Diffuse LED's rechts - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

LED's worden tegenwoordig veel gebruikt, zelfs in het dagelijks leven, en u kunt veel informatie krijgen over het gebruik ervan. Er zijn veel tutorials over het voeden van LED's en het opnemen ervan in verschillende lichtinstallaties. Maar er is maar heel weinig informatie over hoe het licht dat door LED's wordt uitgestraald, te regelen of vorm te geven.

LED's zijn een lichtbron die het licht vanaf een heel klein punt gelijkmatig in elke richting uitstraalt. Afhankelijk van het type LED en hoe deze is opgebouwd, wordt het licht vaak in een brede kegel gericht. High power LED's of SMD LED's zoals de WS2812b of APA102 hebben meestal een stralingshoek van 120°-140°, 5 mm LED's kunnen een stralingshoek hebben van maximaal 180°. Dit betekent dat over de hele hoek van deze bundel dezelfde hoeveelheid licht wordt uitgestraald. Maar aangezien we een enkel punt van oorsprong hebben als we het licht van een LED op een plat oppervlak laten schijnen, krijgen we een lichtvlek die het helderst is in het midden en helderheid verliest naarmate je verder van het midden komt.

In lichtinstallaties en in fotografie (een vakgebied waar ik veel interesse in heb) streef je naar een meer homogene lichtverdeling. De sleutel hiervoor is de verspreiding van het licht. Dus in deze Instructable zal ik met je delen hoe je LED's op de juiste manier kunt verspreiden en waar je op moet letten.

Stap 1: De wiskunde I

Laten we aannemen dat we de normale LED's gebruiken die je op een LED-strip kunt vinden. Dit zijn meestal 5050 LED's, wat betekent dat ze 5 mm bij 5 mm vierkant zijn en als je 60 LED's/m hebt, heb je meestal één LED van elk 17 mm op de strip. Deze LED's hebben meestal ook een stralingshoek van 120°, wat resulteert in een patroon zoals je op de schets kunt zien.

Deze strips worden vaak gebruikt omdat op korte afstand van de strip de bundels van elke LED elkaar zo overlappen dat ze opgaan in een lichtbalk. Hoewel dit voor de meeste toepassingen geldt, heb je nog steeds hotspots en als je direct naar het licht kijkt, zie je elke afzonderlijke LED. Voor lichtinstallaties of als je de LED strip wilt gebruiken bij lange sluitertijd fotografie is dit niet gewenst.

Stap 2: Wat u kunt kopen?

Er zijn verschillende soorten aluminium extrusies beschikbaar die bedoeld zijn om LED-strips te huisvesten en vaak ook worden geleverd met verschillende soorten diffusers. Op de eerste foto ziet u de meest voorkomende.

De eerste is nauwelijks diep genoeg om de LED's te huisvesten en is de minst effectieve, dus laten we die wegleggen en naar de anderen kijken.

De tweede heeft een dieper profiel en een vlak diffusorscherm. De diepte is ongeveer 11 mm, waardoor de diffuser ongeveer 10 mm over de LED's wordt geplaatst. Laten we deze waarden onthouden en de volgende bekijken.

De derde heeft een soortgelijk aluminium profiel als de tweede maar gebruikt een rond profiel voor de diffuser. Dit plaatst het hoogste punt van de diffuser ongeveer 17 mm van de LED's. Het ronde profiel zorgt er ook voor dat het licht nog meer is naarmate je verder van het midden van de balk weggaat (onthoud dat we een enkel punt van oorsprong hebben en het licht moet verder reizen naarmate je verder weggaat van het midden).

Stap 3: De wiskunde II

Laten we eens kijken naar de twee aluminium extrusies van de laatste stap. We hebben 10 mm en 17 mm afstand van de LED's en een stralingshoek van 120°. Dit resulteert in een patroon zoals je ziet in de schetsen.

Zoals je kunt zien bij de 10 mm, overlappen de bundelkegels slechts ongeveer de helft van de kegels. De randen van een kegel bereiken bijna het midden van de volgende. Je zou kunnen denken dat dit voldoende is om een gelijkmatige verdeling te krijgen, maar laten we eens naar de andere kijken.

Met een afstand van 17mm krijg je drie kegels die elkaar vrij sterk overlappen wat resulteert in een betere lichtverdeling. De kegel van één LED bereikt bijna het midden van de LED 2 plaatsen verder naar beneden in de strip. Dus zijn licht wordt volledig verspreid over het licht van zijn buurman.

Stap 4: De extrusies testen

Laten we eens kijken of de wiskunde die we in het laatste deel hebben bekeken klopt en we een goede lichtverdeling krijgen.

De eerste foto toont een LED-strip die halverwege de extrusie is geplaatst met een diepte van 10 mm. Zoals je kunt zien krijg je nog steeds hotspots, maar de ruimte tussen de LED's is ook behoorlijk fel verlicht. Als je deze bij een lange sluitertijd gebruikt en door het zicht van een camera beweegt zoals op de tweede foto te zien is dan zie je dat er een verschil is tussen kale leds en dan eentje in de strip, maar de plekken waar de leds zijn creëren felle lijnen.

