Hallo, Es muss ein Photodioden-Array (16x16 oder mehr) gebaut werden für die Homogenitätsmessung der Lichtintensität auf einer Fläche (z.B. 20x20 cm). Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit soll so gut wie möglich sein. Meine Idee wäre "einfach" die CMOS-Bildsensor Design zu übernehmen. (s. Bild). Ein "Pixel wird durch zwei MUX ausgewählt und der Strom mithilfe von TIA gemessen Folgende Bauteile habe ich mir ausgesucht: NMOS: IRLML6244TR Photodiode: SFH2201 (SMD=>wenig "tote" Fläche) Für TIA: LMC6001 Die MUX-Steuerung und analoge Messung wird von NI-DAQ übernommen. Es ist mir klar dass jede PD+NMOS Kombination ab Werk ein wenig anders sein wird, deswegen würde ich erstmal eine Korrekturtabelle erstellen , d.h. jedes "Pixel" an der gleiche Position Messen und später einen Korrekturfaktor bestimmen (z.B. durch eine Abweichung vom Mittelwert). Außerdem überlege ich eine PCB it Alu-Kern zu nehmen, damit alle PD bei der gleiche Temperatur bleiben. Aber ansonsten, was muss ich noch berücksichtigen?
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Böser K. schrieb: > d.h. jedes "Pixel" an der gleiche Position Messen und später einen > Korrekturfaktor bestimmen Für Meßzwecke wirst du das machen müssen. Zwar kann man annehmen, dass Dies, die vom gleichen Wafer stammen, sehr ähnlich sind, aber es gibt dennoch Abweichungen sogar zwischen benachbarten Photodioden. Bei Operationsverstärkern z.B. äussern sich diese Unterschiede in einer Eingngsfehlspannung von zufälliger Polarität und Größe. Ich habe irgendwo noch einige sehr alte Kamera-CCDs, bei denen der Hersteller sogar zu jedem Exemplar einen individllen Korrektur-PROM mitgeliefert hat.
Wäre es nicht einfacher und nicht so aufwändig, ein Zeilen Array mit abgestimmten PD mit Drehspielgel zu verwenden, oder sogar die gesamte Fläche mit einer Kamera zu erfassen? Da die Kalibrierung so oder so erfolgen muss, ist der Rest Software.
Hm, eine kamera is nicht gross und genau genug. Die Idee mit einem Spiegel macht alles komplizierter: Bewegliche Teile, Steuerung, mech Konstruktion.
Böser K. schrieb: > Wird es so funktionieren? Nein. Zugriff auf die einzelne Photodiode hat man in der Matrix nur in der Mitte. Nicht am Rand nach Masse geschaltet wie du glaubst es hinzubekommen. Du brauchst also m*n MOSFETs. Für Homogenitätsmessungen ist ein Arry auch ziemlich blöd, weil ja alle Photodioden unterschiedlich reagieren und womögloch noch unterschiedlichen Lichteinfallwinkel haben.
Böser K. schrieb: > Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit soll so gut wie möglich sein. "so gut wie möglich" wirst du nicht wirklich bezahlen wollen. Lege sinnvolle Anforderungen fest. Ganz wichtig ist dabei ein stabiler optischer Aufbau. Üblicherweise wird solch ein Sensor mittels einer Flat-Field Aufnahme kalibriert. Die Frage ist, ob eine Eigenentwicklung wirklich sinnvoll ist, wenn man für unter hundert Euro hochauflösende Sensorarrays mit kompletter Ansteuerelektronik, Bildprozessor, Gehäuse und Standardoptik(-anschluss) fertig kaufen kann.
Vielleicht die Anzahl der Photodioden reduzieren und dann interpolieren? Zumindest würde das den Schaltungsaufwand und die Anzahl der unterschiedlichen Ansprechverhalten der Photodioden verringern, welche berücksichtigt werden müssen.
