturwert ein durch die Gasentladungslichtquelle zu treibender Strom zugeordnet. In der Fig. 5 ist ein Beispiel für eine Kennlinie dargestellt. Auf einer x-Achse 30 ist eine Lichtquellentemperatur aufgetragen. Demgegenüber ist auf einer y-Achse 31 ein Lichtquellenstrom aufgetragen. In dieses Feld ist eine Kennlinie 32 eingetragen, die den Lichtquellenstrom in Abhängigkeit von der Lichtquellentemperatur darstellt. In einem ersten, mittleren Temperaturbereich 33, der vorzugsweise zwischen etwa 15°C und 65°C liegt, wird die Kaltkathodenröhre 7, 7' mit einem Normalstrom 34 betrieben, der von einem Hersteller der Kaltkathodenröhre 7, 7' für eine gewünschte Helligkeit der Lichtquelle unter Normalbedingungen, z. B. 20°C, vorgegeben wird. In einem zweiten Temperaturbereich 35, der unterhalb des ersten Temperaturbereiches 33 und damit z. B. unterhalb eines Temperaturwertes von 15°C liegt, wird der Strom, der durch die Kaltkathodenröhre 7, 7' getrieben wird, erhöht, vorzugsweise linear ausgehend von dem Normalstrom 34. In einem dritten Temperaturbereich 36, der oberhalb des ersten Temperaturbereiches 33 und damit z. B. oberhalb eines Temperaturwertes von 65°C liegt, wird der Lichtquellenstrom vorzugsweise linear mit der Temperatur abgesenkt, um die Lichtquellentemperatur verringern zu können. Der in der Kennlinienauswertung 15 bestimmte Lichtquellenstrom wird jeweils an die Kaltkathodenröhren 7, 7' ausgegeben, vorzugsweise über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Hochspannungsversorgung.

In der Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Ansteuerungsverfahren dargestellt. Hier und im folgenden bezeichnen die gleichen Bezugszeichen auch die gleichen Schritte. Zusätzlich zu dem in der Fig. 2 beschriebenen Ansteuerungsverfahren ist hier eine Dimmung der Kaltkathodenröhren 7, 7' möglich. In der Ansteuerungseinheit 8 ist vorzugsweise in einem Mikrocontroller eine vorzugsweise in Software realisierte. Dimmungsbestimmung 16 angeordnet, die Signale eines Umgebungslichtsensors 17 und/oder einer Dimmungstaste 18 aufnimmt. Abhängig von dem Umgebungslicht, bzw. von einer Betätigung der Dimmungstaste 18, durch die es einem Benutzer möglich ist, die Helligkeit der Flüssigkristallanzeige 5 bzw. der Hinterleuchtung des Zifferblatts 2 zu verändern, bestimmt die Dimmungsbestimmung 16 eine Unterbrechung des Lichtquellenstromes, eine sogenannte Pulsweitenmodulation. Diese Unterbrechung erfolgt periodisch, wobei die Periodenlänge wesentlich größer als eine Periodenlänge der Wechselstromfrequenz ist, mit der die Kaltkathodenröhren 7, 7' vorzugsweise betrieben werden. Die Stromzufuhr wird von der Dimmungsbestimmung 16 nach der Kennlinienauswertung 15 durch einen Schalter 19 unterbrochen. Da eine stark gedimmte Lichtquelle sich langsamer erwärmt, bzw. nur eine niedrigere Temperatur gegenüber der Umgebung erreicht als eine mit maximaler Leistung angesteuerte Lichtquelle, wird in einer Multiplikation 40 die Temperaturdifferenz 14 zwischen der Temperatur der Leiterplatte 6 und der Lichtquellentemperatur mit dem Dimmverhältnis, das durch die Dimmungsbestimmung 16 bestimmt wird, multipliziert. Hierdurch wird eine langsamere Erwärmung der Kaltkathodenröhren bei einer Dimmung nachgebildet. Wird die Kaltkathodenröhre 7, 7' z. B. gegenüber ihrer vollen Helligkeit um 75% gedimmt, so wird die Temperaturdifferenz, die für die volle Betriebsleistung gespeichert ist, auf 25% dieses Wertes reduziert. Die Multiplikation 40 kann dabei an den verwendeten Typ der Kaltkathodenröhre 7, 7' angepasst werde, so dass in dem genannten Fall auch eine Absenkung auf 50% der gespeicherten Temperaturdifferenz möglich ist.

Claims (10)

1. Ansteuerungsverfahren für eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Gasentladungslichtquelle, wobei eine Umgebungstemperatur der, Lichtquelle gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Umgebungstemperatur eine Lichtquellentemperatur bestimmt wird und dass ein Strom durch die Lichtquelle in Abhängigkeit von der Lichtquellentemperatur bestimmt wird.

2. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Lichtquellentemperatur erfolgt, indem nach dem Einschalten der Lichtquelle eine vorzugsweise allmähliche Erhöhung der Lichtquellentemperatur ausgehend von der Umgebungstemperatur bis zu einer Betriebstemperatur der Lichtquelle bestimmt wird.

3. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Einschalten eine Summe einer Umgebungstemperatur und einer Temperaturdifferenz der Lichtquelle zu der Umgebungstemperatur bei Dauerbetrieb auf einen Tiefpass gegeben wird.

4. Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtquellenstrom in Abhängigkeit von einer gespeicherten Temperatur-Strom-Kennlinie bestimmt wird.

5. Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellenstrom bei Temperaturen unterhalb eines ersten Temperaturwertes erhöht wird.

6. Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellenstrom bei Temperaturen oberhalb eines zweiten Temperaturwertes gesenkt wird.

7. Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur der Gasentladungslichtquelle mit einem Sensor gemessen wird, der entfernt von der Lichtquelle, vorzugsweise an einer Leiterplatte, angeordnet wird.

8. Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenhelligkeit verändert wird, vorzugsweise durch eine Pulsweitenmodulation.

9. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellentemperatur in Abhängigkeit von der Helligkeitsveränderung bestimmt wird.

10. Anzeigevorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einer Gasentladungslichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungslichtquelle (7, 7') nach einem Ansteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betreibbar ist.