Infrarot-LEDs
(611)IR-LEDs (Infrarot) sind in mindestens zwei Bereichen eine beliebte Lösung: Beleuchtung für Überwachungssysteme und drahtlose Kommunikation. Sie sind in ähnlichen Formaten erhältlich wie Elemente, die sichtbares Licht emittieren, und haben ähnliche elektrische Parameter. Ihre unbestrittenen Vorteile sind die sehr geringen Kosten und die einfache Implementierung.
Infrarot als Beleuchtungsmethode
Infrarotlicht, auch IR (von eng.infrared) genannt, ist elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1 mm bis 700 nm. Da solche Frequenzen für das menschliche Auge unsichtbar und gleichzeitig gesundheitlich unbedenklich sind, werden sie in drahtlosen Steuerungs- und Kommunikationssystemen, Sensoren und vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Sie werden auch in vielen wissenschaftlichen Forschungsmethoden verwendet.
Als Beleuchtung wird beispielsweise Strahlung mit einer Wellenlänge von 840 nm bis 960 nm verwendet, die von speziell dafür entwickelte Kameras aufgenommen wird. Diese Geräte ermöglichen die Beobachtung bei (scheinbarer) Dunkelheit, auch in Überwachungssystemen (CCTV) oder mit Hilfe des sogenannten Kamerafallen (wartungsfreien, durch Bewegungssensoren ausgelösten Kameras). Die "Unsichtbarkeit" von Infrarotwellen macht sie in vielen Alarmsystemen einsetzbar. Im Bereich Automotive werden Miniatur-Infrarotquellen als nicht-invasive Kabinenbeleuchtung der ICMS-Technologie (in-cabin monitoring system). eingesetzt. Dank ihnen analysiert der Bordcomputer auch nachts das Verhalten des Fahrers: Im Notfall (z.B. wenn der Fahrer bewusstlos wird) wird ICMS Alarm auslösen und das Fahrzeug stufenweise bremsen. In diesem Bereich werden IR-LEDs auch zur Beleuchtung der Umgebung für Sensoren verwendet, die den Straßenverkehr rund um das Auto überwachen. Eine verwandte Anwendung sind Schnittstellen, die Benutzergesten erkennen – sie basieren ebenfalls auf einer Bildregistrierung im Infrarotspektrum.
Abb. 1. Sichtbares Licht, aufgezeichnet von CCD und emittiert mit IR-LEDs. Berücksichtigte Werte.
Die Grafik (Abb. 1) zeigt einen Vergleich der gemittelten und berücksichtigten Werte für die Spektren: der Empfindlichkeit des menschlichen Auges (rote Linie); der Empfindlichkeit einer typischen CCD-Matrix,die unter anderem in Überwachungskameras verwendet wird (blaue Linie); der IR-Lichtemission von Beispiel-IR-LEDs – gelbe Linie (840-870nm-Modelle), violette Linie (920-960nm-Modelle).
Infrarot in der drahtlosen Kommunikation
Infrarot-Sendedioden werden auch bei der drahtlosen Datenübertragung verwendet. Das Flaggschiff-Beispiel für eine solche Anwendung sind TV-Fernbedienungen. Viele im TME-Katalog angebotene Produkte zeichnen sich jedoch durch eine viel höhere Leistung aus, als ein typischer RTV-Controller benötigt.
Die Datenübertragung mittels Infrarot-Strahlungssignalen wird beispielsweise in Produktionsanlagen verwendet, für die M2M-Kommunikation (machine-to-machine). Ein weiterer Bereich, in dem Hochleistungs-IR-LEDs als Sender fungieren, sind Panels für die kabellose Audioübertragung Sie werden häufig in Auditorien, Kinos und Theatern installiert, wo sie Übersetzungen an Taschenempfänger senden, z B. bei internationalen Konferenzen, Film-, Theater-, Opernfestivals usw. Obwohl diese Übertragungsmethode in den letzten zehn Jahren an Popularität verloren hat, ist ihr großer Vorteil die einfache Implementierung (temporäre Installationen) sowie die Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen durch Telefone und Bühnenausstattung.
Die meisten Mikrocontroller-Plattformen (AVR, PIC, Arduino usw.) und Einplatinensysteme verfügen über frei verfügbare Bibliotheken, die die Befehlsübertragung über Standard-Infrarotübertragungsprotokolle (SIRC, RC5, RC5 usw.) ermöglichen. Hardwareseitig ist die Anbindung der IR-LED an eine Schaltung, die beispielsweise von einem Mikrocontroller gesteuert wird, nicht das geringste Problem, da die Treiberfunktionen sogar von einem gewöhnlichen Transistor übernommen werden können. Obwohl dies natürlich ein vereinfachtes Beispiel ist, ist ein dediziertes System, das eine Hochfrequenz-Emissionskontrolle ermöglicht, in den meisten Fällen die beste Lösung.
Dabei ist zu beachten, dass an sonnigen Standorten eine Kommunikation über Infrarotstrahlung oft nicht (oder sehr eingeschränkt) möglich ist.
Wichtige Parameter der IR-LEDs
Die Spezifikation von Produkten dieser Kategorie umfasst eine Reihe von für LEDs typischen Werten - Leistung, maximaler Strom, Betriebsspannung, Montagemethode. Infrarot-Elemente (insbesondere wenn sie als Beleuchtung dienen) werden oft in Matrizen platziert – ihre beliebte Variante sind daher SMD-Gehäuse.
Je nach Anwendung variiert der Bedarf an infrarotbeleuchteten Räumen. Um Steuersignale zu übertragen oder den Fahrer über ICMS zu beobachten, ist ein eher schmaler Abstrahlwinkel erforderlich, während die Beleuchtung zur Überwachung den gesamten von der Kamera erfassten Bereich abdecken soll. Deshalb zeichnen sich LEDs durch einen Abstrahlwinkel von 3° bis 160° aus – dieser Wert wird normalerweise unter den grundlegenden Parametern eines bestimmten Elements genannt.
Die Wellenlänge der emittierten Strahlung kann extrem wichtig sein. Bei der Beleuchtung muss sie mit den Eigenschaften des verwendeten Sensors kompatibel sein, während bei Kommunikationsanwendungen auf die Kompatibilität zwischen Sende- und Empfangselement geachtet werden muss. IR-Empfänger zeichnen sich durch Selektivität aus – dadurch sind sie unempfindlich gegen Störungen (z.B. Quellen des sichtbaren Lichts) – eine IR-LED muss daher so gewählt werden, dass ihre Strahlung von einem optoelektrischen Element registriert wird. Die optische Leistung der Diode wird von entscheidender Bedeutung sein. Davon hängen sowohl die Reichweite als auch die Intensität der Beleuchtung ab. Das Angebot von TME umfasst IR-LEDs mit einer Leistung von 0,2 mW (verwendet in energiesparenden Sensoren) bis hin zu Produkten mit einer Leistung von mehr als 1 W (typische Elemente für die Nachtüberwachung).
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