Рассеивающие светодиоды справа: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В наши дни светодиоды широко используются даже в повседневной жизни, и вы можете получить много информации о том, как их использовать. Существует множество руководств по включению светодиодов и их включению в различные осветительные установки. Но очень мало информации о том, как управлять светом, излучаемым светодиодами, или формировать его.

Светодиоды - это источник света, который равномерно излучает свет из очень маленькой точки во всех направлениях. В зависимости от типа светодиода и его конструкции свет часто направляется широким конусом. Светодиоды высокой мощности или светодиоды SMD, такие как WS2812b или APA102, обычно имеют угол луча 120 ° -140 °, светодиоды 5 мм могут иметь угол луча до 180 °. Это означает, что по всему углу этого луча излучается одинаковое количество света. Но поскольку у нас есть единственная исходная точка, если мы направим свет светодиода на плоскую поверхность, мы получим световое пятно, которое будет самым ярким в середине и теряет яркость по мере удаления от центра.

В световых инсталляциях и фотографии (область, которая меня очень интересует) вы стремитесь к более однородному распределению света. Ключ к этому - рассеивание света. В этой инструкции я поделюсь с вами, как правильно рассеивать светодиоды и на что нужно обращать внимание.

Шаг 1: математика I

Предположим, мы используем обычные светодиоды, которые вы можете найти на светодиодной ленте. Обычно это светодиоды 5050, что означает, что они имеют квадрат 5 мм на 5 мм, и если у вас 60 светодиодов / м, у вас обычно есть один светодиод на каждые 17 мм на полосе. Эти светодиоды также обычно имеют угол луча 120 °, что дает узор, как вы можете видеть на эскизе.

Эти полосы часто используются, потому что только на небольшом расстоянии от полосы лучи каждого светодиода перекрываются настолько, что сливаются в полосу света. Хотя это верно для большинства приложений, у вас все еще есть горячие точки, и, глядя прямо на свет, вы видите каждый отдельный светодиод. Для световых инсталляций или если вы хотите использовать светодиодную ленту при фотосъемке с длительной выдержкой, это нежелательно.

Шаг 2. Что можно купить

Доступны несколько типов алюминиевых профилей, предназначенных для размещения светодиодных лент, и часто также поставляются с различными типами диффузоров. На первом фото вы можете увидеть самые распространенные из них.

Первый едва ли достаточно глубок, чтобы разместить светодиоды, и он наименее эффективен, поэтому давайте уберем его и посмотрим на другие.

У второго более глубокий профиль и плоский экран диффузора. Глубина составляет около 11 мм, что позволяет разместить диффузор примерно на 10 мм над светодиодами. Давайте запомним эти значения и посмотрим на следующие.

Третий имеет такой же алюминиевый профиль, что и второй, но для диффузора используется круглый профиль. Это помещает самую высокую точку диффузора на расстоянии около 17 мм от светодиодов. Круглый профиль также гарантирует, что свет будет тем ярче, чем дальше вы удаляетесь от середины полосы (помните, что у нас есть единственная исходная точка, и свет должен распространяться дальше, чем дальше вы удаляетесь от середины).

Шаг 3: математика II

Давайте посмотрим на два алюминиевых профиля на последнем этапе. У нас есть расстояние 10 мм и 17 мм от светодиодов и угол луча 120 °. В результате получается узор, подобный тому, что вы видите на эскизах.

Как вы можете видеть, у 10-миллиметрового конуса балки перекрываются только примерно на половину конусов. Границы одного конуса доходят почти до середины следующего. Вы можете подумать, что этого достаточно, чтобы получить равномерное распределение, но давайте посмотрим на другой.

На расстоянии 17 мм вы получаете три конуса, которые довольно сильно перекрываются, что приводит к лучшему распределению света. Конус одного светодиода почти достигает середины светодиода в двух местах ниже по полосе. Таким образом, его свет полностью распространяется на свет своего соседа.

Шаг 4: Тестирование экструзий

Давайте посмотрим, складывается ли математика, которую мы рассмотрели в предыдущей части, и получим ли мы хорошее распределение света.

На первом фото показана светодиодная лента, вставленная на половину экструзии на глубину 10 мм. Как видите, горячие точки по-прежнему возникают, но пространство между светодиодами тоже горит довольно ярко. Если вы используете это при длительной выдержке и перемещаете его в поле зрения камеры, как показано на второй фотографии, вы можете увидеть разницу между голыми светодиодами и одним светодиодом на полосе, но пятна, где светодиоды светятся, будут яркими. линий.

На третьем фото показана светодиодная лента, помещенная на половину экструзии глубиной 17 мм. Свет распределяется намного лучше, и вы почти не видите, где находятся отдельные светодиоды. Снова используя это при длинной выдержке, как показано на четвертой фотографии, мы видим разницу между голыми светодиодами и этим диффузором. Свет очень однородный, но если вы присмотритесь, вы все равно увидите разницу в яркости света, но она намного лучше, чем предыдущая.

Шаг 5: математика III

Вернемся к математике и проанализируем увиденное. При расстоянии 17 мм от светодиодов мы уже получаем хороший результат, но его еще можно улучшить.

