Höhere Reichweite für optische Signalübertragung

[wolfgang]

Hallo,

hier haben wir zunächst über eine Verbesserung der Ausstattung des E202 (Infrarot-Technik) gemacht. Daraus sind Gedanken über die Erhöhung der Reichweite von optischen Versuchen entstanden. Da die Gedanken von dem ursprünglichen Thema weggehen, habe ich hier einen neuen Thread eröffnet, in dem wir das Thema weiterentwickeln können.

Hallo Zusammen!
Danke für das Feedback und Gedankenanstösse!
Mein Aufbau ohne Linsen funktioniert hier doch schon gut auf etwa 2-2,5 Meter. Die mitgelieferte Linse misst 18mm im Durchmesser, somit müsste diese hinter der Frontplatte platziert werden, falls diese wirklich zur Anwendung kommt. Im Kosmos 101 Kasten gibt es auch noch eine plan-konvexe 10mm Linse, evtl. auch noch einsetzbar schon alleine wegen der Grösse.
Eine grundsätzliche Frage die sich stellt ist ob eine Optik überhaupt nötig ist? Vielleicht könnte man die Reichweite auch auf anderen Wegen vergrössern, z.B. mit leistungsstarken IR-Dioden?
Falls trotzdem eine Optik zum Einsatz kommen soll ist auch fraglich ob der Sender oder Empfänger diese braucht. Sachdienliche Hinweise nehme ich gerne entgegen.
Hier noch ein interessantes Video zur Erhöhung der Reichweite, wird uns aber wenig helfen… :D
https://www.youtube.com/watch?v=Pu42bSbcn6Y

Halle Beat,

die 18 mm entsprechen dem Durchmesser der Linsen aus dem EST20 / R+E101. Die Krümmung beginnt allerdings nicht am äußeren Rand der Linse, sondern erst 1 mm weiter innen, so dass ein gerader Ring zu Montage der Linse in das LDR-Gehäuse entsteht.

Zur elektronischen Leistungssteigerung fällt mir noch gepulster Betrieb mit Überlast ein. Das wird beim E202 bei einigen Versuchen auch schon angewendet.

Gruß
Wolfgang

Nachtrag: Die Plankonvexe Linse mit 10 mm Durchmesser wird ins Pult eingebaut zur Vergrößerung der Skala für den Drehko und hat daher nicht mit der Optik zu tun.

[suntri]

Ich habe da etwas im Internet gefunden was für uns von Interesse sein könnte:
http://www.optikbaukasten.de/

Und beachtet die Halterung der Linse.

[Hammady]

hi

Ein kleiner Schaltungstrick. Um die Empfindlichkeit eines IR - LED Empfängers zu erhöhen kann man ihn schwach mit IR-Licht beaufschlagen.
Das wird z.B. bei Lichtschranken mit hoher Reichweite angewand.


LG Andy

[Bambini]

Da die Gedanken von dem ursprünglichen Thema weggehen, habe ich hier einen neuen Thread eröffnet, in dem wir das Thema weiterentwickeln können.

Danke Wolfgang!
Hat jemand irgendwelche Daten zu der originalen IR-Diode u. Fototransistor?

[Bambini]

Hallo Zusammen!
Habe mal den ersten Prototyp nur für die IR Diode gemacht. Ein paar kleine Anpassungen werde ich auf der Hinterseite noch vornehmen. Ausserdem könnte ich das Teil auch bündig zur Front machen, obwohl es im Original nicht so war...
Im Bild habe ich noch den Sender raufkopiert.

[wolfgang]

Hallo Beat,

auf den ersten Blick dachte ich, es ist das Foto von dem Kastendeckel, was natürlich durch die reinkopierte Sendereinheit verstärkt wird. Erst auf den zweiten Blick habe ich die Kreuzschrauben für die Berührungssensoren gesehen.

Das macht wirklich einen guten Eindruck.

Gruß
Wolfgang

[Bambini]

Hallo!
Ich habe mal mit der Reichweite welche auf der Verpackung mit "über 20m" angegeben wird rum experimentiert. Bis anhin habe ich ohne Probleme 15 Meter geschafft, mehr Platz hatte ich hier drin gerade nicht, dazu müsste ich mich nach draussen verschieben. Das Ganze hat mit nur einer Linse am Sender funktioniert, was mich sehr erstaunt hat. Ich bin sicher die 20m sind damit auch ohne weiteres möglich. Da ich den Versuch mit Kleber und Papier umsetzte, wäre es wohl sinnvoll, für den Sender noch eine schöne aufsteckbare Linse zu fertigen.
Diese könnte z. B. folgendermassen aussehen:

Meine Versuche haben gezeigt dass eine Verstellbarkeit der Linse nicht nötig ist, sondern diese nur ca. 15mm vor der Diode positioniert sein muss, um optimale Ergebnisse zu liefern.

[Bambini]

[wolfgang]

Hallo Beat,

sehr schöne Arbeit. Wie hast Du die Optik an der Frontplatte befestigt? Ankleben ist meines Erachtens suboptimal. Beim Betrachten des Bildes kam mir die Idee, dass man die Optik auch an der Bohrung links an der Frontplatte befestigen kann. Diese Bohrung war ursprünglich für einen Drehko aus dem Hobbyset vorgesehen. Entsprechende Bohrungen zum Anschrauben währen daher schon vorhanden.

Ich habe mal in meiner Bastelkiste gesucht und bin damit fündig geworden:

LED-Fassung mit Linse

20150516_030031_a.jpg (510.82 KiB) 48674 mal betrachtet

LED-Fassung mit Linse

20150516_030031_a.jpg (510.82 KiB) 48674 mal betrachtet

Solche Fassungen gibt es zum Beispiel beim blauen C zu kaufen. Bei Reichelt habe ich sie auf Anhieb nicht gefunden.

in einem kleinen Versuchsaufbau habe ich mal den Unterschied mit und ohne LED ausgemessen. Der Strom in einem Fototransistor als Empfänger war bei Verwendung der Linse etwa um Faktor 6,5 höher wie die Werte ohne Linse. Das macht dann eine Reichweitenverbesserung um den Faktor 2,5.

Versuchsaufbau

20150516_030115.jpg (608.08 KiB) 48674 mal betrachtet

Versuchsaufbau

20150516_030115.jpg (608.08 KiB) 48674 mal betrachtet

Gruß
Wolfgang

[BobaFET]

Hallo Wolfgang,

[...] Diese Bohrung war ursprünglich für einen Drehko aus dem Hobbyset vorgesehen.

das hatte ich bisher nicht gewußt. Hatte mich schon immer gefragt, was der Zweck der Bohrung sein mag.
Jetzt bin ich wieder ein kleines Bißchen schlauer!

Hübsche Idee mit der improvisierten opt. Bank aus Fischertechnik. Obwohl ich mich als Kind nicht für Fischertechnik begeistern konnte (probiert habe ichs schon, aber es blieb bei einem Kasten), und schon früh überzeugter "Legoist" wurde; das gefällt mir gut.

Gruß
Stephan

[wolfgang]

Hübsche Idee mit der improvisierten opt. Bank aus Fischertechnik. Obwohl ich mich als Kind nicht für Fischertechnik begeistern konnte (probiert habe ichs schon, aber es blieb bei einem Kasten), und schon früh überzeugter "Legoist" wurde; das gefällt mir gut.

