Homogenität eines LED-Belichters

[Marc S. (euro)]

N'abend,

im Anhang mal ein kleines Programm was ich mir heute Vormittag zusammen 
gezimmert habe.

Sinn:

Bestimmen der Intensität eines Belichters aufgebaut aus mehreren Leds 
für eine €-Platine.

Motivation:

Viele Menschen mit vielen Fragen, viele Antworten und davon viele Falsch 
;)


Inhalt:

Im Anhang einmal das m-File sowie ein Bild eines vom Programm 
gerenderten Resultates, 4 Leds mit großem Abstrahlwinkel im Quadrat um 
die Leiterplatte plaziert. Die Abstufungen stammen von der "groben" 
Auflösung der Intensitäts-Winkel-Tabelle für die LED.

Geschrieben ist das ganze für MATLAB, fast alles ist Kommentiert sollte 
also selbsterklärend sein.

Sollte es Fehler, Anregungen oder Kritik geben, immer her damit ;)

Viele Grüße,

Marc

[Alex H. (hoal)]

Hier eine Version mit linearer Interpolation der Winkelabhängigkeit und 
unter Ausnutzung der Matrixfähigkeiten von Matlab.

Schöner wäre es natürlich, die Intensitätsverteilung einer LED zu 
berechnen und diese an die Koordinaten der restlichen LEDs zu kopieren.

[Marc S. (euro)]

Die Lineare Interpolation ist ne echte Verbesserung :)

Ansonnsten finde ich das das Programm leider recht unübersichtlich 
geworden ist. Passiert aber oft wenn man die Matrixoperationen von 
Matlab ausgibiger benutzt. Und ich habs so schön in Deutsch gehalten und 
du machsts Englisch O_O

Hab den Emitter bewusst als Fläche gehalten damit man auch 
Leuchtstoffröhren und ähnliches gut einbauen kann, schafft 
Vergleichsmöglichkeiten.

P.S.: In deiner Version scheint ein Bug in der Textausgabe zu sein 
irgendwie passt ne minimum intensity von 0,9% nicht zu der grafischen 
Ausgabe !

[Alex H. (hoal)]

Marc Seiffert schrieb:
> Die Lineare Interpolation ist ne echte Verbesserung :)

Würde ich auch sagen. Sieht realistischer aus.

> Ansonnsten finde ich das das Programm leider recht unübersichtlich
> geworden ist. Passiert aber oft wenn man die Matrixoperationen von
> Matlab ausgibiger benutzt. Und ich habs so schön in Deutsch gehalten und
> du machsts Englisch O_O

Die Übersichtlichkeit schein Geschmacksfrage zu sein. Ich fand die vier 
verschachtelten for-Schleifen schlecht lesbar. Zudem ist MATLAB eben auf 
die Bearbeitung von Matrizen ausgelegt (MATrix LABoratory). Es ist dort 
nur natürlich, zwei Matrizen direkt miteinander zu multiplizieren, 
anstatt sie elementweise durchzugehen. Beschleunigung um Faktor 6 auf 
meinem Rechner.

Die Kommentarsprache ist auch eine Frage der Gewohnheit.


> Hab den Emitter bewusst als Fläche gehalten damit man auch
> Leuchtstoffröhren und ähnliches gut einbauen kann, schafft
> Vergleichsmöglichkeiten.

Das hatte ich schon so verstanden. Allerdings haben Röhren ein anderes 
Abtrahlverhalten als LEDs, die Winkelverteilung ergibt sich dort völlig 
anders als bei den punktförmig angenommenen LEDs und müsste abhängig vom 
Emitterpixel modelliert werden. Solche Flächenemitter würden ein in 
großen Teilen anderes Simulationsdesign erfordern.

Für Leuchtstoffröhren reicht auch eine eindimensionale Simulation, die 
hier als Sonderfall abgedeckt ist.

Die Auflistung der einzelnen Emitterkoor in v2 erlaubt, sie an beliebige 
Koordinaten zu platzieren, anstatt an die Simulationsauflösung gebunden 
zu sein.


> P.S.: In deiner Version scheint ein Bug in der Textausgabe zu sein
> irgendwie passt ne minimum intensity von 0,9% nicht zu der grafischen
> Ausgabe !

Das stimmt. Dort fehlt noch ein Faktor 100 in der Ausgabe.

[Alex H. (hoal)]

@Marc
In meinem letzten Posting zu später Stunde hatte ich noch vergessen zu 
fragen, woher die Winkelverteilung der Edison EDEV-SLC1-03 kommt, die du 
verwendet hast. Hast du sie selbst vermessen? Im Datenblatt unter 
http://www.edison-opto.com.tw/Datasheet/Edixeon/Edison%20Opto_IR%20UV%20Edixeon%20S%20Series_Eng_v3.pdf 
ist eine etwas andere Verteilung angegeben, die radialsymmetrisch ist.

[Gerd E. (robberknight)]

Hallo Marc,

danke daß Du das Thema mal systematisch angehst und simulierst.

Noch 2 Anmerkungen von mir:

Ich hab in den meisten LED-Belichterdesigns hier bisher eine versetze 
Anordnung der LED-Reihen gesehen. Also jede LED-Reihe ist um einen 
halben LED-Abstand zu den anderen versetzt. Damit sollte die Beleuchtung 
gleichmäßiger werden.

Man kann ganz toll homogene Ausleuchtung hinbekommen wenn man nur weit 
genug weggeht und genug LEDs nimmt. Aber dann wird jeder Punkt der Folie 
von mehreren LEDs aus unterschiedlichen Winkeln getroffen. Durch die 
unterschiedlichen Winkel bekommst Du dann unscharfe Ränder auf der 
Platine. Ich denke um einen LED-Belichter richtig zu optimieren sollte 
dieser Effekt auch irgendwie mit betrachtet werden.

Ich muß zugeben daß ich von solchen Simulationen und Matlab keinen Plan 
habe. Aber vielleicht könnte man für jeden Punkt die eintreffenden 
Lichtstrahlen analysieren und dann irgenwie die Differenzen über 
Intensität und Winkel aufsummieren.

Ziel wäre dann ein zweiter Plot, bei dem die Werte um so höher sind, je 
stärker dort von unterschiedlichen Winkeln belichtet wird. Man kann dann 
das Design des Belichters solange anpassen, bis es auf beiden Plots 
passt.

Gruß,

Gerd

[Marc S. (euro)]

@ Alex

die Winkelverteilung habe ich aus dem Datenblatt unten auf dieser Seite:

https://www.ssl-id.net/leds-and-more.de/catalog/product_info.php?cPath=200_149&products_id=850&osCsid=a7bc3febb0b6e3f1e7ee7534677c4dbf


@ Gerd

Professionelle Geräte haben Leuchtstoffröhren drin, da strahlt die 
Oberfläche auch mit den wildesten Winkeln an ;)

Werde gleich/nacher mal was am Programm ändern denke dann gebe ich dir 
die Option auch da den Winkel anzuzeigen ;)

Und wirklich passend bekommt mans nur schwer hin. eine Homogenität von 
knapp über 90% auf die Fläche bei annehmbarem Abstand (max 150mm) ist 
bei mir das Maximum gewesen.

Mal davon ab, wenn du die Leds weit genug weg stellst hast du einen 
recht geringen Winkel auf die Platine und damit wieder scharfe kanten. 
"Probleme" gibts wenn die LED sehr nah dran ist da man dann viel 
Seitenlicht hat.

[Marc S. (euro)]

Im Anhang mal eine stark Überarbeitete Version von mir.


- DEUTLICH schneller als V1 (Beispielwert 3.5 Sekunden bei 7 Emittern)

- Interpolation der LED-Kennlinien vor dem Durchlauf

- Ausgabemöglichkeit des Maximalen Bestrahlungswinkels aus allen 
Emittern (Eher zum Anschauen aus Interesse als als wichtiger Parameter 
geeignet)

- Die Normierte Ausgabe (also das was normalerweise rauskommt) ist jetzt 
nicht mehr auf das Maximum des Feldes normiert sondern auf das 
theoretische Maximum wenn alle Strahler als Punktquelle agieren.


Im Beispiel habe ich diesmal 7 Emitter verwendet, Abstand 100mm, 
homogenität 95%, Lichtstärke am Maximum 35% des Theoretischen Maximums 
aus 100mm Abstand