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Optische und thermische Charakterisierung von Farbsensoren für die Nutzung in Multikanal-LED Leuchten

Szarafanowicz, Matthias and Khanh, Tran Quoc (2017):
Optische und thermische Charakterisierung von Farbsensoren für die Nutzung in Multikanal-LED Leuchten.
In: Tagungsband Lux junior 2017, In: Lux junior 2017, Ilmenau, 8. - 10.09.2017, 13, [Conference or Workshop Item]

Abstract

Heutzutage werden LEDs hauptsächlich in Spezialbeleuchtungen eingesetzt, wie in Bildschirmen oder als Signalbeleuchtung im Straßenverkehr und in Fahrzeugen als Heck- und Scheinwerferleuchten. Seit dem letzten Jahrzehnt hat die LED jedoch in weiten Teilen der Allgemeinbeleuchtung Einzug erhalten. War es anfangs noch die hohe Energieeffizienz, rückt nun die Möglichkeit der einfachen Änderung der Lichtsituation in den Vordergrund. Das Potenzial die Lichtfarbe und das Spektrum innerhalb des Gamuts der LED-Leuchte zu ändern, führt zu einer dynamischen und auf den Menschen angepasste Beleuchtung. LED-Leuchten sollten hierzu in der Lage sein, ihr Licht dynamisch von kalt- zu warmweiß zu ändern, ohne zum Beispiel unter einer Änderung des hohen Farbwiedergabeindex zu leiden. Jedoch weisen LEDs auch einige Mängel auf. Zum Beispiel entstehen durch die Produktion der LEDs Diskrepanzen im Farbort, weshalb diese in verschiedene Gruppen unterteilt werden müssen (Binning). Zusätzlich ist bekannt, dass LEDs bei Änderung der Umgebungstemperatur und bei Alterung unter Farbverschiebungen leiden, welche inakzeptabel groß werden können. Um diese Defizite ausgleichen zu können, werden Farbortalgorithmen eingesetzt, welche durch unterschiedliche Methoden versuchen den Farbort konstant zu halten. Eine dieser Methoden nutzt mindestens einen Farbsensor zur Detektion des aktuellen Farborts der Leuchte und regelt diesen mit adäquaten Algorithmen zu jedem Zeitpunkt nach. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir Farbsensoren, welche als Dreibereichssensoren RGB oder als XYZ ausgelegt sind. Hier stehen R für den roten, G für den grünen und B für den blauen Kanal des Sensors. XYZ steht für die CIE Normalvalenzen des 2°-Normalbeobachters der CIE-1931. Diese Sensoren werden im Allgemeinen für Hintergrundbeleuchtungen in Monitoren verwendet. Die Verwendung in LED-Leuchten kann aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen - wie hohe Temperaturen bis zu 90°C und höheren Bestrahlungsstärken - zu unvorhersehbaren Ergebnissen führen. Aus diesem Grund untersuchen die Autoren die Produktionsschwankungen der Farbsensoren, die Sensorantwortfunktion von vier unterschiedlichen Farbsensoren, bei vier unterschiedlichen Temperaturen und bei drei unterschiedlichen Einfallswinkeln. Anschließend diskutieren die Autoren die Ergebnisse und die damit verbundenen Schwierigkeiten für den Einsatz als Sensoren in Farbortalgorithmen.

Item Type: Conference or Workshop Item
Erschienen: 2017
Creators: Szarafanowicz, Matthias and Khanh, Tran Quoc
Title: Optische und thermische Charakterisierung von Farbsensoren für die Nutzung in Multikanal-LED Leuchten
Language: German
Abstract:

Heutzutage werden LEDs hauptsächlich in Spezialbeleuchtungen eingesetzt, wie in Bildschirmen oder als Signalbeleuchtung im Straßenverkehr und in Fahrzeugen als Heck- und Scheinwerferleuchten. Seit dem letzten Jahrzehnt hat die LED jedoch in weiten Teilen der Allgemeinbeleuchtung Einzug erhalten. War es anfangs noch die hohe Energieeffizienz, rückt nun die Möglichkeit der einfachen Änderung der Lichtsituation in den Vordergrund. Das Potenzial die Lichtfarbe und das Spektrum innerhalb des Gamuts der LED-Leuchte zu ändern, führt zu einer dynamischen und auf den Menschen angepasste Beleuchtung. LED-Leuchten sollten hierzu in der Lage sein, ihr Licht dynamisch von kalt- zu warmweiß zu ändern, ohne zum Beispiel unter einer Änderung des hohen Farbwiedergabeindex zu leiden. Jedoch weisen LEDs auch einige Mängel auf. Zum Beispiel entstehen durch die Produktion der LEDs Diskrepanzen im Farbort, weshalb diese in verschiedene Gruppen unterteilt werden müssen (Binning). Zusätzlich ist bekannt, dass LEDs bei Änderung der Umgebungstemperatur und bei Alterung unter Farbverschiebungen leiden, welche inakzeptabel groß werden können. Um diese Defizite ausgleichen zu können, werden Farbortalgorithmen eingesetzt, welche durch unterschiedliche Methoden versuchen den Farbort konstant zu halten. Eine dieser Methoden nutzt mindestens einen Farbsensor zur Detektion des aktuellen Farborts der Leuchte und regelt diesen mit adäquaten Algorithmen zu jedem Zeitpunkt nach. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir Farbsensoren, welche als Dreibereichssensoren RGB oder als XYZ ausgelegt sind. Hier stehen R für den roten, G für den grünen und B für den blauen Kanal des Sensors. XYZ steht für die CIE Normalvalenzen des 2°-Normalbeobachters der CIE-1931. Diese Sensoren werden im Allgemeinen für Hintergrundbeleuchtungen in Monitoren verwendet. Die Verwendung in LED-Leuchten kann aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen - wie hohe Temperaturen bis zu 90°C und höheren Bestrahlungsstärken - zu unvorhersehbaren Ergebnissen führen. Aus diesem Grund untersuchen die Autoren die Produktionsschwankungen der Farbsensoren, die Sensorantwortfunktion von vier unterschiedlichen Farbsensoren, bei vier unterschiedlichen Temperaturen und bei drei unterschiedlichen Einfallswinkeln. Anschließend diskutieren die Autoren die Ergebnisse und die damit verbundenen Schwierigkeiten für den Einsatz als Sensoren in Farbortalgorithmen.

Title of Book: Tagungsband Lux junior 2017
Volume: 13
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Light Technology
Event Title: Lux junior 2017
Event Location: Ilmenau
Event Dates: 8. - 10.09.2017
Date Deposited: 02 Feb 2018 15:06
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