Springen naar inhoud

Optische effect bij wisselende licht frequentie


  • Log in om te kunnen reageren

#1

wfhvw

    wfhvw


  • 0 - 25 berichten
  • 7 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 19 augustus 2013 - 14:26

Hi,

Ik ben bezig met een onderzoek naar een (biologisch) optisch verschijnsel wat ik niet kan verklaren.

ms = milliseconden

Een Led lamp wordt aangestuurd met een frequentie van 100Hz (= 10ms cyclus tijd) en met een duty cycle van 20% oftewel 2ms. Dit betekend dat de Led telkens in alle 10ms periodes telkens eerst 2ms aan is en vervolgens 8ms uit. Het oog ervaart dit als een constant helderheids niveau en de 100Hz licht ruim boven de maximale knipperfrequentie wat het menselijk oog nog kan onderscheiden.

Nu wordt de Led lamp aanstuur frequentie verdubbeld naar 200Hz en de duty cycle wordt gehalveerd naar 1ms zodat de duty cycle oftewel de relatieve 'aan' tijd nog steeds 20% van de totale tijd bedraagt en optisch een evengrote licht helderheid wordt ervaren/gemeten als bij de 100Hz situatie.

Echter op het moment van een naadloze overschakeling van 100Hz naar 200Hz en op het moment van naadloze overschakeling van 200Hz naar 100Hz 'ziet/ervaart' men een korte flikkering van het Led licht.

Mijn vraag is: waarom 'ziet/ervaart' men deze korte flikkering? Men zou verwachten dat omdat de totale licht opbrengst per 10ms altijd gelijk is er geen waarneembaar effect zou optreden.

ben benieuwd

Henk

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 20 augustus 2013 - 01:47

De duty cycle blijft toch hetzelfde: 20% - wordt niet gehalveerd neem ik aan; de pulsbreedte wordt gehalveerd als het goed is.

We moeten eerst maar eens heel precies vastleggen hoe die omschakeling gaat want dat is mogelijk een oorzaak van die flikkering.

Belangrijke aanname: bij het omschakelen komt 5 ms na het begin van de laatste brede puls de eerste smalle lichtpuls van 1ms, 5 ms na het begin van de eerste smalle lichtpuls start de tweede etc. [1]

Klopt dat, is dat de "naadloze omschakeling" die je bedoelt? Aangezien je het verder niet uitlegt ga ik maar uit van deze redelijk voor de hand liggende methode die overigens niet correct is en die leidt tot een korte flikkering bij het omschakelen (enkele % in helderheid gedurende iets van 100 ms, waarschijnlijk is dat zichtbaar).

Laten we er vanuit gaan dat het oog integreert over pakweg 100 ms. Klopt wel ongeveer.

Modelleer de helderheidswaarneming door het visuele systeem als een moving average (voortschrijdend gemiddelde) filter met een window van 100 ms. Klopt denk ik wel ongeveer met de werkelijkheid. Ik heb dit model met bovenstaande input en omschakelen als in aanname [1] in Excel nagerekend:

Je ziet dan dat de filteroutput constant 20 is (dus 20 ms licht gedurende het filterwindow van 100 ms) behalve in de periode tussen 0 en 100 ms na het omschakelen. Dan is de filteroutput beurtelings gedurende 6 ms 20 en over de volgende 4 ms 21. Of dat een exacte beschrijving van de werkelijkheid is, is eigenlijk niet belangrijk.

De oorzaak er achter wel: in één periode van 5 ms zit 2 ms licht (aanname [1]) en dat is meer dan gemiddeld. Omdat het oog integreert over 100 ms blijft dit effect gedurende 100 ms merkbaar als een iets hogere helderheid.

Mogelijk is het dus niet een biologisch effect maar een onvolkomenheid in de meetopstelling.
Het effect is waarschijnlijk te verminderen als je de eerste lichtpuls na het omschakelen vertraagt. Bij 3ms vertraging is er nog steeds een kleine rimpel op de filteroutput maar het gemiddelde blijft dan tenminste ongeveer 20. Ik weet niet of dat merkbaar is. Waarschijnlijk kan het nog wel beter.

Veranderd door Anton_v_U, 20 augustus 2013 - 04:05


#3

klazon

    klazon


  • >5k berichten
  • 6609 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 20 augustus 2013 - 08:21

Hoewel de duty-cycle gelijk blijft zou het best kunnen dat een led verschillend reageert op een aan-tijd van 1 ms of 2 ms. Dan zou er dus een werkelijk verschil in helderheid zijn tussen de twee situaties.
Je kan dat testen door twee ledlampen naast elkaar te zetten, de ene op 100Hz en de andere op 200Hz.
Vergelijk de helderheid, en schakel ze dan om.

#4

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 20 augustus 2013 - 12:09

Hoewel de duty-cycle gelijk blijft zou het best kunnen dat een led verschillend reageert op een aan-tijd van 1 ms of 2 ms. Dan zou er dus een werkelijk verschil in helderheid zijn tussen de twee situaties. Je kan dat testen door twee ledlampen naast elkaar te zetten, de ene op 100Hz en de andere op 200Hz.Vergelijk de helderheid, en schakel ze dan om.


