Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Laserdiodentreiber und Ausleuchtung Fläche


von T. B. (shellfishgene)


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Ich möchte für ein Projekt 8 Laserdioden betreiben, und zwar GH05035A2G 
mit 505 nm. Die hat laut Datenblatt eine operating voltage von 6 V [1]. 
Ich dachte eigentlich ich kann da für jede Diode so eine kleine KSQ 
nehmen die für Laserpointer billig verkauft werden. Aber mir scheint die 
machen fast alle nur 4.5-5 V output. Ich hatte zum testen auch mal eine 
fertiges 505 nm laser Modul bestellt [2]. Der Treiber der da verbaut ist 
scheint mit einem identisch den es auch bei Aliexpress gibt [3], ist 
relativ teuer (~6 Eur vs. 1 Eur). Ich weiss aber auch nicht sicher ob 
die Laserdiode die gleiche ist. Das Modul ist auch eher teuer mit 10 
Eur.

Gibt es günstige Laserdioden Treiber die alle meine 8 Dioden in Serie 
betreiben könnten, wie man das bei LEDs auch machen würde? Idealerweise 
"dimmbar".

Wie funkioniert der Treiber unter [2]? Wie ich das kenne geben die KSQs 
einen einstellbaren Strom bei fester Spannung aus. Bei dem Treiber steht 
nur dieses dabei:

Input voltage: DC 2.7~5V

Input current: 10mA~500mA

Output voltage: adjustable

Laser power: adjustable

Heisst das die output voltage wird über das Poti auf dem board 
eingestellt, und der Strom (laser power) über die Eingangssspannung 
geregelt?

Und unabhänging von der Elektrik, hat jemand einen Tipp wie ich mit den 
Lasern am besten eine ca. 20x10 cm grosse Fläche gleichmässig 
ausleuchten kann? Ohne Linse macht mein Testmodul so einen breiten 
Streifen Licht, hätte jetzt die Dioden so justiert dass 5 die Fläche 
vertikal und 3 horizontal ausleuchten. Mit Diffusorfolie oder sowas habe 
ich nocht nicht rumprobiert. Die Dioden sollen in eine unten offene 
Kiste mit ca. 20x30x15 cm LBH, oben ist ein Fenster mit Filterfolie 
durch die man auf die Fläche schaut. Ich würde die Dioden so anbringen 
dass sie ca. im 45 Grad Winkel auf die Fläche leuchten, damit sich von 
oben betrachtet nichts spiegelt.

Das ganze soll dazu dienen fluoreszente Farbe in DNA Elekrophoresegelen 
zu beleuchten, so ähnlich wie in diesem Produkt [4], nur von oben.

1 
https://lcsc.com/datasheet/lcsc_datasheet_2410121726_Sharp-Microelectronics-GH05035A2G_C473922.pdf

2 https://www.aliexpress.com/item/1005007534980827.html

3 https://www.aliexpress.com/item/1005005127077110.html

4 https://biotium.com/product/gel-bright-laser-diode-gel-illuminator/

: Verschoben durch Moderator
von Christoph Z. (rayelec)


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Sorry das sagen zu müssen, aber von Laserdioden scheinst Du nicht so 
viel Ahnung zu haben!
Eine LD ist keine LED! LDs sind extrem empfindliche Bauteile (statische 
Entladungen, Spannungspitzen in der Versorgung und unerlaubte optische 
Leistungsüberschreitungen werden beim allerersten Mal mit dem Ableben 
quittiert)
Einfach einen Strom vorgeben ist heikel, da LDs recht temperaturabhängig 
sind! In Serie schalten würde ich auf gar keinen Fall! Pro LD ein 
Treiber!
Die maximale optische Ausgangsleitung ist 35mW (pro Diode). Das ist mehr 
als nur gefährlich fürs Auge. Selbst wenn keine Optik verwendet wird, 
würde ich das mir und meinem Umfeld so niemals zumuten!

