Wie Sie die Farbe von LED-Lichtquellen im Auto konstant halten

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

ams Sensors Germany GmbH

Die Besonderheiten des menschlichen Auges müssen berücksichtigt werden

Eine Regelung des Lichtes ist nur möglich, wenn ein Sensor Farbe und Helligkeit des Lichtes exakt als Ist-Größe ermittelt. Darüber hinaus muss die Besonderheit des Farbempfindens des menschlichen Auges im Sensor berücksichtigt werden. Die Kombination dieser Sachverhalte ist die Grundlage für eine exakte Farblichtregelung.

Die Farbmessung an der Lichtquelle basierend auf speziellen True-Color-Farbsensoren mit Normspektralwertempfindlichkeit ist notwendige Voraussetzung für eine aktive Farbortregelung mit einer Genauigkeit von Δu’v’<0,0025, die unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges liegt. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Regelung ist das Einsparen hochwertiger Elektronik zum Erreichen konstanter LED-Treiberleistung über die Temperatur bzw. Lebenszeit. Unter der Bedingung einer schnellen Regelung können hier durch den Ansatz an der Wirkung der LED direkt auch Unzulänglichkeiten der Elektronik mit ausreichender Genauigkeit ausgeregelt werden.

True-Color-Sensor misst nach dem Dreibereichsverfahren

Ein solcher True-Color-Sensor-IC ist der MTCS von MAZeT, der in verschiedenen Bauformen als Sensor-IC sowie in Form von Funktionsmodulen für unterschiedliche Anwendungen inklusive einer Kalibrierungslibrary verfügbar ist. Es handelt sich dabei um einen miniaturisierten Farbsensor zur Farbmessung nach dem Dreibereichsverfahren. Er unterscheidet sich vor allem in seiner spektralen Empfindlichkeit und dem verwendeten Filtermaterial von anderen Farbsensoren, die auf einfachen Absorptionsfiltern basieren und lediglich eine RGB-Detektion, aber keine direkte Farbmessung nach Normung mit geforderter Genauigkeit des menschlichen Auges erlauben.

Unendlich viele Kombinationen spektraler Zusammensetzung

Die Normwertanteile X, Y und Z beschreiben den Farbort, der aus unendlich vielen Kombinationen der spektralen Zusammensetzung angeregt werden kann. So ist es etwa möglich, einen Weißpunkt z.B. einer Normlichtart D65 mit einer Farbmischung aus blauer LED und gelber LED oder einer Farbmischung aus RGBx-LEDs zu erzeugen. Bei jeweils gleichem Farbort gibt es jedoch entsprechende Unterschiede im emittierten Spektrum. Die Messung der Farborte geschieht mit den an die menschliche Wahrnehmung angelehnten Normspektralwertfunktionen. Die spektralen Empfindlichkeiten sind in DIN5033 und international in CIE1931 festgelegt.

Spektralidentische Nachbildung der Normspektralwertfunktionen

Die für die Beschreibung des Farbortes relevanten Normwertanteile X, Y und Z ergeben sich aus dem Produkt der emittierten Strahlung und der Normspektralwertfunktionen. Für die Farbmessung von emittierenden Quellen ist es notwendig, die Normspektralwertfunktionen möglichst spektralidentisch nachzubilden. Je besser dies gelingt, umso genauer ergibt sich auch die Güte der realisierbaren Farbmessung. Je nach Aufgabenstellung erfordert ein Meßsystem eine bestimmte Genauigkeit als Messfehler oder verbal beschrieben, die vom geforderten Sollwert mehr oder weniger, auch nach einer vorher erfolgten Kalibrierung abweicht.

Diese Abweichung wird als Messfehler Delta (z.B. ΔE für die Abweichung im Lab-Diagramm oder Δu’v’ für den Farbortfehler im Lu’v’-Diagramm) und in der Farbmessung von der Applikation bestimmt. Zum Erreichen der geforderten Genauigkeit sind verschiedene Faktoren wie verwendetes Messprinzip, Absolut- und Wiederholgenauigkeit des Sensors, Beleuchtung, Kalibrierung und die Umgebung des Systems mit Störquellen bestimmend.

Das menschliche Auge als Vergleichsmaßstab

Die MTCS-Farbsensoren sind derzeit die einzigen Sensoren, mit denen die skalierten Normspektralwertfunktionen in der bekannten miniaturisierten Bauform umgesetzt wurde. Die Sensorsignale XYZ sind direkt als Farbort im Farbdiagramm interpretierbar. Nach entsprechender Kalibrierung sowie unter „normalen“ Messbedingungen sind Genauigkeiten bei der Messung umsetzbar, die weit unter der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges liegen („like human eye“; ΔE<3; Δu’v’<0,002). Somit empfehlen sich die True-Colour-Sensoren für Anwendungen, bei denen das menschliche Auge als Vergleichsmaßstab die Messgenauigkeit („like human eye“) festlegt.

Drei Filter aus hoch- und niederbrechenden Schichten

Als Grundempfindlichkeit dient in den MTCS-Farbsensoren eine PIN-Diodentechnologie mit optimierter spektraler Empfindlichkeit für den sichtbaren Bereich. Die Kombination aus dieser Basisempfindlichkeit sowie die spezifischen Filterfunktionen der übergeordneten Schichten ergeben die Normspektralwert-Empfindlichkeiten. Die drei Filter sind jeweils aus spezifischen Schichtdesigns aus hoch- und niederbrechenden Schichten und den damit kombinierten Interferenzwirkungen für verschiedene Wellenlängen ausgeführt. Diese Interferenzfilterschichten werden mithilfe lithographischer Prozesse direkt auf Siliziumwafer oder auf Glasträger strukturiert und bilden temperatur- und langzeitstabile Filter.

Zum Anpassen der Empfindlichkeiten an die Normwerte X, Y und Z werden die Sensordaten mit einem Abgleich auf ein bekanntes Weiß skaliert oder mithilfe verschiedener bekannter Mischfarben und einer Matrizierung global/lokal korrigiert und können dann in einen beliebigen Farbraum mit hoher Genauigkeit transformiert werden.

(ID:356749)