DE102014007178B3

DE102014007178B3 - Verfahren zum Sortieren von Testleuchtdioden in eine Farbklasse

Info

Publication number: DE102014007178B3
Application number: DE102014007178.2A
Authority: DE
Inventors: Saskia Polster; Dr. Schmid Frank
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-05-16

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Sortieren von Leuchtdioden als Testleuchtdioden vorzuschlagen. Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sortieren von Testleuchtdioden 1a, b in eine Farbklasse FK, wobei in einem Schritt 100 aus einer Grundmenge GM der Testleuchtdioden 1a, b eine Grobauswahlmenge GAM in eine Zwischenklasse ZK sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden 1a, b der Zwischenklasse ZK in einem gemeinsamen ersten Bereich eines ersten Farborts angeordnet sind, wobei der erste Farbort in einem ersten Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße BFG1 festgelegt ist, wobei in einem nachfolgenden Schritt 200 aus der Grobauswahlmenge GAM der Testleuchtdioden 1a, b eine Feinauswahlmenge FAM in die Farbklasse FK sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden 1a, b der Farbklasse in einem gemeinsamen zweiten Bereich eines zweiten Farborts angeordnet sind, wobei der zweite Farbort in einem zweiten Farbmodell mit einer zweiten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei die ersten und die zweite Beobachterfeldgrößen unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sortieren von Testleuchtdioden in eine Farbklasse, wobei in einem Schritt aus einer Grundmenge der Testleuchtdioden eine Grobauswahlmenge in eine Zwischenklasse sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden der Zwischenklasse in einem gemeinsamen ersten Bereich eines ersten Farborts angeordnet sind, wobei der erste Farbort in einem ersten Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei in einem nachfolgenden Schritt aus der Grobauswahlmenge der Testleuchtdioden eine Feinauswahlmenge in die Farbklasse sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden der Farbklasse in einem gemeinsamen zweiten Bereich eines zweiten Farborts angeordnet sind, wobei der zweite Farbort in einem zweiten Farbmodell mit einer zweiten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei die ersten und die zweite Beobachterfeldgrößen unterschiedlich ausgebildet sind.
Leuchtdioden weisen fertigungsbedingt Toleranzen hinsichtlich der Lichtfarbe auf. Während es prinzipiell möglich wäre, die Toleranzen in der Fertigung weiter zu vermindern, ist man jedoch dazu übergegangen, die Leuchtdioden hinsichtlich der Lichtfarbe toleranzbehaftet zu produzieren und die Leuchtdioden nachfolgend in Farbklassen zu sortieren. Dieser Vorgang – auch Binning genannt – wird so umgesetzt, dass die Leuchtdioden in unterschiedliche Klassen, sogenannte Bins, mit Bezug auf deren Lichtfarbe einsortiert werden. Anwenderseitig können dann Leuchtdioden aus einem „Bin” geordert werden, sodass auch bei einer Zusammenstellung von einer Vielzahl von Leuchtdioden in einer Beleuchtungseinrichtung es zu keinen Toleranzen oder Variationen in der Lichtfarbe kommt.
Aus der US 2014/0028699 A1 ist ein Farbanzeigesystem bekannt, das reduzierte Beobachter-Metamerie-Fehler für eine Menge von Zielbeobachtern bietet, mit einem Bildbearbeitungssystem mit schmalbandigen Primärfarben. Ein Datenverarbeitungssystem wird verwendet, um ein Verfahren zu implementieren zur Farbkorrektur eines Eingangsfarbbildes mit Eingangsfarbwerten, die angepasst sind zur Anzeige auf einem Referenzanzeigegerät mit einer Mehrzahl von Eingangsprimärfarben. Eine Metamerie-Korrekturtransformation wird auf das Eingangsfarbbild angewendet, um ein Ausgangsfarbbild zu ermitteln, das Ausgangsfarbwerte in einem Ausgangsfarbraum aufweist, die zur Anzeige auf dem Bildbearbeitungssystem geeignet sind. Die Metamerie-Korrekturtransformation modifiziert die Farbmetrik der Eingangsfarben, um Ausgangsfarbwerte bereitzustellen, so dass ein durchschnittlicher Betrachter-Metamerie-Fehler für eine Verteilung von Zielbeobachtern reduziert ist.
Aus der US 2012/0224177 A1 sind LED-basierte Beleuchtungsmodule bekannt, die visuell farblich abgestimmt sind auf Lichtquellen, die nicht auf LEDs beruhen, basierend auf optisch abgestimmten Farbräumen. Ein optisch abgestimmter Farbraum wird benutzt, um sowohl instrumentell als auch optisch eine LED-basierte Lichtquelle mit einer Lichtquelle, die nicht auf LEDs basiert, abzustimmen. In einem Aspekt wird ein LED-basiertes Beleuchtungsmodul realisiert, um einen Zielfarbpunkt in einem optisch angepassten Farbraum innerhalb einer vorbestimmten Toleranz zu erzielen. In einem weiteren Aspekt wird ein LED-basiertes Beleuchtungsmodul realisiert, um optisch mit einer Lichtquelle, die nicht auf LEDs basiert, übereinzustimmen. Ein Zielfarbpunkt im CIE 1931 XYZ-Farbraum wird abgeleitet basierend zumindest teilweise auf dem Spektrum des optisch abgestimmt LED-basierten Beleuchtungsmoduls. LED-basierte Beleuchtungsmodule, die optisch auf nicht LED-basierte Lichtquellen abgestimmt sind, werden realisiert, basierend auf dem abgeleiteten Zielfarbpunkt.
