Sichtbare Lichtquelle simulieren Eine universell programmierbare Referenz-Lichtquelle

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Bisher sind für Prüfung und Kalibrierung von optoelektronischen Systemen verschiedene genormte Lichtquellen notwendig. Mit LED-Technik steht eine programmierbare Referenz-Lichtquelle bereit, die verschiedene Lichtnormale ersetzen kann.

Die Digitalisierung aller Lebensbereiche schreitet unaufhaltsam voran und mit ihr der zunehmende Einsatz optoelektronischer Komponenten. In jedem Smartphone, Tablet oder Notebook stecken heute nicht nur ein, sondern meist mehrere digitale Kameramodule. Im Zuge der jüngsten Pandemie sind Videokonferenzen sowohl im beruflichen als auch im privaten Umfeld zur Selbstverständlichkeit geworden.

Im Zuge dieses Trends haben sich Webcams vom Nischenprodukt fast zur Standardausstattung am Bildschirmarbeitsplatz entwickelt. Auch in der Industrie werden immer mehr hochwertige digitale Augen für maschinelles Sehen und Automatisierung benötigt. Und nicht zuletzt erfordern zukunftsweisende Entwicklungen wie autonomes Fahren oder kassenlose Selbstbedienungsläden leistungsfähige Kameras.

Universelle Referenzlichtquelle für Lichtstärke und Farbtemperatur

Um trotz steigender Nachfrage und hoher Anforderungen eine gleichbleibende Qualität und Reproduzierbarkeit auch über Systemgrenzen hinweg zu gewährleisten, müssen Entwickler, Zulieferer, Hersteller, aber auch professionelle Anwender ihre optischen Produkte vielfältigen Tests und Kalibrierungen unterziehen. So ist beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis ein entscheidendes Leistungsmerkmal des Bildsensors. Ähnlich wie die Körnigkeit des analogen Films hat es direkten Einfluss auf Farbe und Schärfe des gesamten Abbildungssystems.

Darüber hinaus müssen Kamerabelichtung, Weißpunkt, Gammakurve, Farbwiedergabe, Dynamikumfang, Linearität und ISO-Empfindlichkeit bei unterschiedlichen Lichtstärken und Farbtemperaturen ermittelt und eingestellt werden, um nur einige der wichtigsten Parameter zu nennen. Für diese Prüfungen und Einstellarbeiten mussten bisher viele verschiedene Lichtstandards, also Lichtquellen mit genau definierten Wellenlängen und Lichtströmen, als Referenz herangezogen werden.

GL Optic ist ein erfahrener Entwickler und Hersteller von Lichtmesstechnik. Jetzt hat das Unternehmen eine universelle Referenzlichtquelle für diese Aufgaben entwickelt. Die programmierbare LED-Lichtquelle mit der Bezeichnung „GL OPTI LIGHT LED 127 CLC” ist in einem Tischgehäuse von den Maßen 216 mm x 221 mm x 131 mm untergebracht. In ihrem Inneren befindet sich eine sechskanalige LED-Anordnung, die von einer Ulbrichtkugel umgeben ist. Jede LED kann einzeln kalibriert und mit ihren spektralen Eigenschaften in der Steuerelektronik der Referenzlichtquelle abgespeichert werden. In Kombination mit der speziell entwickelten Austrittsoptik wird so ein sehr homogenes Licht mit nahezu perfekter Lambertscher Streuung emittiert.

Stabiler Lichtstrom mit Restwelligkeit kleiner ein Prozent

Das thermisch stabilisierte Stromregelsystem mit inte­grierter aktiver Kalibrierung sorgt für einen stabilen Lichtstrom mit einer Restwelligkeit von weniger als einem Prozent im 100-Hz-Takt. Damit können die Normlichtarten D50, D65, D75, TL84 und sogar die Normlichtart A der klassischen Glühlampe mit hoher Genauigkeit reproduziert werden. Die Bedienung erfolgt entweder über ein Bedienfeld direkt am Gerät oder über die USB-Schnittstelle von einem PC aus.

Mit der zugehörigen Software „GL OPTI LIGHT CONTROL PROFESSIONAL“ können beliebige Farbkoordinaten aus einem größeren Farbraum als sRGB eingestellt werden. Damit kann praktisch jede für das menschliche Auge sichtbare Lichtquelle simuliert werden.

Anstelle von herkömmlichen Farbmustern kann so zum Beispiel die Farbmatrix des Bildsensors mit exakten Farbkoordinaten unter verschiedenen Lichtverhältnissen konfiguriert werden. Unregelmäßigkeiten in der optischen Geometrie des Linsensystems führen zu einer ungleichmäßigen Belichtung des Bildsensors. Auch hier hilft das homogene Licht bei der Beurteilung und Korrektur des sogenannten Linsenschattens. Auch andere optische Fehler, wie beispielsweise die chromatische Aberration des Linsensystems, können quantitativ erfasst und mit geeigneten Algorithmen eliminiert werden.

Dank der integrierten API-Schnittstelle lässt sich diese Referenzlichtquelle auch einfach in automatisierte Industrieanwendungen, wie beispielsweise Prüfstationen in der Produktionslinie, integrieren. Damit ersetzt diese universelle Kalibrierstandardquelle eine Vielzahl separater Prüflichtquellen und hilft Smartphone-OEMs, Kameramodul-Lieferanten und Herstellern elektronischer Endgeräte, ihre Produktionsprüfschritte zu optimieren und wertvolle Zeit zu sparen.

* Abdel H. Naji ist Sales Director bei GL Optic.

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