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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optimaler Helligkeitseindruck bei LEDs (Frage für Experten!)


Autor: Bernd O. (bitshifter)
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Hallo,

ich plane ein Stroboskop aus LEDs zu bauen, die möglichst hell leuchten 
sollen und die drehenden Rotorblätter eines RC-Helikopters anblitzen 
sollen (Synchronisierung mit der Drehzahl habe ich schon gelöst und eine 
umgebaute gelbe GU10-LED-Lampe blitzt auch schon ganz nett - wenn auch 
zu dunkel ...).

Die Blitzdauer wird im Bereich von 10 bis max. 100 µs liegen und die 
Frequenz bei max. 133 Hz, die LED wird also max. 1,3 % der Zeit 
leuchten. In dieser Zeit soll sie aber mit maximaler Helligkeit 
leuchten, eventuell auch deutlich mehr als Nennstrom (im Mittel 
natürlich unter Nennstrom).

Geplant sind ca. 10-20 LEDs (soll noch im Wesentlichen ein Punktstrahler 
bleiben) und die LEDs sollten zusammen nicht mehr als ca. 15 Euro 
kosten. Gehäuse ist auch egal - nur SMD sollte es nicht sein.

Die Farbe der LEDs ist absolut egal. Wichtig ist nur, dass der maximal 
mögliche Helligkeitseindruck bei etwas gedämpften Licht bis Dunkelheit 
entsteht - und hier beginnt mein Dilemma:

Mit welcher LED-Farbe erreiche ich den maximalen Helligkeitseindruck? 
Natürlich gibt es sehr helle rote, grüne und auch blaue LEDs, aber 
welche LED-Farbe erreicht bei gleicher LED-"Klasse" und gleichem Strom 
die beste Helligkeitsausbeute für das Auge, also den hellsten Blitz?

Weiß scheidet leider aus, da hier eine Leuchtschicht auf blauer oder 
UV-LED zum Einsatz kommt, die (zu) lange nachleuchtet - hier verschwimmt 
das Bild deutlich bei kurzer Leuchtdauer.

Einige Vorüberlegungen:
Das Auge besteht ja aus Stäbchen und Zapfen mit Maxima bei 
unterschiedlichen Lichtfrequenzen. Allerdings ist mir sowohl die 
(Mengen-)Verteilung der Zäpfchen und Stäbchen im Auge nicht klar als 
auch ihre jeweilige absolute Empfindlichkeit.

Meine Vermutung ist, dass Grün oder Blau wohl ein guter Ansatz wären, 
aber irgendwie scheinen die roten LEDs immer heller zu leuchten als die 
anderen ;-)


Sind hier Experten für Optoelektronik im Forum?

Gruß,
Bernd

Autor: peter (Gast)
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Grün wird vom Auge als am hellsten wahrgenommen.

Autor: Karl (Gast)
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Ja Grün nimmt das Auge am hellsten war. Da es aber Rote LEDs schon 
länger gibt und die auch einfacher herzustellen sind sind die 
mittlerweile schon am weitesten entwickelt (?) und dadurch auch am 
hellsten.

Rot nimmt das Auge jedoch am wenigsten war. Hab mal gehört das in 
Ampelanlagen die Rote Lampe ne 100W Lampe ist und die anderen nur 60W 
damit das ausgeglichen wird bzw man das Rot besser sieht... (weiß aber 
nicht ob das stimmt)

lg

Autor: Michael K. (mmike)
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Bernd O. schrieb:
> Hallo,
>
> ich plane ein Stroboskop aus LEDs zu bauen, die möglichst hell leuchten
> sollen und die drehenden Rotorblätter eines RC-Helikopters anblitzen
> sollen (Synchronisierung mit der Drehzahl habe ich schon gelöst und eine
> umgebaute gelbe GU10-LED-Lampe blitzt auch schon ganz nett - wenn auch
> zu dunkel ...).

ist das für die Munich Heli Masters ??

