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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung für Film-, Video- und Fotoaufnahmen mit einer Pulsweitenmodulation des Leuchtdiodenstroms sowie eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung für Film-, Video- und Fotoaufnahmen, mit einem elektronischen Schalter zur Pulsweitenmodulation des durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstroms.
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Es sind Beleuchtungsscheinwerfer mit Licht emittierenden Dioden (LEDs) bzw. Leuchtdioden als Lichtquellen in Scheinwerfer in Film-, Video- und Fotoaufnahmen bekannt, deren wesentliche Vorteile in der hohen Lebensdauer, einer gegenüber anderen Lichtquellen wie beispielsweise Glühlampen oder HMI-Lampen wesentlich geringeren Wärmeentwicklung, einem geringeren Gewicht und einer kompakten Bauform bei großer abgegebener Lichtstärke bestehen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Leuchtdioden als Lichtquellen in Beleuchtungsscheinwerfern besteht darin, dass durch die Verwendung von Leuchtdioden unterschiedlicher Farben die Farbwiedergabe und/oder die Farbtemperatur eingestellt werden kann. Dieser Vorteil ist insbesondere bei Film- und Fotoaufnahmen mit lichtempfindlichen Filmmaterial von Bedeutung, da typische Filmmaterialen für Filmaufnahmen wie „Cinema Color Negativ Film“ für Tageslicht mit einer Farbtemperatur von 5600 K oder für Glühlampenlicht mit einer Farbtemperatur von 3200 K optimiert sind und mit diesen Lichtquellen zur Beleuchtung eines Sets hervorragende Farbwiedergabeeigenschaften erreichen.
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Aus der
DE 102 33 050 A1 ist eine Lichtquelle auf LED-Basis für die Erzeugung von weißem Licht bekannt, die von dem Prinzip der Dreifarbenmischung Gebrauch macht. Zur Erzeugung des weißen Lichts wird eine Mischung der drei Grundfarben Rot-Grün-Blau (RGB) durchgeführt, wobei in einem Gehäuse zumindest eine blaues Licht emittierende LED, die als Transmissions-LED bezeichnet wird und direkt verwendetes Licht primär im Wellenlängenbereich von 470 bis 490 nm emittiert, sowie eine andere, mit Konversion arbeitende und dementsprechend als Konversions-LED bezeichnete LED kombiniert werden, die Licht primär im Wellenlängenbereich von höchstens 465 nm emittiert.
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Ein Nachteil bei der Einstellbarkeit der Farbwiedergabe und/oder Farbtemperatur durch die Verwendung von verschiedenfarbigen Leuchtdioden in Beleuchtungsscheinwerfern für Film-, Video- und Fotoaufnahmen besteht aber darin, dass die Emissionswellenlängen der Leuchtdioden und damit die Farbwiedergabe und Farbtemperatur stark von der Temperatur abhängen, die im wesentlichen von der Umgebungstemperatur und dem durch die Leuchtdioden fließenden Strom abhängt. Eine Möglichkeit, die Farbwiedergabe und Farbtemperatur konstant zu halten, besteht darin, eine Farbkorrektur stromabhängig zu regeln. Eine solche Regelung ist jedoch nur mit hohem Aufwand zu realisieren, da sie mit einer zusätzlichen, temperaturabhängigen Kompensation verbunden werden müsste.
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Um die Emissionswellenlänge von Leuchtdioden unabhängig von dem durch die Leuchtdioden fließenden Strom zu machen, wird die Helligkeit des von den Leuchtdioden abgegebenen Lichts über eine Pulsweitenmodulation gesteuert und der durch die Leuchtdioden fließende Strom konstant gehalten.
