(Nicht länger) Ansichtssache

Spektral und selektiv geregelte LED-Lichtquellen

LEDs sind vom nahen UV bis ins Infrarot in einer großen spektralen Vielfalt verfügbar. Allerdings war bisher die spektrale Welt den Spezialisten vorbehalten, da das notwendige Equipment aufwendig und teuer ist. Dies ändert sich aktuell: Spektral selektiv steuerbare Lichtquellen werden kompakt, bezahlbar und massenmarkttauglich. Die spektralen Eigenschaften rücken somit immer stärker in den Fokus und ermöglichen völlig neue Anwendungen.

Bild 1 | Das Diagramm zeigt die spektrale Vielfalt einer Lichtquelle, deren Gesamtspektrum auf mehrere spektral unterschiedliche regelbare LEDs (weiß-rot-grün-blau) aufgeteilt ist – bei unterschiedlicher Bestromung der vier Farbkanäle. (Bild: Büchner Lichtsysteme GmbH)

Die Forschung kümmert sich beispielsweise verstärkt um die Wirkung verschiedener Spektralbereiche auf Psyche und Organismus. Andere Anwendungen entstehen in der medizinischen Diagnostik und Therapie, z.B. bei der Erkennung unterschiedlicher Gewebezusammensetzungen oder der Analyse von Hautgewebeveränderungen durch spektral angepasste Beleuchtung. Allerdings müssen bei den steigenden Anforderungen die Eigenschaften von LEDs viel genauer betrachtet werden als bisher. Abhängigkeiten, die bisher vernachlässigbar waren, spielen dort zunehmend eine wichtige Rolle. So altern LEDs, verlieren über die Zeit Helligkeit oder Temperatur, ändern ihre spektrale Signatur usw. Wenn beispielsweise bei der Begutachtung von weißem Zahnersatz feinste Farbnuancen erkannt werden sollen, spielt die spektrale Zusammensetzung der Beleuchtung eine zentrale Rolle und bei einer breit angelegten Hautscreening-Kampagne, die vergleichbare Ergebnisse über einen längeren Zeitraum gewährleisten soll, müssen die spektralen Eigenschaften der an verschiedenen Orten eingesetzten Beleuchtungen – unabhängig vom Einsatzort – möglichst vergleichbar und über einen langen Zeitraum stabil und reproduzierbar bleiben. Anfang 2013 hatte Büchner Lichtsysteme die Möglichkeit an einem geförderten Forschungsprojekt des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zu derartigen Aufgabenstellungen teilzunehmen. Das Verbundprojekt wurde vom Fraunhofer IIS initiiert und von mehreren Partnern aus Forschung und Industrie umgesetzt. Es besteht aus sechs Teilaufgaben und die Ergebnisse sollen preiswert umsetzbar, sowie für breite Anwendungen geeignet sein.

  • • Mehrkanalige, spektral steuerbare LED-Lichtquelle
  • • Mehrkanalige steuerbare Stromquelle
  • • Mehrkanaliger optischer Sensor
  • • Microprozessorsteuerung
  • • Softwaregestützte Spektralanalyse
  • • Mehrkanaliger Regelalgorithmus für geschlossenen Regelkreis

Sechs Bausteine des Projektes

Referenzleuchte mit zwei nebeneinander liegenden, homogen leuchtenden Flächen. Jede Fläche ist getrennt über vier Farbkanäle steuerbar. Damit lassen sich unterschiedliche Farben bzw. Spektren realisieren. (Bild: Büchner Lichtsysteme GmbH)

Referenzleuchte mit zwei nebeneinander liegenden, homogen leuchtenden Flächen. Jede Fläche ist getrennt über vier Farbkanäle steuerbar. Damit lassen sich unterschiedliche Farben bzw. Spektren realisieren. (Bild: Büchner Lichtsysteme GmbH)