> Die Blitzdauer wird im Bereich von 10 bis max. 100 µs liegen und die
> Frequenz bei max. 133 Hz, die LED wird also max. 1,3 % der Zeit
> leuchten. In dieser Zeit soll sie aber mit maximaler Helligkeit
> leuchten, eventuell auch deutlich mehr als Nennstrom (im Mittel
> natürlich unter Nennstrom).

Da können schon kurzzeitig nen paar Ampere fließen!

> Geplant sind ca. 10-20 LEDs (soll noch im Wesentlichen ein Punktstrahler
> bleiben) und die LEDs sollten zusammen nicht mehr als ca. 15 Euro
> kosten. Gehäuse ist auch egal - nur SMD sollte es nicht sein.
>
> Die Farbe der LEDs ist absolut egal. Wichtig ist nur, dass der maximal
> mögliche Helligkeitseindruck bei etwas gedämpften Licht bis Dunkelheit
> entsteht - und hier beginnt mein Dilemma:
>
> Mit welcher LED-Farbe erreiche ich den maximalen Helligkeitseindruck?
> Natürlich gibt es sehr helle rote, grüne und auch blaue LEDs, aber
> welche LED-Farbe erreicht bei gleicher LED-"Klasse" und gleichem Strom
> die beste Helligkeitsausbeute für das Auge, also den hellsten Blitz?

Das Auge hat die größte Empfindlichkeit bei grünem Licht.
Hier ein paar Links:
http://www.lightlife.de/farbtheo.htm
http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Augene...

> Weiß scheidet leider aus, da hier eine Leuchtschicht auf blauer oder
> UV-LED zum Einsatz kommt, die (zu) lange nachleuchtet - hier verschwimmt
> das Bild deutlich bei kurzer Leuchtdauer.
>
> Einige Vorüberlegungen:
> Das Auge besteht ja aus Stäbchen und Zapfen mit Maxima bei
> unterschiedlichen Lichtfrequenzen. Allerdings ist mir sowohl die
> (Mengen-)Verteilung der Zäpfchen und Stäbchen im Auge nicht klar als
> auch ihre jeweilige absolute Empfindlichkeit.
>
> Meine Vermutung ist, dass Grün oder Blau wohl ein guter Ansatz wären,
> aber irgendwie scheinen die roten LEDs immer heller zu leuchten als die
> anderen ;-)
>
>
> Sind hier Experten für Optoelektronik im Forum?
>
> Gruß,
> Bernd


Grüße,
Michael

Autor: Bernd O. (bitshifter)
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Karl schrieb:
> Ja Grün nimmt das Auge am hellsten war. Da es aber Rote LEDs schon
> länger gibt und die auch einfacher herzustellen sind sind die
> mittlerweile schon am weitesten entwickelt (?) und dadurch auch am
> hellsten.
>
> Rot nimmt das Auge jedoch am wenigsten war. Hab mal gehört das in
> Ampelanlagen die Rote Lampe ne 100W Lampe ist und die anderen nur 60W
> damit das ausgeglichen wird bzw man das Rot besser sieht... (weiß aber
> nicht ob das stimmt)

Genau das ist der Knackpunkt:
Die roten LEDs werden prinzipiell schlechter wahrgenommen als die grünen 
- aber eventuell machen die effizienteren (?) roten LEDs das locker 
wieder wett und erscheinen trotzdem heller.

Gruß,
Bernd

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Zumindest mein subjektiver Eindruck war bisher, dass die grünen LEDs bei 
gleichem Strom deutlich heller erscheinen als rote (Nicht irgendwelche 
EBay-Dingens, sondern hochwertige Power-LEDs von Osram und Cree). 
Allerdings sollte man beachten, dass die Flussspannung von roten LEDs 
(ca. 2V) deutlich geringer ist als diejenige von grünen und blauen 
(ca. 2.7 - 3.5V), wodurch die aufgenommene Leistung und damit auch die 
abgegebene Wärme natürlich auch um einiges tiefer ist.
Für einen Stroboblitzer würde ich aber irgendeine Farbe nehmen, die gut 
aussieht, die Farben dürften sich hier nicht allzu viel nehmen. Denkbar 
wäre auch die Erzeugung von weissem Licht durch Verwendung roter, grüner 
und blauer LEDs, so entfällt das Problem mit der trägen Leuchtschicht.

