Bis etwa im Jahr 1998 gab es gar keine brauchbaren LEDs in der Farbe Blau. Jahrzehntelang versuchten Forscher diese Farbe zu entwickeln – erfolglos. Die Erfindung effizienter blauer LEDs ebnete den Weg zu energiesparenden weißen Lichtquellen – und brachte Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura 2014 den Nobelpreis für Physik ein.
Denn blaues Licht leuchtet nicht nur blau, sondern ist ein integraler Bestandteil des Farbspektrums. Ohne blau kein weiß. Die Welt der blauen LED wird sich aufgrund ihrer klaren Vorteile weiter entwickeln.
LED-EIGENSCHAFTEN - hoher Wirkungsgrad mit weniger Wärme
Elektrische Energie kann relativ effizient in blaues Licht umgewandelt werden, vor allem für tiefes Blau, also Wellenlängen um 450 Nanometer (nm). Die Strahlungseffizienz liegt nach Herstellerangaben im Bereich >50 Prozent. Der Hersteller Osram gibt für seine LED (Oslon® SSL 150 GD CSHPM1.14) derzeit sogar eine Effizienz von 75 Prozent an. Wir haben die Strahlungseffizienzen in W/W für alle typischen LED-Farben ermittelt. Für die Messung haben wir ein Spektroradiometer verwendet.
Dabei zeigten sich folgende Trends:
- Spektrale Eigenschaften der blauen LED: Peak-Wellenlänge (WL): 452,90 nm; Peak-Halbwertsbreite (FWHM): 18,13 nm; Volle Breite bei 20 Intensitäts%: 40-60 nm
- Spektrale Eigenschaften der weißen LED: Weißes Licht LED: Peak WL 440,00 nm; Peak FWHM 18,33 nm; 2. Peak WL 551,00 nm; 2. FWHM 126,00 nm
- Die Peak-Wellenlänge der weißen LED ist fast die gleiche wie die der blauen LED
- Blaue LEDs bieten aber die höhere Effizienz. Der Wirkungsgrad der „Deep Blue"-LEDs mit Wellenlängen um 450 nm wird direkt mit 52 Prozent oder 0,52 W/W angegeben. Das bedeutet, dass 52 Prozent der elektrischen Leistung in Watt, die in die LED eingespeist wird, anschließend in Lichtenergie umgewandelt wird. Bei rotem Licht liegt der entsprechende Wert dagegen bei annähernd < 40 Prozent, bei grünem Licht nur bei ca. 20 Prozent.
Der hohe Wirkungsgrad von Blau kann somit auf zwei Arten genutzt werden: Soll die Lichtquelle eine vergleichbare Bestrahlungsstärke liefern, kann der in die blauen LEDs eingespeiste elektrische Strom reduziert werden. Wird jedoch der gleiche Strom in die LEDs eingespeist, führt dies direkt zu einer höheren Bestrahlungsstärke, jedoch mit einer höheren Effizienz als bei längeren Wellenlängen. In beiden Fällen bedeutet dies, dass an der LED weniger Wärme erzeugt wird.
Entwicklung einer neuen Generation telezentrischer Objektive
Eine neue Generation von blauen LEDs, macht eine neue Generation von telezentrischen Objektiven sinnvoll, denn die neu entwickelten telezentrischen Messobjektive mit telezentrischem Strahlengang ermöglichen nun eine doppelte Auflösung bzw. doppelte Schärfentiefe im Vergleich zu herkömmlichen Systemen.Damit können nun alle Vorteile der blauen LED in ihrer Anwendung wirklich genutzt werden.
Diese neuen telezentrischen Messobjektive wurden von Vision & Control entwickelt, einem der innovativen Taktgeber für die industrielle Bildverarbeitung. Seit über 30 Jahren ist das Unternehmen in der Bildverarbeitung zu Hause und hat zahlreiche Neuerungen eingeführt. Die Fortschritte bei telezentrischen Objektiven ermöglichen es der Systemintegration, bei der Bildgebung mit blauem Licht eine hohe potenzielle Auflösung und einen hohen „depth of field“ (Tiefenschärfe) zu nutzen. Dies wird ein hilfreicher Baustein für eine effiziente und hochauflösende Bilderfassung in der Prozesskette der industriellen Bildverarbeitung sein.
Wir haben eine neue Generation von telezentrischen Objektiven für den Einsatz in der industriellen Bildverarbeitung mit modernster Farbkorrektur entwickelt, die tief in den blauen Spektralbereich hineinreicht. Damit können alle Vorteile der neuen LED-Generation - blau und weiß - nun auch in Anwendungen zur Messung und Inspektion genutzt werden. Die neuen telezentrischen Objektive eignen sich aber auch sehr gut für alle konventionelle LED-Farben.
Vorteile der neuen „blauen“ Telezentrie
Eine Besonderheit ist eine breitbandige Farbkorrektur, die bis tief in den blauen Spektralbereich ausgedehnt wurde. Dies ermöglicht, dass die Objektive nun für das gesamte sichtbare Spektrum und das nahe Infrarot eingesetzt werden können.
Die in einer Bildverarbeitungsanwendung verwendete Lichtfarbe sollte in jedem Fall berücksichtigt werden, denn die blauen LEDs haben eine Reihe von Vorteilen.
So liefern sie im effizienten und energiereichen blauen Spektrum maximale Schärfe bei größtmöglicher Tiefenschärfe. Die Bildschärfe wird durch die geringere Beugung im Vergleich zu Infrarot nahezu verdoppelt. - Sie sind auch für die spektrale Zusammensetzung weißer LEDs mit ihrem Peak um 450 nm bestens geeignet und zeigen hervorragende Abbildungseigenschaften. Gegenüber dem noch kurzwelligeren UV hat blaues Licht den Vorteil der Sichtbarkeit, was die Handhabung des Bildverarbeitungssystems einfacher und sicherer macht. - Durch die Sichtbarkeit ist eine abwehrende Reaktion des Auges gegeben. Zum anderen wird durch die Sichtbarkeit der Strahlung das Einrichten des Systems erleichtert.
Derzeit sind mehrere Objektivserien für die Abbildung einer maximalen Objektfelddiagonale von 18 mm bis 125 mm verfügbar. Innerhalb jeder Serie ist ein Objektivtyp für die gängigen Sensoren von 1/4" bzw. 1/3" bis zum DX-Format zur formatfüllenden Abbildung des jeweiligen Objektfeldes vorgesehen. Die Objektive für Sensoren bis 1,2" haben einen C-Mount-Anschluss, die Version für das DX-Format ist mit einem M42-Gewindeanschluss ausgestattet.
Sie sind breitbandig korrigiert für den sichtbaren Spektralbereich und das nahe Infrarot, aber mit einer Farbkorrektur, die bis tief in den blauen Spektralbereich reicht. Dadurch eignen sie sich sehr gut für blaue LEDs einschließlich "tiefblauer" LEDs und auch für weiße LEDs, da sie einen starken Blaulichtanteil haben. Wie alle unsere Standardobjektive haben sie eine einstellbare, arretierbare Blende mit Blendenzahlmarkierung und bieten eine robuste Mechanik, so dass sie auch rauen industriellen Bedingungen standhalten. - Sie bieten also weiterhin alle Vorteile herkömmlicher telezentrischer Objektive für die industrielle Bildverarbeitung.
erschienen in ELEKTRONIK PRAXIS