Wolfgang schrieb: > Böser K. schrieb: >> Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit soll so gut wie möglich sein. > > "so gut wie möglich" wirst du nicht wirklich bezahlen wollen. > Lege sinnvolle Anforderungen fest. Ganz wichtig ist dabei ein stabiler > optischer Aufbau. > > Üblicherweise wird solch ein Sensor mittels einer Flat-Field Aufnahme > kalibriert. > > Die Frage ist, ob eine Eigenentwicklung wirklich sinnvoll ist, wenn man > für unter hundert Euro hochauflösende Sensorarrays mit kompletter > Ansteuerelektronik, Bildprozessor, Gehäuse und Standardoptik(-anschluss) > fertig kaufen kann. Wo kann man solche hochauflösende Arrays für <100 Euro kaufen!
Böser K. schrieb: > Wo kann man solche hochauflösende Arrays für <100 Euro kaufen! Eine gebrauchte Spiegelreflexkamera gibt's beim Photohändler deiner Wahl oder über Ebay, z.B. Canon EOS 350D. Der Sensor besitzt dort zwar 3456 × 2304 Pixel bei 12 Bit Auflösung, aber das lässt sich runter rechnen. Auch lässt sich so eine Kamera direkt über einen PC steuern. Eine Alternative könnte ein Raspberry Pi mit Kameramodul sein.
Ein Bildarray, hat ueblicherweise aber nur einen Ausgang, resp 3 fuer die drei Farben. Egal, ueblicherweise muss man eine dunkelmessung vor dem Pixel und eine nach dem Pixel machen. und davon die Differenz nehmen. Das nennt sich dann CDS, correlated double sampling. Fuer Bildsensoren. Moeglicherweise gibt es auch arrays, mit einem Ausgang je Pixel. Wenn man etwas Geschwindigkeit haben will. Ohne spezielle Anforderungen wuerde ich gleich eine fertige Kamera nehmen und das Bild da raus nehmen. Schau mal unter Industriekameras.
Ich mussneine die Fläche von 20x 20 cm Messen, wie mache ich denn dass mit einer Kamera mit max 1" Sensor? Auserdem werde ich nicht in lage sein, die einzelne Pixel zu kalibrieren. Wocher soll ich dann wissen ob inhomogenität nicht wegen verschidene Pixeln-Empfindlichkeit, abschattubg etc kommt?
Wolfgang schrieb: > Der Sensor besitzt dort zwar 3456 × > 2304 Pixel bei 12 Bit Auflösung Da kann man ja z.B. immer 100 x 100 Pixel zusammenrechnen, was schon mal Fehler eliminiert, und kalibrieren muss man ja genauso. Das ganze dürfte wesentlich genauer und reproduzierbarer werden als jedes selbst gebastelte Fotodiodenarray. Das mit dem Multiplexen müsste man sowieso genauer analysieren, denn die Fotoströme liegen wahrscheinlich im nA-Bereich, da sind leicht mal die Fehlerströme der Multiplexer grösser als der Messwert. Georg
Böser K. schrieb: > Ich mussneine die Fläche von 20x 20 cm Messen, wie mache ich denn dass > mit einer Kamera mit max 1" Sensor? Es gibt da sowas wie Linsen - wurden schon im Mittelalter erfunden. Damit kann man die Helligkeit ganzer Galaxien messen. Georg
georg schrieb: > Wolfgang schrieb: >> Der Sensor besitzt dort zwar 3456 × >> 2304 Pixel bei 12 Bit Auflösung > > Da kann man ja z.B. immer 100 x 100 Pixel zusammenrechnen, was schon mal > Fehler eliminiert, und kalibrieren muss man ja genauso. Das ganze dürfte > wesentlich genauer und reproduzierbarer werden als jedes selbst > gebastelte Fotodiodenarray. > > Das mit dem Multiplexen müsste man sowieso genauer analysieren, denn die > Fotoströme liegen wahrscheinlich im nA-Bereich, da sind leicht mal die > Fehlerströme der Multiplexer grösser als der Messwert. > > Georg Die Ströme werden bei ca. 4 mA liegen.Sollte noch gut messbar sein. Ausserdem fliest der strom doch nicht über MUX, aondern über 2 NMos direkt an TIA
georg schrieb: > Böser K. schrieb: >> Ich mussneine die Fläche von 20x 20 cm Messen, wie mache ich denn dass >> mit einer Kamera mit max 1" Sensor? > > Es gibt da sowas wie Linsen - wurden schon im Mittelalter erfunden. > > Damit kann man die Helligkeit ganzer Galaxien messen. > > Georg Ah ja, ein Objektiv mit ca. 28 cm Öffnung...und dazu noch mit möglichst wenig Abbildungsfehler und bitte kompakt genug, damit man die Homogenität der Messfläche aufnimmt, und nicht 20 cm höher....
