GENERIERUNG UND AUFBEREITUNG VON STRAHLENDATEN EINER LED, GEMESSEN MIT DEM GONIOPHOTOMETER RIGO801-LED

TechnoTeam Strahlendaten im TTR-Dateiformat

TechnoTeam RiGO801 Goniophotometer verwenden das Nahfeldmessprinzip mit einer LMK Leuchtdichtemesskamera (ILMD [1]), um Strahlendaten zu messen, die im proprietären TTR-Format gespeichert werden. Mit dem kostenlosen Programm Konverter801 lassen sich diese Daten in gängige Formate wie IES TM-25 [2], LightTools, Zemax und TracePro umwandeln.

Strahlendaten

Ein Strahl beinhaltet den Lichtstrom oder Strahlungsfluss, der von einem (virtuellen) Oberflächenelement einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgegeben wird. Zusätzlich können dem Strahl weitere Kenngrößen, wie beispielsweise spektrale Daten, zugeordnet sein. Eine ausreichend hohe Anzahl solcher Strahlen ermöglicht eine präzise Abbildung der Abstrahlcharakteristik einer Lichtquelle. Der daraus entstehende Datensatz wird als Strahlendaten bezeichnet, häufig auch als Ray Data oder Rayfile.

Generierung von Strahlen aus dem TTR-Dateiformat

Eine TTR-Datei beinhaltet die Strahlen als Bildsequenzen mit zugeordneten Kamerapositionen. Mithilfe von Koordinatentransformationen werden aus den Bilddaten Vektoren im Goniometerkoordinatensystem erzeugt. Die Startpunkte der Strahlen werden auf eine Hüllfläche (Zielgeometrie) um die Lichtquelle verschoben. Dabei stehen zwei Modi zur Verfügung:

• Oberflächenmodus: Positionierung auf der Oberfläche der Zielgeometrie.
• Volumenmodus: Platzierung der Strahlen innerhalb der Zielgeometrie.

Export von Strahlendaten in verschiedene Dateiformate

Die berechneten Strahlen können schließlich in Formate exportiert werden, die von Simulationsprogrammen (z.B. LightTools, Zemax, TracePro und ASAP) unterstützt werden. Standards wie IES TM-25 sorgen dabei für Kompatibilität und Effizienz in der Datenverarbeitung.

Generierung von Rayfiles für die gemessene LED

In diesem Abschnitt wird die Erstellung eines Rayfiles anhand von TTR-Messdaten einer weißen LED (ams OSRAM LCW CP7P, siehe Application Note AN2002) erläutert. Der Prozess umfasst die Festlegung der Zielgeometrie und Koordinatensysteme sowie die Prüfung der generierten Strahlen.

Öffnen der TTR-Datei

Über „File → Open …“ wird die TTR-Datei geladen. In einer Übersicht werden alle in der Datei enthaltenen Informationen in Registerkarten bereitgestellt. Eine ausführliche Beschreibung ist in anderen Dokumenten zu finden (Messhandbuch, Softwarehandbuch Konverter801)

Festlegung und Prüfung der Zielgeometrie

Für die Festlegung der Zielgeometrie der Strahlendaten ist die genaue Kenntnis der Position der LED im Goniometerkoordinatensystem unerlässlich. Diese Informationen können aus den Bildern der LED-Ausrichtung entnommen werden, die sich in den Zusatzdaten der TTR-Datei befinden.

Als Zielgeometrie bietet sich hier ein Zylinder oder eine Kugel an. Für erste Untersuchungen wird ein Zylinder definiert, der die Linse der LED umschließt. Mit einem zusätzlichen Abstand von 0,1 mm ist der Zylinderdurchmesser 2,2 mm und die Länge 1,8 mm. Das Zentrum wird auf 0,8 mm verschoben. Diese Einstellungen können unter „Optionen → Zielgeometrie …“ vorgenommen werden.

Um zu überprüfen, ob die gewählten Parameter der Zielgeometrie geeignet sind, wird ein Testdatensatz mit 1 Million Strahlen erstellt, beispielsweise im LightTools-Format (Konvertieren → LightTools Strahlendatei (*.ray)).
Strahlen, die keinen Schnittpunkt mit der Zielgeometrie haben, fehlen in der Datei. Daher wird die tatsächlich in die Datei geschriebene Anzahl von Strahlen nun als Prüfkriterium für die Eignung der Zielgeometrieparameter verwendet. Im vorliegenden Fall wurden nur 979.028 Strahlen exportiert, was einem Verlust von 2,1 % entspricht. Bei mehr als 1% Abweichung sollte man den Ursprung dieser Strahlen genauer prüfen und dann ggf. die Zielgeometrie anpassen.
Die nicht exportieren Strahlen werden bei aktivierter Option „Außerhalb liegende Strahlen speichern“ in einer separaten Datei mit der Namenserweiterung „_excluded“ gespeichert. Damit hier eine ausreichend hohe Anzahl von ausgeschlossenen Strahlen vorliegt, wird eine Datei von 100 Millionen Strahlen generiert.

