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Ausleuchtung des Beobachtungsfeldes

Lichtquellen für die hyperspektrale Bildgebung

15. Oktober 2021, 12:00 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Multi-Chip-LED-Quellen

Durch die Effizienzsteigerungen von LEDs im Bereich 365 bis 1100 nm in den letzten Jahren ist es möglich, breitbandige Strahlungsquellen aus mehreren LEDs zusammenzusetzen. Für die Emission eines Spektrums ähnlich dem des Sonnenlichts im Bereich 400 bis 1100 nm sind LEDs mit 23 verschiedenen Wellenlängen (LED-Kanäle) erforderlich. Aufgrund der materialbedingt geringen Effizienz der direkt emittierenden LEDs im Bereich von 520 bis 580 nm werden häufig Konversions-LEDs für den grünen und gelben Bereich eingesetzt.

Direkt emittierende LEDs zeichnen sich durch kurze Schaltzeiten aus; beispielsweise hat eine 635-nm-LED mit 1 mm Kantenlänge des Chips bei einem Impulsstrom von 350 mA eine Schaltzeit <0,5 µs. Das ermöglicht eine Synchronisation der LEDs mit dem Kamera-Triggersignal. Ebenso kann in einer derartigen Anordnung ein Teil der LEDs, deren Emission für das konkrete Anwendungsszenario nicht benötigt wird, abgeschaltet werden. Das reduziert den Aufwand für das thermische Management und den Energiebedarf erheblich. Weitere Vorteile dieses Strahlungsquellen-Designs sind die Grundeigenschaften einer LED wie hohe Lebensdauer, Stabilität gegen Vibration und Schock und geringe Empfindlichkeit auf häufiges Ein- und Ausschalten.

Die hohe Anzahl der separat zu steuernden LED-Kanäle führt jedoch zu einer aufwändigen und kostenintensiven Ansteuerung und zu großem Aufwand bei der Steuersoftware. Wesentlich problematischer ist, dass durch das LED-Raster, das je nach Package-Größe im Bereich einiger Millimeter liegt, im Fall nicht ebener Messobjekte Farbschatten beobachtet werden, die die Interpretation der Messignale erschweren. Durch sogenannte „Chip on Board“-Lösungen, bei der die Chips in einem gemeinsamen Gehäuse montiert werden, lässt sich dieser Effekt bei deutlich höheren Kosten abschwächen.

Zudem sind auch bei sehr hoher Anzahl von LED-Kanälen im Spektrum immer noch die Einzel-Kanäle erkennbar. Die Weiterentwicklung der LED-Chiptechnologie hin zu höheren Wirkungsgraden führt meist auch zu einer Abnahme der Halbwertsbreite der Emission; das bedeutet, dass dieser Effekt auch in Zukunft bei Multi-Chip-LED-Quellen erhalten bleiben wird