> Der TE Schrieb : >Auserdem werde ich nicht in lage sein, die einzelne Pixel zu kalibrieren. >Ah ja, ein Objektiv mit ca. 28 cm Öffnung... Ok. Man kann sich dumm stellen, oder es auch sein. Ich denk, so wird das nichts.
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Jetzt ist G. schrieb: >> Der TE Schrieb : >>Auserdem werde ich nicht in lage sein, die einzelne Pixel zu kalibrieren. >>Ah ja, ein Objektiv mit ca. 28 cm Öffnung... > > Ok. Man kann sich dumm stellen, oder es auch sein. Ich denk, so wird das > nichts. Oder man nimmt eine weitwinkel Linse und dann viel Erfolg mit der Berechnung was du genau aufnimmst und wie die tatsächliche Homogenität auf der Messfläche ist.
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All die Kameras, nehmen also Muell auf ... ja, das kann man auch so sehen. Ich bin mit der Intensitaetverteilung bei meiner Kamera zufrieden.. Allenfalls waere interessant was so gut wie moeglich homogen bedeutet. 1%, 10%, .. Ohne Kalibriermoeglichkeit wird's aber eh schwierig. Wobei .. so schwierig ist es nicht.
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Milchglasscheibe in der Messebene und von hinten mit einer Kamera aufnehmen ?
Die Genauigkeit sollte < 1% sein.
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Zur Kalibierung. Eine LED. mit einem definierten Strom. Welcher Strom ist eigentlich egal. Jetzt die Kamera an derselben Position in der Bildebene drehen um jedes einzelne Pixel zu belichen und den Strom messen. Alle Pixel normieren und die Inversen der Werte als Multiplikationsfaktor der Messungen verwenden.
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Böser K. schrieb: > Ah ja, ein Objektiv mit ca. 28 cm Öffnung... Klar, wenn man ein Auto fotografiert braucht man ja auch ein Objektiv mit 5 m Öffnung... Dümmer kann man garnicht sein. Am besten das ganze vergessen, da paart sich Beratungsresistenz mit völliger Unfähigkeit. Georg
Böser K. schrieb: > Die Genauigkeit sollte < 1% sein. Also 99% Fehler. Das ist leicht. Solltest du aber die Ungenauigkeit meinen, wirst du wohl auch noch für eine konstante Temperatur des Sensors sorgen müssen. Wenn du eine Optik vor den Sensor setzt, musst du auch deren Einfluß bei der Kalibrierung berücksichtigen. Gewöhnlich sinkt die Helligkeit des Bildes zu den Rändern hin ab. Evtl. musst du dich auch noch um die Stabilisierung der Intensität und die Farbkonstanz der Lichtquelle kümmern. Etliche der neuen LED sind in dieser Hinsicht kaum besser als Glühlampen, und ändern ihre Farbe in Abhängigkeit von der Betriebsspannung sichtbar.
nachtmix schrieb: > Wenn du eine Optik vor den Sensor setzt, musst du auch deren Einfluß bei > der Kalibrierung berücksichtigen. Gewöhnlich sinkt die Helligkeit des > Bildes zu den Rändern hin ab. Bei der o.g. Flat-Field Kalibierung wird eine ungleichmäßige Ausleuchtung der Optik genauso erfasst, wie die individuellen Abweichungen der Sensorelemente.
