-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung
eines Helligkeitssollwerts einer Leuchte sowie eine entsprechende
Leuchte.
-
Es
sind Leuchten bekannt, die ihre Helligkeit automatisch an eine Umgebungshelligkeit
anpassen. Beispielsweise wird mit Einbruch der Dämmerung die Helligkeit einer
solchen Leuchte erhöht,
so dass sich einem Benutzer eine vorzugsweise konstante Helligkeit
auf der Arbeitsoberfläche
unabhängig
von einer sonstigen Umgebungshelligkeit – bietet.
-
Der
beständige
Helligkeitseindruck wird erreicht, indem ein Helligkeitssollwert
möglichst
konstant gehalten wird.
-
Bei üblichen
Leuchten oder Leuchtsystemen zur tageslichtabhängigen Regelung eines Kunstlichtanteils
muss der Benutzer den Helligkeitssollwert manuell einstellen bzw.
vorgeben. Dies geschieht entweder mittels eines Potentiometers,
eines Bedientasters oder anhand einer Fernbedienung.
-
Ist
die Leuchte selbst dimmbar ausgeführt, so kann zur Einstellung
des Helligkeitssollwerts der Kunstlichtanteil manuell verändert werden
bis die sich ergebende Gesamthelligkeit aus Kunst- und Tageslicht
der gewünschten
Helligkeit entspricht. Dieser Wert wird anschließend manuell als Helligkeitssollwert
gespeichert.
-
Ist
die Leuchte hingegeben nicht dimmbar, so werden eine Einschalt-
bzw. eine Ausschaltschwelle über
entsprechende Bedienelemente manuell eingestellt.
-
Hierbei
ist es von Nachteil, dass sowohl die dimmbare als auch die nicht
dimmbare Leuchte jeweils aufwändig
auf den gewünschten
Helligkeitssollwert eingestellt werden müssen. Dies verursacht einen
erheblichen Einstellungsaufwand für den Fall, dass eine Vielzahl
einstellbarer Leuchten z. B. in Form einzelner Deckenleuchten montiert
sind. Auch kann sich der Helligkeitssollwert beispielsweise aufgrund
unterschiedlicher Büroausstattungen
(z. B. dunkle statt helle Teppichböden) ändern, so dass eine erneute
Anpassung des Helligkeitssollwerts nötig wird. Falls die Anpassung
nicht erfolgt, kann eine falsche Ausleuchtung zu einem ungeeigneten
Arbeitsumfeld führen.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile
zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Möglichkeit zu schaffen, einen
Helligkeitssollwert einer Leuchte einzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der
unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Verfahren zur Einstellung eines Helligkeitssollwerts
einer Leuchte vorgeschlagen,
- – bei dem
vor dem Ausschalten der Leuchte ein erster Helligkeitswert gemessen
wird;
- – bei
dem nach dem Ausschalten der Leuchte ein zweiter Helligkeitswert
gemessen wird;
- – bei
dem der Helligkeitssollwert anhand des ersten Helligkeitswerts und
anhand des zweiten Helligkeitswert eingestellt wird.
-
Dieser
Ansatz ermöglicht
ein effizientes Kalibrieren der Leuchte auf den Helligkeitssollwert.
Die Leuchte ermittelt somit den eigenen Beitrag zum Umgebungslicht
und kann somit den Helligkeitssollwert bzw. Ein- und Ausschaltschwellen ermitteln,
ohne dass es eines manuellen Eingriffs eines Benutzers bedarf.
-
Der
Helligkeitssollwert entspricht allgemein einem Vorgabewert betreffend
eine Gesamthelligkeit aus von der Leuchte emittierten Licht und
Umgebungslicht.
-
Insbesondere
kann die Einhaltung des Sollwertes mittels der Ein- und Ausschaltschwellen
unter Ausnutzung des Umgebungslichts, z. B. des Tageslichts, erreicht
werden.
-
Die
hier erwähnte
Leuchte kann auch ein Leuchtsystem mit einer Vielzahl von Leuchtmitteln umfassen.