Es gibt auch LEDs mit gut definiertem, engem Spektrum. Das wäre viel, 
viel einfacher zu realisieren!

von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Warum brauchst du Laser, wenn du "nur" eine Fläche gleichmäßig 
ausleuchten willst?
Die Idee, die inhomogenen Austrittswinkel der Laserdioden zur 
gleichmäßigen Ausleuchtung zu verwenden klingt für mich erst mal 
sinnvoll. Diffusor-Folie eher als letzte Wahl, die verschieben die 
Abstrahlcharakteristik Richtung Lambert-Strahler.

Welche Spannung hat denn dein Laser bei deinem Wunsch-Strom?

Wenn du dimmen willst, dann per PWM. Unter 70mA wird dein Laser laut 
Datenblatt zur LED.

von Jens W. (jensw)


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Hallo,

eine Konstantstromquelle regelt den Strom und nicht die Spannung.
Die Vorwärtsspannung, die im Datenblatt angegeben ist, ist die Spannung, 
die sich über der LD ergibt, wenn du sie im Arbeitspunkt (Nennstrom) 
betreibst.

Deine KSQ, die du kaufen solltest, sollte also einen Spannungsbereich 
haben, der darüber liegt, so dass die KSQ den Nennstrom auch ausregeln 
kann. Also vielleicht bis 10V oder so.

Alle LD in Reihe geht, da du bei der Reihenschaltung den Strom sehr gut 
für alle gleich halten kannst. Die Spannung, die die KSQ können muss, 
erhöht sich natürlich entsprechend.

ESD und Temperatur musst du im Auge behalten, aber das gilt für 
sämtliche Elektronik. ;-)

Grüße, Jens

von H. H. (hhinz)


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Tilo R. schrieb:
> Warum brauchst du Laser, wenn du "nur" eine Fläche gleichmäßig
> ausleuchten willst?

"Everything is better with bluetooth!"

von T. B. (shellfishgene)


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Solche "Transilluminatoren" gibt es diverse, die meisten setzen 
tatsächlich blaue LED ein. Der Absorptionspeak der eingesetzten 
Farbstoffe ist aber bei 509 nm, siehe Grafik. Ich habe (natürlich bei 
Aliexpress) einen bezahlbaren Langpass Farbfilter gefunden (siehe zweite 
Grafik), daher der Gedanke die Bildqualität bzw. Intesität zu erhöhen 
indem man näher am Absorptionspeak anregt. Scheint ja auch nicht so 
unsinning zu sein, immerhin ist das Gerät dass ich verlinkt hatte ja 
auch entwicket worden obwohl es schon diverse Blaulichtgeräte am Markt 
gibt. Ein grosser Vorteil ist dass man auch andere Farbstoffe, die 
eigentlich für UV gedacht sind, damit verwenden kann (z.B. 
Ethidiumbromid).

Das ganze funktioniert auch gut, hatte einfach das genannte LED Modul 
oben in eine Pappbox gesteckt, Loch rein mit einem Stück Farbfiler 
drauf, und dann Handyfoto machen, siehe Bild 3. Und das ist mit einem 
der anderen Farbstoffe, die noch weniger bei ~500 nm absorbieren 
(GelRed).

Ja von Laserdioden habe ich wenig Ahnung, daher die Fragen. Mein Annahme 
dass das ja nicht so schwer sein kann basierte bisher darauf dass das 
gekaufte Lasermodul ja nicht gerade kompliziert wirkt, die Diode im 
Gehäuse einfach an den kleinen Treiber gelötet, der nur eine Einstellung 
hat. Lasse mich gerne eines besseren belehren.

Ich hatte auch ein bisschen Zeit investiert LEDs zu suchen, aber welche 
mit so engem Spektrum wie nötig wäre hatte ich keine gefunden.

von H. H. (hhinz)


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T. B. schrieb:
> Solche "Transilluminatoren" gibt es diverse, die meisten setzen
> tatsächlich blaue LED ein. Der Absorptionspeak der eingesetzten
> Farbstoffe ist aber bei 509 nm,

Dann nimmt man eben LEDs mit der passenden Wellenlänge.


> Ich hatte auch ein bisschen Zeit investiert LEDs zu suchen, aber welche
> mit so engem Spektrum wie nötig wäre hatte ich keine gefunden.

