Konstruktive Kompromisse bei Durchlichtbeleuchtungen zwischen Dicke, Intensität und Pulsbetrieb
- Die Edge-Lit-Bauweise koppelt die LEDs an die Kante einer Lichtleiterplatte — Gesamtdicke 10–20 mm einschließlich Diffusor.
- Die Direct-Lit-Bauweise platziert das LED-Array hinter einem Diffusor — Gesamtdicke 30–80 mm bei hoher Spitzenintensität.
- Edge-Lit-Auskopplungseffizienz von 50–70 % gegenüber nahezu 100 % direkter Emission — beeinflusst die maximale Intensität am Prüfobjekt.
- Direct-Lit-Puls- und Overdrive-Betrieb sind dank unabhängiger Ansteuerung jeder LED ohne Absorption im Lichtleiter effizienter.
- Edge-Lit ist bei kleinen bis mittleren Formaten kostengünstig; Direct-Lit wird für großflächige Durchlichtbeleuchtungen mit hoher LED-Dichte bevorzugt.
- Homogenität von ±5 % ist mit beiden Technologien durch eine geeignete Auslegung der Auskopplung bzw. des Diffusors erreichbar.
Edge-Lit- und Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen stellen zwei grundlegend unterschiedliche Bauweisen dar, mit jeweils eigenen Kompromissen hinsichtlich Dicke, Homogenität, Spitzenintensität und Abstrahlwinkel. Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen koppeln die LED-Emission in die Kante einer Lichtleiterplatte ein, die das Licht gleichmäßig über eine dünne Emissionsfläche verteilt. Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen platzieren ein LED-Array direkt hinter einem Diffusor, wobei die LEDs selbst unmittelbar zur Emission beitragen. Die Wahl zwischen den beiden Ansätzen beeinflusst die mechanische Integration, die optische Leistung und die Betriebskosten. Beide Ausführungen sind in der Familie der LED-Durchlichtbeleuchtungen verfügbar.
Funktionsprinzip von Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen
Eine Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtung besteht aus einer transparenten Lichtleiterplatte (in der Regel aus Acryl oder Polycarbonat), an deren einer oder mehreren Kanten LEDs montiert sind. Die LED-Emission tritt von der Kante in die Platte ein und breitet sich darin durch Totalreflexion aus, bis Auskopplungsstrukturen (Mikroprismen, Punktmuster oder lasergravierte Streupunkte) das Licht aus der Vorderseite in Richtung des Prüfobjekts umlenken. Ein vor der Platte angeordneter Diffusor homogenisiert die Emission zusätzlich und erzeugt eine gleichmäßige Beleuchtung über die gesamte aktive Fläche.
Der Hauptvorteil von Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen ist ihre geringe Dicke: Die Lichtleiterplatte kann nur wenige Millimeter dick sein, sodass sich Gesamttiefen von 10 bis 20 mm einschließlich seitlicher LED-Montage und Diffusor ergeben. Diese Kompaktheit ermöglicht den Einbau an beengten Stellen, an denen herkömmliche Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen keinen Platz finden würden.
Homogenität und Auskopplungseffizienz
Die Homogenität von Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen wird durch die Präzision der Auskopplungsstrukturen bestimmt. Hochwertige Platten mit optimierten Auskopplungsmustern erreichen eine Homogenität von ±5 Prozent über die gesamte aktive Fläche. Die Auskopplungseffizienz ist in der Regel geringer als bei Direct-Lit-Konfigurationen: 30 bis 50 Prozent der LED-Emission gehen durch Absorption und Streuung aus der Ebene im Lichtleiter verloren.
Funktionsprinzip von Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen
Eine Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtung besteht aus einem auf einem Substrat verteilten LED-Array, bei dem jede LED nach vorn in Richtung des Prüfobjekts abstrahlt. Ein vor dem LED-Array angeordneter Diffusor homogenisiert die Emission und beseitigt die diskreten Helligkeitsspitzen, die sonst direkt über jeder LED sichtbar wären. Die Dicke einer Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtung wird durch den Abstand zwischen LED-Array und Diffusor bestimmt, der für eine ausreichende Mischung der einzelnen LED-Emissionen groß genug sein muss.
Der Hauptvorteil von Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen ist die hohe verfügbare Spitzenintensität, da alle LEDs ohne die Absorptionsverluste eines Edge-Lit-Lichtleiters direkt zur Frontemission beitragen. Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen lassen sich zudem effizienter im Puls- und Overdrive-Betrieb einsetzen, da jede LED unabhängig angesteuert und für synchronisiertes Blitzen adressiert werden kann.