Hallo Stephan,

bei allen Konstruktionsbaukästen kommt es darauf an, ausreichend viele Teile zur Verfügung zu haben. Dann kommt auch der Spaß auf. Ich hatte jede Menge Lego und Fischertechnik und habe mit beiden Systemen viel gemacht. Ein Schattendasein hat bei mir der eine Märklin Metallbaukasten führen müssen, da ich hier eine "unterkritische" Menge an Teilen und damit Möglichkeiten hatte.

Gruß
Wolfgang

[Bambini]

Hallo Zusammen!
Also die Linsenaufnahme habe ich als Presspassung gemacht, braucht also keinerlei Klebstoff oder sonstige Hilfsmittel. Die Distanz Diode-->Linse habe ich inzwischen auch nochmals angepasst um ein Maximum an Leuchtkraft heraus zu holen. Die 20 Meter funktionieren also tatsächlich, wobei man aber sehr genau ausrichten muss. Inzwischen ist auch die Aufnahme für die 7-Segment Platine fertig, wobei die Herstellung aber etwas zeitintensiv war. Anfangs war die Idee die Fixierung für Diode und 7-Segment in einem Stück zu machen, habe diese aber erst mal getrennt gemacht. Mal gucken ob ich noch ein paar Fotos davon machen kann...
Die Sache mit dem Drehko und anschrauben ist mir fremd. Ich habe zwar so einen, dieser wir aber nicht mit 2 Schrauben befestigt, sondern nur mit Unterlegscheibe und Mutter. Hat jemand ein Bild davon?

[wolfgang]

Die Sache mit dem Drehko und anschrauben ist mir fremd. Ich habe zwar so einen, dieser wir aber nicht mit 2 Schrauben befestigt, sondern nur mit Unterlegscheibe und Mutter. Hat jemand ein Bild davon?

Es gab beides.

Das Hobbyset Mittelwellenempfänger hatte den Drehko aus dem R+E 11, R+E 101 mit 500 pF. Dieser hatte eine zentrale Schraube wie bei den Potis.
Das Hobbyset Kurzwellenempfänger hatte den Doppeldrehko aus dem E200. Dieser wurde, wie die heutigen Drehkos, mit zwei Schrauben befestigt.

Befestigung Drehko beim Hobbyset KW

KW-Drehko.JPG (53.98 KiB) 48597 mal betrachtet

Befestigung Drehko beim Hobbyset KW

KW-Drehko.JPG (53.98 KiB) 48597 mal betrachtet

Gruß
Wolfgang

[BobaFET]

Hallo Wolfgang,

Hallo Beat,
[...] Beim Betrachten des Bildes kam mir die Idee, dass man die Optik auch an der Bohrung links an der Frontplatte befestigen kann. Diese Bohrung war ursprünglich für einen Drehko aus dem Hobbyset vorgesehen. Entsprechende Bohrungen zum Anschrauben währen daher schon vorhanden. [...]

Gemäß der Montageanweisung des HSKW-Satzes, von der Du freundlicherweise einen Scan des entsprechenden Abschnittes eingestellt hast, wird der Drehko ja gar nicht links montiert, sondern an der zweiten Position von links, also dort, wo auch das Poti Platz findet!

Die spannende Frage ist nun: Was war in den Kosmotronik-Hobby Sets die Verwendung der Bohrung links?

Gruß
Stephan

PS: Zum Lego/Fischertechnik-Thema: Natürlich ist unbestritten, daß der Spaß bei solchem Technik-Spielzeug deutlich steigt, je mehr "Material" man beisammen hat, um auch eigene Vorstellungen umsetzen zu können. Allerdings war der Spaß-Faktor bei Lego Technik insofern sofort da, weil man richtig tolle Modelle bauen konnte (die Kästen waren eben ganz klar auf den Bau eines total durchdachten und ausgereiften Modells ausgelegt, das auch noch schön aussah. während Fischertechnik anfangs eher universell ausgelegt war (genauso wie Märklin Metall) und in dem "monochrom"-Look eher nüchtern und rein funktional aussah; man näherte sich aber später dem Modell-Konzept von Lego an - mein jüngerer Bruder hatte ein Modell eines Fahrzeugs mit voll funktionsfähiger Hydraulik, Fahrerfiguren und dazu auch noch einen Fernsteuerungszusatz (Kooperation mit der Modellbaufirma Robbe), womit die Fahrzeuge zu RC-Modellen wurden, davon konnte man als Lego-Fan nur träumen). Zu guter letzt muß ich gestehen, daß ich mir Anfang des Jahres noch das Modell 852 in der Bucht geschossen habe: Eines der ersten Modelle von Lego Technik und darunter der erste Heli - und der einzige mit Kollektor-Pitch bis heute. Ein wirklich schönes Modell.

[Bambini]

Die spannende Frage ist nun: Was war in den Kosmotronik-Hobby Sets die Verwendung der Bohrung links?

Rein von den Abmessungen her passt dort ein Schiebeschalter hin. Die Löcher waren nämlich früher nicht rechteckig wie bei meiner Platte oben,
sondern rund. Die Eckigen gab es meines Wissens nach nur im E202 und Funktionsgenerator für den Oszi.

[Bambini]

Habe mir die Sache nochmals angeschaut. Beim Powerverstärker (HSPV) ist die Platte z.B. voll besetzt.

Warum man links und rechts 2 gleiche Öffnungen angebracht hat weiss ich nicht, besser wäre eine passgenaue für den Drehkondensator gewesen.
Mir sind diese zwei Varianten bekannt:

Offenbar wurde beim Kurzwellen Empfänger auch die untere Platte verwendet. Das heisst dass diese bei 3 Sets zum Einsatz kam, E202, Oszi u. HSKW.
Vielleicht wisst Ihr ja mehr darüber...

[wolfgang]

Tragen wir mal zusammen was wir haben:

- Auf den Titelbilder der Hobbysets sieht man die Frontplatte in der von Beats oberen Version mit einem Kippschalter.

- Im Handbuch Mittelwelle ist ebenfalls die obere Frontplatte eingezeichnet. Dazu ein Schalter mit 3 Anschlüssen, von denen zwei belegt sind.

- Die Hobbysets wurden in den Jahren 78, 79, 80 und 81 aufgelegt, (c)-Vermerk aus den Handbüchern stammen zumindest aus diesen Jahren.

- In den Erstausgaben von 78 ist der gleiche Schalter wie im ebenfalls 78 erschienenen Hobbyset MW.

- In den späteren Erstausgaben ist statt dessen ein Schalter mit 6 Anschlüssen, von denen zwei belegt sind, gezeichnet. Dieser könnte den Schaltern aus den E200 entsprechen und daher einen Ausschnitt wie in Beats unterer Frontplatte benötigen.

- Im Jahr 79 ändert sich die Bestellnummer des Schalters von 60-0045.2 auf 60-0045.6 Möglicherweise ein Indiz für den Wechsel des Schalters.

- Die Bestellnummer der Frontplatte bleibt immer gleich.