Insbesondere kann ein Steuersystem zur Einstellung mehrerer Leuchtmittel
vorgesehen sein.
-
Eine
Weiterbildung ist es, dass eine Vielzahl von ersten Helligkeitswerten
und eine Vielzahl von zweiten Helligkeitswerten gemessen werden
und eine Einstellung des Helligkeitssollwerts in Abhängigkeit
von der Vielzahl erster und zweiter Helligkeitswerte durchgeführt wird.
-
Somit
kann beispielsweise eine Steuerung, z. B. in Form einer Prozessoreinheit,
vorgesehen sein, die eine Vielzahl von Messwerten speichert, und
abhängig
von mehreren der Messwerte (diese können z. B. über die Zeit zunehmend an Bedeutung verlieren,
d. h. alte Messwerte können
entsprechend schwächer
gewichtet werden) den Helligkeitssollwert bestimmt.
-
Eine
andere Weiterbildung ist es, dass die ersten Helligkeitswerte und/oder
die zweiten Helligkeitswerte zumindest teilweise iterativ oder zu
bestimmten Zeitpunkten gemessen werden.
-
Somit
ist es z. B. möglich,
dass bei jedem Abschalten der Leuchte erneut erste und zweite Helligkeitswerte
ermittelt werden.
-
Insbesondere
ist es eine Weiterbildung, dass eine Gewichtung bzw. Mittelung über mehrere
erste Helligkeitswerte und/oder Gewichtung bzw. Mittelung über mehrere
zweite Helligkeitswerte durchgeführt wird.
-
Somit
ist es möglich,
dass einzelne erste und/oder zweite Helligkeitswerte nur einen geringen oder
keinen Einfluss auf die Adaption des Helligkeitssollwerts nehmen,
falls diese nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen.
Somit können
Messungen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einer untypischen
Situation oder einem Messfehler beruhen, aussortiert werden.
-
Auch
ist es eine Weiterbildung, dass eine vorgegebene Anzahl an ersten
Helligkeitswerten und/oder zweiten Helligkeitswerten zwischengespeichert
werden und bei dem der Helligkeitssollwert anhand der mehreren zwischengespeicherten
Werte bestimmt wird.
-
Ferner
ist es eine Weiterbildung, dass eine Einschaltschwelle der Leuchte
anhand einer Differenz zwischen dem ersten Helligkeitswert und dem zweiten
Helligkeitswert bestimmt wird.
-
Im
Rahmen einer zusätzlichen
Weiterbildung wird eine Ausschaltschwelle der Leuchte anhand der Einschaltschwelle
zuzüglich
einer vorgegebenen Toleranz bestimmt.
-
Eine
nächste
Weiterbildung besteht darin, dass zwischen der Ausschaltschwelle
und der Einschaltschwelle der Leuchte eine Hysterese vorgesehen
ist.
-
Eine
Ausgestaltung ist es, dass der erste Helligkeitswert unmittelbar
vor dem Ausschalten der Leuchte gemessen wird.
-
Somit
kann die Leuchte manuell oder automatisch (z. B. über die
Helligkeitsregelung) ausgeschaltet werden. Dabei kann zuerst der
erste Helligkeitswert gemessen werden, dann die Leuchte ausgeschaltet
und daraufhin wird der zweite Helligkeitswert gemessen. In diesem
Fall liefert der Vorgang ”Ausschalten
der Leuchte” den
Trigger für
die Messungen sowie für
das Abschalten der Leuchte.
-
Eine
alternative Ausführungsform
besteht darin, dass der erste Helligkeitswert und/oder der zweite
Helligkeitswert anhand mindestens eines Sensors gemessen wird/werden.
-
Eine
nächste
Ausgestaltung ist es, dass der mindestens eine Sensor einen Helligkeitssensor,
insbesondere eine Photodiode, einen Photowiderstand oder einen Phototransistor
umfasst.
-
Auch
ist es eine Ausgestaltung, dass die Leuchte eine dimmbare Leuchte
ist.