Давайте вспомним, что светодиод - это источник света в форме одной точки, который равномерно распределяет свет во всех направлениях. Рассеиватель представляет собой плоскую поверхность, поэтому мы должны смотреть на угол и силу света. Чем дальше мы удаляемся от источника света, тем менее ярким будет свет. Если вы посмотрите на первую фотографию, вы увидите, что на расстоянии 30 мм угол луча 120 ° распространяет свет более чем на 100 мм. Но поскольку свет должен проходить намного дальше на границе этого конуса, свет намного тусклее, чем в середине.

То, что мы ищем, - это такая же высота над уровнем моря, на которую приходится покрывать территорию. Если мы направим свет на плоскую поверхность и расстояние от источника света до поверхности будет более или менее одинаковым, мы получим более равномерное распределение света. Этого можно достичь, сделав рассеиватель сферой с источником света в его центре, или мы можем найти другой угол к математике с помощью.

Если вы вычислите его, вы получите угол около 53,13 °, при котором высота треугольника равна длине отрезка, противоположного углу. Чтобы было немного проще, возьмем угол 60 °. На втором эскизе вы можете увидеть результат, если мы применим угол 60 °. Пятно конуса 60 ° имеет примерно такую же яркость, если вы посмотрите на него или снимете его камерой. Применяя это к диффузору глубиной 17 мм, мы видим, что он был спроектирован довольно хорошо.

Все это говорит нам о том, что если вы хотите создать свой собственный диффузор, поместите его на таком же расстоянии от светодиодов, как и светодиоды друг от друга. Так вы уже получите неплохие результаты.

Шаг 6: Улучшение результатов - двойная диффузия

Поскольку до сих пор я не был доволен результатами, я искал способ получить еще лучшее распространение света.

Итак, давайте подумаем о разнице между направленным и рассеянным светом. Главное отличие, которое здесь важно, заключается в том, что при направленном свете мы получаем прямые световые линии, уходящие от одного пятна. Таким образом, чем дальше мы удаляемся от этого места, тем меньше света мы получаем. Проецируя его на плоскую поверхность, мы всегда получим спад яркости. Рассеянный свет означает, что у нас есть не единственный источник света, а большой. А также то, что свет распространяется от каждой точки этого большого источника света во всех направлениях. Рассеиватель - это устройство, которое преобразует прямой свет в рассеянный, поэтому рассеиватель, по сути, становится новым источником света, который на этот раз не является просто единичным пятном.

Теперь, если мы возьмем этот источник света, у которого все еще есть несколько горячих точек, и рассеем его во второй раз, мы получим полностью однородное распределение. Первый слой диффузии имеет горячие точки, это правда, но только на небольшом расстоянии от них свет от всех точек в этом горячем пятне перекрывается настолько, что его больше не видно. Единственным недостатком является то, что для рассеивания света мы должны использовать материал, который немного непрозрачен, поэтому он снижает интенсивность света. Благодаря двойной диффузии мы еще больше уменьшаем интенсивность, но в приложениях, где это важно, это не так важно.

Очень простой и эффективный способ создать двойную диффузию - это поместить немного ваты между светодиодной лентой и диффузором. На фотографиях вы можете увидеть результат помещения ватины в алюминиевый профиль глубиной 10 мм и глубиной 17 мм. Как видите, 10-миллиметровый стал лучше, а 17-миллиметровый стал почти идеальным для работы.

Шаг 7. Другое решение: увеличьте расстояние до диффузора

Еще одно решение - увеличить расстояние от светодиода до диффузора. Если вы оглянетесь на несколько шагов назад, указав высоту расстояния между каждым светодиодами, вы получите покрытую площадь, равную расстоянию между светодиодами. Но если вы увеличите расстояние, эти световые конусы перекрываются еще больше, и в результате горячие точки перекрываются настолько, что сливаются друг с другом. В этом инструменте, который я разработал для рисования света, расстояние между светодиодами и рассеивателем примерно вдвое больше расстояния между каждым светодиодом. И как видите, получившийся свет хорошо распределяется. На последней фотографии с длинной выдержкой я использовал эти инструменты, чтобы нарисовать полосы с его светом.

Шаг 8: Заключение

Если вы хотите построить красивую световую установку со светодиодами, позаботьтесь о том, чтобы свет рассеивался правильно. В некоторых случаях желательна одна световая точка, но в большинстве случаев вам нужен более приятный вид, и рассеянный источник света поможет вам в этом. Если вы работаете в кинематографии или фотографии, вы уже должны много знать о прямом и рассеянном свете, и здесь вы получите некоторое представление о том, как превратить один в другой.

Если вы хотите сделать более профессиональную двойную диффузию, вы можете использовать листы акрила. Существуют акриловые листы со светопропусканием 79%, которые обычно используются при установке в ванных комнатах в качестве защиты конфиденциальности. У них хорошая непрозрачность, чтобы их можно было использовать в качестве диффузора, если вы увеличите ее вдвое. Для двойного рассеивания полное расстояние между каждым светодиодом не требуется. Поместите первый слой диффузии примерно на 1/3 расстояния между светодиодом и вторым слоем на 2/3 расстояния. Таким образом вы получите очень равномерное распределение света на втором слое. Но вы также можете просто использовать расстояние между светодиодами и поместить первый уровень посередине.

Есть еще много способов добиться этого, например, с помощью акрилового светораспределения, но они более сложные, и обычно проще использовать либо одинарную диффузию с достаточным расстоянием, либо двойную диффузию.