Hallo, ich als Nichtfachmann werfe mal einen Flachbettscanner in die Diskussion. Ist der mechanische Teil der Abtastung schon fertig. Schönen Sonntag von opamanfred
Bachelor, Master oder Meisterarbeit waere eine Vermutung. Das Geraet wird bei konstanter Ausleuchtung mit Punktquelle oder diffuser Grossquelle unterschiedliche Ergebnisse liefern.
Mensch, meine Frage war doch, ob mein Design so funktionieren würde und was ich da alles noch beachten muss. Meine Frage war NICHT "Wie kann ich eine Homogenität aufnehmen"! Eine Kamera steht für diese Anwendung nicht in Frage, aus den Gründen die ich hier nicht erwähnen werde.
Böser K. schrieb: > Eine Kamera steht für diese Anwendung nicht in Frage, aus den Gründen > die ich hier nicht erwähnen werde. Das kann ja sein (Uni?), aber das ist noch lange kein Grund, sich mit so absurden Argumenten wie metergrossen Objektiven über Alternativvorschläge lustig zu machen. Wer so agressiv um sich schlägt muss auch entsprechend einstecken können. Ausserdem ist die Aussage "vernünftige Lösungen scheiden aus, weil mein Prof das verboten hat" für die meisten Praktiker kein stichhaltiges Argument. Georg
Böser K. schrieb: > Eine Kamera steht für diese Anwendung nicht in Frage, aus den Gründen > die ich hier nicht erwähnen werde. Ok, tschüß! Mach dein eigenes Ding! Ps: nimm ne webcam
georg schrieb: > Böser K. schrieb: >> Eine Kamera steht für diese Anwendung nicht in Frage, aus den Gründen >> die ich hier nicht erwähnen werde. > > Das kann ja sein (Uni?), aber das ist noch lange kein Grund, sich mit so > absurden Argumenten wie metergrossen Objektiven über > Alternativvorschläge lustig zu machen. Wer so agressiv um sich schlägt > muss auch entsprechend einstecken können. > > Ausserdem ist die Aussage "vernünftige Lösungen scheiden aus, weil mein > Prof das verboten hat" für die meisten Praktiker kein stichhaltiges > Argument. > > Georg 1. Hat nichts mit Uni zu tun. 2. Argument mit dem großen Objektiv war nicht so absurd (kleines Objektiv=> sehr weiter Winkel notwendig => keine genaue Aussage was man da alles in die Kamera sammelt, außerdem mögliche Abbildungsfehler am Rand(Helligkeit/spektrale Verzerrung). Will ich keinen weiten Winkel, so muss ich eine entsprechend große Llinse nehmen. Eine Photodiode liegt stattdessen direkt auf der Messfläche und sieht die Welt 1:1. 3. Die Aussage "vernünftige Lösungen scheiden aus, weil mein Prof das verboten hat" sollte die Diskussion in die richtige Richtung lenken. Im Moment versuchen hier die Menschen, die meine Problemstellung ÜBERHAUPT nicht kennen diese auf eigene weise zu lösen, anstatt auf meine ursprüngliche Frage zu kommen. Diese Menschen ärgern sich dann, weil ihre Lösung für mein Problem plötzlich nicht passt.... Mensch, in meiner Firma passiert das gleiche:) Zwei mal im Jahr sammeln sich alle Abteilungen und besprechen laufende Projekte. Wenn ein MA sagt "Das Projekt X hängt noch weil wir da ein tech. Problem haben..." springen viele Ing. und geben absolut absurde oder naive Lösungsansätze, die in der Realität einfach nicht funktionieren würden. "Warum kann man das nicht einfach ....."-ist so ein typischer Satz:) Aber wollen diese Ing das Problem lösen? Nein. Die wollen allen zeigen, dass sie das Problem in 5 Minuten schon gelöst hätten. Das ist die ursprüngliche Intension von solchen Diskussionen.