-
Auch
wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst anhand einer Steuerung zur
Durchführung
des Verfahrens wie hierin beschrieben.
-
Weiterhin
wird die oben genannte Aufgabe gelöst mittels einer Leuchte umfassend
- – mindestens
einen Sensor,
- – eine
Steuerung zur Einstellung eines Helligkeitssollwerts der Leuchte
basierend auf einem ersten Helligkeitswert, der von dem mindestens
einen Sensor messbar ist und basierend auf einem zweiten Helligkeitswert,
der von dem mindestens einen Sensor messbar ist, wobei
- – vor
dem Ausschalten der Leuchte der erste Helligkeitswert messbar ist;
- – vor
dem Ausschalten der Leuchte der zweite Helligkeitswert messbar ist;
- – der
Helligkeitssollwert anhand des ersten Helligkeitswerts und anhand
des zweiten Helligkeitswert einstellbar ist.
-
Eine
Weiterbildung besteht darin, dass die Leuchte mindestens ein Leuchtmittel
aufweist, wobei das Leuchtmittel vorzugsweise eine Optik umfassen kann.
Das Leuchtmittel kann ein Halbleiterleuchtelement, insbesondere
eine Leuchtdiode, sein.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend schematisch anhand der Zeichnungen dargestellt
und erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 schematisch
eine Kurve, die eine lineare Abhängigkeit
eines Messwerts des Sensors von einer Helligkeit veranschaulicht;
-
2 eine
Hysteresekurve A-c-B-d zur Veranschaulichung eines Ein-Ausschaltverhaltens
der Leuchte abhängig
von der Helligkeit;
-
3 beispielhaft
eine Leuchte umfassend ein Leuchtmittel, insbesondere zwei Sensoren,
eine Steuerung sowie ein Bedienelement.
-
Der
hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine
automatische Ermittlung eines Helligkeitssollwertes einer Leuchte.
Weiterhin können
automatisch Ein- und Ausschaltschwellen für die Leuchte bestimmt werden.
-
Bei
der hier genannten Leuchte handelt es sich z. B. um ein Beleuchtungssystem
umfassend mindestens ein Leuchtmittel. Jedes Leuchtmittel kann über eine
eigene Optik verfügen.
Als Leuchtmittel sind Halbleiterelemente, z. B. Leuchtdioden, einsetzbar.
-
Beispiel: Nicht-dimmbare Leuchte:
-
Die
Leuchte weist mindestens einen Sensor zur Helligkeitsmessung auf.
Der Sensor kann eine Photodiode und/oder einen Phototransistor und/oder einen
Photowiderstand umfassen. Vorzugsweise besteht bei dem Sensor ein
linearer oder ein im Wesentlich linearer Zusammenhang zwischen dem
erfassten Messwert und einer Helligkeit.
-
1 zeigt
schematisch eine Kurve 101, die eine lineare Abhängigkeit
eines Messwerts des Sensors von einer Helligkeit veranschaulicht.
-
Vor
dem Ausschalten der Leuchte wird ein Helligkeitswert I gemessen
und nach dem Ausschalten der Leuchte wird ein Helligkeitswert II
gemessen.
-
Insbesondere
kann zwischen den beiden Zeitpunkten zur Messung der Helligkeitswerte
I und II ein verhältnismäßig kurzer
Zeitraum gewählt
werden, so dass das Risiko einer Verfälschung des Ergebnisses durch
sich verändernde
Umgebungslichteinflüsse
gering ist.
-
Aus
der Differenz des Helligkeitswerts I und des Helligkeitswerts II
kann eine durch das Kunstlicht der Leuchte verursachte Helligkeitsveränderung
d1 ermittelt werden.
-
Diese
Helligkeitsveränderung
d1 entspricht aufgrund des in der Kurve 101 gezeigten linearen
Zusammenhangs zwischen dem Messwert und der Helligkeit derjenigen
Helligkeit, die z. B. ohne Tageslichtanteil (und/oder ohne Anteil
eines Umgebungslichts) durch das Kunstlicht der Leuchte erreicht
wird.