- Die Bohrung links wird in den Erstausgaben 78 nur für den Drehko und als Schalleintrittsöffnung für ein Mikrofon verwendet. Im Hobbyset

- Erst ab 79 wird die Bohrung links auch für Potis verwendet. 78 wurde im Hobbyset Termperatur sogar ein Steckpoti als zweites Poti verwendet.

Ich vermute mal, ursprünglich ein größerer Kippschalter den Hobbysets beigefügt war. Mit Einführung des E200 wurde dann der Schalter aus diesem Kasten übernommen, was sich in der geänderten Darstellung in den Handbüchern sowie in der geänderten Bestellnummern niederschlug.

Gruß
Wolfgang

[Bambini]

Danke Wolfgang für's Update!
Hier noch die versprochenen Fotos.



Happy Weekend!

[nkrause99]

Hallo Beat,

die Teile sehen ja super aus. Wie hast du den Fototransistor befestigt?

Gruß
Norbert

[Bambini]

Hallo Norbert!
Die Diode ist nur eingesteckt, wobei ich die Bohrung so gemacht habe, dass man sie mit etwas Druck reinschieben muss. Hält einwandfrei!

[nkrause99]

Hallo Beat,

wäre es möglich, gegen einen entsprechenden Unkostenbeitrag, die Teile von dir zu bekommen?

Gruß
Norbert

[BobaFET]

Hallo Beat,

[...] Hier noch die versprochenen Fotos.!

Das ist ja richtig gut geworden. Und Deine Photos sind wie immer ein Augenschmaus.

Zur Trimmung der Abstände Linse-Tf (E200) bzw. Linse IR-LED beim Sendermodul (E202):

Optik war weder jemals meine Stärke, noch meine besondere Leidenschaft, aber soweit meine ich mich zu erinnern:

Bei kleinen Reichweiten müßte der o.g. Abstand mit der Überbrückungsdistanz variieren.
Dann sieht der Strahlengang so aus <()> *

Bei großen Reichweiten jedoch sollte sich das optoelektronische Element genau im Brennpunkt der Linse befinden, damit alle aus der Linse austretenden Strahlen parallel zu Ausbreitungsrichtung werden (analog der Einstellung "unendlich" bei der Kamera).

Strahlengang müßte dann so aussehen =()> *

Linse: (); IR-LED: *; parallele Strahlen: =; sich verjüngende Strahlen: > bzw. <

Das ist mal ein Versuch, die von Dir beobachteten Resultate von der Theorie her zu verstehen.

Soweit meine ich mich zu erinnern. Vielleicht ist ja einer von euch Physik-Lehrer und liest das und weiß mehr. Oder wir warten, bis Norbert seinen Optik-Kasten durchgearbeitet hat ;) Ich bin momentan nicht motiviert, das nachzuschlagen, kann also auch sein, daß ich hier falsch liege.

Daß Du so gute Ergebnisse auch schon ohne zusätzlliche Linsen erreicht hast, könnte auch an den Gehäusen liegen, in die die OE-Elemente von Haus aus vergossen sind. Mit LDR und Lämpchen aus dem R+E100/101 hätte man das sicher nicht erreicht ohne Linsen. Ich vermute, daß die OE-Gehäuse wie eine plankonvexe Linse wirken und somit schon für sich alleine für eine gute Bündelung sorgen. Und natürlich kann man den Tf nicht mit dem LDR vergleichen, das kommt noch dazu.

Ah, das würde eine neue Frage aufwerfen: LDR vs. Tf. Irgendwann gab es bei Kosmos den Sprung, ab dem E202 wurden die früher üblichen LDRs komplett durch Phototransistoren ersetzt. Warum das so war, ist mir nicht klar. War es so wie bei der LED, daß die damals neuen Bauelemente irgendwann erschwinglich und somit auch kommerziell interessant wurden oder war es eher die größere Empfindlichkeit des Tf, die sofort überzeugte, sobal er verfügbar war (ab wann egtl?) ? Dann gab es beim LDR wohl auch das Problem der Trägheit. Viele Fragen. Wer weiß da mehr drüber?

Falls ihr Lust und Zeit und Interesse habt, das Thema zu disktutieren, ich werde einen neuen Thread dazu aufmachen, damit wir uns hier nicht thematisch verfransen.

Gruß
Stephan

[Bambini]

Hallo Norbert!
Könnte man schon machen, jedoch bin ich mit der 7-Segmentaufnahme noch nicht zufrieden. Diese ist momentan noch in das Blech reingeklemmt. Hält zwar einwandfrei, trotzdem überlege ich mir das Teil in einem Stück zu fertigen. Die Frage ist nur, gib es Experimente bei welchem man nur das eine od. Andere benötigt, also Fototransistor od. 7-Segment? Falls ja müsste es doch getrennt bleiben. Vielleicht weiss da jemand Bescheid.

Stephan, ich weiss, rein von der Theorie her macht es keinen Sinn wie ich es machte. Jedoch scheint dem Fototransistor eine Bündelung relativ egal zu sein. Ich habe einfach geguckt dass die Linse möglichst ganz ausgeleuchtet wird, so dass möglichst viel Licht entsteht. Man sieht das schön beim Foto oben, wobei ich dort nachträglich nochmals nachkorrigiert habe. Ich kann mir höchstens vorstellen dass man mit einer Linse vor dem Fototransistor nochmals eine Steigerung der Reichweite erzielen kann, also weit über 20m.

[wolfgang]

Bei kleinen Reichweiten müßte der o.g. Abstand mit der Überbrückungsdistanz variieren.
Dann sieht der Strahlengang so aus <()> *

Bei großen Reichweiten jedoch sollte sich das optoelektronische Element genau im Brennpunkt der Linse befinden, damit alle aus der Linse austretenden Strahlen parallel zu Ausbreitungsrichtung werden (analog der Einstellung "unendlich" bei der Kamera).

Strahlengang müßte dann so aussehen =()> *

Hallo Stephan,

mit Deinen Ausführungen hast Du recht. Damit lassen sich die besten Ergebnisse erzielen. Im realen Leben müssen wir Sender und Empfänger getrennt betrachten.

Den Kristall einer IR-Diode ist so klein, dass man ihn näherungsweise als punktförmige Lichtquelle ansehen kann. Das heißt, das Licht wird in alle Richtungen gleich ausgestrahlt. Durch das Gehäuse erfährt das Licht in der Tat die erste Bündelung. Jeder LED-Typ hat einen bestimmten Abstrahlwinkel, der im Datenblatt nachzulesen ist. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit habe ich IR-LEDs mit 20° bis 60° Abstrahlwinkel gefunden. Die Reichweite richtet sich jetzt danach, wie viel von dem ausgesendeten Licht beim Empfänger ankommt. Praktisch erzielt jede Linsenanordnung eine Erhöhung der Reichweite, die den Lichtstrahl weiter bündelt, bis zu Deinen beschriebenen Idealfällen. Die Glühlampe hat noch die näherungsweise Rundstrahlcharakteristik, damit sind Linsensysteme wesentlich wichtiger, um Reichweite zu erzielen.

