Diffuserende lysdioder til højre: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

LED'er er meget udbredt i disse dage, selv i hverdagen, og du kan få mange oplysninger om, hvordan du bruger dem. Der er mange vejledninger om at tænde LED'er og inkludere dem i forskellige lysinstallationer. Men der er kun meget få oplysninger om, hvordan man styrer eller former lyset, der udsendes af lysdioder.

Lysdioder er en lyskilde, der udsender lys fra et meget lille punkt i alle retninger jævnt. Afhængigt af typen af LED og hvordan det er bygget, er lyset ofte rettet i en bred kegle. Højeffekt-LED'er eller SMD-LED'er som WS2812b eller APA102 har normalt en strålevinkel på 120 ° -140 °, 5 mm LED'er kan have en strålevinkel på op til 180 °. Det betyder, at over hele strålens vinkel udsendes den samme mængde lys. Men da vi har et enkelt udgangspunkt, hvis vi skinner lyset fra en LED på en flad overflade, får vi et lyspunkt, der er klarest i midten og mister lysstyrken, jo længere væk du går fra midten.

I lysinstallationer og i fotografering (et felt, jeg har stor interesse for) strides man om en mere homogen lysfordeling. Nøglen til dette er diffusion af lyset. Så i denne Instructable vil jeg dele med dig, hvordan du kan diffundere LED'er på den rigtige måde, og hvad du skal være opmærksom på.

Trin 1: Matematikken I

Lad os antage, at vi bruger de normale lysdioder, du kan finde på en LED -strimmel. Disse er normalt 5050 lysdioder, hvilket betyder, at de er 5 mm x 5 mm firkantede, og hvis du har 60 LED'er/m, har du normalt en LED hver 17 mm på strimlen. Disse lysdioder har normalt også en strålevinkel på 120 °, hvilket resulterer i et mønster, som du kan se på skitsen.

Disse strimler bruges ofte, fordi kun en kort afstand fra strimlen overstråler hver LEDs stråler så meget, at de smelter sammen til en lysstang. Selvom dette er tilfældet for de fleste applikationer, har du stadig hot spots, og når du ser direkte på lyset, ser du hver enkelt LED. Til lette installationer eller hvis du vil bruge LED -båndet til fotografering med lang eksponering er dette ikke ønsket.

Trin 2: Hvad du kan købe

Der findes flere typer aluminiumsprofiler, der er beregnet til at huse LED -strimler og ofte også leveres med forskellige slags diffusorer. På det første foto kan du se de mest almindelige.

Den første er knap dyb nok til at rumme lysdioderne og er den mindst effektive, så lad os lægge den væk og se på de andre.

Den anden har en dybere profil og en flad diffuserskærm. Dybden er omkring 11 mm, hvilket placerer diffusoren omkring 10 mm over lysdioderne. Lad os huske disse værdier og se på det næste.

Den tredje har en lignende aluminiumsprofil som den anden, men bruger en rund profil til diffusoren. Dette placerer diffusorens højeste punkt omkring 17 mm væk fra lysdioderne. Den runde profil sørger også for, at lyset er mere jævnt, jo længere du kommer væk fra midten af baren (husk vi har et enkelt udgangspunkt, og lyset skal rejse længere, jo mere du kommer væk fra midten).

Trin 3: Matematik II

Lad os se på de to aluminiumsprofiler i det sidste trin. Vi har 10 mm og 17 mm afstand fra lysdioderne og en strålevinkel på 120 °. Dette resulterer i et mønster, som du ser på skitserne.

Som du kan se med 10 mm en, overlapper strålekeglerne kun for omkring halvdelen af koglerne. Keglens grænser når næsten midten af den næste. Du tror måske, at dette er nok til at få en jævn fordeling, men lad os se på den anden.

Med en afstand på 17 mm får du tre kegler til at overlappe ganske stærkt, hvilket resulterer i en bedre lysfordeling. Keglen på en LED når næsten midten af LED 2 steder længere nede på strimlen. Så dets lys spredes fuldt ud over lyset fra sin nabo.

Trin 4: Test af ekstruderinger

Lad os se, om den matematik, vi kiggede på i den sidste del, tilføjer, og vi får en god lysfordeling.

Det første foto viser en LED -strimmel sat halvvejs i ekstruderingen med en dybde på 10 mm. Som du kan se, får du stadig hot spots, men rummet mellem lysdioderne er også ret lyst. Hvis du bruger dette i en lang eksponering og flytter det gennem kameraets visning som vist på det andet foto, kan du se, at der er en forskel mellem bare LED'er og derefter en i strimlen, men de pletter, hvor lysdioderne skaber lyse linjer.

Det tredje foto viser en LED -strimmel sat halvvejs i ekstruderingen med en dybde på 17 mm. Lyset fordeler sig meget bedre, og du kan næsten ikke se, hvor de enkelte lysdioder er mere. Igen ved at bruge dette i en lang eksponering som vist på det fjerde foto ser vi forskellen mellem bare LED'er og denne diffusor. Lyset er meget homogent, men hvis du ser godt efter, kan du stadig se en variation i lysets lysstyrke, men det er meget bedre end det forrige.

Trin 5: Matematik III

Lad os vende tilbage til matematik og analysere, hvad vi har set. Med en afstand på 17 mm fra lysdioderne får vi allerede et godt resultat, men det kan stadig forbedres.