Der erste Baustein ist eine Lichtquelle, deren Gesamtspektrum typischerweise auf mehrere spektral unterschiedliche LEDs aufgeteilt ist und die jeweils einzeln über einen eingeprägten Strom steuerbar sind. Das könnte beispielsweise eine 4-kanalige Zusammenstellung aus einem weißen, roten, grünen und blauen Kanal sein. Durch die unabhängige Bestromung der Kanäle kann eine große Vielfalt spektraler Signaturen erzeugt werden, beispielsweise ein höherwertiges weißes Spektrum mit deutlich besserem Farbwiedergabeindex oder ein bestimmter Spektralbereich wird bewusst hervorgehoben. Zudem können auch mehr Kanäle mit entsprechend größerer spektraler Vielfalt – aber auch entsprechend höherem Aufwand – kombiniert werden. Typischerweise werden pro Kanal mehrere verkettete LEDs mit einer Leistung zwischen 5 und 20W eingesetzt. In der praktischen Umsetzung können zusätzlich Linsen oder Mischer integriert werden, um das Licht den Vorgaben entsprechend zu lenken. Der zweite Baustein ist eine mehrkanalig steuerbare Stromquelle. Sie muss pro Kanal Ströme bis zu 1A bei 24VDC liefern können. Aufgrund der Messergebnisse wird eine Auflösung und Konstanz im Bereich von 10Bit (entsprechend 1mA) angestrebt, um stabile spektrale Verhältnisse zu erreichen. Da die Systeme ggf. auch zusammen mit Kameras eingesetzt werden, kann nicht mit niederfrequenter Pulsweitenmodulation (PWM) gearbeitet werden, sondern mit DC-Strom bei geringer Restwelligkeit. Der dritte Baustein ist ein optischer Sensor, der das emittierte Licht in mehreren Spektralbändern erfassen, verstärken und über eine Schnittstelle an den zentralen Prozessor übergeben soll. Dazu wurde ein Teilprojekt zur Entwicklung eines kostengünstigen Multikanalsensors auf der Basis von Plasmonenfiltern in Angriff genommen. Diese Technologie erlaubt die Realisierung von kostengünstigen und langzeitstabilen Filtern, sowie die Integration zusätzlicher Funktionen wie Vorverstärker, Multiplexer usw. Der vierte Baustein ist der zentrale Mikroprozessor zur Steuerung des gesamten Systems, der Messwerterfassung, Bedienung der Schnittstellen und Regelung. Der fünfte Baustein (Software) rekonstruiert aus den Messwerten der Filterkanäle ständig ein möglichst realitätsnahes Gesamtspektrum als Grundlage für die Regelung. Der sechste Baustein, der Regelalgorithmus, soll das Gesamtsystem in der letzten Ausbaustufe dazu befähigen, einmal eingestellte spektrale Signaturen unabhängig von äußeren Einflüssen (Temperatur, Alterung) konstant zu halten. Das Projekt läuft noch etwa ein Jahr und ist auf einem guten Weg. Es bleibt weiter spannend. Einkanalig geregelte Systeme auf Basis weißer LED’s sind bereits einsatzfähig und verfügbar. n @Kontakt – NEW:www.buechner-lichtsysteme.de

(Nicht länger) Ansichtssache
Bild 1 | Das Diagramm zeigt die spektrale Vielfalt einer Lichtquelle, deren Gesamtspektrum auf mehrere spektral unterschiedliche regelbare LEDs (weiß-rot-grün-blau) aufgeteilt ist - bei unterschiedlicher Bestromung der vier Farbkanäle. (Bild: Büchner Lichtsysteme GmbH)


Das könnte Sie auch interessieren

42MP-Farb-Autofokuskamera

The Imaging Source veröffentlicht eine neue USB3.0-42MP-CMOS-Kamera mit 7fps bei 42MP bzw. 110fps bei Full HD. Die Kamera bietet ein C/CS-Mount oder eine integrierte Optik (inkl. Autofokus). Neben einer automatischen Farbkorrektur und einem 2/3″ CMOS-Sensor ist im Gesamtpaket auch ein Barcode SDK sowie die Vermessungssoftware IC Measure.