Der Empfänger soll nun möglichst viel von dem ausgesendeten Licht empfangen. Bei niedrigem Abstand und einer optischen Bündelung auf den Empfänger bringen weitere Linsen keine Verbesserung. Bei allen anderen Fällen bringt die Linse mit dem Tf im Brennpunkt eine größere Empfangsfläche und damit besseren Empfang.

Die Grenzen liegen darin, dass Linsen Abbildungsfehler haben können und je nach Wellenlänge des Lichtes leicht unterschiedliche Brennweiten haben. Auch bildet jede Linse dem Licht ein Hindernis, so dass ein Teil des Lichtstromes in der Linse verloren geht.

Beim Einstellen des Brennpunktes auf den Kristall von LED und Fototransistor muss die Bündelung des Bauteilgehäuses mit berücksichtigt werden.

Da fällt mir gerade ein, Besitzer des Elektronik Hightech (aus der X-Generation) können eine Versuchsanordnung zum ausmessen des Abstrahlwinkel bei LEDs aufbauen. Der Versuch lässt sich auch umkehren, so dass der Empfangswinkel von Fototransistoren gemessen werden kann.

Gruß
Wolfgang

[BobaFET]

Hallo Beat,

Stephan, ich weiss, rein von der Theorie her macht es keinen Sinn wie ich es machte. Jedoch scheint dem Fototransistor eine Bündelung relativ egal zu sein. Ich habe einfach geguckt dass die Linse möglichst ganz ausgeleuchtet wird, so dass möglichst viel Licht entsteht.

ganz im Gegenteil, wie ich finde: Du hast doch beobachtet, daß man eine Trimmung des IR-LED-Linsenabstandes nicht benötigt, sobald man mal die optimale Distanz gefunden hat.

Das läßt sich doch schön in Einklang bringen mit der theor. Annahme, daß Du die Strahlungsquelle der IR-LED (idealisiert, weil deren Gehäuse ja selbst auch noch bündelt, wie oben besprochen) genau in den Brennpunkt gebracht hast, so daß die Strahlenbündel (ebenfalls idealisiert) exakt parallel austreten. Damit spielt der Abstand zum Empfänger keine Rolle, parallel bleibt nun mal parallel.

In der Praxis wird eine gewisse Aufweitung des Strahls nicht ausbleiben, das ist ja kein Laser - und selbst da gibt es diese sog. Divergenz. Nach Deinen Beobachtungen ist die Justierung der Linse von der Strahlungsquelle das Entscheidende, die Linse vor dem Tf ist dagegen vernachlässigbar. Da die Intensität eines augeweiteten Strahl lt. Strahlensatz mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt, ist eine Justierung der Linse vor der IR-LED von entscheidender Bedeutung. Stimmt der Abstand nicht, dann befindet sich der Brennpunkt (die Stelle, wo der Strahlengang die schmalste Breite erreicht) irgendwo in der Mitte zw. Sender u. Empfänger, um sich danach zum Empfänger hin wieder auszubreiten, mit entsprechend großen Streuverlusten. Das sähe dann so aus: ><()>*

Wie Wolfgang oben beschrieben hat, kann bei einer Fehljustierung an der Strahlungsquelle auch die Linse vor dem Tf dann nichts mehr raus reißen, da diese nur die "Auffangfläche" des Tfs und damit die Ausbeute, ähnlich eines Parabolspiegels, vergrößert.

Also alles in allem finde ich, daß Deine Versuche ganz gut mit der Theorie zusammenpassen.

Da sowohl die Linsen, als auch die Geäusegeometrie der OE-Elemente gleich sind, wäre zu vermuten, daß die besten Ergebisse erzielt werden, wenn der Linsenabstand des Tfs dem bei der IR-LED entspricht. Deckt sich das mit Deinen Beobachtungen?

Gruß
Stephan

[Bambini]

Da sowohl die Linsen, als auch die Geäusegeometrie der OE-Elemente gleich sind, wäre zu vermuten, daß die besten Ergebisse erzielt werden, wenn der Linsenabstand des Tfs dem bei der IR-LED entspricht. Deckt sich das mit Deinen Beobachtungen?

Hallo Stephan!
Meiner Meinung nach müsste das so sein! Ich kann es zwar durch praktische Erfahrung noch nicht untermauern, da ich nur eine Aufnahme für eine Linse habe. Werde aber gucken ob ich Morgen noch eine im Geschäft machen kann.
Hier habe ich noch kurz eine Grafik gemacht wie ich das Ganze verstehe:

[BobaFET]

Hallo Beat,

Hier habe ich noch kurz eine Grafik gemacht wie ich das Ganze verstehe

ja, genauso war's gemeint, im Idealfall eine vollsymmetrische Anordnung.
Deine Graphik sieht aus wie aus dem Lehrbuch. Ein Wort: Professionell.
Wo hast Du diese tollem Bilder der OE-Elemente u. Linsen hergezaubert?

Gruß
Stephan

[DerInder]

Moin,

ich hab mal den Vorschlag von Wolfgang aufgegriffen und die Abstrahl-/Empfangs-Charakteristik von einer LED und einem Fototransistor aufgenommen. Verwendet habe ich dafür aus dem Kosmos Hightech den Versuch 4.7 Keulen aus Licht.
Allerdings habe ich mir für Lichtleiter und LED/FT eine Messvorrichtung aus Fischertechnik gebaut.

Für die LED (rot, diffus) sieht das dan so aus:

LED.png (78.02 KiB) 48374 mal betrachtet

LED.png (78.02 KiB) 48374 mal betrachtet

Und für den Fototransistor so:

Fototransitor.png (76.51 KiB) 48374 mal betrachtet

Fototransitor.png (76.51 KiB) 48374 mal betrachtet

Vielleicht war es im Raum noch nicht dunkel genug, um die Messungen am Fototransistor ganz sauber hinzubekommen.

[wolfgang]

Hallo Jens,

die fehlende Symmetrie beim Fototransistor kann auch der tatsächlich so sein. Schließlich ist der Aufbau schon durch den Anschlussdraht und den Halbleiter Aufbau nicht perfekt symmetrisch. Das Ergebnis ist aber eindeutig, IR-LED 30° Abstrahlwinkel, Fototransistor 15° Empfangswinkel.

Kannst Du bitte noch Deinen Fischertechnikaufbau posten?

Gruß
Wolfgang

[BobaFET]

Hallo Jens,

sieht beeindruckend aus. Die im Vgl. zur LED stärker ausgeprägte Asymmetrie beim Tf würde Deine Vermutung stützen, daß es Einflüsse durch "Lichtverschmutzung" gegeben haben könnte. Evtl. könnte ein unbelichtetes, aber entwickeltes Stück Photofilm als Filter Abhilfe schaffen (hab ich mal gelesen, aber nie verifiziert), um die durch Umgebungslicht im sichtbaren Spektrum verursachte Störungen ausschalten, so daß nur das IR-Licht der IR-LED zum Tf gelangt. Danke für die Mühe, die Du Dir damit gemacht hast und daß Du Deine Ergebnisse mit uns teilst!