Autor: Bernd O. (bitshifter)
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Michael K. schrieb:
> Bernd O. schrieb:
>> Hallo,
>>
>> ich plane ein Stroboskop aus LEDs zu bauen, die möglichst hell leuchten
>> sollen und die drehenden Rotorblätter eines RC-Helikopters anblitzen
>> sollen (Synchronisierung mit der Drehzahl habe ich schon gelöst und eine
>> umgebaute gelbe GU10-LED-Lampe blitzt auch schon ganz nett - wenn auch
>> zu dunkel ...).
>
> ist das für die Munich Heli Masters ??
Nein, rein für mich.

>> Die Blitzdauer wird im Bereich von 10 bis max. 100 µs liegen und die
>> Frequenz bei max. 133 Hz, die LED wird also max. 1,3 % der Zeit
>> leuchten. In dieser Zeit soll sie aber mit maximaler Helligkeit
>> leuchten, eventuell auch deutlich mehr als Nennstrom (im Mittel
>> natürlich unter Nennstrom).
>
> Da können schon kurzzeitig nen paar Ampere fließen!
Kein Problem - die fließen ja nicht lange, da muß ein fetter Kondensator 
in die (Strom-)Bresche einspringen ;-). Im Mittel ist es ja trotzdem 
lächerlich wenig Strom.

> Das Auge hat die größte Empfindlichkeit bei grünem Licht.
> Hier ein paar Links:
> http://www.lightlife.de/farbtheo.htm
> 
http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Augene...

Demnach wäre dunkles Grün oder helles Blau optimal. Mal sehen, wie die 
Effizienz der LEDs sich verhält, denn dem zweiten Link nach zu urteilen 
müssen rote LEDs ja wahre Effizienzkünstler sein, wenn sie als hell 
empfunden werden wollen, da für rot die relative Empfindlichkeit ja 
unter 20 % liegt, sie müssten also mindestens 5x effektiver sein als 
vergleichbar helle grüne LEDs.

Gruß,
Bernd

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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Also das die Weißen LEDs nachleuchten kann ich nicht bestätigen. Hatte 
das mit 10µs langen pulsen ausprobiert und konnte dabei kein 
nachleuchten auf den Oszi feststellen (mit photodiode gemessen). Die LED 
waren zwei Ostar von Osram. Das war auch die einzige mit der man noch 
etwas sehen konnte. Alles andere war einzeln viel zu dunkel.

Das Augenmaxima liegt genau bei 550nm

Autor: Ulrich (Gast)
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Die beiden Farben für die engere Wahl wären Grün und Rot, ggf. auch 
beide zusammen.

Man sollte sich nicht unbedungt auf die Zahl der LEDs festlegen. Eine 
power LED für 350 mA kann 10-20 LEDs für 20 mA ersetzen.  Bei den 
Pulsströmen muß man da aber die Datenblätter ansehen, da sind einige der 
power LEDs nicht so gut.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

alle Spekulationen über die Empfindlichkeit der Augen gehen an der Sache 
vorbei: LEDs werden üblicherweise in Candela angegeben (ausser Infrarot, 
warum wird gleich verständlich), diese Einheit ist aber bereits mit 
einer Bewertungsfunktion für die menschliche Empfindlichkeit verrechnet 
- m.a.W.
eine 1000 mcd rote LED sollte genauso hell erscheinen wie ein 1000 mcd 
grüne.

Es gibt aber viel hellere rote LEDs als andere Farben. Und ausserdem 
kann man LEDs nur ernsthaft vergleichen, wenn sie den gleichen 
Abstrahlwinkel haben. Eine 15 ° LED erscheint bei gleicher 
Strahlungsleistung natürlich viel heller als eine 60 ° LED, schliesslich 
verteilt sich das Licht auf eine 16 mal grössere Kugeloberfläche.

Oder kurz gesagt: RTFDS

Gruss Reinhard

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