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Böser K. schrieb: > Im Moment versuchen hier die Menschen, die meine Problemstellung > ÜBERHAUPT nicht kennen diese auf eigene weise zu lösen, anstatt auf > meine ursprüngliche Frage zu kommen. Verbohrte Lösungsansätze sind hier im Forum oft genug das Problem.
Ich bin der Meinung, dass durch die Bauteilstreuungen bei diesen geringen Strömen die originale Schaltung nicht sinnvoll funktionieren wird. Aber warum probierst du es nicht einfach aus? Zum Beispiel mit 2 PD und 4 Mosfet? An Stelle der MUX tun es auch erst einmal DIP Schalter o.ä. Wenn das klappt, ist der Aufbau einen Test wert.
Rein technisch muss man nicht wissen wofuer Du das baust, aber die technischen Daten sind notwendig um die Loesung zu bewerten. Das sind der Lichtstaerkenbereich, Genauigkeit und die Messgeschwindigkeit. Je nach dem ist eine der 3*2*4 Loesungen geeignet oder ungeeignet Dein Array zu beschalten.
Böser K. schrieb: > Im Moment versuchen hier die Menschen, die meine Problemstellung > ÜBERHAUPT nicht kennen diese auf eigene weise zu lösen, anstatt auf > meine ursprüngliche Frage zu kommen. Stimmt, aber es ist deine Schuld, dass wir deine Problemstellung nicht kennen. Böser K. schrieb: > Meine Frage war NICHT "Wie kann ich eine Homogenität aufnehmen"! Stimmt ebenfalls, deine Frage war: Böser K. schrieb: > Mensch, meine Frage war doch, ob mein Design so funktionieren > würde Um es kurz zu machen: Dein "Design" ist Müll.
Böser K. schrieb: > Homogenitätsmessung der Lichtintensität Helligkeit ist ja nicht gleich Helligkeit. Photodioden sind spektral leider nicht linear, deine Pin Diode macht da keine Ausnahme. Bist du also sicher das deine Fläche vom Spektrum her homogen angestrahlt wird? Die Idee mit dem Mux verstehe ich nicht. Wie willst du das messtechnisch abgleichen? Schaltungen die ich kenne hängen den TIA direkt an die Diode (und es gibt manchmal eine zweite Diode als "Dark current" Kompensation. Hier was von ner Firma die es eigentlich wissen muss: http://www.analog.com/en/technical-articles/optimizing-precision-photodiode-sensor-circuit-design.html Die haben auch ein gutes Design tool für den TIA, gibt ein gutes Gefühl dafür mit was man da arbeitet: Photodiode Wizard design tool: http://www.analog.com/en/education/education-library/videos/4605084841001.html Hier noch was in Sachen spektrale Empfindlichkeit (etwas off topic da es um Photsynthese geht). http://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/hardware-reference-design/circuits-from-the-lab/CN0397.html
> => keine genaue Aussage was man da alles in die Kamera sammelt, außerdem mögliche Abbildungsfehler am Rand(Helligkeit/spektrale Verzerrung) > Meine Frage war NICHT "Wie kann ich eine Homogenität aufnehmen"! Man sollte den eigenen Messaufbau schon bewerten koennen... also .. Flupp .. in die Tonne. Plopp & spühlen bitte.
Florian schrieb: > Ps: nimm ne webcam Dein Objektiv hat eine tonnenförmige Verzeichnung je nach Brennweite und Qualität. Mit einer billigen Webcam wird aus einem geraden Strich eine Gurke! Eher würde ich einen Scanner missbrauchen.
Böser K. schrieb: > Photodioden-Array (16x16 oder mehr) gebaut werden Nimm mal zum Test 3 Stück und den Mux Deiner Träume und schau wie "hochgenau" die brauchbaren Spannungen sind, wenn Deine Fotodioden beleuchtet werden. Das wird wohl nicht ganz einfach. Man sollte im richtigen Zeitfenster messen und hoffen, daß dieses Licht nie mit PWM gedimmt wurde. Anschließend die Messwerte mit der Korrekturtabelle bearbeiten wenn die Bauteilwerte auseinanderlaufen usw...