-
Diese
Helligkeitsveränderung
d1 ist wiederum ein Wert, der bei der Lichtplanung der Leuchte bzw.
eines Beleuchtungssystems umfassend diese Leuchte, bestimmt wurde
derart, dass eine Mindestbeleuchtungsstärke z. B. eines Arbeitsplatzes
sicher erreicht wird. Mit anderen Worten entspricht die Helligkeitsveränderung
d1 einer Helligkeit, die bei Fehlen jeglichen Umgebungslichts für eine ausreichende Beleuchtung
des Arbeitsplatzes sorgt.
-
Ein
Messwert A in 1 kennzeichnet eine Helligkeit,
bei deren Unterschreiten die Leuchte eingeschaltet werden soll (Einschaltschwelle).
-
2 zeigt
eine Hysteresekurve A-c-B-d zur Veranschaulichung eines Ein-Ausschaltverhaltens der
Leuchte abhängig
von der Helligkeit.
-
Die
Beleuchtung durch die Leuchte sowie ein Einfluss des Umgebungslichts
(z. B. des Tageslichts) ergeben eine Gesamthelligkeit gemäß einem
Punkt c in 2. Die Leuchte wird bei zunehmendem
Umgebungslicht bei einem Punkt B abgeschaltet. Der Punkt B liegt
um die Helligkeitsveränderung
d1 und um eine zusätzliche
Helligkeitsdifferenz Δ (z.
B. 10%) über
der Helligkeit des Punktes A.
-
Nach
dem Abschalten der Leuchte ergibt sich aufgrund des verbleibenden
Umgebungslichts eine Helligkeit entsprechend einem Punkt d. Sinkt diese
Helligkeit weiter bis auf einen dem Messwert zu Punkt A entsprechenden
Wert ab, wird die Leuchte wieder eingeschaltet.
-
Mit
der in 2 gezeigten Hysterese wird ein ständiges Ein-
und Ausschalten und somit ein störendes
Schwingen der Helligkeit der Leuchte wirksam verhindert.
-
Beispiel: Dimmbare Leuchte:
-
Bei
einer dimmbaren Leuchte erfolgt die Messung der von der Leuchte
verursachten Helligkeitsveränderung
d1 entsprechend. Somit kann der Punkt A bestimmt werden, ab dem
(bzw. bei dessen Unterschreiten) die Leuchte einzuschalten ist.
-
Der
Punkt B zum Ausschalten der dimmbaren Leuchte kann unabhängig von
der Helligkeitsveränderung
d1 knapp oberhalb der Einschaltschwelle A, z. B. auf A + 10%, gelegt
werden.
-
Da
die dimmbare Leuchte bei Erreichen der Einschaltschwelle A sich
zunächst
mit einem minimalem Lichtstrom einschaltet und auch bei Erreichen der
Ausschaltschwelle auf diesen minimalen Lichtstrom gedimmt ist, wird
die in 2 schematisch gezeigte Hysteresekurve entsprechend
schmaler und flacher.
-
Weitere Ausgestaltungen:
-
Um
eine effiziente Bestimmung des Helligkeitssollwerts zu ermöglichen,
kann vor einer Speicherung der entsprechenden Schwellwerte (Einschaltschwelle
A, Ausschaltschwelle B) geprüft
werden, ob die Helligkeitsveränderung
d1 in einem vorgegebenen (sinnvollen) Bereich liegt und/oder ob
die von dem mindestens einen Sensor bereitgestellten Messwerte in
einem (weitgehend) linearen Bereich des jeweiligen Sensorelements
liegen.
-
Somit
wird wirksam verhindert, dass die Speicherung z. B. bei zuvor noch
nicht eingesetzten Leuchten oder bei einem zu hohem Tageslichtanteil erfolgt.
