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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM - LED - lineare Helligkeit


Autor: Jan (Gast)
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Hallo,
ich möchte mittels einer 8bit oder 10bit PWM die Helligkeit einer LED
in 64 Schritten steuern - soweit kein Problem.
Ich möchte aber erreichen, dass die Helligkeit der LED (subjektiv)
linear ansteigt. In der Theorie müsste das Ein/Aus-Verhätltnis
irgendwie exponentiell ansteigen, was auf einem AVR aber schwierig
umzusetzen ist. Ich habe es bereits mit einem Anstieg mit x^3 versucht,
aber vielleicht gibt es noch einen besseren  einfacheren  schnelleren
Weg, das gewünschte zu erreichen?

Autor: Stefan Kleinwort (Gast)
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Quadrieren hat bei mir sehr gute Ergebnisse gebracht. 10bit PWM ist
dafür aber fast etwas knapp.

Viele Grüße, Stefan

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

> In der Theorie müsste das Ein/Aus-Verhätltnis
> irgendwie exponentiell ansteigen, was auf einem AVR aber schwierig
> umzusetzen ist.


Aus welchen Gruenden sollte das mit einem AVR nicht gehen?

Leg doch einfach eine konstante Tabelle mit den Werten in Flash und
rufe diese ab.

Mfg
Dirk

Autor: Alexander (Gast)
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logarithmisch, der Strom steigt exponentiell zur Spannung.

Autor: Jan (Gast)
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Danke für die Tipps,
ich habe jetzt ersteinmal eine pseudo-quadratische Tabelle gewählt
(erstes Viertel linear, danach quadratisch ansteigend)

@Alexander: Damit hätte man einen linearen Anstieg der Stromstärke,
jedoch keinen linearen Anstieg der aufgenommenen Leistung oder der
abgegebenen Lichtleistung, geschweige denn des subjektiven Eindrucks
für das menschliche Auge.

Autor: ape (Gast)
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Einen linearen Anstieg der Stromstärke hat man bei linearem Anstieg der
Pulsbreite, denn die LED zieht einen konstanten Strom, wenn sie
eingeschaltet ist. Verdoppelt man die An-Zeit, verdoppelt man also auch
den durchschnittlich fließenden Strom.

Die Helligkeit der LED ist AFAIK einigermaßen linear zur anliegenden
Spannung, nicht zum Strom. Da der Strom bei linearem Spannungs-Anstieg
exponentiell zunimmt, muss der Strom logarithmisch steigen um eine
lineare Helligkeits-Zunahme zu erreichen...

Wenns etwas aufwendiger sein soll, kann man als Alternative zur Tabelle
auch einen Spannunsgregler bauen.

Autor: ape (Gast)
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> Da der Strom bei linearem Spannungs-Anstieg exponentiell zunimmt, muss
> der Strom logarithmisch steigen um eine lineare Helligkeits-Zunahme zu
> erreichen...

Denkfehler, der Strom muss natürlich auch exponentiell zu nehmen, nicht
logarithmisch (steht ja eigentlich soagr schon da :)

Autor: Alexander (Gast)
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Helligkeit ist proportional zum Strom.
Ob das subjektiv dann auch so ist??

Autor: ape (Gast)
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Naja ich vermute mal das menschliche Auge wird Helligkeit logarithmisch
wahrnehmen.

Autor: Jan (Gast)
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ape:
> Einen linearen Anstieg der Stromstärke hat man bei linearem Anstieg
> der Pulsbreite

Ja klar - Denkfehler von mir. Irgendwie habe ich halbe Ein-Zeit gleich
halbe Spannung gesetzt, was hier natürlich Unsinn ist.

Autor: Sven Johannes (Gast)
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Moin...

Bei der PWM ist die objektive Helligkeit proportional zur
Einschaltdauer! Da steigt und fällt nichts, die LED ist immer AN, mit
dem durch den Rv eingestellten Maximalstrom, oder AUS. Ansonsten ist
die objektive Helligkeit nichteinmal prop. zur Leistung, die schicken
Geraden aus den Datenblättern habe nrmalerweise knackige
Randbedingungen.

Das viel lustigere Problem ist aber die subjektive Wahrnehmung im Auge.
Der Zusammenhang ist VIEL komplexer, logarithmisch ist eine bestenfalls
brauchbare Näherung. AFAIK hat das Frauenhofer Institut da mal nette
Abstracts rausgebracht, vielleicht findet man die ja noch.