Die test is sowieso een goed idee maar het lijkt me niet de verklaring. Tenminste als de schakelelektronica goed is ontworpen. Je kunt leds op veel hogere frequenties schakelen omdat het licht niet berust op een thermisch effect maar op een kwantumeffect. Dat betekent dat je heel nette blokpulsen van 1ms (en minder) zou moeten kunnen maken. Maar het kan geen kwaad om het te checken. Dat is niet zo moeilijk: lichtsensor met een voldoende bandbreedte bijv. http://nl.wikipedia....lige_transistor en een oscilloscoop.

Afgezien van het checken van de deugdelijkheid van de opstelling moet de verklaring vermoedelijk worden gezocht in de wijze van omschakelen. Een manier om het schakelen onzichtbaar te maken is als je geleidelijk omschakelt, iets als:

Begin met een pulstrein van 2ms = 2000 us pulsen op afstand van 10 ms.
Maak dan de volgende puls 1999 us en zet een puls van 1us op 5us na de vorige
De volgende puls na 5ms is 1998 us en die er na is 2us etc.
Totdat ze gelijk zijn: 1 ms op 5ms van elkaar.

Kan ook met minder fijne stappen, je kunt elke stap ook een aantal keren herhalen voordat je weer verandert.

#5

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 23 augustus 2013 - 18:17

Overigens ben ik benieuwd of de nieuwsgierigheid van Henk al is bevredigd en of hij naar aanleiding van de reacties nog informatie heeft over de relevante technische details van zijn opstelling en of hij al meer weet.

Tenslotte is het allemaal gratis advies wat hij hier krijgt, het zou zomaar kunnen dat Klazon en ik iets toevoegen dat door een doorgewinterde bioloog gemist kan worden; hij mag best even reageren.

#6

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8797 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 augustus 2013 - 01:58

Ik denk eerlijkgezegd dat de aanname dat flikkeren met 100 of zelfs 200 Hz onwaarneembaar fundamenteel onjuist is.

Als je met je centrale visie naar een lamp staart is dat wel het geval, maar met je perifere visie kan dat wel eens anders liggen. Persoonlijk valt me dat ook wel eens op met LED-stoplichten. De flikkeren op 100 Hz, en als ik er naar staar om te wachten op groen licht merk ik daar niets van.

Als ik echter met behoorlijke snelheid een kruispunt oversteek valt me wel op dat de lichten die haaks op mijn rijrichting staan (bijv de rode voor overstekend verkeer) wel degelijk lijken te flikkeren.

Verder is de vraag of de leds 'snel genoeg' reageren ook valide: De LED zelf doet dat met gemak, maar als je een witte led hebt die feilijke bestaat uit een blauwe led en een fosforiserende laag die de gele component van het licht produceert, kan het maar zo zijn dat is fosforescentie dusdanig traag is dat het een zichtbaar verschil oplevert.
Victory through technology

#7

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 september 2013 - 20:57

Het oog kan variatie van licht op vrij hoge frequenties waarnemen, zeker als die worden gemoduleerd met andere frequenties. Vergelijk dit met een vergelijkbaar effect bij geluid: twee tonen met bijna dezelfde frequentie geven een waarneming van de verschilfrequentie. Zo hadden CRT-monitoren een hoge verversingsfrequentie nodig omdat sommige mensen last hadden van de "knippering" die ze zagen zelfs nog boven 70 Hz, vooral bij fluorescent omgevingslicht (100 Hz).

Het effect van de stoplichten is weer iets anders: daar verplaatst de lichtbron zich een stuk tussen twee flitsen. Dat verandert de zwakke "tijdsresolutie" in je oog naar de veel sterkere "plaatsresolutie". Als je dat sterk wilt zien, kijk dan maar eens naar een LED-aangestuurde klok terwijl je met een elektrische tandenborstel je tanden poetst! De cijfers lijken dan te dansen.

Als we van de biologische naar de fysische verschijnselen gaan, ben ik er overigens ook niet 100% zeker van dat de lichtintensiteit niet verandert als je de frequentie verdubbelt. De emissie is nogal gevoelig voor de temperatuur van de halfgeleider, en die zou zich best wel eens anders kunnen gedragen.

#8

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 07 september 2013 - 21:31

Aangezien het effect van een korte flikkering optreedt bij het omschakelen zouden we precies moeten weten hoe dat omschakelen gebeurt. Oftewel een precieze omschrijving van de pulstrein direct voor en na het omschakelen. Misschien kan Henk iets van zich laten horen?

#9

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8797 berichten
  • VIP

Geplaatst op 08 september 2013 - 01:54

Dat zouden we inderdaad moeten zien: een screenshot van een scope op het moment van omschakeling, en liefst ook een registratie van het geproduceerde licht met een fotocel.

@rwwh: dat effect bij stoplichten komt inderdaad wel omdat de de plaats in het zichtveld tussen twee flitsen van het stoplicht dusdanig veel veranderd dat het lijkt op beweging en daardoor in perifere visie wordt opgemerkt. Mijn punt is dan ook meer dat onder bepaalde omstandigheden knipperfrequenties van 100 Hz daadwerkelijk waarneembaar zijn, zelfs als ze dat in eerste instantie niet lijken als je direct naar de lichtbron kijkt.

Een aardige manier om dat simpel te testen is door je hand door je gezichtsveld te zwaaien. Bij een 100 Hz pulserende lamp zie je vrij duidelijk een paar snapshots van je hand, terwijl je bij een continue lichtbron als een gloeilamp niets raars opmerkt. Deze truc werkt ook prima voor een CRT scherm, zelfs als dat op een hoge refreshrate als 120 hertz draait.
Victory through technology





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures