Lumos !

  • Hi,


    Ich habe damit begonnen ein Software Tool für die LED Simulation zu entwickeln und habe nun den ersten Meilenstein erreicht. Damit Ihr es Euch vorstellen könnt hier ein Bild des ersten Frameworks:



    Indem man auf die Open Schaltfläche aus dem Capture Panel klickt öffnet man das PDF Datenblatt der LED - hier Seite 3 vom XLamp-XM-L.pdf -. Der PDF Parser / Analyser kann schon viele PDFs öffnen. Als nächstes werde Ich die Funktion einbauen mit der man die Kurven aus den Datenblättern in das Programm übertragen kann.


    Links seht Ihr die Kurve mit der man aus der 'Relativen' spektralen Energieverteilung wieder eine absolute spektrale Energieverteilung errechnen kann. Dann kann man zum Beispiel die Spektren verschiedener LEDs kombinieren. Mit Hilfe der 'Tristimulus Werte' für der 2 Grad Normalbeobachter kann man dann den genauen Farbort bestimmen. Zum Beispiel könnte das Programm dann vorhersagen wie man die Ströme einer RGBW MCE steuern muss um sich möglichst auf der Schwarzkörperkurve zu bewegen. Außerdem ist es dann auch möglich die Strahlungseffizienz einer LED zu berechnen und damit vorherzusagen wieviel Wärme entsteht. Auch kann man den CRI einer LED oder Kombination von LEDs rechnerisch abschätzen.


    Ich habe also schon eine ganze Menge Ideen aber würde jetzt auch gerne Eure Meinungen und Vorschläge einholen, bevor ich die internen Daten und Diagramme organisiere, so das ich möglichst alles berücksichtige was wichtig sein könnte.


    Noch ein kleines Beispiel für die Druckfunktion:



    Am Ende soll es möglich sein alle erfassten LEDs in einer Projektdateien abzuspeichern und Auswahlen zusammenzustellen von denen man dann die Eigenschaften wie Farbort, Stromaufname, Wärmeentwicklung CRI usw. errechen läßt.


    Ich würde auch schon möglichst zu beginn das CIE Chromaticity Diagram mit Schwarzkörperkurve darstellen um die Ergebnisse besser sichtbar machen zu können, wer also eine Datenquellen, Rechenvorschriften Erklärungen beisteuern kann immer her damit.


    Ich hoffe ich habe Eure Fantasie etwas angeregt und wünsche einen schönen Abend


    Sol

  • Also die Idee find ich klasse :) Leider kann ich mit meinem doch noch beschränkten Wissen nicht viel dazu beitragen aber ich hoffe dass sich viele Profis beteiligen :)


    Zitat

    Außerdem ist es dann auch möglich die Strahlungseffizienz einer LED zu berechnen und damit vorherzusagen wieviel Wärme entsteht.

    Also könnte man auch ausrechnen wie viel Lm/W 100% Wirkungsgrad bei dem aktuellen Spektrum wären?

  • Erstellt wird das Programm mit VisualStudio 2010 in C++.


    Was ich erreichen will ? Ganz einfach : Vorhersagen & Einsicht !


    Konkret möchte ich zunächst erfahren in welchem Verhältnis (Anzahl und/der Strom) ich mein WW XM-L + Golden Dragon Plus ( Cyan, Amber & Tiefrot ) und Blaue Crees 475nm mischen muss, um damit eine bestimmte Farbtemperatur zu erreichen, wobei die Zielfarbe möglichst dicht an der Schwarzkörperkurve liegt.


    Alle Daten die ich dazu brauche liegen eigentlich im Spektrum der LED(s) und lassen sich ausrechnen wenn man das CIE Normvalenzsystem zuhilfe nimmt.


    Allerdings kann man solche Fragestellungen nicht ohne Computerhilfe vernünftig angehen. Also war der erste logische Meilenstein ein Programm zu erstellen, welches die Daten direkt aus den PDF Datenblättern extrahieren, darstellen und verrechnen kann.


    Zumindest bei Cree sind fast mit Sicherheit echte Messwerte im Datenblatt. Nimmt man zum Beispiel die Clipping Begrenzung beim Zeichnen der Kurven weg, so sieht man das noch viel mehr Daten Vorhanden sind als man im PDF Viewer zu sehen bekommt. Außederm sind alle Kurven im Koordinatenursprung abgelegt und werden erst durch Transformationen in die Diagramme verschoben und es treten auch minimal negative Werte in den Randbereichen der Spektralverteilung auf was auf reale Daten aus einer Messvorrichtung schließen lässt.


    Also bei einer einzelnen LED braucht man ein solches Programm wirklich nicht, wenn man aber mit verschiedene Farbkanälen arbeitet versagt leicht die Intuition und Vorstellungskraft und dann braucht man halt so eine Software. Wenn das Programm aber erst einmal so weit ist, das es mein konkretes Problem löst, dann ist es auch gleichzeitig schon so mächtig viele andere Aufgaben zu bewältigen bzw. mit wenig Aufwand zu erweitern um das zu tun.


    Das es nun aber etwas schade wären diesen massiven Aufwand lediglich für mein eigenes Anliegen zu betreiben versuche ich durch etwas Feedback aus dem Forum möglichst viele Anwendungsideen in den Fokus zu bekommen und von Beginn an einzubeziehen. Ich werden dann die erste brauchbare Version (und folgende) für nichtkommerzielle Nutzung den Mitgliedern dieses Forum zur Verfügung stellen und hoffe dann auf neue Ideen und Verbesserungsvorschläge.



    Im übrigen bin ich auf der Suche nach einem passenden Icon für die Anwendung (zum beispiel das LED Symbol oben im Browser wäre doch ganz passend).



    lg Sol

  • Ich muss erlich gestehen, dass ich noch nicht auf die Idee gekommen bin hinter die Diagramme in den Datnblättern zu schaun 8|


    Das macht die Sache natürlich sehr interessant.


    Mal ne andere Frage, könnte man in das Programm auch ne Funktion einbauen, die aus den spektralen Daten einer gemessenen LED nen Vergleich mit den im Datenblatt hinterlegten Daten vornimmt?


    Damit könnte man dann die Datenblattangaben noch mal verifizieren.

  • Kanwas : Das mit dem Kurvenvergleich sollte eigentlich nur ein geringes Problem darstellen. Im "Blauen Forum" hat einer die Spektralverteilung einer NICHIA LED nachgemessen und die war fast in Übereinstimmung mit dem Datenblatt. Das hat mich schonmal sehr ermutigt.




    Illuminatus : Für Windows 7 wäre 256x256 als Ausgangsbasis schon ganz gut mit geglätteten Kanten und Alphakanal damit es sich auf jedem Hintergrund einpasst :whistling:


    Ein Beispiel:



    lg Sol.

  • Hi, ich brauche etwas Hilfe!
    Wer kann mir eine einfache Formel für die relative Energieverteilung eines Schwarzkörperspektrum - abhängig von der Temperatur - angeben ? Ich benötige das für mein Programm um den CRI rechnerisch aus dem Spektrum einer LED zu bestimmen.
    lg Sol

  • Hi,
    Langsam geht es voran, bin in den nächsten Tagen soweit, dass ich ein Spektrum aus dem Datenblatt direkt in mein Programm einlesen kann. Farbort und Temperatur (CCT) stellt auch kein Problem dar. In einigen Punkten bräuchte ich aber etwas Hilfe:


    1) Bin auf der Suche nach den 2° Standardbeobachter Daten CIE 1932 mit den Modifikationen von Judd (1951) und Vos -1978- und zwar in 1nm Schritten !


    2) Bezüglich der Berechnung des CRI bin ich auch schon etwas Weiter. Leider kann ich die 'Von Kries' Transformation für die Farbanpassung des Auges an verschiedene Lichquellen nicht nachvollziehen. Wenn ich zwei gleiche Lichtquelle verwende sollte die Farbe sich ja nicht ändern, tut sie aber wenn ich mich nach dem Wikipediartikel richte und die Formel unter 'Chromatic Adaption' verwende.


    3) Hat jemand eine fundierte Meinung dazu, ob es legitim ist, Daten, die in 5nm Schritten vorliegen, mit Hife von Kubischen Splines zu interpolieren oder gibt es eine bessere Vorgehensweise für Spektraldaten ?


    Ich weiss, das für die meisten das hier geschriebene etwas unverständlich wirkt, hoffe aber das einige von den Profis hier weiterhelfen könne.
    lg Sol

  • Hey!


    Feine Idee, und ein Haufen Arbeit, Respekt! Vor allem das Parsen der pdf-files, krass! 8|

    3) Hat jemand eine fundierte Meinung dazu, ob es legitim ist, Daten, die in 5nm Schritten vorliegen, mit Hife von Kubischen Splines zu interpolieren oder gibt es eine bessere Vorgehensweise für Spektraldaten ?

    Meine erste Idee bei der Betrachtung der verlinkten Bilder wäre ein Gauss-Fit über die gesamte Kurve, ggf. addiert zu einem zweiten Gauss mit doppeltem oder dreifachem Sigma, um die breiten Ausläufer unten besser zu erfassen.


    Viele Grüße
    Andre


    Edit: so in der art: [0]+[1]*exp(-0.5*(x-[2])^2/([3]^2))+[4]*exp(-0.5*(x-[2])^2/(3*[3]^2))

  • Wobei eine Messung in 5nm Schritten schon als sehr genau gilt. In 1nm Schritten wird eher selten gemessen.
    Da sprechen in erster Linie die Messzeiten und eine sich kaum noch verändernde Genauigkeit gegen.