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Aus der
DE 102 27 487 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden bekannt, zu deren Ansteuerung ein Mikroprozessor als Pulsweitenmodulator vorgesehen ist, der einen gepulsten Betrieb der in Reihe geschalteten Leuchtdioden ermöglicht, so dass die Leuchtdioden innerhalb einer sehr kurzen Zeit mit einem Vielfachen des sonst erlaubten Stromes betrieben werden können und dadurch sowohl die Leuchtstärke als auch die Lebensdauer der Leuchtdioden erhöht werden. Der Ausgang des Mikroprozessors ist mit einem Leistungstreiber verbunden, der die Ausgangssignale des Mikroprozessor verstärkt und die benötigte elektrische Leistung an die in Reihe geschalteten Leuchtdioden abgibt. Eingangsseitig ist der Mikroprozessor mit einem Analog/Digital-Wandler verbunden, der über eine Anschlussleitung an einen Elektrodenanschluss der Leuchtdioden angeschlossen ist und eine über den Leuchtdioden abfallende, zur Umgebungshelligkeit proportionale Spannung erfasst, die in ein digitales Signal umgewandelt und vom Mikroprozessor ausgewertet wird. Die Frequenz des vom Mikroprozessor abgegebenen, pulsweitenmodulierten Stromes liegt dabei im Bereich von 25 Hz, damit das Pulsen der Leuchtdioden für das menschliche Auge als solches nicht mehr wahrnehmbar ist und als kontinuierliche Helligkeit erkannt wird.
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Eine Pulsweitenmodulation mit einer derart geringen Frequenz, die in anderen Anwendungsfällen auch bis zu 100 Hz oder einigen kHz gesteigert wird, ist jedoch insbesondere für Film- und Videoaufnahmen unzureichend, da Laufbild- oder Videokameras auch mit relativ kurzen Belichtungszeiten für jedes zu belichtende Bild von beispielsweise 1/48 Sekunde bei einer Filmtransportgeschwindigkeit von 24 Bildern pro Sekunde, die sich bei höheren Filmtransportgeschwindigkeiten und geringen Sektorwinkeln einer rotierenden, sektorvariablen Spiegelblende einer Laufbildkamera bis auf wenige 1/10000 Sekunden reduzieren. Dadurch kommt es bei einer niederfrequenten Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung zu starken Belichtungsschwankungen bei der Belichtung der einzelnen Film- oder Videobilder, die für qualitativ gute Film- und Videoaufnahmen, aber auch für Fotoaufnahmen mit sehr kurzen Belichtungszeiten, nicht akzeptabel sind.
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Aus der
EP 1648 205 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pulsweitenmodulation des Leuchtdiodenstroms bekannt, wobei der pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom erfasst, ein Stromsensorsignal abgeleitet und einem Mikroprozessor zugeführt wird, der ein Ansteuersignal zur Pulsweitenmodulation und zur Einstellung der an die Leuchtdioden angelegten Leuchtdiodenspannung in Abhängigkeit vom erfassten Stromsensorsignal abgibt. Ein ähnliches Verfahren zeigt die
US 6 963 175 B2 .
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Pulsweitenmodulation mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich freiwählbarer Frequenz und zuverlässiger Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung kostengünstiger Standardbausteine ermöglicht und einen hohen Wirkungsgrad bei der Ansteuerung der Leuchtdioden gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine aus Leuchtdioden zusammengesetzte Beleuchtungsvorrichtung pulsweitenmoduliert mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich frei wählbarer Frequenz und zuverlässiger Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung von kostengünstigen Standardbausteinen zu betreiben und gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad bei der Ansteuerung der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Helligkeit, das heißt die von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Lichtstärke, mittels Pulsweitenmodulation gesteuert und gleichzeitig die Farbwiedergabe und Farbtemperatur bei konstant gehaltenem Leuchtdiodenstrom fest eingestellt und Belichtungsschwankungen auch bei hohen Aufnahmefrequenzen einer Laufbild- oder Videokamera bzw. sehr kurzen Belichtungszeiten bei einer Stehbildkamera ausgeschlossen werden.
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Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, durch die Anwendung einer Pulsweitenmodulation bei der Ansteuerung der Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung die in den Leuchtdioden erzeugte Verlustwärme gering und damit den Wirkungsgrad hoch zu halten und gleichzeitig die Frequenz der Pulsweitenmodulation unabhängig von dem durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstrom bzw. den Leuchtdiodenstrom für eine gewünschte Farbwiedergabe und Farbtemperatur unabhängig von einer in weiten Grenzen frei wählbaren Frequenz der Pulsweitenmodulation einstellen zu können.