Frage: Hast Du ein Fenster oder eine helle Wand in Rchtg. 0-180° ?

noch 'ne Frage: Hast Du den Tf symmetrisch gelagert (in den Bildern von Beat oben sieht man ja schön die Asymetrischen Interna der OE-Bauteile), könnte mir gut vorstellen, daß die Asymmetrie in der Charakteristik geringer ausfällt, wenn man dafür sorgt, daß die Symmetrieachse des Bauelements in der Ebene liegt, die senkrecht zur Winkelskala liegt und die Linie 0° - 180° schneidet. Ist aber nur 'ne Vermutung, wie heißt es so schön "probieren geht über studieren".
M.a.W. und weniger akademisch ausgedrückt: Einflüsse der Elektrodengeometrie könnten ausgeschlossen werden, wenn das OE-Element so gelagert wird, daß die Beinchen nicht neben - sondern übereinander platziert sind, weil sich die Assymmetrie dann ggfs. nur vertikal bemerkbar macht, nicht aber in der horizontalen Meßebene. Vielleicht hast Du das aber schon berücksichtigt, und die Assymmetrie hat andere Ursachen ...

Falls Du Lust hast weiter zu "forschen", halte uns bitte auf dem Laufenden. Ich finde es jedenfalls sehr spannend!

Gruß
Stephan

[DerInder]

Moin,

klar hier ist der ft-Aufbau:

ft-Messaufbau.jpg (146.18 KiB) 48366 mal betrachtet

ft-Messaufbau.jpg (146.18 KiB) 48366 mal betrachtet

Ach ja, es war keine IR-Led sondern eine rote
Ein Test mit ner IR-Led kann ich auch nochmal machen.

[DerInder]

Moin nochmal,

hier jetzt meine Messergebnisse einer IR-LED:

IR-LED.png (60.1 KiB) 48359 mal betrachtet

IR-LED.png (60.1 KiB) 48359 mal betrachtet

Das ist sehr schön symetrisch und die Werte sind nicht mal geschönt

Hmm, irgendwie macht Excel im Moment was es will mit mir, das Diagramm ist andersrum?!?


-Nachtrag-

Nochmal die IR-LED mit verdoppelter Auflösung:

IR-LED_1.png (110.07 KiB) 48353 mal betrachtet

IR-LED_1.png (110.07 KiB) 48353 mal betrachtet

Sieht fast zu schön aus für so ein "Kinder-Elektronikkasten"

[Bambini]

Hallo Beat,
Wo hast Du diese tollem Bilder der OE-Elemente u. Linsen hergezaubert?

Hallo Stephan!
Es gibt Dinge die mir leicht fallen, z.B alles was mit Grafik zu tun hat. Bilder Googeln, alles zurechtschneiden, im Grafikprogramm bearbeiten und den Rest hinzu kritzeln, fertig! (Zeitaufwand, knapp 5 min)

Ich habe mal 1:1 mein Teil aufgezeichnet, wobei ich diese 30° berücksichtigt habe!


Jens, bei deinem Versuch habe ich gesehen dass die Diode Nackt daliegt. Könntest Du mal bei der Diode eine Montagehülse aufstecken und dann nachprüfen ob die Werte gleich bleiben? Ich würde gerne wissen ob tatsächlich nur am bombierten Teil abgestrahlt wird, oder ob vom zylindrischen Teil auch noch was abgeht.
Ob mit dem Soll-Zustand eine Verbesserung erzielt wird, bezweifle ich zur Zeit noch...

[Bambini]

Ich nochmals!
Hier habe ich eine Kurve einer IR-LED mit selber Wellenlänge und 25° Abstrahlung:

Wo werden denn hier die 25° hergeleitet? Wenn ich da mit Jens vergleiche schaut das hier ganz anders aus. Das gleiche habe ich bei einer Diode mit 18° Abstrahlung gesehen. Der Wert der Abstrahlung wir auf der Kurve nicht vorne, sondern am breitesten Punkt der Schlaufe abgelesen. Somit hätte die Diode von Jens 60° und nicht 30°. (was es standardmässig ja auch gibt)

Hier habe ich noch eine Grafik mit anderem Beispiel u. Messpunkt gefunden (25°)

[DerInder]

Moin Moin,

es stimmt, meine IR-LED hat einen Abstrahlwinkel von 60°.
Zur Berechnung für Linsen ist allerdings der Halbwinkel einfacher zu handhaben.

Zur Bestimmung des Abstrahlwinkels werden die Punkte im Diagramm genommen, bei dem die Helligkeit auf 50% (0,5) abgefallen ist (irritiert mich etwas, da ich eher auf einen e-Funktion getippt hätte, aber egal).

Ein Versuch mit einer Montagehülse werd ich mal machen und auch nochmal ein paar andere IR-Leds durchmessen. (Allerdings erst wenn es wieder dunkel genug ist)

Kann mal jemand die Schaltpläne posten die für die Versuche der E-Kästen verwendet werden? Ich möchte das ganze dann mal auf meinem X-Kasten nachbauen.

[Bambini]

http://www.opus2.ch/E202.pdf

[wolfgang]

Ich habe mal 1:1 mein Teil aufgezeichnet, wobei ich diese 30° berücksichtigt habe!

Hallo Beat,

eine Frage noch zu Deiner Beschreibung Soll und Ist. Solange der Lichtstrahl parallel ist, sollte es doch egal sein, ob ganze Linsenfläche oder nur ein Teil davon zur Bündelung genutzt wird? Eigentlich sollte die stärkere Bündelung doch einen höheren Lichtstrom erzeugen.

Gruß
Wolfgang

[Bambini]

Hallo Wolfgang!
Genau dieser Meinung bin ich eben auch, darum schrieb ich oben das ich bezweifle, dass der Sollzustand besser sei. Wobei ich anfügen muss dass mein beschriebener Sollzustand nicht aus dem Lehrbuch stammt, sondern rein in meinen Vorstellungen zustande kam.

[BobaFET]

Hallo Beat,

Ich habe mal 1:1 mein Teil aufgezeichnet, wobei ich diese 30° berücksichtigt habe! [...]
Ob mit dem Soll-Zustand eine Verbesserung erzielt wird, bezweifle ich zur Zeit noch...

So schön Deine Bilder sind, das letzte enthält einen kl. Denkfehler (das soll jetzt aber kein Verriß sein, sondern ist als konstruktive Kritik gemeint - ich finde das Thema ungeheuer spannend und alle Beiträge hochprofessionell - bin total begeistert mit wieviel Einsatz u. Engagement alle hier dabei sind). Das Bild (ist/soll Zustand) zeigt zwei Anordnungen mit untersch. Abständen IR-LED-Linse und austretendem parallelen Strahlenbünden. Das kann so nicht sein, denn es gibt nur einen Abstand, bei dem die Strahlen || aus der Linse austreten. Das ist der Fall, wenn sich die LED genau im Brennpkt. der Linse befindet.

Die Herausforderung bei diesem spannendem Optimierungsszenario besteht darin, zwei - sich möglicherweise widersprechende Anforderungen unter einen Hut zu bekommen:

Zum einen besteht da die Anforderung, genau den Brennpunkt der Anordnung zu erwischen, weil sonst die Strahlen nicht parallel austreten; mit allen oben erwähnten Nachteilen. Das ist ein Killerarument, somit dürfte diese Anforderung Prio 1 haben.