Du wirst das falsch interpretiert haben.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Christoph Z. schrieb:

> Sorry das sagen zu müssen, aber von Laserdioden scheinst Du nicht so
> viel Ahnung zu haben!

Das sehe ich auch so.

> Eine LD ist keine LED!

Das stimmt nicht ganz. Elektrisch gesehen sind LDs schon LEDs.
Sie enthalten nur zusätzlich eine spezielle Optik, um als Laser
zu arbeiten.

> LDs sind extrem empfindliche Bauteile (statische Entladungen,
> Spannungspitzen in der Versorgung und unerlaubte optische
> Leistungsüberschreitungen werden beim allerersten Mal mit dem
> Ableben quittiert)

Ja, das ist die beste Methode, um aus einer LD eine LED zu machen.
:-)

> Einfach einen Strom vorgeben ist heikel, da LDs recht temperatur-
> abhängig sind! In Serie schalten würde ich auf gar keinen Fall!
> Pro LD ein Treiber!

Stimmt.

> Die maximale optische Ausgangsleitung ist 35mW (pro Diode). Das ist
> mehr als nur gefährlich fürs Auge. Selbst wenn keine Optik verwendet
> wird, würde ich das mir und meinem Umfeld so niemals zumuten!
> Es gibt auch LEDs mit gut definiertem, engem Spektrum. Das wäre
> viel, viel einfacher zu realisieren!

Ich vermute mal, der TE kennt einfach nicht den Unterschied zwischen
LDs und LEDs und kommt deshalb auf diese seltsame Idee mit mehreren
LDs "eine ca. 20x10 cm grosse Fläche gleichmässig auszuleuchten".

von Christoph Z. (rayelec)


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T. B. schrieb:
> Ja von Laserdioden habe ich wenig Ahnung, daher die Fragen. Mein Annahme
> dass das ja nicht so schwer sein kann basierte bisher darauf dass das
> gekaufte Lasermodul ja nicht gerade kompliziert wirkt, die Diode im
> Gehäuse einfach an den kleinen Treiber gelötet, der nur eine Einstellung
> hat. Lasse mich gerne eines besseren belehren.

Chinesische Billiglasermodule haben auch keine besonders lange 
Lebensdauer.
(kaum Schutz der LD, keine Temperaturkompensation, keine Regelung der 
optischen Leistung und bei den ganz billigen Modulen schlicht und 
einfach Ausschuss von Laserchips mit angebrochenen Kanten und anderen 
Fehlern)
Enstprechende Qualitätsmodule eines europäischen oder US-amerikanischen 
Herstellers kosten locker das 20-40-fache!

Ich würde Dir empfehlen, bei z.B. Digi-Key nach LEDs zu suchen, die eine 
möglichst genau bei 509nm liegende "dominant wavelength" haben. Diese:
https://www.digikey.ch/en/products/detail/rohm-semiconductor/SMLZ24E2N3TT86/19530878

hat den Peak bei 505nm und ist richtig hell!

LG

von T. B. (shellfishgene)


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Christoph Z. schrieb:
> Ich würde Dir empfehlen, bei z.B. Digi-Key nach LEDs zu suchen, die eine
> möglichst genau bei 509nm liegende "dominant wavelength" haben. Diese:
> 
https://www.digikey.ch/en/products/detail/rohm-semiconductor/SMLZ24E2N3TT86/19530878
>
> hat den Peak bei 505nm und ist richtig hell!

Vielen Dank für den Vorschlag! Es gibt viele LEDs in dem Bereich, aber 
auch diese hat halt trozdem auch Emission > 550 nm, siehe Grafik. Ja, 
das ist wenig, aber da ist halt auch nicht so viel Farbstoff in den 
Gelen, wenn dann von der LED noch Hintergrundleuchten da ist wird der 
Kontrast halt schlechter. Ist das ist der Praxis wirklich ein Problem? 
Kann ich nicht sagen. Aber wie schon geschrieben es gibt auf dem Markt 
sehr viele dieser Geräte mit LED, die habe alle blaue LED, vermutlich 
genau aus diesem Grund.