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Weiter ist vorgesehen, dass der im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließende pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom ermittelt und eine steuerbare Spannungsquelle zur Einstellung der Leuchtdiodenspannung so angesteuert wird, dass ein vorgegebener Leuchtdiodenstrom durch die Leuchtdioden fließt, wobei der pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom mit einem Stromsensor erfasst, verstärkt, integriert und digitalisiert an den Mikroprozessor abgegeben wird, der den im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließende pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom aus der Beziehung
berechnet, wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und integrierten Strommesswertes, GN die Verstärkung des erfassten Strommesswertes und PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% ist.
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Durch die Einstellung der an die Leuchtdioden angelegten Leuchtdiodenspannung in Abhängigkeit von dem im Einschaltzeitpunkt erfassten, durch die Leuchtdioden fließenden, pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstrom kann die Frequenz des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstroms beliebig und in weiten Grenzen eingestellt werden, ohne dass dies Rückwirkungen auf den durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstroms und damit auf die Farbwiedergabe und Farbtemperatur der Beleuchtungsvorrichtung hat. Die digitalisierte Regelung unter Einbeziehung eines Mikroprozessor ermöglicht dabei Schaltfrequenzen bei der Pulsweitenmodulation der Leuchtdioden bis in den Megahertzbereich, so dass Belichtungsschwankungen auch bei extrem kurzen Belichtungszeiten für einzelne Film- oder Videobilder, das heißt auch bei sehr großen Film- oder Videotransportgeschwindigkeiten, auszuschließen sind.
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Vorzugsweise wird der erfasste pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom fortlaufend digitalisiert und numerisch integriert an den Mikroprozessor abgegeben.
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Ein fortlaufendes Digitalisieren des durch die Leuchtdioden fließende Stromes wie es beispielsweise bei einem Digital-Speicheroszilloskop erfolgt, und eine numerische Integration bedingen zwar einen größeren Aufwand, ermöglichen aber eine extrem genaue Regelung des durch die Leuchtdioden fließenden pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstroms und damit eine konstante Farbwiedergabe und Farbtemperatur auch bei höchsten Frequenzen der Pulsweitenmodulation.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Leuchtdiodenstrom mittels eines in Reihe zu den Leuchtdioden geschalteten und vom Mikroprozessor angesteuerten elektronischen Schalters pulsweitenmoduliert und der pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom mit einem in Reihe zum elektronischen Schalter angeordneten Strommesswiderstand erfasst, verstärkt, integriert und digitalisiert an einen Eingang des Mikroprozessors abgegeben wird, der den im Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließende pulsweitenmodulierte Leuchtdiodenstrom aus der Beziehung
berechnet, wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und integrierten Strommesswertes, GN die Verstärkung des erfassten Strommesswertes, PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% und GC eine Konstante des elektronischen Schalters ist, die einen über den Strommesswiderstand fließenden Steuer- oder Ladestrom des elektronischen Schalters berücksichtigt.
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In dieser Ausführungsform ermöglicht ein beispielsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildeter elektronischer Schalter höchste Schaltfrequenzen und in Verbindung mit einem Strommesswiderstand als Stromsensor eine Messung des Leuchtdiodenstromes mit einfachen Mitteln unter Verwendung von Standardbausteinen, wobei die Berechnung des zum Einschaltzeitpunkt durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstromes bezüglich des über die Gate-Source-Strecke des MOSFETs durch den Strommesswiderstand nach Masse abfließende Ladestrom des MOSFETs kompensiert wird.