Die WO 2012/119158 A1 betrifft allgemein optische Filter, die eine Regulierung und/oder Verbesserung der Farb- und Leuchtaspekte des Farbeindrucks von Licht beim menschlichen Sehen bereitstellen, allgemein die Anwendungen solcher optischen Filter, den therapeutischen Einsatz derartiger optischer Filter, Industrie- und Sicherheitsanwendungen solcher optischer Filter, wenn diese eingebaut sind, beispielsweise in Strahlungsschutzbrillen, Verfahren zum Entwurf solcher optischer Filter, Verfahren zur Herstellung solcher optischen Filter, und Ausgestaltungen und Verfahren zum Einbringen solcher optischer Filter in Vorrichtungen einschließlich beispielsweise Brillen und Leuchtmittel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Sortieren von Leuchtdioden als Testleuchtdioden vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Sortieren von Testleuchtdioden in eine Farbklasse. Unter den Testleuchtdioden wird eine Mehrzahl von Leuchtdioden verstanden, welche vorzugsweise baugleich ausgebildet sind und/oder welche sortiert werden sollen. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch baulich unterschiedliche Testleuchtdioden verwendet werben. Die Farbklasse definiert bevorzugt einen „Bin”. Insbesondere können mehrere Farbklassen, insbesondere Bins, vorgesehen sein, wobei die Testleuchtdioden in die Farbklassen verteilt werden. Die Farbklassen unterscheiden sich voneinander vorzugsweise durch die zugrunde liegenden Farbörter, wie nachfolgend dargestellt wird.
In dem Verfahren wird in einem Schritt aus einer Grundmenge der Testleuchtdioden, also aus einer gewissen Anzahl der Testleuchtdioden, eine Grobauswahlmenge in eine Zwischenklasse sortiert. Ein anderer Teil der Grundmenge wird z. B. in andere Zwischenklassen oder vollständig aussortiert. Insbesondere alle Testleuchtdioden in der Zwischenklasse weisen jeweils einen Farbort auf, welcher innerhalb eines gemeinsamen ersten Bereichs eines ersten Farborts angeordnet ist. Somit landen in der Zwischenklasse alle Testleuchtdioden aus der Grundmenge, welche dem ersten Farbort entsprechen oder deren Abstand, insbesondere deren Farbortabstand, zu dem ersten Farbort unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts und/oder Toleranzwerts liegt. Der erste Farbort wird in einem ersten Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße, insbesondere unter Verwendung eines ersten Spektralwertfunktionensatzes für die erste Beobachterfeldgröße, festgelegt.
In einem nachfolgenden Schritt wird aus der Grobauswahlmenge der Testleuchtdioden in der Zwischenklasse eine Feinauswahlmenge in die vorzugsweise finale Farbklasse sortiert. Somit wird ausgehend von allen Testleuchtdioden in der Zwischenklasse eine Teilmenge in die Farbklasse übernommen. Die verbleibenden Testleuchtdioden aus der Grobauswahlmenge werden z. B. in eine andere Farbklasse sortiert oder aussortiert. Die Testleuchtdioden in der Farbklasse weisen jeweils einen Farbort auf, welcher in einem gemeinsamen zweiten Bereich eines zweiten Farborts angeordnet ist. Somit landen in der Farbklasse alle Testleuchtdioden aus der Zwischenklasse, welche dem zweiten Farbort entsprechen oder deren Abstand, insbesondere deren Farbortabstand, zu dem zweiten Farbort unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts und/oder Toleranzwerts liegt. Der zweite Farbort ist in einem zweiten Farbmodell mit einer zweiten Beobachterfeldgröße, insbesondere unter Verwendung eines zweiten Spektralwertfunktionensatzes für die zweite Beobachterfeldgröße, festgelegt.
Die erste und die zweite Beobachterfeldgröße sind unterschiedlich ausgebildet, insbesondere wird die erste Beobachterfeldgröße mit einem ersten Sichtwinkel und die zweite Beobachterfeldgröße mit einem zweiten Sichtwinkel definiert, wobei der erste und der zweite Sichtwinkel unterschiedlich sind.