Die andere Anforderung ist aus Deiner Zeichnung sehr schön rauszulesen: Natürlich willst Du die Linse in einem Abstand beleuchten, der es erlaubt, unter Berücksichtigung der Keule der Abstrahlcharakteristik das IR-Licht möglichst vollständig in die Linse zu schicken und Verluste durch Streuungen jenseits der Linse zu minimieren. Das auszurechnen ist einfache Trigonometrie: (Tangens 15°) = Gegenkathete : Ankathete = Linsenradius : Abstand, also aufgelöst: Abstand = Linsenradius : tan (15°)*. Wenn die erforderliche Brennweite diesen errechneten, maximal tolerierbaren Abstand nicht überschreitet, dann hast Du gewonnen, und holst die maximale Ausbeute aus der Anordnung raus. Falls nicht, dann dürfte klar sein (hat Wolfgang ja schon angedeutet), daß es die Sache mit dem Brennpunkt der Anordnung deutlich Vorrang vor der max. (aber nicht flächenmäßig vollständigen!) Ausleuchtung der Linse hat.

Also: - Notwendige Bed. : Parallel austretende Strahlen durch Platzierung im Brennpkt.
- Hinreichende Bed. (besser Nebenbed.): Max. Ausleuchtung der Linse.

Falls die Werte zur Erfüllung der Anforderungen grob auseinander liegen, muß man sich bei der Anordnung halt für das kleinere Übel entscheiden. Bestimmt gibt es dennoch Möglichkeiten, auch das zu lösen (Linse mit anderen Dimensionen u. / o. anderer Brennweite würde auf der Hand liegen bzw. Diode mit anderer Abstrahlcharakteristik wäre der andere Lösungsweg). Ich bin mir aber sicher, die Kosmos-Leute waren nicht so blöde, das unberücksichtigt zu lassen.

Wäre beinahe auch einem Denkfehler unterlegen: Natürlich ist es nicht nötig, die Linse ganz auszuleuchten. Im Gegenteil, das scheint sich eher nachteilig auf die Reichtweite auszuwirken: Die "Menge" an Licht, die durch die Linse tritt, ist in beiden von Dir skizzierten Anordnungen gleich, allerdings wird der Strahl beim "Ist"-Zustand ja weniger aufgeweitet, ist also besser fokussiert, und hat damit mehr "Lichtdichte", was für die Optimierung der Reichweite von Vorteil sein dürfte.


Gruß
Stephan

* NB: Natürlich läßt o.g. trigonometr. Betrachtung außer acht, daß die LED ja keine punktförmige Lichtquelle hat, sondern immerhin einen Durchmesser v. 5mm hat, was nicht unbedingt zu vernachlässigen ist ...

[BobaFET]

... Ergänzung :

Hallo Beat,

meine Vermutung ist also, daß durch das "Soll"-Szenario in Deiner Zeichnung die Ausrichtung des Empfängers weniger kitzlig wird, die Reichweite aber leiden wird. Ich halte also Deine Zweifel daran, ob das was bringt, für berechtigt.

Solange der Lichtstrahl parallel ist, sollte es doch egal sein, ob ganze Linsenfläche oder nur ein Teil davon zur Bündelung genutzt wird? Eigentlich sollte die stärkere Bündelung doch einen höheren Lichtstrom erzeugen.

@Wolfgang: Nach oben gesagtem muß ich Dir hier widersprechen. Der Lichtstrom pro Flächeneinheit (in Lux) nimmt natürlich durch die Aufweitung des Strahls bei voller Beleuchtung der gesammten Linse ab. Das reduziert die Fokussierung u. Intensität des Strahls und damit die Reichweite.

Noch ein Nachtrag zum oben gesagten: Anschaulich gesprochen wollte ich (Stichwort hinreichende / Nebenbedingung) sagen, daß die Linse nicht weiter von der IR-LED weg verschoben werden darf als in Deiner "Soll-Zustand" Zeichnung dargestellt, wenn Ausblendverluste vermieden werden sollen.

Gruß
Stephan


PS: @ Bambini: NEIN, das hat Bob A. FET so nicht geschrieben ;) So ein Zitierfehler ist mir aber selbst auch schon unterlaufen, somit kann ich Dir schlecht einen Vorwurf daraus machen ;)

[Bambini]

So schön Deine Bilder sind, das letzte enthält einen kl. Denkfehler...

Hallo!
Ich verstehe deinen Einwand betreffend austretender Strahlung, kann aber beruhigen. Da ich wie beschrieben 1:1 zeichnete, wäre der Winkel auf 20 Meter Distanz gar nicht wahrnehmbar auf meinem Ausschnitt. Darum liess ich die Linien Parallel. :wink:

Der Idealfall wäre die Diode möglichst im Brennpunkt zu positionieren, damit man parallel austretende Strahlen hat. Den Abstrahlwinkel der Diode kann man mehr oder weniger mal ignorieren. Somit hat man auf lange Distanz nicht so viel Mühe den Empfänger zu treffen, als wenn der Strahl auf 5mm runter gebündelt wäre. Stephan hat ja diesen Punkt auch erwähnt. (Wir sprechen ja momentan von einer 20 Meter Distanz.)

Da einige Daten der Linse fehlen wird wohl der Brennpunkt nur durch praktische Messung zu ermitteln sein. Also Grosse Lichtquelle auf Linse richten, auf einem Papier bündeln und so die Distanz messen.
Die andere Frage ist wo man bei der IR-Diode den Punkt nehmen muss, hinten beim Reflektor oder vorne an der Linse?

[DerInder]

Moin Moin,

danke erstmal für die Anleitung, ich werde den IR-Sender und Empfänger jetzt mal auf das X-System umsetzten.

Und hier wie Versprochen meine neusten Messungen an den 4 IR-Leds die ich aus Kosmos Kästen habe:

Led1 dunkelblau eingefärbt:

LED1.png (251.13 KiB) 48242 mal betrachtet

LED1.png (251.13 KiB) 48242 mal betrachtet

Led2 auch dunkelblau eingefärbt:

LED2.png (251.54 KiB) 48242 mal betrachtet

LED2.png (251.54 KiB) 48242 mal betrachtet

Led3 farblos:

LED3.png (251.95 KiB) 48242 mal betrachtet

LED3.png (251.95 KiB) 48242 mal betrachtet

und Led4 hell violett eingefärbt:

LED4.png (245.58 KiB) 48242 mal betrachtet

LED4.png (245.58 KiB) 48242 mal betrachtet

Die rote Kurve sind die Messungen bei horizontaler Ausrichtung der Anschlüsse, die Blaue bei vertikaler Ausrichtung.
Die leicht Asymetrie scheint aus meinem Messaufbau zu resultieren, den habe ich nochmal ein wenig umgebaut. Jetzt ist die Led auch in einer Montagehülse.

ft-Messaufbau 2.jpg (145.84 KiB) 48242 mal betrachtet

ft-Messaufbau 2.jpg (145.84 KiB) 48242 mal betrachtet

Wie man sieht hat Kosmos die unterschiedlichsten Leds genommen. Die ersten beiden haben einen Abstrahlwinkel von 60-65°, die zweite von ca 30° und die letzte von 25°.