--
 Sven Johannes

Autor: Hagen (Gast)
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Die Farbempfindlichkeit des Auges ist ebenfalls unterschiedlich, sogar
individuell für jeden Menschen anders. Sogesehen kann man wenn
überhaupt nur eine perfekte Helligkeitssteuerung für einen einzigsten
Menschen bauen. Zu dem war das psycholigische Helligkeitempfinden nicht
nur logarithmisch sondern wenn überhaupt nur in einigen Bereichen der
Kurven. D.h. ab einer bestimmten Helligkeit, blenden die LED's die
Augen und das psychologische Helligkeitsempfinden bekommt einen steilen
Anstieg in der Kurve (nicht mehr logarithmisch). Die Begündung dafür ist
die biologische Anpassung während unserer Evolution beim Farbsehen. Wir
können zb. mehr Grüntöne als Blautöne unterscheiden und intensives Rot
empfinden wir als viel Heller=aufdringlicher als ein vergleichbares
Grün.

Ich hatte mal Datenblätter bei Agilent gesehen in denen Diagramme waren
die die Abhängigkeiten pro Farbe und psychologischer Helligkeit zu
objektiv gemessener Helligkeit angaben. Leider nicht mehr auffindbar,
schade könnte sie nämlich selber wieder brauchen.

Gruß Hagen

Autor: TOM (Gast)
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Hallo.

Ich lese den Thread interessiert mit. Für mich stellt sich die Frage,
wie kann man denn das psycholigische Helligkeitempfinden feststellen?

Wenn ich zwei verschieden helle LEDs betrachte, kann ich doch nicht
sagen "die linke ist doppelt so hell wie die rechte", oder?
Also ich habe solch ein empfinden für die Helligkeit nicht.

Aussagen, wie "doppelt so hell" kann ich doch nur an Zahlenwerten
fest machen, die aber dann zwangsläufig auf Messungen beruhen.

Gruß

Thomas

Autor: ka-long (Gast)
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Hi,

Außerdem ist das ganze stark von den Umgebungsbedingungen abhängig.

Machst Du das draußen bei bewölktem Himmel, oder drinnen bei dunklem
Neonlicht......

Gruß ka-long

Autor: Stefan (Gast)
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Grundsätzlich muss man bei solchen Bertrachtungen immer die
energetischen Größen und die visuellen Größen unterscheiden.
Die visuellen Größen werden zusätlich mit der (spektralen)
Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet, die ein
Maximum in Grünen, also bei ca. 550nm aufweist.

Das bedeutet unter Anderem, dass die empfundene Helligkeit
von der Wellenlänge der Strahlungsquelle (LED: feste Wellenlänge)
bzw. deren Spektrum abhängt.

Daher ist auch die Helligkeit nicht proportional zu der in der
LED verbratenen elektrischen Leistung. Bei Glühlampen verhält es
sich ähnlich: Hier wird ein großer Teil der elektrischen Leistung
in Infrarotstrahlung (=Wärmestrahlung) umgesetzt, für die das
Auge nicht empfindlich ist.

Beim PWM-Betrieb einer LED würde ich behaupten, dass die Helligkeit
dennoch proportional zur Einschaltdauer ist, da während der
Ein-Phase immer die gleiche Strom-Spannungs-Beziehung an der LED
gilt; das Spektrum der Quelle ändert sich nicht.

Gruß,
Stefan

Autor: TravelRec. (Gast)
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Wegen der unterschiedlichen Farbempfindlichkeit des Auges müßte man die
LEDs bei Vollaussteuerung (also immer an) mit verschiedenen
Vorwiderständen auf gleiche Helligkeit trimmen. Somit wäre dann im PWM
bei gleichem Tastverhältnisdie Helligkeit für alle Farben gleich
(natürlich auch wieder nur für einen Menschen, wenn man´s auf die
Spitze teibt). Wir haben dies mal bei einem Signal für die Modellbahn
konzipiert und dieses mit LEDs bestückte Teil realitätsnah den im
Original verwendeten Glühlampen nachempfunden, also mit nachglimmen und
aufblenden. Dies funktioniert für alle Farben perfekt und ist in den
Helligkeitswerten untereinander nicht zu unterscheiden.

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