Das Ergebnis eines Raytracings dieser Strahlen auf die X/Y – Ebene ist nebenstehend abgebildet. Wie zu erwarten war, zeigen sich deutliche Anteile einer Reflexion der LED-Abstrahlung sowohl am LED-Gehäuse also auch an der Platine, insbesondere im Nahbereich. Soll dieser Anteil von ca. 2% der Strahlen noch mitberücksichtig werden, muss die Zielgeometrie erweitert werden. Hier bietet sich eine Quader-Zielgeometrie mit der Größe 3,2 mm x 3,2 mm x 1,8 mm an. Eine weitere Testkonvertierung ergibt damit 1% ausgeschlossene Strahlen, so dass diese Parameter nun übernommen werden.

Festlegung Oberflächen- oder Volumenmodus

Der Standardmodus für die Festlegung der Strahlenstartpunkte ist der Oberflächenmodus, d.h. es werden die Schnittpunkte mit der Oberfläche der Zielgeometrie berechnet. Im Volumenmodus erfolgt die Festlegung der Punkte auf die Mitte zwischen beiden Schnittpunkten. Dieser Modus bietet sich hier an, da durch die Wahl der Quadergeometrie und deren Anpassung an die Abmessungen des LED-Gehäuses größere Abstände zwischen den Strahlenstartpunkten und den tatsächlichen Lichtaustrittsbereichen entstehen.

Aufbereitung der TTR-Datei für die allgemeine Anwendung

Die festgelegten Einstellungen werden abschließend in die TTR-Datei eingebettet. Dies geschieht über den Menüpunkt „Datei → Bearbeiten …“, der ein erweitertes Bearbeitungsfenster öffnet. Hier können verschiedene Anpassungen vorgenommen und nicht benötigte Informationen entfernt werden:

Angaben zur Messung

In der Registerkarte „Messung“ lassen sich allgemeine Informationen bearbeiten, wie der gemessene Lichtstrom oder Kameraeinstellungen. Interne Daten, die für externe Anwender nicht relevant sind (z. B. Dateipfade), können mit einem Auswahlkästchen markiert und gelöscht werden. Wichtige Parameter für den Strahlendatenexport, wie Zielgeometrie und Koordinatensystem, werden hier final festgelegt und übernommen.

Spektraldaten hinzufügen

Eine spektrale Verteilung kann der Datei zugeordnet werden, beispielsweise aus einer goniospektrometrischen Messung im TechnoTeam TSD-Format. Diese Daten ermöglichen die Generierung spektraler Rayfiles oder dienen als informativer Zusatz.

Zusatzdaten

Die TTR-Datei bietet die Möglichkeit, strukturierte Zusatzdaten wie Justagebilder oder Dokumentationen einzufügen. Hier wird beispielhaft die Liste der Justagebilder ausgedünnt und die zwei wesentlichen Bilder umbenannt. In zwei zusätzlichen Unterordnern werden die vollständigen goniospektrometrischen Messdaten und das LED-Datenblatt eingefügt.

Generieren von Rayfiles mit der aufbereiteten TTR-Datei

Einzelverarbeitung

Nach dem Laden der TTR-Datei kann über den Konvertierungsdialog das gewünschte Dateiformat gewählt werden. Wichtig ist die Aktivierung der Option „Zielgeometrie und -koordinatensystem aus TTR-Quelldatei verwenden“, um die eingebetteten Parameter zu nutzen. Zur Veranschaulichung der Ergebnisse wird eine Datei mit 100 Millionen Strahlen generiert und auf die x/y-Ebene zurückgerechnet.

Stapelverarbeitung

Für die Erstellung mehrerer Dateiformate oder unterschiedlicher Strahlenanzahlen empfiehlt sich die Funktion „Konvertieren → Stapelverarbeitung“. Hier können Konvertierungen automatisiert werden, indem Parameter und Formate vorab definiert werden. Dies spart Zeit und reduziert den manuellen Aufwand. Eine detaillierte Anleitung zur Stapelverarbeitung bietet das Softwarehandbuch des Konverter801.

Zusammenfassung

Diese Application Note zeigt, wie aus einer gemessenen TTR-Datei Strahlendaten generiert und in verschiedene Formate exportiert werden können. Besonderer Fokus lag auf der Festlegung der Zielgeometrie und der Analyse von Reflexionen außerhalb des Lichtaustrittsvolumens. Die aufbereitete TTR-Datei wird so optimiert, dass sie ohne tiefere Kenntnisse der Messung universell einsetzbar ist.
Weiterführende Themen, wie die Generierung spektraler Strahlendaten – insbesondere bei weißen phosphorkonvertierten LEDs – werden in separaten Application Notes behandelt.

Referenzen