-
Auch
ist es möglich,
dass die Helligkeitssollwertbestimmung automatisch iterativ erfolgt,
z. B. zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten, z. B. während eines
Tages oder während
unterschiedlicher Tage. Die ermittelten Messwerte können einzeln
gewichtet werden und der Helligkeitssollwert kann anhand der gewichteten
Messwerte nachgeführt
werden. So ist es möglich,
dass die Leuchte selbstständig
den Helligkeitssollwert für
sich verändernde
Bedingungen, z. B. Veränderungen
in der Einrichtung eines Büros,
anpasst. Auch ist es möglich,
dass zu starke Veränderungen
als Messfehler behandelt, verworfen oder entsprechend schwach gewichtet
werden. Dies hat den Vorteil, dass die sich adaptierende Leuchte
hauptsächlich
auf andauernde Änderungen und
weniger auf kurzzeitige Veränderungen
reagiert.
-
Weiterhin
ist es möglich,
dass die Leuchte bzw. das Steuergerät der Leuchte über einen
provisorischen Sollwert als Helligkeitssollwert verfügt und sich
selbst in der montierten Umgebung adaptiert. Eine solche Adaption
kann z. B. anfangs schnell erfolgen, weil noch nicht viele Messwerte
zur Verfügung
stehen und die ersten Messungen dementsprechend eine höhere Gewichtung
haben. Mit längerem Einsatz
kann die Leuchte sich selbst im Rahmen der vorgegebenen Messungen
mit einer größeren Zeitkonstanten,
z. B. im Rahmen einer Mittelung der letzten x Messungen, adaptieren.
-
Durch
die hier vorgeschlagene Lösung
kann auf eine manuelle Inbetriebnahme und Bestimmung der Helligkeitssollwerte
vollständig
verzichtet werden. Ebenso könnte
auf Bauteile wie Potentiometer oder eine Schnittstelle für Eingabegeräte (Taster, Schalter,
etc.) verzichtet werden. Die Leuchte bzw. die Lichtsteueranlage
kann bereits nach dem ersten Ausschaltvorgang kalibriert sein.
-
3 zeigt
beispielhaft eine Leuchte 306 umfassend ein Leuchtmittel 301,
zwei Sensoren 302, 303, eine Steuerung 304 sowie
ein Bedienelement 305.
-
3 zeigt
beispielhaft die zwei Sensoren 302, 303. Es kann
auch nur ein Sensor oder es können
eine Vielzahl (auch unterschiedlicher Sensoren) vorgesehen sein.
-
Die
Steuerung 304 kann als ein Mikrokontroller, ein Prozessor
o. ä. mit
einer entsprechenden üblichen
Beschaltung (Speicher, Ein-Ausgabe-Schnittstelle, etc.) ausgeführt sein.
-
Das
Bedienelement 305 ist optional und kann über Schalter,
Taster, Potentiometer sowie Anzeigeelemente verfügen.
-
Das
Leuchtmittel 301 wird über
die Steuerung 304 angetrieben. In dem Leuchtmittel 301 oder in
der Steuerung 304 kann hierzu noch eine Treiberschaltung
(nicht dargestellt) vorgesehen sein.
-
Die
Sensoren 302, 303 liefern Messwerte, die vorzugsweise
zu einer aufgenommenen Helligkeit proportional sind. Das Bedienelement 305 ist
mit der Steuerung 304 verbunden.
-
- 101
- Kurve
eines Sensors (Helligkeit in Abhängigkeit
vom Messwert, z. B. Strom)
- A
- Einschaltschwelle
- B
- Ausschaltschwelle
- c
- Helligkeit
unmittelbar nach dem Einschalten
- d
- Helligkeit
unmittelbar nach dem Ausschalten
- I
- Messwert
vor Ausschalten der Leuchte (zur Bestimmung des Helligkeitssollwerts)
- II
- Messwert
nach Ausschalten der Leuchte (zur Bestimmung des Helligkeitssollwerts)
- d1
- Helligkeitsveränderung
(von der Leuchte verursacht)
- 301
- Leuchtmittel
- 302
- Sensor
- 303
- Sensor
- 304
- Steuerung
- 305
- Bedienelement
- 306
- Leuchte