www.theimagingsource.com

Anzeige

Die High-Power-LED-Strahler und mit externem Controller gesteuerte Beleuchtungen der Marke Lumimax sind mit neuen Schalteingängen ausgestattet. Die Verwendung von optoisolierten Schalteingängen vereinfacht das Ansteuern der Beleuchtung über die Programmierung der Kamera. Die Beleuchtung kann dadurch genau zum Zeitpunkt der Bildaufnahme lastfrei (High- oder Low-Side) über ein SPS (24VDC)-oder TTL (5VDC)-Signal geschaltet werden. Ein T-Adapterkabel ist die Verbindung zwischen Kamera und Beleuchtung. Über dieses ist die Beleuchtung direkt an die Kamera angeschlossen und ermöglicht das synchrone Schalten zur Bildaufnahme

www.iimag.de

Anzeige
LED-Ringlicht in Schutzgehäuse

Der eingebaute Mikro-Blitzcontroller der neuen LED-Ringlicht-Serie ermöglicht die Anpassung einer Vielzahl von Parametern, wie Pulslänge, Auslöseverhalten, Stromverstärkung und vieles mehr. Die Programmierung kann über RS232 erfolgen – später auch über Bluetooth und WLAN. Die Verstärkung lässt sich bis zum sechsfachen Nennstrom einstellen, so dass die acht 1W Oslon LEDs eine maximale Leistung von bis zu 46W erzielen. Der Controller überprüft die getroffenen Einstellungen und warnt, wenn der Strom für die Pulslänge / Zykluszeit hoch wird.

www.autovimation.com

Anzeige

Die Runtime 5.4.4 von Silicon Software unterstützt mit der Erweiterung des GenICam Explorers die Konfiguration von Action Commands für GigE Vision-Kameraschnittstellen und -Framegrabber. Der GenICam Explorer erkennt angeschlossene Kameras automatisch und ermöglicht den direkten Zugriff auf die GenICam Schnittstelle der Kamera. Über eine grafische Benutzeroberfläche lassen sich die Kameraverbindung, Link-Topologie sowie die Kamera selbst und die Framegrabber-Firmware konfigurieren und steuern sowie die Einstellungen speichern. Der GenICam Explorer ist neben GigE Vision auch für die Kameraschnittstellen CoaXPress und Camera Link HS erhältlich und für alle gängigen Kameramodelle einsetzbar.

www.silicon-software.de

Hochauflösende CXP- und CL-Highspeed-Kameras

Die Kameramodelle Eosens 25CXP+, 12CXP+ und 25CL+ besitzen einen Onsemi Python CMOS Sensor. Die hohe Lichtempfindlichkeit der Hochgeschwindigkeitskameras von 5,8V/Lux*s@550nm liefert auch bei schlechten Lichtverhältnissen verlässliche Bildinformationen. Die CXP+ Modelle verfügen über eine 4-Kanal CXP-6 CoaXPress V1.1-Schnittstelle. Die 25CXP + liefert 80fps bei einer Auflösung von 5.120×5.120 Pixeln. Die 12CXP+ bietet 165fps bei einer Auflösung von 4.096×3.072 Pixeln. Bei einer Auflösung von 1.024×768 Pixeln erhöht sich die Framerate auf bis zu 765fps.

www.mikrotron.de

Anzeige
Zukünftige Verlagerungen

Im vierten Teil der VDMA IBV Expertenrunde geht es um das Thema Kameras. Der Kameramarkt ist derzeit im Wandel, sei es durch technische Entwicklungen (z.B. Embedded Vision), aber auch durch eine zunehmende Zahl von Akquisitionen. Daher hat sich inVISION mit Dr. Dietmar Ley, CEO der Basler AG, über den Kameramarkt der Zukunft unterhalten.

www.baslerweb.com

Anzeige