Somit wird im Rahmen der Erfindung ein genau oder mindestens zweistufiges Sortierverfahren von Testleuchtdioden vorgeschlagen. Optional können weitere Sortierstufen, insbesondere mindestens eine n-te Sortierstufe, zum Beispiel vorgeschaltet, zwischengeschaltet und/oder nachgeschaltet werden, welche eine Vorauswahl, Zwischenauswahl oder Nachauswahl der Testleuchtdioden umfasst. In der mindestens einen n-ten Sortierstufe werden die Testleuchtdioden ausgewählt, welche in einem gemeinsamen n-ten Bereich eines n-ten Farborts angeordnet sind, wobei der n-te Farbort in einem n-ten Farbmodell mit einer n-ten Beobachterfeldgröße festgelegt ist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass zwar mit den bisherigen Binning-Verfahren metamere Gruppen von Leuchtdioden gebildet werden konnten, wobei die metameren Leuchtdioden in einer Gruppe bei einem Beobachter die gleiche Farbvalenz oder die gleiche Farbwahrnehmung hervorrufen. Allerdings trifft dieser metamere Zustand der Leuchtdioden nur unter den Sortierbedingungen bei dem Binning-Verfahren zu. Ändert man die Randbedingungen zum Betrieb der Leuchtdioden, so kann sich auch die Farbvalenz oder die Farbwahrnehmung ändern. Insbesondere wurde festgestellt, dass sich die Farbwahrnehmung abhängig von der Beobachterfeldgröße ändert, unter welcher der Farbreiz der Leuchtdioden wahrgenommen wird. Unter der Beobachterfeldgröße wird insbesondere ein Sichtwinkel eines Beobachters auf einem Flächenbereich der Leuchtdioden verstanden. Die Beobachterfeldgröße, insbesondere der Sichtwinkel, unter der derselbe Flächenbereich wahrgenommen wird, kann sich zum einen aufgrund des Abstands zwischen dem Beobachter und der Beleuchtungsvorrichtung ändern. So wird die Beobachterfeldgröße beziehungsweise der Sichtwinkel größer, wenn der Beobachter näher an die Leuchtdioden herankommt, und kleiner, wenn sich der Beobachter von den Leuchtdioden entfernt. Ferner kann sich die Beobachterfeldgröße und/oder der Sichtwinkel durch Änderung des Blickwinkels bei gleichem Abstand verändern. So ergibt sich bei einer frontalen Draufsicht, also einem Blickwinkel von 90 Grad, des Beobachters auf die Leuchtdioden ein erster Sichtwinkel als Beobachterfeldgröße und bei einer schrägen Draufsicht, zum Beispiel unter einem Winkel von 10 Grad, ein schmaler Sichtwinkel und damit eine andere Beobachterfeldgröße. Der Sichtwinkel und/oder die Beobachterfeldgröße kann sich auch durch eine Kombination von Abstand und Blickwinkel ändern.
Während konventionelle Binning-Verfahren nur auf eine einzige Beobachterfeldgröße abstellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Verfahren so zu gestalten, dass mindestens oder genau zwei unterschiedliche Beobachterfeldgrößen herangezogen werden und nur die Testleuchtdioden in die Farbklasse sortiert werden, welche sowohl bei der ersten Beobachterfeldgröße als auch bei der zweiten Beobachterfeldgröße ausreichend nahe zu dem ersten Farbort und/oder zu dem zweiten Farbort bzw. den n-ten Farbort jeweils in Bezug auf deren Farbmodell angeordnet sind. Durch das Sortierverfahren wird erreicht, dass Testleuchtdioden, die beispielsweise in einer gemeinsamen Beleuchtungsvorrichtung eingesetzt werden, nicht nur bei einer Betrachtung aus einem geringen Abstand homogen hinsichtlich der Lichtfarbe wirken, sondern auch bei einem größeren Abstand den gleichen Farbeindruck liefern. Somit wird erreicht, dass Testleuchtdioden in die Farbklasse einsortiert werden, welche hinsichtlich mindestens zweier Beobachterfeldgrößen metamer ausgebildet sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Testleuchtdioden als einfarbige Leuchtdioden, insbesondere als LEDs oder als OLEDs, ausgebildet. Gerade bei der Sortierung von einfarbigen Leuchtdioden erscheint es vorteilhaft, das mindestens zweistufige Sortierverfahren einzusetzen, um farbhomogene Gruppen von Leuchtdioden zur Verwendung in gemeinsamen Beleuchtungsvorrichtungen zu erhalten.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Beobachterfeldgröße als ein 2-Grad-Beobachterfeld und/oder die zweite Beobachterfeldgröße als ein 10-Grad-Beobachterfeld ausgebildet. Diese gewählten Beobachterfeldgrößen haben sich mittlerweile als Normbeobachter etabliert, sodass zum einen auf analytische Formeln für diese Beobachterfeldgrößen und zum anderen auf umfangreiches Mess- und damit Vergleichsmaterial zurückgegriffen werden kann. Physikalisch betrachtet werden durch die beiden stark unterschiedlichen Beobachterfeldgrößen unterschiedliche Bereiche des menschlichen Auges berücksichtigt, welche zu den größten Farbortänderungen beim Wechsel der Beobachterfeldgröße führen, sodass das Verfahren mit den vorgeschlagenen Beobachterfeldgrößen besonders aussagekräftig ist.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist das erste und/oder das zweite Farbmodell als ein CIE-Lu'v'-Farbraumsystem ausgebildet, wobei die Farbörter mit den Koordinaten u'- und v'- dargestellt werden. Der Vorteil dieser Farbmodelle ist, dass der geometrische Abstand der Farbörter annähernd dem empfindungsgemäßen Abstand der Farben der Farbörter beschreibt. Die Wahl dieser Farbmodelle hat somit den Vorteil, dass die Größe der Bereiche der Farbörter unmittelbar eine Aussagekraft haben. Es ist nämlich unmittelbar verständlich, dass je kleiner der Bereich um einen Farbort ist, desto geringer die Streuungen oder Toleranzen hinsichtlich der wahrgenommenen Farbe ausfällt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der erste und/oder der zweite Farbort durch eine virtuelle oder reale Referenzleuchtdiode definiert. Somit kann zum einen eine physikalisch existierende Referenzleuchtdiode verwendet werden, um den ersten und/oder den zweiten Farbort zu definieren. Alternativ hierzu kann ein dementsprechender erster und/oder zweiter Farbort auch nur rechnergestützt oder virtuell erstellt werden.
