Methoden zur Beschreibung der räumlichen Farbhomogenität von LED-Systemen Masterarbeit von Ingo Rotscholl Betreuer: Dr.-Ing. Klaus Trampert Referent: Prof. Dr. Cornelius Neumann Lichttechnisches Institut (LTI) der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik, Allgemeine Lichttechnik Fügen Sie auf der Masterfolie ein frei wählbares Bild ein (z.b. passend zum Vortrag) KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
Motivation LED LEDs PRO: Effizienz Lebendauer Design * * * M. G. Craford, Leds for solid state lighting and other emerging applications: status, trends, and challenges, in Optics & Photonics 2005 2 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Motivation LED LEDs PRO: Effizienz Lebendauer Design * CONTRA: Anschaffungskosten Farbinhomogenität 3 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Motivation Ursachen Farbschatten Farbinhomogenität Weißlichterzeugung Konversionswege Positionierung der LEDs Herstellungstoleranzen Chromatische Abberation an Linsen Offene Farbschatten Fragen Wie darstellen? (Messtechnik, Charakterisierung) Wann erkennen (Gütemaß)? (Physiologie) Wie verhindern? (Optik-Design, Lichtplanung) n(λ) 4 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Ziele und Vorgehen Ziele Farbschatten der Arbeit Bewerten und Entwickeln/Erweitern von Methoden zur Beschreibung der räumlichen Farbhomogenität Kompakte datenblattartige Darstellung der Information 2-dimensionaler Winkelraum 3-dimensionaler Farbraum = 5-dimensionale Farbverteilung 5 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Vorgehen Ziele und Vorgehen Ziele Farbschatten der Arbeit Bewerten und Entwickeln/Erweitern von Methoden zur Beschreibung der räumlichen Farbhomogenität Kompakte datenblattartige Darstellung der Information Farbräume Analyse und Bewertung aktueller Methoden Entwicklung eigener Methodik Validierung an Messobjekten 6 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Gleichabständige Farbräume 7 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Vorgehen Gliederung Farbräume Analyse und Bewertung aktueller Methoden Entwicklung eigener Methodik Validierung an Messobjekten 8 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Koordinatendifferenzen *Phillips LUXEON Rebel Technical Datasheet DS63 9 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Koordinatendifferenzen u v u v 10 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Koordinatendifferenzen Problem 1: Information müssen im Zusammenhang interpretiert werden Problem 2: Vergleich völlig unterschiedlicher Abstrahlrichtungen Bedingt geeignet u v u v 11 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
v Analyse und Bewertung aktueller Methoden Koordinatenabstände Koordinatenabstand Euklidischer Abstand zweier Koordinaten-Punkte = u 1 u 2 2 + v 1 v 2 2 Maß für Wahrnehmung von Farbunterschieden u 12 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Koordinatenabstände (φ, θ) = u 1(φ, θ) u R 2 + v 1(φ, θ) v R 2 HV0 * Mittelwert * Problem 1: Vergleich völlig unterschiedlicher Abstrahlrichtungen Problem 2: Referenz freier Parameter mit viel Einfluss Problem 3: Durch Referenz geht Aussagekraft verloren * Abbildung nach: F.. Herrmann et al, LED-Systems - colour shifts and colour presentation, Proceedings of the Lux Europa, 12th European Lighting Conference, Kraków, 2013 13 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Farbabstände 14 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Farbabstände Identische Koordinatenarbabstandskurven 15 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Analyse und Bewertung aktueller Methoden Farbabstände Bedingt geeignet 16 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Vorgehen Gliederung Farbräume Analyse und Bewertung aktueller Methoden Entwicklung eigener Methodik Validierung an Messobjekten 17 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Lokaler Koordinatenabstand Lokaler Koordinatenabstand Maximaler Koordinatenabstand innerhalb gegebener sich überlappender Raumwinkelintervalle 18 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Lokaler Koordinatenabstand Lokaler Koordinatenabstand Problem 1: Vergleich völlig unterschiedlicher Abstrahlrichtungen Problem 2: Referenz freier Parameter mit viel Einfluss Problem 3: Durch Referenz geht Aussagekraft verloren Lokaler Parameter Intervallsgröße wahrnehmungsphysiologisches Sehfeld 19 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Lokaler Farbabstand global vs lokal lokaler E u u v v Identische Koordinatenabstandskurven lokaler. u E u v v 20 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Lokaler Farbabstand global vs lokal lokaler verschiedene lokale Koordinatenabstände lokaler 21 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Vorgehen Gliederung Farbräume Analyse und Bewertung aktueller Methoden Entwicklung eigener Methodik Validierung an Messobjekten 22 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten 5mm LED 23 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten 5mm LED Lok. lokaler θ=3 24 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten 5mm LED Lok. lokaler θ=10 25 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten KFZ LED-Scheinwerfer Glas Lens 26 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten KFZ LED-Scheinwerfer Glas Lens 27 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Validierung an Messobjekten KFZ LED-Scheinwerfer Glas Lens Projektion der lokalen Koordinatenabstände auf 5, 10 oder 25 Meter- Wand - Stark inhomogene HDG - Leichter Farbschimmer im Zentrum Auflösung 28 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Zusammenfassung und Ausblick Farbräume Übersicht und Auswahl Zusammenfassung aktuelle Methoden Farbkoordinatendifferenzen Farbkoordinatenabstände Lokaler Koordinatenabstand In Theorie und Praxis validiert Intuitiv, kompakt, einfach In Theorie und Praxis validiert 1 freier sinnvoller Parameter 29 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Zusammenfassung und Ausblick Ausblick Farbräume Probandenstudien Übersicht Helligkeit und Auswahl Chromatische Adaptation Sehfeld Homogenitätsmatrix f Δu v, L?, Referenzweiß? Gütemaße für Optimierung Integrale Maxima Integration in Optimierungsalgorithmen des Optikdesigns 30 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weiterführende Literatur: I. Rotscholl, K. Trampert, F. Herrmann and C. Neumann, Methods for describing illumination colour uniformities, Advances Optical Technologies, 4, 99-110 (2015) 31 17.11.2015 Vortrag Masterarbeit Ingo Rotscholl