[BobaFET]

Hallo Beat,

Da ich wie beschrieben 1:1 zeichnete, wäre der Winkel auf 20 Meter Distanz gar nicht wahrnehmbar auf meinem Ausschnitt. Darum liess ich die Linien Parallel.

Hmm, wie begründest Du diese Aussage?

Also ich bin ja wie gesagt nicht der Held im Fach Optik, aber es fällt mir schwer zu glauben, daß, wenn man, wie in Deinen Zeichnungen, sich um ca. 40% aus dem Brennpunkt rausbewegt, daß dann die Strahlen immer noch so schön parallel die Linse verlassen. Ich vermute stark, daß das aus der Linse austretende Strahlenbündel ziemlich schnell eine Aufweitung bzw. Bündelung erfährt (je nachdem, ob man den Brennpunkt unter- oder überschreitet), sobald man den Brennpunkt auch nur wenig verfehlt.

Den Abstrahlwinkel der Diode kann man mehr oder weniger mal ignorieren. Somit hat man auf lange Distanz nicht so viel Mühe den Empfänger zu treffen, als wenn der Strahl auf 5mm runter gebündelt wäre. Stephan hat ja diesen Punkt auch erwähnt. (Wir sprechen ja momentan von einer 20 Meter Distanz.)

Ja, bei der in Deinen 1:1 Zeichnungen gezeigten Dimensionierung der Anordnungen scheint der Abstrahlwinkel die Ausbeute nicht zu beeinträchtigen. Ob eine Bündelung auf 5mm in 20m Distanz möglich ist, hmmm, daran glaube ich nicht - wie weit es bestenfalls möglich ist müßte man aber mit einer normalen LED überprüfen können. Da wird die Brennweite anders sein als im IR (s.u.), aber die Qualität der Bündelung sollte vergleichbar sein.

Da einige Daten der Linse fehlen wird wohl der Brennpunkt nur durch praktische Messung zu ermitteln sein. Also Grosse Lichtquelle auf Linse richten, auf einem Papier bündeln und so die Distanz messen.
Die andere Frage ist wo man bei der IR-Diode den Punkt nehmen muss, hinten beim Reflektor oder vorne an der Linse?

Das dachte ich anfangs auch ("wie doof, daß Kosmos die Brennweite der Linse nicht angegeben hat"). Aber wie oben schon diskutiert: Maßgeblich ist die Brennweite des Gesamtsystems (die zu berechnen dürfte allerdings schwierig werden), denn die Optik des LED-Gehäuses hat bestimmt einen Einfluß auf das Gesamtsystem.

Ich denke, der einzig realistsche Ansatz, die Brennweite des Gesamtsystems (LED-Gehäuse+ Linse) zu empirisch zu ermitteln, bestünde darin, eine Transparentfolie mit konzentrischen Kreisen auszudrucken - z.B. abwechselnd immer schwarz und weiß mit gleicher Strichstärke - und dies - entsprechende Dimensionierung vorausgesetzt - hinter der Linse anzubringen. Oder - noch geschickter, eine Spaltblende einbauen, und statt Kreise Linien verwenden. Dann eine normale LED einsetzen und gucken, wo in 1, 2 oder 5m Entfernung die Minima u. Maxima liegen. Damit müßte man schnell austesten können, ob der Strahl z.B. auf einen Brennpunkt bei - sagen wir mal Abstand 1,2m gebündelt wird, um sich bis zum Empfänger in, z.B. 20m Entfernung wieder ordentlich aufzuweiten, oder ob der Strahlengang sich ohne Bündelung direkt nach der Linse aufweitet. Damit hätte man den Brennpunkt für _sichtbares_ Licht ermittelt. Da der Brechungsindex im nahen IR anders ausfällt (ob größer oder kleiner weiß ich nicht mehr, müßte man nachsehen), kann das natürlich nur eine Annäherung sein. Aber man hätte dann zumindest eine Ober (oder Unter-?) Grenze, an der man sich orientieren kann. Im IR-Bereich bliebe natürlich nur die Möglichkeit, in Knochenarbeit die Minima u. Maxima entlang der Querrichtung der opt. Achse durchzumessen.

Gruß
Stephan

[BobaFET]

Hallo Jens,

hochinteressant, die Frage, die uns jetzt vermutlich allen auf den Nägeln brennt:
Welche der LEDs war aus welchem Kasten?

Gruß
Stephan

Moin Moin,

Und hier wie Versprochen meine neusten Messungen an den 4 IR-Leds die ich aus Kosmos Kästen habe:

Led1 dunkelblau eingefärbt:
Led2 auch dunkelblau eingefärbt:
Led3 farblos:
und Led4 hell violett eingefärbt:

Wie man sieht hat Kosmos die unterschiedlichsten Leds genommen. Die ersten beiden haben einen Abstrahlwinkel von 60-65°, die zweite von ca 30° und die letzte von 25°.

[DerInder]

Moin Moin

Hallo Jens,

hochinteressant, die Frage, die uns jetzt vermutlich allen auf den Nägeln brennt:
Welche der LEDs war aus welchem Kasten?

dazu kann ich leider nichts sagen, ich habe sämtliche X und XN Bauteile in einem Koffer (ich bin halt Bastler und kein Sammler)

Allerdings sehen die dunkelblauen LEDs am ältesten aus, von daher sind die warscheinlich aus den X-Kästen. Die beiden anderen wirken neuer und passen wohl am besten in die XN-Kästen.

[BobaFET]

Hallo Jens,

also eines kann ich bestätigen: Mein X4000 (HB Auflage 1, '85) hat auch die IR-LED im dunkelblau eingefärbten Gehäuse.

Der E202-Ausbau hatte bei mir eine IR-LED m. transparentem Gehäuse, deshalb gab es sogar eigens einen kl. Versuch, um die beiden OE-Elemente Tf u. IR-LED zu identifizieren - damit man nicht das falsche einbaute.

Gruß
Stephan

dazu kann ich leider nichts sagen, ich habe sämtliche X und XN Bauteile in einem Koffer (ich bin halt Bastler und kein Sammler)
Allerdings sehen die dunkelblauen LEDs am ältesten aus, von daher sind die warscheinlich aus den X-Kästen. Die beiden anderen wirken neuer und passen wohl am besten in die XN-Kästen.

[Bambini]

Also ich bin ja wie gesagt nicht der Held im Fach Optik, aber es fällt mir schwer zu glauben, daß, wenn man, wie in Deinen Zeichnungen, sich um ca. 40% aus dem Brennpunkt rausbewegt, daß dann die Strahlen immer noch so schön parallel die Linse verlassen.

Ja das mag sein, aber mir ging es vorrangig darum was zwischen LED und Linse passiert, nicht was danach geschieht. Darum habe ich dem keine grosse Beachtung geschenkt. Ich lasse die Pfeile in Zukunft weg um Verwirrungen zu vermeiden!

Ich habe kurz wie oben Beschrieben den Brennpunkt bestimmt. Wie in der Grafik zu erkennen ist liegt die Diode eigentlich ganz gut. Der Kegel ist rund 61,6° gross, somit könnte man Dioden mit max. 60° Abstrahlung verbauen, ohne Strahlung zu verschenken.