Die Testleuchtdioden in der Zwischenklasse sind besonders bevorzugt metamer zu der Referenzleuchtdiode beziehungsweise zu dem virtuell erstellten Farbort der Referenzleuchtdiode in dem ersten Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße ausgebildet. Der zweite Bereich wird dagegen bevorzugt durch einen Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) zwischen den zu testenden Testleuchtdioden und der Referenzleuchtdiode festgelegt. Durch den Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) wird insbesondere ein Maß definiert, wie gut zwei unterschiedliche Leuchtdioden in der Lage sind, denselben Farbeindruck, dieselbe Farbvalenz und/oder das gleiche Farbempfinden zu liefern, obwohl sich die Beobachterfeldgröße, insbesondere der Sichtwinkel, auf einen definierten Flächenbereich der Leuchtdioden ändert.
Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung werden die Farbörter der Testleuchtdioden und/oder der Metamerie-Index (MIB) experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, erfasst. Beispielsweise kann durch den Einsatz eines Farbsensors der Farbort der Testleuchtdioden in dem ersten Farbmodell bestimmt werden und mit dem ersten Farbort verglichen werden. In Weiterbildung kann mit einem oder dem Farbsensor der Farbort der Testleuchtdioden in dem zweiten Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße bestimmt werden und mit dem zweiten Farbort verglichen werden. In Abhängigkeit von einer Definition von möglichen Abweichungen des gemessenen Farborts von dem ersten beziehungsweise zweiten Farbort als Bereich kann eine Sortierung umgesetzt werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird in einem ersten Referenzschritt aus dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode über einen ersten Spektralwertfunktionensatz für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße der erste Farbort in dem ersten Farbmodell ermittelt.
Ein derartiger Spektralwertfunktionensatz, insbesondere für eine 2-Grad-Beobachterfeldgröße, ist zum Beispiel in der folgenden Quelle offenbart:
CIE 1931: Colorimetrie, Resolutions 1–4. In: Recueil des travaux et compte rendu des séances, Hutième Session Cambridge, The National Physical Laborstory Teddington, Cambridge at the University Press, 1931, S. 19–29.
Ein ähnlicher Spektralwertfunktionensatz kann auch aus der Empfehlung CIE 170- 1:2006 der CIE abgeleitet werden.
Alternativ wird in dem ersten Referenzschritt der erste Farbort definiert.
In einem ersten Zwischenschritt wird aus dem jeweiligen Emissionsspektrum der Testleuchtdioden über einen oder den ersten Spektralwertfunktionensatz für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße für die Testleuchtdioden der Farbort in dem ersten Farbmodell ermittelt.
Der Test, ob die Farbörter in dem Bereich des ersten Farborts liegen, gemäß dem zuerst genannten Schritt kann durch einen Vergleich der gemessenen Farbörter mit dem gemessenen oder definierten ersten Farbort durchgeführt werden. Z. B. kann der Bereich durch einen Farbortabstand in dem ersten Farbmodell definiert sein. Somit werden in die Zwischenklasse ausschließlich die Testleuchtdioden einsortiert, die mit ihrem Farbort innerhalb des Bereichs des ersten Farborts liegen und im Sinne dieser Definition metamer zu der Referenzleuchtdiode sind.
In einem zweiten Referenzschritt wird aus dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode über einen zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße der zweite Farbort in dem zweiten Farbmodell ermittelt.
