Vergleich Halogen- und LED-Spektrum

[reblaus]

Hallo -

im die Diskussion über die Lichtqualität von Halogen- und LED-Beleuchtung zu illustrieren, hier ein paar Spektren. Sie wurden mit einem Zeiss-Jena Taschenspektroskop aufgenommen.
Warnung: Hier handelt es sich nicht um eine Messung, denn zwischen dem, was Ihr auf Eurem Bildschirm seht liegen die Sensoren der Kamera (ESO 5 D Mk II), deren Bildbearbeitung (direkt zu JPG), die Eigenschaften des Computermonitors und des menschlichen Auges.
Mich wundert, dass das überhaupt funktioniert ...


Abb. 1  Spektrum einer Halogenlampe - die Intensität steigt bekanntlich kontinuierlich vom kurzwelligen (blauen) bis in den langwelligen (roten) Bereich, Infrarot wird von einem Wärmeschutzfilter und der Kamera geblockt


Abb. 2  Spektrum einer Cree XM-L (kaltweiss) - hier ist die Blaugrünlücke bei etwa 450 nm deutlich zu erkennen; dafür resultiert der Peak bei 450 nm in einer Überbelichtung mit Artefakt: Der Kamerasensor bildet im Maximum Magenta statt blau ab, mein Auge hat das nicht so gesehen.


Abb. 3  Halogenspektrum, durch einen 3fachen Bandpass gefiltert; da dessen Wellenlängenbereich nicht von der Blaugrünlücke betroffen ist, bemerkt man kaum einen Unterschied zum nächsten Foto


Abb. 4  LED-Spektrum, durch 3fachen Bandpass; die blaue Bande ist etwas breiter, da der Bereich bei der LED intensiver ist als der grüne und rote.

Viele Grüße

Rolf

[Bob]

Hallo Rolf,
danke für den Vergleich!
Ich sehe eine blau-grün-Lücke, die ordentlich breit ist, und auch bei der LED abnehmende Intensität in Richtung UV-Bereich.
Was kann man daraus auf das Farbsehen schließen? Schlechte Auswertbarkeit von orangen Objekten?

Viele Grüße,

Bob

[Lupus]

Hallo Rolf,

ich verstehe das Argument mit den Bandpassfiltern nicht. Welche Aussage soll damit beim Vergleich LED - Halogen gemacht werden?

Hubert

[Peter V.]

Lieber Rolf,

ich habe immer etwas Probleme mit der Interpretation derartiger nur "visueller" Spektren, unabhängig von den Faktoren wie Sensoren und Bildverarbeitung in der Kamera.  Sie zeigen doch nur, dass bestimmte Wellenlängen grundsätzlich vorhanden sind, aber nicht deren Intensitätsvereteilung -  und die bestimmt doch letztlich auch die Lichtfarbe.

Herzliche Grüße
Peter

[reblaus]

Hallo -

@Bob -
Du hast das richtig erkannt! Das ist wohl mit ein Grund, weshalb Pathologen die LED-Beleuchtung ablehnen. Rot wird "schmutzig" widergegeben. Auch bei der Beleuchtung von Grafiken und Gemälden mit vielen Rottönen hat man so seine Schwierigkeiten.

Aber kannst Du mir das verständlich erklären? "Rot" entsteht in diesem Fall fürs Auge doch wohl dadurch, dass die Komplementärfarbe Blaugrün verschluckt wird - aber hier ist ja eh wenig davon da ...

@Hubert -
die Spektren mit dem 3fach Bandpasses habe ich lediglich aus Freude an den schönen Farben gezeigt -  man neigt zu so was, wenn man früher beim beruflichen Mikroskopieren hauptsächlich auf wissenschaftliche Aussagen achten musste .