Der Gedanke war, warum dann LED wenn es mit LD nicht so viel 
komplizierter ist.

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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Wissenschaft geht anders.

von T. B. (shellfishgene)


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H. H. schrieb:
> Wissenschaft geht anders.

Ist keine, ist ein Hobbyprojekt. Vielleicht endet es mal im Labor, wenn 
der Strahlenschutzbeauftragte einverstanden ist, wahrscheinlich aber 
nicht. Immerhin, die Kollegin die das Gel von dem Testbild oben gemacht 
hat wollte das Bild gerne haben, da das von unserem grossen Profigerät 
nicht so gut ist.

von Gunnar F. (gufi36)


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Jens W. schrieb:
> Alle LD in Reihe geht, da du bei der Reihenschaltung den Strom sehr gut
> für alle gleich halten kannst. Die Spannung, die die KSQ können muss,
> erhöht sich natürlich entsprechend.

Nein! Laserdioden arbeiten bei kleinen Strömen wie LED, bevor die "light 
amplification", also der echte Laserbetrieb beginnt. Darüber steigt die 
Leistung sehr stark und es gibt nur ein schmales "Stromfenster" in dem 
der optische Output nicht überschritten wird. Der "Knick" dieser 
Kennlinie unterliegt starken Exemplarstreuungen. Also mag eine LD schon 
kaputt sein, wo die andere gerade anfängt zu lasern. Also stimmt, dass 
der Strom für alle LD gleich ist, aber keineswegs die Leistung! Nicht 
machen!

von Rainer W. (rawi)


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Christoph Z. schrieb:
> Die maximale optische Ausgangsleitung ist 35mW (pro Diode). Das ist mehr
> als nur gefährlich fürs Auge. Selbst wenn keine Optik verwendet wird,
> würde ich das mir und meinem Umfeld so niemals zumuten!

Das Ding hat Öffnungswinkel FWHM von 8.5° bzw. 23°. Da musst du schon 
ziemlich rein kriechen, damit du von den 35mW etwas merkst. Aus 20cm 
Entfernung bekommst du davon im Dunkeln (Pupille 6mm) deutlich weniger 
als 0.4mW ins Auge. Bei guter Arbeitsplatzbeleuchtung ist die Pupille 
noch erheblich kleiner und entsprechend geringer der Anteil der 
einfallenden Lichtleistung. Außerdem kannst du bei 505nm von einem recht 
gut funktionierenden Lidschlussreflex ausgehen. Das ist kein IR bzw. UV.

> Sorry das sagen zu müssen, aber von Laserdioden scheinst Du nicht so
> viel Ahnung zu haben!

dto.

: Bearbeitet durch User
von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Die ganzen Argumente zur Empfindlichkeit von Laserdioden haben natürlich 
ihre Berechtigung. Es gibt Laserdioden, die eine eingebaute Photodiode 
haben und darauf ausgelegt sind, dass der Treiber genau diese auswertet.

Die vom TO verlinkte Laserdiode hat das nicht. Sie hat 2 aktive 
Anschlüsse, einen Threshold-current Ith von 70mA und einen Operating 
Current von 125mA.

Die muss man ansteuern wie eine normale LED. Nach oben will man 
natürlich Luft lassen, nach unten die Laserschwelle sicher 
überschreiten. Arg viel mehr Möglichkeiten hat auch der beste Treiber 
nicht.

Ich gehe davon aus, dass die Laserdiode mit einer 100mA-Stromquelle 
problemlos funktionieren wird. Auch Serienschaltung ist möglich.
Nur die billigste Stromquelle würde ich halt nicht nehmen, Überströme 
beim Ein- und Ausschalten sind schlecht. Daher auch nicht nachträglich 
an eine bereits laufende Stromquelle anschließen.

von Rainer W. (rawi)


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Tilo R. schrieb:
> Nach oben will man natürlich Luft lassen ...
Das ist doch gerade das Problem. Wie willst du feststellen, wie dicht 
die LD an den als Betriebsbedingung angegebenen optischen Po=30mW dran 
ist. Die anderen Daten sind alles nur typische Werte bei 25°C.

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