Experimente mit verschiedenen Linsen

Aufgewacht aus dem Winterschlaf!

Wir hatten in den vergangenen Wochen wenig von uns hören lassen. Bei unseren richtigen Jobs gab es zum Jahreswechsel ein erhöhtes Arbeitsaufkommen und die Besinnlichkeit der Feiertage tat ihr Übriges. In diesem Blogpost wollen wir unsere ersten Testergebnisse zur Bündelung des Infrarotlichts beschreiben.

Warum überhaupt bündeln?

Die handelsüblichen Infrarot-LEDs, wie man sie aus Fernbedienungen für TV oder DVD-Player kennt, haben einen sehr großen Abstrahlwinkel. Typischerweise zwischen 20° – 40°. Fernbedienungen werden ja auch nur auf kurzen Distanzen verwendet – da reicht die Bündelung des LED-Gehäuses vollkommen aus. Ein breiter Streuwinkel hat im Wohnzimmer natürlich seinen Vorteil: man muss nicht genau auf den TV zielen. Es reicht wenn man grob Richtung TV zeigt. Beim Lasertag wäre das natürlich nicht so optimal. Schließlich soll man ordentlich zielen müssen, um die Sensorweste des Mitspielers zu treffen. Darüber hinaus bedeutet eine Bündelung des Lichts auch eine Konzentration auf kleinerem Raum. Dadurch kann das Licht eine größere Entfernung zurücklegen und die Sensoren bekommen genug Licht ab, um ein Signal zu dekodieren.  Im Lasertag, vorallem im Outdoor-Szenario, möchten wir Distanzen von 100 m und mehr überbrücken.

Der Versuchsaufbau

Wir lassen die Infrarot-LED durch eine Sammellinse strahlen. Dabei befindet sich die LED im Brennpunkt der Linse. Nach 4 Metern schauen wir uns den Durchmesser des Strahls an. Um das IR-Licht sichtbar zu machen, haben wir eine Sony DCR-DVD92E mit NightShot-Funktion.

Versuchsaufbau mit LED und LinseLinsen auf Schiene montiertDer komplette Aufbau ist ziemlich simpel gehalten. Damit wir einen genauen Aufbau hinbekommen, haben wir Linsenhalterungen mit FreeCAD modeliert und auf einem 3D-Drucker ausgedruckt. Die Halterungen können zur genauen Ausrichtung auf eine Aluminium-Schiene geschraubt werden. Dadurch sollte das System eine Genauigkeit von unter einem Millimeter haben. Als Schiene kam eine 3-spurige Gardinen-Schiene von IKEA zum Einsatz. Sie ist sehr gerade und kann sich aufgrund der Größe kaum verziehen. Die drei Spuren erleichtern die perfekte Ausrichtung zusätzlich.

Falls Interesse des Nachbaus besteht, so haben wir die Dateien für die Linsenhalter auf unserer GitHub-Seite veröffentlicht. Die verwendete Schiene heißt bei IKEA „Vidga“ und ist leider viel zu lang.

Die Messung an der Wand nehmen wir mit einer kleinen selbst entworfenen Messtafel vor, die wir an die Wand geklebt haben. Die Entfernung von LED bis zur Wand sind im Versuch genau 4 Meter und wurden mittels Laserentfernungsmesser mit einer Genauigkeit von +/- 3 mm ermittelt. Die Tafel hat eine Skala in Form von Ringen mit 5 mm Abständen. Alle 5 cm ist der Ring fetter gedruckt. Der Einfachheit halber haben wir es auf ein DIN A4 Papier gedruckt.

Besteht auch hier Interesse des Selbstbaus, ein PDF der Tafel ist auch auf GitHub zu finden.

Die Ergebnisse

#DurchmesserBrennweiteStrahldurchmesser nach 4m
116,5 mm65 mm25 cm
231,5 mm70 mm27 cm
335 mm170 mm10 cm
440 mm180 mm9 cm
550 mm245 mm6 cm
650 mm100 mm13 cm

Messung mit Nachtsicht-KameraHier ist ein Foto der Sony Kamera im NightShot Modus zu sehen. Die verwendete Linse schafft eine Bündelung von ca. 6 cm. Die feineren Linien im Abstand von 5 mm sind leider nicht so gut zu erkennen.

Die im Test verwendeten Linsen haben wir im Internet erworben. Viele günstige Acrylglas-Linsen kann man bei astromedia.eu finden. Als zweite Bezugsquelle haben wir Glaslinsen von lupenshop.de bezogen. Lediglich Linse #2 und #6 waren vom zweiten Shop. Jedoch hatten alle Linsen eine gute Qualität und wurden kratzerfrei geliefert.

Fazit

Linse #5 hat eine gute Abbildungsqualität und eine starke Bündelung. Leider benötigt diese Linse eine sehr große Brennweite, welche im Tagger natürlich untergebracht werden muss. Diese Linse können wir uns im Outdoor-Einsatz als „Sniper“ vorstellen. Für unseren ersten Prototypen probieren wir es mit Linse #3. Sie erreichte eine noch annehmbare Bündelung bei kleinerer Brennweite als Linse #5. Den Einsatz dieser Linse sehen wir eher im Indoorbereich bis maximal 25 m.

Infos:

von Jani am 22. Januar 2017

Kategorie: Allgemein