@Peter -
klar! Das ist einfach eine Ergänzung zu den Intensitätskurven in den Datenblättern, die letzten Endes genau so wenig über die subjektiven Eindrücke im menschlichen Auge aussagen, nachdem das Licht auf ein Objekt gefallen ist oder dieses durchstrahlt hat!
Wenn wir Grün sehen, können wir ja nicht mal unterscheiden, ob nur der Grün-Anteil von"weißem" Lichtes übriggeblieben ist  (weil z.B. das Chlorophyll Blau und Rot verschluckt hat) oder ob die LEDs in der Verkehrsampel nur die grüne Wellenlänge ausstrahlen.

Wir haben bei diesen fotografierten Spektren immer das Problem, dass sie auf dem Bildschirm nicht mehr mit dem direkten visuellen Eindruck übereinstimmen, weil die Sensoren in der Kamera halt anders reagieren als die Stäbchen im Auge.

Viele Grüße

Rolf

[Bob]

Aber kannst Du mir das verständlich erklären? "Rot" entsteht in diesem Fall fürs Auge doch wohl dadurch, dass die Komplementärfarbe Blaugrün verschluckt wird - aber hier ist ja eh wenig davon da ...

Nur ein Schuss ins Blaue : Wenn wenig blaugrün da ist, weiß man nicht, wieviel das komplementärfarbige Objekt absorbiert hat. Wie ein Bildsensor, der rauscht, wenn zu wenig Licht darauf fällt. Könnte passen, oder?

Viele Grüße,

Bob

[Wutsdorff Peter]

Gruß an die Experten
Als  Inschenör denke ich in Diagrammen.
Für mich wäre eine Diagr.: Intensität über Wellenlänge hilfreicher.
Gruß Peter

[Lupus]

Hallo,

Auch bei der Beleuchtung von Grafiken und Gemälden mit vielen Rottönen hat man so seine Schwierigkeiten.
Aber kannst Du mir das verständlich erklären? "Rot" entsteht in diesem Fall fürs Auge doch wohl dadurch, dass die Komplementärfarbe Blaugrün verschluckt wird - aber hier ist ja eh wenig davon da ...

der Grund, dass Rottöne bei LED-Beleuchtung schlechter erkennbar sind hat eigentlich kaum mit der Blaugrün-Lücke der LEDs zu tun. LEDs haben einen zweiten Mangel, nämlich dass sie auch im langwelligeren Rot rasch an Intensität abfallen, während Halogenlicht da sogar noch an Intensität zunimmt.

Das Hauptproblem für die Farbdarstellung von nicht selbstleuchtenden Objekten ist weniger das nicht optimale Zusammenspiel der spektralen Empfindlichkeit von Kamerasensoren und Augenzapfen (und des Emissionsspektrums des Monitors), sondern das spektrale Absorptionsverhalten der Objekte. Rote Objekte reflektieren meist im langwelligeren Rotbereich sehr gut, und da kommt wenig LED-Beleuchtung an. Bei der intensiveren kurzwelligeren roten LED-Beleuchtung reflektiert das Objekt meist weniger, dafür wird bereits etwas der grüne Kamerasensor (oder der grünempfindliche Zapfen) angeregt, weil die Farbempfindlichkeiten überlappen. Das reduziert die Leuchtkraft von Rot bei LEDs.

Hubert

[Peter V.]

Hallo,

weiß jemand, was es hiermit auf sich hat?

https://www.olympus-lifescience.com/en/resources/white-papers/true-color-led/

Herzliche Grüße
Peter

[reblaus]

Hallo Hubert -

diese Erklärung leuchtet mir ein! Und wenn ich Peters Wunsch in Diagrammen zu denken nachkomme und die Intensitätskurven daumenquantitativ vergleiche, dann ist zu erkennen, dass  die Glühbeleuchtung im Rotbereich (ca 680 nm) fast doppelt so viel bietet wie im Grünbereich (ca 530 nm), während selbst bei einer "Warmton-LED" fast doppelt so viel Grün rauskommt wie Rot - von der kaltweisen LED ganz zu schweigen.

Zweifellos habe ich also dieser 480 nm-Lücke eine zu große Bedeutung für die Mängel bei der Farbwiedergabe beigemessen

Danke für alle Diskussionsbeiträge!