Eine derartige Spektralwertfunktion, insbesondere für eine 10-Grad-Beobachterfeldgröße, ist zum Beispiel in der folgenden Quelle offenbart:
CIE 1964: Offizielle Empfehlungen, Komitee E-1.3.1. – Farbmessung. In: 15. Hauptversammlung in Wien, CIE Publication 11A, 1963, S. 37.
Ein ähnlicher Spektralwertfunktionensatz kann auch aus der Empfehlung CIE 170-1:2006 der CIE abgeleitet werden.
Alternativ wird in dem zweiten Referenzschritt der zweite Farbort definiert.
In einem zweiten Zwischenschritt wird aus dem jeweiligen Emissionsspektrum der Testleuchtdioden aus der Zwischenklasse über einen oder den zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße für die Testleuchtdioden der jeweilige Farbort in dem zweiten Farbmodell ermittelt.
Der Test, ob die Farbörter in dem Bereich des zweiten Farborts liegen, gemäß dem nachfolgenden Schritt kann durch einen Vergleich der gemessenen Farbörter mit dem gemessenen oder definierten zweiten Farbort durchgeführt werden. Z. B. kann der Bereich durch einen Abstand zwischen dem zweiten Farbort und den Testörtern der Testleuchtdioden in dem zweiten Farbmodell für jede Testleuchtdiode einen Farbortabstand definiert werden. Für den Fall, dass in dem Schritt nur metamere Testleuchtdioden in die Zwischenklasse einsortiert wurden und dass in dem zweiten Zwischenschritt nur Testleuchtdioden aus der Zwischenklasse verwendet wurden, bildet der Farbortabstand zwischen dem in Bezug auf das zweite Farbmodell ermittelte Farbort der Testleuchtdioden und dem in dem zweiten Referenzschritt ermittelten oder vorab definierten zweiten Farbort für das zweite Farbmodell den Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB).
Das in den Ansprüchen beschriebene Verfahren kann in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden, es ist jedoch auch möglich, dass Verfahrensschritte in der zeitlichen Reihenfolge umgestellt oder zusammengefasst werden. Insbesondere ist es möglich, dass zunächst sämtliche Referenzschritte durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Zwischenschritte auf alle Testleuchtdioden angewendet wird und die Sortierung erst nachträglich erfolgt.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden in dem Schritt zunächst in die Zwischenklasse metamere Testleuchtdioden einsortiert. Zur Bestimmung des Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) wird für jede der Testleuchtdioden in der Zwischenklasse ein Differenzspektrum zwischen dem eigenen Emissionsspektrum und dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode ermittelt und über einen spektralen Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz bewertet, wobei der spektrale Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz ein Maß definiert, wie die Unterschiede zwischen den Emissionsspektren in dem Differenzspektrum zu dem Metamerie-Index beitragen.
Der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz kann wie folgt erstellt werden: Der Grundgedanke ist es, zu untersuchen, wie sich Änderung in den Spektralwerten X, Y, Z auf die u'-Komponente bzw. v'-Komponente in dem zweiten Farbmodell auswirken. Mathematisch ausgedrückt ist dies die folgende partielle Ableitung: Δu'= ∂u' / ∂X·Δx + ∂u' / ∂YΔY + ∂u' / ∂Z·ΔZ mit:

X, Y, Z: Farbwerte im zweiten Farbsystem
u': Farbkomponente in dem zweiten Farbmodell

u' = 4X / X+15Y+3Z

Somit ergibt sich aus der oben genannten partiellen Ableitung:
Somit ergibt sich die Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die u'-Komponente zu:
Die Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die v'-Komponente kann analog berechnet werden, wobei beide Änderungsempfindlichkeitsfunktionen den Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz bilden.
Ausgehend von dem Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz und dem Differenzspektrum kann der Farbort-Abstand und damit der Metamerie-Index wie folgt bestimmt werden:
mit:

S_diff(λ): Differenzspektrum
Δu'_empf: Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die u'-Komponente
Δv'_empf: Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die v'-Komponente
Δu'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: u'-Komponente des Farbortabstands in dem zweiten Farbmodell
Δv'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: v'-Komponente des Farbortabstands in dem zweiten Farbmodell
Δu'v'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: Farbortabstand in dem zweiten Farbmodel/Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößen-abhängigkeit (MIB)

Wie bereits anfangs angemerkt, kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen, wobei z. B. in einem nachfolgenden Schritt aus der Feinauswahlmenge der Testleuchtdioden eine Feinauswahlmenge dritter Ordnung in eine Farbklasse dritter Ordnung sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden der Farbklasse dritter Ordnung in einem gemeinsamen Bereich eines dritten Farborts angeordnet sind, wobei der dritte Farbort in einem dritten Farbmodell mit einer dritten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei die erste, die zweite und die dritte Beobachterfeldgröße unterschiedlich ausgebildet sind. Statt einem nachgeschalteten weiteren Schritt kann auch ein vorgeschalteter Schritt zur Vorsortierung in gleicher Weise vorgesehen sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1a ein Beleuchtungssystem bestehend aus oder umfassend zwei Leuchtdioden mit zwei zugehörigen Emissionsspektren;
1b eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Änderung der Beobachterfeldgröße bei Änderung eines Beobachtungsabstands;
1c eine schematische Darstellung zur Beschreibung der Änderung der Beobachterfeldgröße bei Änderung eines Blickwinkels;
2 ein Flussdiagramm zur Illustration eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
3 ein weiteres Flussdiagramm zur Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die 1a zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine erste und eine zweite Leuchtdiode 1a, b, die gemeinsam ggf. mit weiteren Leuchtdioden ein Flächen beleuchtungssystem als eine Beleuchtungsvorrichtung bilden. Das Flächen beleuchtungssystem wird beispielsweise als Flugzeugbeleuchtungen für den Innenraum verwendet.