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Eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Beleuchtungsvorrichtung für Film-, Video- und Fotoaufnahmen, mit einem elektronischen Schalter zur Pulsweitenmodulation des durch die Leuchtdioden fließenden Leuchtdiodenstroms weist einen Mikroprozessor auf, der eingangsseitig mit einem den pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstrom erfassenden Stromsensor und ausgangsseitig mit dem elektronischen Schalter und einer Einrichtung zur Einstellung der an die Leuchtdioden angelegten Leuchtdiodenspannung verbunden ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden mit zumindest teilweise unterschiedlicher Farbwiedergabe und Farbtemperatur enthält.
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Diese Vorrichtung ermöglicht eine Pulsweitenmodulation von Leuchtdioden einer Beleuchtungsvorrichtung mit in weiten Grenzen bis in den Megahertzbereich frei wählbarer Frequenz und zuverlässiger Regelung auch kleinster Pulsbreiten unter Verwendung von kostengünstigen Standardbausteinen zu betreiben und gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad bei der Ansteuerung der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung, so dass die Helligkeit bzw. die von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Lichtstärke mittels Pulsweitenmodulation gesteuert und gleichzeitig die Farbwiedergabe und Farbtemperatur bei konstant gehaltenem Leuchtdiodenstrom fest eingestellt werden kann und Belichtungsschwankungen auch bei hohen Aufnahmefrequenzen einer Laufbild- oder Videokamera bzw. sehr kurzen Belichtungszeiten bei einer Stehbildkamera ausgeschlossen werden.
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Dabei ist eine Serienschaltung der Leuchtdioden mit zumindest teilweise unterschiedlicher Farbwiedergabe und Farbtemperatur einfacher aufgebaut und effizienter als eine Parallelschaltung mehrer Leuchtdioden mit entsprechenden Symmetriewiderständen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stromsensor über einen Verstärker, einen Integrator und einen Digital/Analog-Wandler mit einem Eingang des Mikroprozessors verbunden und ein erster Ausgang des Mikroprozessors über einen Digital/AnalogWandler mit einem Steueranschluss einer steuerbaren Spannungsquelle verbunden, die eine Ausgangsspannung an die Leuchtdioden anlegt, die von einem vom Mikroprozessor an den Steueranschluss der steuerbaren Spannungsquelle abgegebenen Steuersignal abhängt, wobei die steuerbare Spannungsquelle vorzugsweise aus einem an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Gleichspannungswandler besteht, der elektronische Schalter und der Stromsensor in Reihe zu den Leuchtdioden angeordnet sind und die steuerbare Spannungsquelle eine Ausgangsspannung an die Leuchtdioden anlegt, die von den vom Mikroprozessor an den Steueranschluss der steuerbaren Spannungsquelle abgegebenen Steuersignalen abhängt.
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Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht bei hohem Wirkungsgrad der Ansteuerung und Frequenzen der Pulsweitenmodulation in nahezu beliebiger Höhe bis in den Megahertzbereich den Einsatz kostengünstiger Standardbausteine, wobei nur der Verstärker nach der Strommessung eine sehr geringe Eingangs-Offsetspannung aufweisen muss, was aber ebenfalls mit kostengünstigen Standardbausteinen zu realisieren ist.
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Vorzugsweise wird als Stromsensor ein standardisierter Strommesswiderstand eingesetzt. Alternativ kann der durch die Leuchtdioden fließende Leuchtdiodenstrom mit einer Sample-Hold-Schaltung erfasst werden, deren Einsatz aber bei kleinen Pulsbreiten des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstromes wegen der stets vorhandenen Induktivitäten der Schaltung und des daraus resultierenden, nicht exakt rechteckigen Leuchtdiodenstromes problematisch ist.
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In weiterer Alternative kann zur Strommessung ein Stromwandler, beispielsweise ein auf einem Hallelement basierender Stromwandler, eingesetzt werden.
