(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.

(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

Stemmer neuer Lieferant für Intel-Technologie

Das Unternehmen Stemmer Imaging bietet ab sofort als Lieferant Kameras mit Intels RealSense-Technologie an. In dieser Position soll der europäische Bildverarbeitungsspezialist Stemmer die Integration der jüngsten D400er-Serie in Applikationen aus dem Industriebereich vorantreiben und Services sowie Support zur Implementierung zur Verfügung stellen.

www.stemmer-imaging.de

Anzeige
Rückblick: GOM 3D Metrology Conference

Mehr als 750 Messtechnik-Spezialisten aus über 50 Ländern kamen zur diesjährigen 3D Metrology Conference mit begleitender Fachmesse und Factory Walk vom 26. bis 27. September am GOM Firmensitz in Braunschweig zusammen, um sich über die Implementierung messtechnischer Automatisierungslösungen, virtuelle Zusammenbauanalyse, Materialprüfung und optische 3D-Inspektion auszutauschen.

www.gom-conference.com

Infratec: 10-jähriges Jubiläum in den USA

Im Jahr 2007 eröffnete der Infrarotsensorik- und Messtechnik-Spezialist seine erste internationale Niederlassung im US-amerikanischen Grapevine, unweit der Metropole Dallas. Damit einher ging die Gründung der Tochterfirma InfraTec infrared LLC, die seitdem die hohe Nachfrage nach Infrarotsensorik in Nordamerika und speziell den USA vom texanischen Standort Plano abdeckt.

 

www.infratec.de

Anzeige
30-jähriges Jubiläum von EVK

Das österreichische Unternehmen EVK DI Kerschhaggl GmbH aus der Steiermark feiert dieses Jahr sein 30-jähriges Firmenjubiläum. Seit seiner Gründung 1987 konzentriert sich der Hersteller und Entwickler von sensorbasierten Sortier- und Analysesystemen auf Lösungen für die Bewertung und Sortierung von Schüttgut in den Bereichen Recycling, Bergbau, Lebensmittel und Pharmazie.

www.evk.biz

Anzeige
Programm Vision Expert Huddles

Zum ersten Mal bietet der VDMA IBV an den ersten zwei Messetagen der SPS IPC Drives ein neuartiges Vortragskonzept an. Ziel ist, Experten aus der Bildverarbeitungsindustrie mit Messebesuchern und Anwendern ins Gespräch zu bringen. Die Vision Expert Huddles finden am Vision Pavillon in Halle 3A Stand 151 statt. Die Teilnahme am Forum ist kostenfrei.

ibv.vdma.org

High-End Sensors International Conference

Die zweitägige Fachkonferenz ‚High-End Sensors International‘ wird vom 11. bis 12. April 2018 im Sheraton Airport Hotel in Brüssel stattfinden. In über 30 Fachvorträgen in zehn verschiedenen Themenblöcken sowie einer begleitenden Ausstellung widmet sich die gesamte Konferenz den Möglichkeiten für Forschung und Maschinenbau, die der High-End-Sensor-Markt mit sich bringt.

www.highendsensors.net

Anzeige