Rechts daneben sind für die erste Leuchtdiode 1a und für die zweite Leuchtdiode 1b jeweils das Emissionsspektrum ES1 beziehungsweise ES2 dargestellt. Beide Leuchtdioden 1a, b sind als weiße Leuchtdioden ausgebildet, weisen jedoch unterschiedliche Emissionsspektren ES1 und ES2 auf. Derartige Unterschiede können bei baugleichen Leuchtdioden durch Herstellungstoleranzen kommen. Alternativ ist es möglich, dass sich die Leuchtdioden 1a, b in der Bauart unterscheiden. In dem Graph ist die Intensität oder Leuchtdichte auf 1 normiert über die Wellenlänge Lambda aufgetragen.
Prinzipiell wird versucht, dass in einer Beleuchtungsvorrichtung nur Leuchtdioden verwendet werden, welche metamer zueinander ausgebildet sind, das heißt, das gleiche Farbempfinden oder die gleiche Farbvalenz bei einem Beobachter hervorrufen. Jedoch wurde festgestellt, dass sich das Farbempfinden oder die Farbvalenz unter anderem mit Änderung der Beobachterfeldgröße bei einem Beobachter ändert. Somit können Leuchtdioden 1a, b bei einer ersten Beobachterfeldgröße zueinander metamer ausgebildet sein, sich jedoch in der Farbvalenz oder dem Farbempfinden bei einer anderen Beobachterfeldgröße unterscheiden. Somit gilt der metamere Zustand nur für die Bedingungen der ersten Beobachterfeldgröße, bei anderen Beobachterfeldgrößen verschlechtert sich die Farbähnlichkeit der Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b. Eine Änderung der Beobachterfeldgröße kann sich im Betrieb der Leuchtdioden 1a, b zum einen durch eine Änderung des Beobachtungsabstands ergeben, wie dies in der 1b dargestellt ist.
In der 1b ist ein Beobachter B visualisiert, welcher in zwei unterschiedlichen Beobachtungsabständen zu den Leuchtdioden 1a, b angeordnet ist und auf die Leuchtdioden 1a, b blickt. Bei einem größeren Abstand ergibt sich eine erste Beobachterfeldgröße BFG1, welche in diesem Beispiel einen Gesamtwinkel von 2 Grad als Sichtwinkel einnimmt. Bei einem kleineren Abstand ergibt sich eine zweite Beobachterfeldgröße BFG2, welche in diesem Beispiel einen Gesamtwinkel von 10 Grad als Sichtwinkel einnimmt. Gemäß der 1c können sich unterschiedliche Beobachterfeldgrößen BFG 1/2 auch durch unterschiedliche Blickwinkel ergeben. So ergibt sich in dem Beispiel in der 1c die zweite Beobachterfeldgröße BFG2, wenn der Beobachter B senkrecht, das heißt mit einem Blickwinkel von 90 Grad, auf die Beleuchtungsvorrichtung 1a, b blickt und die erste Beobachtungsfeldgröße BFG1, wenn der Beobachter B mit einem Blickwinkel von ca. 10 Grad auf die Beleuchtungsvorrichtung 1a, b blickt.
Zur Beschreibung der wahrgenommenen Farbe der Leuchtdioden 1a, b werden Farbmodelle verwendet, in denen Farbörter für die Farbe der Leuchtdioden 1a, b eingetragen werden können. Ein typisches Farbmodell ist das Lu'v'-Farbmodell nach CIE. Es existieren jedoch mehrere derartige Farbmodelle, wobei sich die Farbmodelle bei den Rahmenbedingungen in der Beobachterfeldgröße unterscheiden. So gehört zu der Definition eines Farborts auch die Angabe des zugrundeliegenden Farbmodells mit der Beobachterfeldgröße und dem zugehörigen Spektralwertfunktionensatz.
Bei einer Änderung des Sichtwinkels und damit der Beobachterfeldgröße, wie dies in den 1b und 1c dargestellt war, ändert sich auch das zugrundeliegende Farbmodell.