  • da stimm ich Kanwas zu, wir haben in der Arbeit gentec Messgeräte, die geben zwar relative Werte mit 2 Kommastellen an, aber letztendlich wird dann ein Datensatz in 5nm Schritten ausgegeben.
    Ich nehm mal an, je nach Umfeldbedingungen (bei uns werden Laser bei Tageslicht vermessen) liegt die Messtoleranz auch nicht bei 1nm Schritten sondern deutlich drüber^^

  • Hi,
    Nachdem ich langsam am Verzweifel war, was den CRI betrifft, kann ich ihn nun endlich korrekt ausrechnen. Geprüft habe ich das mit den Referenzdaten der C.I.E. und alles stimmt überein. Auch die Spektren aus den Datenblättern lassen sich entsprechend Charakterisieren und die Werte stimmen auch mit den Angaben der Hersteller überein.
    Hier mal als Beispiel die Nichia NCSL 119 H1:

    Da ich nun auch alle 15 Test-Color-Samples der C.I.E. habe kann ich natürlich den R1-15 bestimmen, was ich im Programm auch noch entsprechend Visuell aufbereiten werden. Man kann aber schon mal sagen dass alle LEDs im CRI deutlich abfallen sobald man die TCS 9-15 betrachtet.
    Mit einer Ausnahme:

    Die Citizen LED liefert von TCS1-TCS15 Werte zwischen 96-99 und nur bei R12 = 86 und R12 = 59
    Nichia sieht hier deutlich deutlich älter aus. Dafür liegt aber keine andere LED so dicht am Black-Body Locus wie die Nichia.
    So verpassen zum Beispiel die XM-L KW und NW schon das C.I.E Kriterium (Duv > 0.0054 - Abstand zum Planck-Locus) um überhaupt für die CRI Berechnung infrage zu kommen. Trotzdem werden hier CRI Werte veröffentlicht - die sich im übrigen mit den Berechnungen in meinem Programm decken.
    Auch kann ich nun Spektralkurven aus den meisen Datenblättern erfassen, die Zeichenoperationen in Daten wandeln und in LED-Projektdateien Schreiben und Lesen. Als nächstes werde ich die Benutzerschnittstelle erweitern und neuen Diagrammtypen zulassen wie Strom/Spannung, Strom/Lumen und Temperatur/Lumen, so dass man dann auch endlich an absolute Energieverteilungen kommt und LED Spektren mischen kann.
    Alle Farben entsprechen übrigens den Farborten der LEDs für sRGB / D65 umgerechnet. So wird zum Beispiel das Spektrum der kaltweissen XM-L and meinem Monitor fast genau Weiss angezeigt (CCT 5929):

    Ziel ist es dann die Misch-Spektren ebenso auszuwerten wie jetzt die Einzelspektren. So dass man gezielt den CRI -in Grenzen- vorhersagen kann. Denkbar wäre es dann auch die Stromwerte für ein Multispektral LED-Cluster so zu berechnen das sich das Licht entlang des Planck-Locus bewegt. Die Werte könnte man dann in eine uC Übertragen und über ein Poti oder so die Farbtemperatur abfahren ^^
    Letztes Beispiel die XPE-HEW CRI90:

    Diese LED hat ihren Schwachpunkt bei TCS9 (strong-red R=51 !) und TCS12 (strong Blue R = 44 !!), man sieht also das der generelle CRI von 90 nicht vor Überraschungen schützt ;) .
    lg Sol.

    Life results from the non-random survival of randomly varying replicators

    5 Mal editiert, zuletzt von sol ()

  • Ist das lm/Watt Maximum (LWM im Diagramm) für ein gegebenes Spektrum bei 100% Effizienz der LED. Das lässt sich nun ganz einfach ausrechnen ^^ , die Fläche unter der Spektralkurve auf 1.0 (Watt) normieren und dann mit der Lumen Effizienzkurve multiplizieren und dann alles mal dem 683.0 lm/Watt Maximum @ 555nm
    Hier die XM-L KW .

    Und die CXA WW

    Die liegen nicht so weit auseinander wie man wohl vermuten würde, da haben die Hersteller noch ordentlich Luft nach oben, selbst für WW :D.
    bower1988
    Freeware hmm.... auf die eine oder andere Art werde ich wohl sowas machen, aber erst will ich noch ordentlich daran herumfeilen.
    lg Sol

  • Wuaaah der Hammer :)
    Schon seit geraumer Zeit interessiert mich brennend, wie groß der maximale Wirkungsgrad einer LED sein kann. Hätte echt nicht gedacht, dass es da selbst bei WW bis auf 300Lm/W geht :)


    Bin gespannt wie mächtig dein Programm noch wird ;)

  • Ja,
    das hat mich auch gewundert, dass zwischen WW und KW der Unterschied im lm/Watt Maximum eher gering ausfällt.
    Wenn man aber in Richtung (very) HI-CRI >=95 geht wird es schon etwas problematischer, so kann - nach meinen Berechnungen - eine LED mit dem Spektrum der CITIZEN (siehe oben) 'nur' 260 lm/Watt bei 100% Strahlungseffizienz erreichen.
    lg Sol