Dicke und LED-Dichte
Die Dicke einer Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtung skaliert mit dem LED-Raster und der geforderten Homogenität. Engere LED-Raster ermöglichen dünnere Durchlichtbeleuchtungen bei gleicher Homogenität, allerdings auf Kosten einer höheren LED-Anzahl und höherer Kosten. Typische industrielle Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen weisen Dicken von 30 bis 80 mm einschließlich LED-Array, Diffusor und Gehäuse auf.
Auswahlkriterien
Die Wahl zwischen Edge-Lit und Direct-Lit hängt in erster Linie von der geforderten Kombination aus Intensität und Dicke ab. Für Anwendungen, die maximale Intensität am Prüfobjekt erfordern und bei denen die Dicke nicht eingeschränkt ist, sind Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen die naheliegende Wahl. Für Anwendungen, die ein flaches Profil erfordern und nur moderate Intensitätsanforderungen stellen, bieten Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen eine angemessene Leistung in kompakter Form.
Die zweite Überlegung betrifft die Betriebsart. Puls- und Overdrive-Betrieb sind mit Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen effizienter, da sich die einzelnen LEDs unkompliziert ansteuern lassen. Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen können ebenfalls gepulst werden, jedoch mit etwas geringerer Spitzenintensität aufgrund der Absorptionsverluste im Lichtleiter.
Die dritte Überlegung betrifft die Homogenitätsanforderung. Beide Technologien können eine ausgezeichnete Homogenität erreichen, doch Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen lassen sich für sehr große aktive Flächen leichter auslegen, bei denen ein Edge-Lit-Lichtleiter ineffizient würde.
Kosten- und Zuverlässigkeitsaspekte
Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen sind bei kleinen bis mittleren Formaten in der Regel kostengünstiger, da sie weniger LEDs benötigen. Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen werden bei großen aktiven Flächen wirtschaftlicher, wenn die LED-Anzahl eines dichten Direkt-Arrays ähnlich hoch oder niedriger ist als die zur Kantenbeleuchtung eines großen Lichtleiters erforderliche. Die Zuverlässigkeit ist bei beiden Technologien vergleichbar; die LED-Alterung ist in beiden Fällen der dominierende Ausfallmechanismus.
Integration und Grenzen
Beide Technologien lassen sich als eigenständige Beleuchtungskomponenten mit denselben mechanischen und elektrischen Schnittstellen integrieren. Der wesentliche Integrationsunterschied ist die Dicke, die bei begrenztem Bauraum die Wahl bestimmen kann.
Die wesentliche Einschränkung von Edge-Lit-Durchlichtbeleuchtungen ist die maximal erreichbare Intensität, die durch die Absorptionsverluste im Lichtleiter begrenzt wird. Für Anwendungen, die sehr hohe Intensitäten für kurze Belichtungszeiten erfordern, sind Direct-Lit-Konfigurationen vorzuziehen. Die wesentliche Einschränkung von Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen ist die Dicke, die mit den kompaktesten Integrationsanforderungen unvereinbar sein kann. In solchen Fällen stehen Edge-Lit-Konfigurationen oder spezielle flache Direct-Lit-Ausführungen mit hoher LED-Dichte als Alternativen zur Verfügung; beide Optionen werden im Rahmen des Portfolios kundenspezifischer LED-Beleuchtungen für nicht standardmäßige Anforderungen entwickelt.
Edge-Lit- und Direct-Lit-LED-Durchlichtbeleuchtungen von RODER Vision
RODER Vision fertigt LED-Durchlichtbeleuchtungen sowohl in Edge-Lit- als auch in Direct-Lit-Bauweise in den Serien BL1–BL5, mit auf die Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung abgestimmten Eigenschaften hinsichtlich Dicke, Intensität und Pulsbetrieb.
- Edge-Lit- und Direct-Lit-Durchlichtbeleuchtungen der Serien BL1–BL5 — LED-Durchlichtbeleuchtungen
- Anwendungsspezifische flache und leistungsstarke Durchlichtbaugruppen — Kundenspezifische LED-Beleuchtungen
- Puls- und Overdrive-Treiber für Direct-Lit-Durchlichtkonfigurationen — LED-Treiber und elektronische Controller
Die Integration von Durchlichtbeleuchtungen in beengten Prüfzellen erfordert abgedichtete Verkabelung in Industriequalität — der RODER-Katalog umfasst spezielle Kabel und Befestigungssysteme, die mit Edge-Lit- und Direct-Lit-Bauformen kompatibel sind.