Die 2 zeigt ein stark schematisiertes Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfinderischen Verfahrens für das Sortieren der Leuchtdioden 1a, b als Testleuchtdioden. Ausgehend von einer Grundmenge GM von Testleuchtdioden, welche sortiert werden sollen, werden in einem ersten Schritt 100 die Farbörter der Testleuchtdioden bestimmt, und zwar in Bezug auf ein erstes Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße, wobei der Farbort durch einen ersten Spektralwertfunktionensatz festgelegt wird. Nachfolgend werden alle Testleuchtdioden in eine Zwischenklasse ZK sortiert, deren Farbort in einem gemeinsamen ersten Bereich eines ersten Farborts in Bezug auf das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße liegen. In dieser Zwischenklasse ZK wird somit eine Grobauswahlmenge GAM als Teilmenge der Grundmenge GM der Testleuchtdioden sortiert. Der erste Farbort, welcher in Bezug auf das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße und dem ersten Spektralwertfunktionensatz festgelegt ist, kann beispielsweise auch vorgegeben sein.
In einem nachfolgenden Schritt 200 werden ausgehend von der Grobauswahlmenge GAM alle die Testleuchtdioden in eine Farbklasse FK sortiert, welche einen Farbort in Bezug auf ein zweites Farbmodell mit einer zweiten Beobachterfeldgröße und einem zweiten Spektralwertfunktionensatz aufweisen, welche in einem zweiten Bereich des zweiten Farborts angeordnet sind. Der zweite Farbort ist dabei in Bezug auf das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße und dem zweiten Spektralwertfunktionensatz festgelegt. Die Testleuchtdioden, welche in die Farbklasse FK einsortiert sind, bilden eine Feinauswahlmenge FAM, welche eine Teilmenge der Grobauswahlmenge GAM bildet.
Somit ist ein Sortierverfahren dargestellt, welches die Testleuchtdioden zweistufig in die Farbklasse FK einordnet, wobei in jeder Stufe der Farbort der jeweiligen Testleuchtdiode in Bezug auf einen Farbort von einem ersten Farbmodell beziehungsweise zweiten Farbmodell geprüft wird.
Es ist möglich, dass die Testleuchtdioden wie beschrieben nacheinander geprüft und sortiert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass alle Testleuchtdioden aus der Grundmenge GM hinsichtlich ihrem Farbort in dem ersten und in dem zweiten Farbmodell geprüft werden und nachfolgend die Testleuchtdioden in die Farbklasse FK sortiert werden, welche sowohl in dem ersten Bereich zu dem ersten Farbort im ersten Farbmodell als auch in dem zweiten Bereich zu dem zweiten Farbort im zweiten Farbmodell mit ihrem jeweiligen Farbort liegen. Die 3 zeigt eine Variation des Verfahrens aus 2, wobei in einem ersten Referenzschritt 50 mit Bezug auf eine Referenzleuchtdiode in dem ersten Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße und dem ersten Spektralwertfunktionensatz der erste Farbort als ein Referenzfarbort ermittelt wird.
In dem nachfolgenden ersten Zwischenschritt 75 wird aus dem Emissionsspektrum der Testleuchtdioden über den ersten Spektralwertfunktionensatz für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße der jeweilige Farbort der Testleuchtdiode in dem ersten Farbort ermittelt.
In dem Schritt 100 werden dann wie zuvor die Testleuchtdioden in die Grobauswahlmenge GAM sortiert, deren Farbörter innerhalb eines vorgebbaren ersten Bereichs um den ersten Farbort als Referenzfarbort der Referenzleuchtdioden angeordnet ist.
In einem zweiten Referenzschritt 150 wird aus dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode über einen zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße der zweite Farbort in dem zweiten Farbmodell als zweiter Referenzfarbort ermittelt.
In dem zweiten Zwischenschritt 175 werden aus den Emissionsspektren der Testleuchtdioden über den zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße die Farbörter in dem zweiten Farbmodell für die Testleuchtdioden ermittelt.
In dem Schritt 200 werden dann die Testleuchtdioden in die Farbklasse FK einsortiert, deren Farbörter innerhalb des zweiten Bereichs um den zweiten Farbort für das zweite Farbmodell angeordnet sind.
Auch bei der Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der 3 können beispielsweise die Referenzschritte vorab durchgeführt werden oder sogar durch virtuelle Werte, also Soll-Werte, welche zum Beispiel nicht messtechnisch ermittelt worden sind, sondern nur vorgegeben wurde, ersetzt werden. Es ist auch möglich, dass erster und zweiter Zwischenschritt 75, 175 jeweils für alle Testleuchtdiode durchgeführt werden und nachfolgend in den Sortierschritten 100, 200 die Sortierungen erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es zum Beispiel möglich, dass in dem Schritt 100 alle Testleuchtdioden in die Grobauswahlmenge GAM eingegliedert werden, welche gemäß einer vorgebbaren Definition metamer zueinander sind und in dem Schritt 200 alle Testleuchtdioden in die Farbklasse FK übernommen werden, deren Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) kleiner als ein vorgebbarer Wert ist.
