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HS Ravensburg-Weingarten

Das Labor für Lichttechnik und Spektroskopie

bildet die gerätetechnische Grundlage für Forschung und Lehre auf dem Gebiet der Beleuchtungstechnik. Aufbauend auf den Arbeiten von Prof. Dr. Hamer und dem Steinbeiss Tranferzentrum für Leuchtentechnik erlaubt die Laborausstattung eine vollständige Charakterisierung von Leuchtmitteln und Beleuchtungseinrichtungen. Dies betrifft sowohl deren spektrale Eigenschaften als auch die räumliche Abstrahlcharakteristik und daraus abgeleitete Eigenschaften wie Blendwirkung und Farbwiedergabe [1].

Dieses Labor stellt den Eigenbeitrag der Hochschule Ravensburg-Weingarten zum Forschungsprojekt LED OASYS dar. Innerhalb dieses Projekts soll eine Methodik für den Bau energieeffizienter Innenbeleuchtung entwickelt werden. Dank einer Projektförderung des Wissenschaftsministeriums wurde das Zentrum für Angewandte Forschung LED OASYS (ZAFH LED-OASYS) im Januar 2011 von Professor Dr.-Ing. Jörg Baumgart eingerichtet und wird seit dem von ihm koordiniert.

Aus dem Mitteln dieser Projektförderung konnte die Laborausstattung zwischenzeitlich um Geräte zur Charakterisierung streuender und beugender Strukturen erweitert werden.

Forschungsaufgaben im Projekt LED OASYS

Die Arbeitsgruppe von Professor Dr. Ing. Jörg Baumgart beschäftigt sich im Rahmen des Projekts mit der Entwicklung von Optiken und Strahlführungseinrichtungen für LED-Beleuchtungen. Für das Optikdesign und die Optik-Simulation wird die Software ASAP verwendet, ein nicht-sequentielles Ray-Tracing Programm der Firma Breault Research. Der Fokus liegt hierbei auf der Entwicklung von Optiken zur Farbmischung mit diskreten, farbigen LEDs sowie in der Entwicklung von Konzepten für flächenhafte Beleuchtungen.

Durch Farbmischung mit farbigen LEDs kann eine Lichtquelle geschaffen werden, mit der jede beliebige Farbe wie auch verschiedenste Varianten von weißem Licht (z.B. charakterisiert durch Farbtemperatur und Farbwidergabe) eingestellt werden können. Es werden bestehende Ansätze zur Farbmischung analysiert vor allem aber auch neue, speziell auf die Eigenschaften der LED abgestimmte, Verfahren entwickelt. Bestehende Ansätze sind die Verwendung von Lichtleitern, oder der Einsatz von dichroitischen Filtern. Ein neuer Ansatz ist die Verwendung des dispersiven Effekts von diffraktiven Strukturen (siehe Abbildung I) [2], [3].

Flächenhafte Beleuchtungen haben den Vorteil, dass sie einen ebenen und kompakten Aufbau haben, vor allem aber auch eine geringe Leuchtdichte. Damit sind sie kompatibel mit bestehenden Gebäudeelementen, wie zum Beispiel Badezimmerfliesen, Deckenelemente, Fußbodenplatten und Tischplatten. Durch die geringe Leuchtdichte besteht keine Gefahr der Blendung. Auch hierzu werden neuartige optische Ansätze entwickelt.

Durch ein im Labor für Lichttechnik und Spektroskopie vorhandenes Leuchtdichte- Goniometer, können sowohl die Leuchtmittel (in der Form sogenannter Rayfiles, die in der Optikdesignsoftware ASAP verwendet werden können) als auch die Lichtverteilungskurve der entwickelten Optiken vermessen werden. Damit erlaubt dieses Gerät sowohl die Generierung von Eingangsdaten für Simulationen als auch deren spätere Verifikation.

Dank der Projektförderung, konnte dieses durch ein Streulicht-Goniometer ergänzt werden. Mit diesem kann das Streuverhalten verschiedener Proben gemessen werden, wie zum Beispiel die Beugungseffizienz von Beugungsgittern. Diese Daten können nun ebenfalls in ASAP für die optische Simulation verwendet werden. Hierdurch ergibt sich auch für solche Strukturen nun eine hervorragende Möglichkeit zur Verschmelzung von Experiment und Simulation.

Abbildung I: Prinzipskizze des dispersiven Effekts von diffraktiven Strukturen

Literatur

[1] J. Baumgart
State of the art equipment for LED Research
Proceedings of the LED Professional Sympossium, 2011, Bregenz Austria

[2] T. Bonenberger, J.Baumgart
Hybrid Collimating Optics for RGB-LEDs
8th EOS Topical Meeting on Diffractive Optics, Poster session, Delft, Niederlande (2012)

[3] T. Bonenberger, J. Baumgart, S. Wendel, C. Neumann
LED color mixing with diffractive structures
Light-Emitting Diodes: Materials, Devices, and Applications for Solid State Lighting XVII, Proc. SPIE 8641, San Francisco, USA (2013)

[4] S. Lampen, T. Bonenberger, J. Baumgart
Simulation des Gefährdungspotentials lichtemittierender Dioden für das menschliche Auge
Photonik Fachzeitschrift für die optischen Technologien 3 (2012)




Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Jörg Baumgart
Projektleitung
Tel. +49 (0)751 501-4411
Fax +49 (0)751 501- 9876
joerg.baumgart@hs-weingarten.de


Yuliana Kruppa, MBA
Verwaltungsangestellte
Tel. +49 (0)751 501-9614
yuliana.kruppa@hs-weingarten.de



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