Viele Grüße

Rolf

P.S. Trotzdem habe ich als tümpelnder Bastler und Nichtpathologe bei mir die Halogenlampen fast ganz abgeschafft

[Peter V.]

Hallo,

P.S. Trotzdem habe ich als tümpelnder Bastler und Nichtpathologe bei mir die Halogenlampen fast ganz abgeschafft

Deshalb auch immer wieder mein Rat: Bezüglich Lichtqualität ist Halogen nach wie vor unübertroffener Goldstandard; wer mit seiner Halogenlichtquelle grundsätzlich zufrieden ist, für den gibt es keinen Grund, zu LED zu wechseln. Wenn man aber - aus welchen gründen auch immer - zu LED wechseln möchte, gibt es mittlerweile LEDs, die dem Halogenlicht sehr nahe kommen und man fast nur beim direkten Vergelich noch einen Unterschied in der Farbwiedergabe erkennt. Für die Tümpelei spielt der lichtqualitative Unterschied ohnehin kaum eine Rolle.

Man sieht ja auch bei den Beispielbildern in dem von mir geposteten Olympus-Link unter "Case study: Comparing colors", dass beispielsweise die Bilder mit den "Generic LEDs" c und g dem Bildeindruck mit Halogen recht nahe kommen. Und man erkennt, wie entscheidend die Auswahl der "richtigen" LED ist! ( d und h gehen gar nicht!). Ich habe mir von Stephan Hiller - von dem ich ja einige LED-Umbauen besitze - immer die für den jeweiligen Zweck optimale LED aussuchen lassen.

Zudem werden hier Präparate aus der Pathologie gezeigt, bei denen es ja praktisch nur die Farben rot und blau, teilweise recht blass, in verschiedneen Nuancierungen gibt. Zudem geht es dem Pathologen nicht um Fotos, bei denen man ja mit Photoshop und Co. nachträglich die Farben korrigieren kann, vielmehr muss beim Blick durch das Okular die Diagnose gestellt werden. Hier kommt es auf die eine Differenzierung dieser Farbnuancen an und dafür ist Halogen nach wie vor unübertroffen, obgleich hier sicher die LED mit fortschreitender "Evolution" dewr Technik auch langfristig mehr Einzug halten wird.

Herzliche Grüße
Peter

[Lupus]

Hallo Peter,

diese LEDs mit nahezu kontinuierlichem Spektrum sind aber momentan noch nicht allgemein verfügbar, jedenfalls nicht in einer technischen Ausführung um problemlos eine Halogenlampe im vorhandenen Aufbau ersetzen zu können. Die "true-color"-LED von Olympus ist eine sehr spezielle größere Einheit mit Kühlkörper und Diffusor.

Man kann übrigens diese Art von Farbverfälschung nicht durch Bildbearbeitungsprogramme korrigieren. Was nicht vom Kamerasensor erfasst wird ist auch nicht veränderbar.

Hubert

[reblaus]

Hallo -

da kann ich Hubert bestätigen:

Nachdem ich Peter(V)s Link (Danke!) verfolgt habe, bin ich u.a. auch auf eine Firma gestoßen, welche eine Beleuchtung mit der identischen Kurve wie die Olympus anbietet. Lieferbar in Birnen- oder Stabform. Leider handelt es sich bei allen LED-Beleuchtungen, die unter dem Namen "true-color" firmieren um solche "Module", d.h. Einheiten, die sich aus vielen einzelnen LEDs zusammensetzen, also für Eigenbauten einer Mikroskopbeleuchtung für die alten Kollektoren kaum geeignet sind.
Es werden sogar Lampen angeboten, deren Leuchtkurven man in Grenzen selbst komponieren kann. Wahrscheinlich wird dann einfach die "Mischung" der EinzelLEDs variiert.
Allerdings gab es keine Möglichkeit, den Rot-Bereich in Richtung Glühspektrum auszudehnen - also ist "true color" noch ein Euphemismus.

Viele Grüße

Rolf