Der Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) kann zum einen durch den Abstand der Farbörter der Referenzleuchtdiode und der Testleuchtdioden aus der Grobauswahlmenge GAM bestimmt werden. Alternativ hierzu kann der Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) auch über einen Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz bestimmt werden, wie dieser weiter oben ausgeführt wurde. Bei dieser Alternative wird der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz in Abhängigkeit der Referenzleuchtdiode und deren zweiten Farbort in dem zweiten Farbmodell bestimmt. Das Differenzspektrum S_diff(λ) ergibt sich aus dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode und dem Emissionsspektrum der Testleuchtdiode aus der Grobauswahlmenge GAM.
Bezugszeichenliste

1a, b: Leuchtdioden
B: Beobachter
W1/W2: Einzelspektrum
BFG1: erste Beobachterfeldgröße
BFG2: zweite Beobachterfeldgröße
GM: Grundmenge
FAM: Feinauswahlmenge
FK: Farbklasse
GAM: Grobauswahlmenge

Claims

Verfahren zum Sortieren von Testleuchtdioden (1a, b) in eine Farbklasse (FK), wobei in einem Schritt (100) aus einer Grundmenge (GM) der Testleuchtdioden (1a, b) eine Grobauswahlmenge (GAM) in eine Zwischenklasse (ZK) sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden (1a, b) der Zwischenklasse (ZK) in einem gemeinsamen ersten Bereich eines ersten Farborts angeordnet sind, wobei der erste Farbort in einem ersten Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) festgelegt ist, wobei in einem nachfolgenden Schritt (200) aus der Grobauswahlmenge (GAM) der Testleuchtdioden (1a, b) eine Feinauswahlmenge (FAM) in die Farbklasse (FK) sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden (1a, b) der Farbklasse in einem gemeinsamen zweiten Bereich eines zweiten Farborts angeordnet sind, wobei der zweite Farbort in einem zweiten Farbmodell mit einer zweiten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei die erste und die zweite Beobachterfeldgröße unterschiedlich ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testleuchtdioden (1a, b) als einfarbige LEDs oder OLEDs ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beobachterfeldgröße (BFG1) als ein 2°-Beobachterfeld und/oder die zweite Beobachterfeldgröße (BFG2) als ein 10°-Beobachterfeld ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Farbmodell als ein Lu'v'-Farbmodell nach CIE ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Farbort durch eine virtuelle oder reale Referenzleuchtdiode definiert ist, wobei die Testleuchtdioden (1a, b) in der Zwischenklasse (ZK) metamer zu der Referenzleuchtdiode in dem ersten Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße ausgebildet sind und der zweite Bereich durch einen Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) zwischen der zu testenden Testleuchtdiode (1a, b) und der Referenzleuchtdiode festgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbörter der Testleuchtdioden experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbörter der Testleuchtdioden und/oder der Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Referenzschritt (50) aus dem Emissionsspektrum einer oder der Referenzleuchtdiode über einen ersten Spektralwertfunktionensatz für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) der erste Farbort in dem ersten Farbmodell ermittelt wird, dass in einem ersten Zwischenschritt (75) aus den Emissionsspektren der Testleuchtdioden über einen oder den ersten Spektralwertfunktionensatz für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) die Farbörter in dem ersten Farbmodell ermittelt werden, dass in einem zweiten Referenzschritt (150) aus dem Emissionsspektrum der Referenzleuchtdiode über einen zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße (BFG2) der zweite Farbort in dem zweiten Farbmodell ermittelt wird, dass in einem zweiten Zwischenschritt (175) aus den Emissionsspektren der Testleuchtdioden über einen oder den zweiten Spektralwertfunktionensatz für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße (BFG2) die Farbörter in dem zweiten Farbmodell ermittelt werden, wobei der Abstand zwischen dem zweiten Farbort und den Farbörtern der Testleuchtdioden in dem zweiten Farbmodell für jede Testleuchtdiode einen Farbortabstand definiert, der den oder einen Metamerie-Index Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzspektrum (Sdiff) für die beiden Emissionsspektren (ES1, ES2) von einer der Testleuchtdioden und der Referenzleuchtdiode ermittelt wird und über einen Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz bewertet wird, wobei der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz ein Maß definiert, wie die Unterschiede der Emissionsspektren (ES1, ES2) in dem Differenzspektrum (Sdiff) zu dem Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) beitragen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen nachfolgenden Schritt aufweist, wobei in einem nachfolgenden Schritt aus der Feinauswahlmenge (FAM) der Testleuchtdioden (1a, b) eine Feinauswahlmenge 3. Ordnung in eine Farbklasse 3. Ordnung sortiert wird, wobei die Farbörter der Testleuchtdioden der Farbklasse 3. Ordnung in einem gemeinsamen Bereich eines dritten Farborts angeordnet sind, wobei der dritte Farbort in einem dritten Farbmodell mit einer dritten Beobachterfeldgröße festgelegt ist, wobei die erste, die zweite und die dritte Beobachterfeldgrößen unterschiedlich ausgebildet sind.