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Der elektronische Schalter kann entweder zwischen den Leuchtdioden und dem Stromsensor angeordnet und vorzugsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildet werden oder zwischen dem Gleichspannungswandler und den Leuchtdioden angeordnet und als P-Kanal-MOSFET mit höherem On-Widerstand ausgebildet werden, dessen Ansteuerung jedoch aufwendiger ist als die Ansteuerung eines am Fußpunkt der vorzugsweise in Reihe geschalteten Leuchtdioden angeordneten elektronischen Schalters in Form eines N-Kanal-MOSFETs.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung näher erläutert werden.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung einer aus einer Reihenschaltung von Leuchtdioden bestehenden Beleuchtungsvorrichtung 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11, bei denen es sich zur Einstellung einer gewünschten Farbwiedergabe und Farbtemperatur um LEDs unterschiedlicher Farbe handeln kann. Die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 werden aus einer steuerbaren Spannungsquelle gespeist, die aus einem steuerbaren Gleichspannungswandler 2, der an eine Gleichspannungsquelle 1, beispielsweise an eine Batterie oder einen Akkumulator, angeschlossen ist. Als Alternative zur Gleichspannungsquelle 1 und zum Gleichspannungswandler 2 kann als steuerbare Spannungsquelle eine Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem, steuerbarem Gleichrichter vorgesehen werden.
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In Reihe zu den Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 ist ein elektronischer Schalter 5, der in dem Ausführungsbeispiel vorzugsweise als N-Kanal-MOSFET ausgebildet ist und einen Drain-, Source- und Gate-Anschluss aufweist, und ein mit Massepotential verbundener Shuntwiderstand angeordnet. Der zur Messung des durch die Leuchtdioden 11 fließenden Leuchtdiodenstromes vorgesehene Shuntwiderstand 6 gibt ein Sensorsignal an einen nachgeschalteten Verstärker 7 ab, dessen Ausgang mit einem Integrator 8 verbunden ist. Der Ausgang des Integrators 8 ist mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 9 verbunden, der digitalisierte Stromsensorsignale an einen Eingang eines Mikroprozessor 3 abgibt.
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Der Mikroprozessor 3 ist über einen ersten Ausgang über einen Digital/Analog-Wandler 4 mit einem Steuereingang des steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 und über einen zweiten Ausgang mit einem Steueranschluss des elektronischen Schalters 5, beispielsweise mit dem Gate-Anschluss eines N-Kanal-MOSFETs verbunden.
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Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 10 erfolgt die Stromversorgung der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 aus der Gleichspannungsquelle 1 über den steuerbaren Gleichspannungswandler 2, mit dem die an die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 angelegte Spannung einstellbar ist. Der durch die Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom wird mittels des elektronischen Schalters 5 pulsweitenmoduliert, wobei die Pulsbreite von 0 bis 100% verändert und die Frequenz der Pulsweitenmodulation in weitesten Grenzen frei gewählt werden kann. Durch die Pulsweitenmodulation der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 kann die Leuchtstärke der Leuchtdioden 11 beliebig variiert und bei minimaler Verlustwärme eine maximale Leuchtstärke und maximale Lebensdauer der Leuchtdioden erzielt werden, wobei ein Vielfaches des sonst erlaubten Leuchtdiodenstromes infolge des Pulsbetriebes zulässig ist. Die bis in den Megahertzbereich mögliche Frequenz der Pulsweitenmodulation kann insbesondere so eingestellt bzw. geregelt werden, dass keine Schwankungen der Lichtintensität auf einem Laufbild- oder Videofilm auch bei sehr kurzen Belichtungszeiten auftreten.
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Der durch die Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom wird an dem Shuntwiderstand 6 erfasst und über den Verstärker 7 dem Integrator 8 zugeführt, dessen analoger Strommesswert über den Analog/Digital-Wandler 9 in einen digitalen Wert umgewandelt und dem Eingang des Mikroprozessor 3 zugeführt wird.
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Der Mikroprozessor
3 errechnet aus dem ihm zugeführten digitalen, verstärkten und integrierten Strommesswert ADval, der Verstärkung GN des erfassten Strommesswertes und der Aussteuerung PWM der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% nach der Beziehung
den Einschaltzeitpunkt des durch die Leuchtdioden
11 in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz des elektronischen Schalters
5 durch die Leuchtdioden
11 fließenden Leuchtdiodenstromes und stellt über einen in den Mikroprozessor
3 implementierten digitalen Regler und den Digital/Analog-Wandler
4 den steuerbaren Gleichspannungswandler
2 in seiner Ausgangsspannung so ein, dass der für eine bestimmte Farbwiedergabe und Farbtemperatur erforderliche Leuchtdiodenstrom durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden
11 der Beleuchtungsvorrichtung
10 fließt.