Böser K. schrieb: > Im Moment versuchen hier die Menschen, die meine Problemstellung > ÜBERHAUPT nicht kennen diese auf eigene weise zu lösen Dann beschreibe die Problemstellung vielleicht mal endlich? oszi40 schrieb: > Dein Objektiv hat eine tonnenförmige Verzeichnung Kann man ganz einfach rausrechnen.
Völliger Schwachsinn! Entweder fertig kaufen mit einer Diode: https://www.xayav.com/online-store/MaskCreator-p96104765 Oder mit Kamera machen: http://robotsinthesun.org/dlp-printer-brightness-distribution/ Es ist sicherlich einfacher eine Kamera entsprechend zu kalibrieren, als ein PD Array mit 1% Genauigkeit zu bauen. Das will nämlich auch noch kalibriert werden und dann spielen da zB die genaue Ausrichtung jeder Diode, die Integrationsfläche etc. eine Rolle. Vergiss es einfach. Das Problem bei Deiner Lösung ist ganz sicher nicht die Ansteuerung der Photodiode!
Hallo, ich will nicht die Sinnhaftigkeit des Konzeptes diskutieren, Es hat durchaus auch Charme, die Homogenität so zu bestimmen. Der miese Stil, mit dem hier jeden Tag unzählige Postings geschrieben werden, deren einziger Sinn es ist, den Fragesteller zu beleidigen, kann schon ziemlich abschrecken. Mache Leute brauchen es wohl für ihr Selbstwertgefühl, dass sie hier abkotzen. > Böser K. schrieb: > Es muss ein Photodioden-Array (16x16 oder mehr) gebaut werden für die > Homogenitätsmessung der Lichtintensität auf einer Fläche (z.B. 20x20 > cm). Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit soll so gut wie möglich sein. Also Abstand so ca. 10...13mm. > Meine Idee wäre "einfach" die CMOS-Bildsensor Design zu übernehmen. (s. > Bild). Ein "Pixel wird durch zwei MUX ausgewählt und der Strom mithilfe > von TIA gemessen Würde ich anders angehen. OPAs kosten nicht viel. Warum nicht jeder Fotodiode einen eigenen OPA spendieren. Das passt von der flächer her sicher noch auf die Rückseite. Dann hast du wenigsten ordentliche Signale, die deutlich störsicher sind und sich leichter über einige Entfernung herausführen und Multiplexen lassen. > Folgende Bauteile habe ich mir ausgesucht: > NMOS: IRLML6244TR > Photodiode: SFH2201 (SMD=>wenig "tote" Fläche) Bei 16 Dioden auf 20cm bleibt doch eh noch Zwischenraum. Alternativ evtl. auch die BPW34S. (Allerdings nicht von Osram, sondern die von Vishay, die BPW34 von Osram sind offenbar mackig). > Für TIA: LMC6001 Warum dieser? Welche Lichtstärke wird erwartet? Bei den großen Fotodioden wird der Fotostrom auch bei rel. geringer Beleuchtung schon ordentlich sein. Biasstrom spielt dann keine so große Rolle mehr. Da reicht dann auch ein OPV-Typ, der deutlich preiswerter ist. > Es ist mir klar dass jede PD+NMOS Kombination ab Werk ein wenig anders > sein wird, Bei so meinem Muxer gehen die Leckströme der FET n-fach ein. Bei geringen Leuchtstärken und höheren Temp., umso kritischer. > deswegen würde ich erstmal eine Korrekturtabelle erstellen , Ist klar, eine Kalibrierung wird notwendig sein. > Außerdem überlege ich eine PCB it Alu-Kern zu nehmen, damit alle PD bei > der gleiche Temperatur bleiben. Halte ich für Überflüssig, Aber welche Umgebungsbedingungen hast denn? Ist ein Abdeckglas geplant (sollte sein, wegen mögl. Verschmutzung der Fotodioden -> Putzen von einzelnen Dioden wird mühselig)? In einem abgeschlossnen Raum reicht sicher ein Umluftgebläse. Gruß Öletronika
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