Die offene Frage ist immer noch wo der Messpunkt bei der Diode liegt. Ich würde bei dieser transparenten Diode mal sagen beim Reflektor.
Wie bei folgender Nahaufnahme zu erkennen ist sieht man den Reflektor ganz gut als Lichtquelle, die Linse bewirkt hier gar nichts sichtbares.

Von daher müsste die Diode noch etwas weiter nach vorne rücken! Was meint Ihr?
Danke Jens für die Versuche! Ich bin etwas überrascht das Kosmos da kunterbunt gemischt hat. Jetzt stellt sich auch die Frage, haben alle im E202 die selbe IR-Diode drin???

[wolfgang]

@Wolfgang: Nach oben gesagtem muß ich Dir hier widersprechen. Der Lichtstrom pro Flächeneinheit (in Lux) nimmt natürlich durch die Aufweitung des Strahls bei voller Beleuchtung der gesammten Linse ab. Das reduziert die Fokussierung u. Intensität des Strahls und damit die Reichweite.

Stimmt, dass wollte ich eigentlich sagen

Von daher müsste die Diode noch etwas weiter nach vorne rücken! Was meint Ihr?

Wenn es darum geht, eine große Reichweite zu erzielen, kommt es weniger darauf an, dass die ganze Linsenfläche leuchtet, sondern dass die Strahlen nach der Linse parallel verlaufen. Damit entsteht keine Auffächerung des Lichtstrahles.

Ich habe noch mal die Handbücher E202 und R+E100/101 verglichen. Die Linsen aus dem R+E101 mit 18 mm Durchmesser und f = +16,2 mm haben die gleiche Best.-Nr. wie die Linsen aus dem E202. Damit dürfte es sich um die gleichen Linsen handeln.

Im Handbuch R+E101 wird der Einbauabstand der LED mit 5,7 mm empfohlen um die größte Reichweite zu erzielen. Vielleicht hilft das ja als Anfangswert. Im Zweifel muss der Abstand so lange verändert werden, bis das Maximum an Lichteinfall am Empfänger erzielt wird.

LED-Linse.JPG (42.01 KiB) 48192 mal betrachtet

LED-Linse.JPG (42.01 KiB) 48192 mal betrachtet

Ich bin etwas überrascht das Kosmos da kunterbunt gemischt hat. Jetzt stellt sich auch die Frage, haben alle im E202 die selbe IR-Diode drin???

Ich kenne aus verschiedenen E202 nur die klare IR-LED. Aus dem X3000 kenne ich die IR-LED im dunklen Gehäuse. Ich habe aber auch schon klare IR-LED gesehen, bin mir aber nicht mehr sicher, ob dies ein X3000 oder XN3000 war.

Gruß
Wolfgang

Gruß
Wolfgang

[BobaFET]

Hallo,

ich habe oben darauf hingewiesen, daß die Brechkraft von Optiken durchaus abhängig ist von der Wellenlänge. Das war in dem Zus.hang mit meinem Vorschlag, daß man ja mit einer normalen LED die optimale Einbauposition ermitteln kann u. das dann als Grenzwert nimmt, von dem weg oder auf welchen hin man sich dann bewegt. Welche Richtung war mir da nicht klar.

Ich schrieb dann "das müßte man nachschauen", weil ich es nicht mehr wußte. Heute fiel mir ein, daß man dazu kein Physik-Buch aufschlagen muß, es reicht, sich einfach z.B. das Cover von Pink Floyd "The Dark Side of The Moon" anzusehen, da hat der Künstler sogar die Reihenfolge der Brechung richtig dargestellt (hab's extra nochmals überprüft). Wg. Copyright hab ich hier ein freies Bild von Wikipedia:

Lichtbrechung durch Prisma

prisma_wikipedia.jpg (59.31 KiB) 48189 mal betrachtet

Lichtbrechung durch Prisma

prisma_wikipedia.jpg (59.31 KiB) 48189 mal betrachtet

Hier sieht man schön, daß kurzwelligeres (blau) Licht stärker gebrochen wird als langwelliges (rot).
Wie schon gesagt, dürfte die Wellenlänge der IR-LED nicht so weit vom Rot der Std.-LED entfernt sein.

Allerdings scheint jetzt evident, daß das IR nicht ganz so stark gebrochen wird wie das sichtbare Rot.
Damit wird der Brennpunkt der Linse im IR weiter weg liegen, weil sie dort nicht soviel Brechkraft hat wie im sichtbaren Bereich.

Mit der Info über die Linsen, die Wolfgang freundlicherweise bereitgestellt hat, halte ich es für das pragmatischste, den von Kosmos angegeben Wert für den Linsenabstand zur roten LED als Untergrenze zu nehmen, und sich von da durch schrittweise Erhöhung der Distanz an das Optimum heranzutasten.


Gruß u. gute Nacht
Stephan

PS: Eine extrem elegante tech. Lsg. für die IR-LED-Linsenkombi wäre natürlich ein zweiteiliger Schraubtubus, der beim Abstand 5,7 mm anfängt und durch Drehen des Außentubus auf einem auf der Außenhülle des Innentubus angebrachtem Gewinde eine sehr feine Erhöhung des Abstandes erlauben könnte. Also einfach gesagt sowas wie eine "Teleobjektiv für Arme". Gibt es solche "Hohlzylindergewinde" irgendwo zu kaufen? Dann bräuchte man nur noch eine passende Mutter in ein geeignetes schr. Plastikrohr klemmen, Linse ins Rohrende einpassen. Fertig.

[Bambini]

Hallo Zusammen!
Interessante Info von Euch, besten Dank!
Ich habe ein paar Versuche mit einer roten LED mit klarem Körper gemacht. Erstens wollte ich herausfinden wo sich der Brennpunkt in der LED befinden muss, zweitens die Position der Linse definieren um parallel abgehende Strahlen zu erreichen. Folgendes kam dabei raus:
Der Brennpunkt ist definitiv am Reflektor zu positionieren, also bei der eigentlichen Lichtquelle, zumindest bei LED’s mit klarem Körper. Ein Test mit diffusem Körper ergab wie erwartet andere Werte. Wenn ich jetzt diese 5,7mm von Wolfgang mit den 5mm (LED-Linse bis Reflektor) addiere, kommen wir auf 10,7mm. Also nicht weit von meinen gemessenen 12,5mm des Brennpunktes weg.

Die Sache mit den parallelen Strahlen funktionierte jedoch überhaupt nicht. Schon bei 20cm Entfernung weitet sich der Strahl extrem auf, egal wie die Linse positioniert ist. Ich weiss nicht ob ich da einen Denkfehler mache, vielleicht hat jemand eine Erklärung. Meiner Meinung nach ist es illusorisch mit den vorliegenden Mitteln eine mehr oder weniger gerade Strahlabgabe zu erreichen. Vielleicht liegt das Problem aber auch an der Bauform der LED selbst, keine Ahnung.
Hier noch 2 Bilder von Gestern Nacht:




Stephan, über deinen Vorschlag mit verstellbarem Tubus habe ich Gestern auch nachgedacht, fand aber gerade nicht das nötige Werkzeug dazu so was herzustellen. Nach obigen Test's bin ich auch nicht sonderlich motiviert dazu was zu machen...