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Infolge der Einstellbarkeit des durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließenden Leuchtdiodenstromes kann die Schaltfrequenz des vom zweiten Ausgang des Mikroprozessor 3 angesteuerten elektronischen Schalters 5 und damit die Frequenz des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstromes in weiten Grenzen frei gewählt werden, wobei Frequenzen bis in den Megahertzbereich schaltungstechnisch problemlos zu realisieren sind.
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Wird daher zur Veränderung der Leuchtstärke der Beleuchtungsvorrichtung 10 bzw. zur Änderung der Frequenz des pulsweitenmodulierten Leuchtdiodenstromes bei hohen Aufnahmegeschwindigkeiten einer Film- oder Videokamera bzw. kurzen Filmbelichtungszeiten die Schaltfrequenz des elektronischen Schalters 5 verändert, so wird über die Regelung des Leuchtdiodenstromes der für eine bestimmte Farbwiedergabe und/oder Farbtemperatur erforderliche Leuchtdiodenstrom durch eine entsprechende Veränderung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 nachgeführt.
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Die Berechnung des zum Einschaltzeitpunkt durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden
11 fließenden Leuchtdiodenstromes mittels des Mikroprozessor
3 kann zur Kompensation des über den Steueranschluss des elektronischen Schalters
5, beispielsweise über die Gate-Source-Strecke eines N-Kanal-MOSFETs, und durch den Shuntwiderstand
6 nach Massepotential abfließenden Ladestroms durch die Beziehung
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Erweitert werden, wobei ADval der digitalisierte Wert des verstärkten und integrierten Strommesswertes, GN die Verstärkung des erfassten Strommesswertes, PWM die Aussteuerung der Pulsweitenmodulation von 0% bis 100% und GC eine Konstante des elektronischen Schalters ist, die einen über den Strommesswiderstand fließenden Steuer- oder Ladestrom des elektronischen Schalters berücksichtigt.
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Damit kann der tatsächlich durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom sehr exakt ermittelt und durch eine entsprechende Ansteuerung des steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 die Ausgangsspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 2 so eingestellt werden, dass ein für eine bestimmte Farbwiedergabe und Farbtemperatur erforderlicher Leuchtdiodenstrom eingehalten wird.
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Alternativ zu der in der Zeichnung dargestellten Anordnung des elektronischen Schalters 5 am Fußpunkt der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 der Beleuchtungsvorrichtung 10 kann der elektronische Schalter auch auf der Versorgungsseite, das heißt zwischen dem Ausgang des steuerbaren Gleichspannungswandlers 2 und der Anodenseite der Beleuchtungsvorrichtung 10, angeordnet werden, was jedoch eine aufwändigere Ansteuerung des elektronischen Schalters oder die Verwendung eines P-Kanal-MOSFETs mit einem höheren On-Widerstand erforderlich macht.
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Ebenfalls alternativ zu dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild kann der durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11 fließende Leuchtdiodenstrom mittels einer Sample-and-Hold-Schaltung oder mittels eines Stromwandlers erfasst und als Strom-Istwert dem Mikroprozessor 3 zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleichspannungsquelle
- 2
- steuerbarer Gleichspannungswandler
- 3
- Mikroprozessor
- 4
- Digital/Analog-Wandler
- 5
- elektronischer Schalter (N-Kanal-MOSFET, P-Kanal-MOSFET)
- 6
- Strommesswiderstand (Shuntwiderstand)
- 7
- Verstärker
- 8
- Integrator
- 9
- Analog/Digital-Wandler
- 10
- Beleuchtungsvorrichtung
- 11
- Leuchtdioden (LEDs)