Lad os huske, at en LED er en enkelt punktformet lyskilde, der spreder lyset jævnt i alle retninger. Sprederen er en flad overflade, så vi skal se på lysets vinkel og intensitet. Jo længere væk vi kommer fra lyskilden, jo mindre lys bliver lyset. Hvis du ser på det første foto, kan du se, at i en afstand på 30 mm spreder en strålevinkel på 120 ° lyset over mere end 100 mm. Men da lyset skal rejse meget længere ved grænsen til denne kegle, er lyset meget svagere end i midten.

Det, vi leder efter, er den samme højde til områdedækket ration. Hvis vi skinner lyset på en flad overflade, og afstanden fra lyset til overfladen er mere eller mindre ens, har vi en mere jævn fordeling af lys. Dette kan enten opnås ved at gøre diffusoren til en kugle med lyskilden i midten, eller vi kan kigge efter en anden vinkel til matematikken med.

Hvis du beregner det, får du en vinkel på omkring 53, 13 °, hvor højden af en trekant er lig med længden af segmentet modsat af vinklen. For at gøre det lidt lettere kan vi tage en vinkel på 60 °. I den anden skitse kan du se resultatet, hvis vi anvender 60 ° -vinklen. Pletten på en 60 ° kegle har nogenlunde samme lysstyrke, hvis du ser på den eller fanger den med et kamera. Ved at anvende dette på diffusoren med 17 mm dybde kan vi se, at dette var designet ganske godt.

Alt dette fortæller os, at hvis du vil oprette din egen diffuser, skal du placere den i samme afstand fra lysdioderne, som lysdioderne er væk fra hinanden. På den måde får du allerede ganske gode resultater.

Trin 6: Forbedring af resultaterne - Dobbelt spredning

Da jeg ikke var tilfreds med resultaterne hidtil, ledte jeg efter en måde at få en endnu bedre spredning af lys.

Så lad os tænke på forskellen mellem rettet lys og diffust lys. Den største forskel, der er vigtig her, er, at med et rettet lys har vi lige lyslinjer, der går væk fra et enkelt sted. Så jo længere væk vi går fra dette ene sted, jo mindre lys får vi. Ved at projicere det på en flad overflade får vi altid et fald i lysstyrken. Spredt lys betyder, at vi ikke har en enkelt lyskilde, men en stor. Og også at lyset breder sig fra hvert punkt i denne store lyskilde i alle retninger. En diffuser er en enhed, der omdanner et direkte lys til et diffust lys, så diffusoren bliver i det væsentlige en ny lyskilde, der denne gang ikke kun er et enkelt sted.

Hvis vi nu tager denne lyskilde, der stadig har nogle hot spots og diffunderer den en anden gang, får vi en helt homogen fordeling. Det første diffusionslag har hot spots, det er sandt, men kun et stykke væk fra disse overlapper lyset fra alle punkterne i dette hot spot så meget, at det ikke længere er synligt. Den eneste ulempe er, at for at sprede et lys er vi nødt til at bruge et materiale, der er lidt uigennemsigtigt, så det reducerer lysets intensitet. Med en dobbelt diffusion reducerer vi intensiteten endnu mere, men i de applikationer, hvor dette er vigtigt, er det ikke så vigtigt.

En meget enkel og effektiv måde at skabe en dobbelt diffusion på er at placere noget vattering mellem LED -båndet og diffusoren. På billederne kan du se resultatet af noget vatter lagt i den 10 mm dybe og den 17 mm dybe aluminiumekstrudering. Som du kan se forbedres den 10 mm, og den 17 mm bliver næsten perfekt at arbejde med.

Trin 7: En anden løsning: Forøg afstanden til diffusoren

En anden løsning er også at øge afstanden fra LED'en til diffusoren. Hvis du tænker tilbage et par trin med en højde på afstanden mellem hver LED, får du et dækket område, der er lig med afstanden mellem LED'erne. Men hvis du øger afstanden, overlapper disse lyskegler sig endnu mere og vil resultere i, at hot spots overlapper så meget, at de smelter ind i hinanden. I dette værktøj, jeg har designet til lysmaling, er afstanden mellem lysdioder og diffusor omtrent dobbelt så stor som afstanden mellem hver lysdiode. Og som du kan se, er det resulterende lys godt fordelt. Det sidste foto er en lang eksponering, hvor jeg brugte disse værktøjer til at tegne nogle striber med lyset.

Trin 8: Konklusion

Hvis du vil bygge en flot lysinstallation med LED'er, skal du sørge for at sprede lyset rigtigt. I nogle tilfælde ønskes et enkelt lyspunkt, men det meste af tiden vil du have et mere behageligt udseende, og en diffust lyskilde vil give dig dette. Hvis du arbejder inden for film eller fotografering, burde du allerede vide meget om direkte kontra diffust lys, og her får du et indblik i, hvordan du gør en til en anden.

Hvis du vil udføre en mere professionel dobbelt diffusion, kan du bruge ark af akryl. Der er akrylplader med en lystransmission på 79%, disse bruges normalt i badeværelsesinstallation som en beskyttelse af fortrolige oplysninger. Disse har en god uigennemsigtighed til at blive brugt som diffuser, hvis du fordobler den. For en dobbelt diffusion er den fulde afstand mellem hver LED ikke nødvendig. Placer det første diffusionslag omkring 1/3 af afstanden mellem LED'en og det andet lag på 2/3 af afstanden. På denne måde får du en meget jævn lysfordeling på det andet lag. Men du kan også blot bruge afstanden mellem lysdioder og placere første niveau midt i det.

Der er mange flere måder at opnå dette på som at bruge kanalisering af akryllys, men de er mere komplekse, og det er normalt lettere at bruge enten enkelt diffusion med tilstrækkelig afstand eller dobbelt diffusion.