Ziel der Entwicklung

Logo: LED-Meter, Spektrale Charakterisierung – OUT e.V.
LED-Meter, Spektrale Charakterisierung – OUT e.V.

Die Vermessung optischer Komponenten und Systeme angefangen von Einzel-LEDs bis hin zu kompletten Leuchten ist seit Jahren eine der häufigsten Anfragen aus der Industrie und bereits seit Jahren eine der Kernkompetenzen des OUT e.V. Die Charakterisierung solcher Bauteile erfordert jedoch eine umfangreiche und zudem teure Messtechnik, deren Einsatz fachkundiges Personal erfordert und in regelmäßigen Abständen zum Teil auch extern von Prüforganisationen wie der PTB oder der NIST rekalibriert werden muss. Für die schnelle Vorabauswahl von Bauteilkomponenten oder die Vorselektierung innerhalb eines Produktionsprozesses sind diese Prüfmethoden zu zeitaufwändig und auch zu teuer. Für die Identifizierung und Zuordnung von Bauteilen wurde wiederholt angefragt, ob dies nicht auch durch einen automatisierten aber trotzdem flexibel einsetzbaren Prüfplatz und auch durch nicht spezialisiertes Messpersonal vor Ort realisiert werden könnte. Für den Laboraufbau galt es zunächst die spezifischen Parameter zur Identifizierung einer LED anhand eines sehr umfangreichen Messpools empirisch abzusichern, die Ergebnisse mathematisch zu modellieren und die optische Vermessung der so bestimmten Referenzgrößen für die Zuordnung sowohl spektral als auch absolut schnell, robust, flexibel und ohne teure Rekalibrierungen zu ermöglichen. Mit dem im optischen Labor etablierten Messungsplatz von Photodioden, der im Laufe des Projekts entwickelt wurde, kann nun auch die verstärkt nachgefragte Charakterisierung von Phtotodioden innerhalb des stetig wachsenden Markts für optische Prüfsysteme bedient werden. Dies ist derzeit wenn überhaupt nur anhand der vom Hersteller zur Verfügung gestellten Datenblätter möglich.

Vorteile und Lösungen

Die spektrale Verteilung von LEDs und somit die Anteile der jeweiligen Wellenlängen lässt sich mit Spektrometern sehr genau messen. Basierend auf der Betrachtung von über 100.000 LED-Messungen, die bislang im optischen Institut durchgeführt wurden, konnte ein mathematisches Modell entwickelt werden, das die Identifikation der charakteristischen Kenngrößen einer LED wie Peakwellenlänge oder Halbwertsbreite anhand von Stützstellen innerhalb ihrer spektralen Verteilung ermöglicht. Diese Stützstellen werden durch Photodioden bestimmt, die ähnlich wie LEDs eine spektrale Verteilung ihrer Sensitivität verfügen. Unterschiedliche Photodioden-Halbleiter detektieren aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aufgebrachte Strahlung, die über zuvor durchgeführte Charakterisierungen entsprechend verstärkt als Eingangssignal in das Modell einfließen. Überstreicht das eingehende Licht mehrere Photodioden, kann anhand der Verteilung des daraus erzeugten Lichtstroms die ursprüngliche Spektralverteilung zurückgerechnet und die charakteristischen Kenngrößen der LED bestimmt werden. Durch den Einsatz von vorgealterten und damit stabilisierten Photodioden ist ein robuster Betrieb möglich, der ohne weitere optische Prüfverfahren auskommt, weshalb eine Rekalibrierung im Betrieb entfallen kann.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Forschungsergebnisse sind für alle Branchen und Anwender im Optikbereich von Interesse, die direkt oder indirekt mit der Vermessung von optischen System und/oder Bauteilen zu tun haben. Die im Projekt erarbeitete Entwicklungen zur Ansteuer- und Messelektronik haben zu verbesserten Kenntnissen in diesem Bereich geführt.
Der OUT e.V. unterstützt derzeit den Hersteller Instrument Systems bei Maßnahmen zur Generierung eines Marktbedarfes für das LED-Meter. Insbesondere leistet der OUT e.V. Beiträge zur Erstellung technischer Publikationen für Fachzeitschriften und zu Vorträgen im Rahmen von Konferenzen und Messeauftritten. Mögliche Nutzer der F&E-Ergebnisse und potentielle Hersteller werden vom OUT e.V. forschungsmäßig begleitet.
Es wird eine gemeinsamenVeranstaltung mit der OptecBB durchgeführt; im Rahmen einer Online-Vorlesung mit Unterstützung durch die Innovationsagentur Berlin GmbH beziehungsweise der Zukunftsagentur Brandenburg zur Ableitung weiterer Maßnahmen zur Nutzung und Nachnutzung der Ergebnisse.
Die F&E-Ergebnisse werden außerdem den Mitgliedsunternehmen des OUT e.V. zur Nutzung angeboten und sind darüber hinaus Grundlage zur Einwerbung von Forschungsaufträgen. Es geht dabei auch um die Durchführung eines gezielten Forschungspersonalaustausches zur Gewährleistung eines effektiven Technologietransfers in Hauptnutzer-Unternehmen.