De derde foto toont een LED-strip die halverwege de extrusie is geplaatst met een diepte van 17 mm. Het licht wordt veel beter verdeeld en je kunt nauwelijks meer zien waar de individuele LED's zitten. Opnieuw gebruikend dit in een lange blootstelling zoals getoond in de vierde foto zien we het verschil tussen kale LED's en deze diffuser. Het licht is erg homogeen maar als je goed kijkt zie je nog steeds een afwijking in de helderheid van het licht, maar het is veel beter dan de vorige.

Stap 5: De wiskunde III

Laten we teruggaan naar wiskunde en analyseren wat we hebben gezien. Met een afstand van 17mm van de LED's krijgen we al een goed resultaat, maar het kan nog verbeterd worden.

Laten we niet vergeten dat een LED een lichtbron in de vorm van één punt is die zijn licht gelijkmatig in elke richting verspreidt. De diffuser is een plat oppervlak, dus we moeten kijken naar de hoek en intensiteit van het licht. Hoe verder we van de lichtbron verwijderd zijn, hoe minder fel het licht zal zijn. Als je naar de eerste foto kijkt, zie je dat op een afstand van 30mm een stralingshoek van 120° het licht verspreidt over meer dan 100mm. Maar aangezien het licht aan de rand van deze kegel veel verder moet reizen, is het licht een stuk zwakker dan in het midden.

Wat we zoeken is hetzelfde rantsoen van hoogte tot gebied. Als we het licht op een plat oppervlak schijnen en de afstand van het licht tot het oppervlak is min of meer gelijk, dan hebben we een meer gelijkmatige lichtverdeling. Dit kan worden bereikt door van de diffuser een bol te maken met de lichtbron in het midden of we kunnen een andere hoek zoeken om de wiskunde mee te maken.

Als je het berekent, krijg je een hoek van ongeveer 53, 13° waarbij de hoogte van een driehoek gelijk is aan de lengte van het tegenoverliggende segment van de hoek. Laten we om het een beetje makkelijker te maken een hoek van 60° nemen. In de tweede schets zie je het resultaat als we de hoek van 60° toepassen. De stip van een kegel van 60° heeft ongeveer dezelfde helderheid als je ernaar kijkt of deze vastlegt met een camera. Als we dit toepassen op de diffuser met een diepte van 17 mm, kunnen we zien dat deze vrij goed is ontworpen.

Dit alles vertelt ons dat als u uw eigen diffuser wilt maken, deze op dezelfde afstand van de LED's moet worden geplaatst als de LED's van elkaar verwijderd zijn. Op die manier krijg je al behoorlijk goede resultaten.

Stap 6: Verbetering van de resultaten - Dubbele diffusie

Omdat ik tot nu toe niet tevreden was met de resultaten, was ik op zoek naar een manier om een nog betere lichtspreiding te krijgen.

Laten we dus eens nadenken over het verschil tussen gericht licht en diffuus licht. Het belangrijkste verschil dat hier van belang is, is dat we bij gericht licht rechte lichtlijnen hebben die van een enkele plek weglopen. Dus hoe verder we van deze ene plek weg gaan, hoe minder licht we zullen krijgen. Als we het op een plat oppervlak projecteren, krijgen we altijd een afname van de helderheid. Diffuus licht betekent dat we niet één lichtbron hebben, maar een grote. En ook dat het licht zich vanuit elk punt van deze grote lichtbron in alle richtingen verspreidt. Een diffuser is een apparaat dat een direct licht omzet in een diffuus licht, zodat de diffuser in wezen een nieuwe lichtbron wordt die dit keer niet slechts een enkele plek is.

Als we nu deze lichtbron, die nog enkele hotspots heeft, een tweede keer diffunderen, krijgen we een volledig homogene verdeling. De eerste diffusielaag heeft weliswaar hotspots, maar op slechts een kleine afstand hiervan overlapt het licht van alle punten in deze hotspot elkaar zo sterk dat het niet meer zichtbaar is. Het enige nadeel is dat om een licht te verspreiden, we een materiaal moeten gebruiken dat een beetje ondoorzichtig is, zodat het de intensiteit van het licht vermindert. Bij een dubbele diffusie verminderen we de intensiteit nog meer, maar in de toepassingen waar dit belangrijk is is dit niet zo belangrijk.

Een zeer eenvoudige en effectieve manier om een dubbele diffusie te creëren is om wat watten tussen de ledstrip en de diffuser te plaatsen. Op de foto's ziet u het resultaat van wat watten in de 10 mm diepe en de 17 mm diepe aluminium extrusie. Zoals je kunt zien, wordt de 10 mm beter en wordt de 17 mm bijna perfect om mee te werken.

Stap 7: Een andere oplossing: vergroot de afstand tot de diffuser

Een andere oplossing is ook om de afstand van de LED tot de diffusor te vergroten. Als je een paar stappen terugdenkt met een hoogte van de afstand tussen elke LED, krijg je een bestreken gebied dat gelijk is aan de afstand tussen de LED's. Maar als je de afstand vergroot, overlappen deze lichtkegels elkaar nog meer en zullen de hotspots elkaar zo overlappen dat ze in elkaar overlopen. In deze tool die ik heb ontworpen voor lightpainting, is de afstand tussen LED's en diffuser ongeveer het dubbele van de afstand tussen elke LED. En zoals je kunt zien, wordt het resulterende licht goed verdeeld. De laatste foto is een lange belichting waarbij ik deze tools heb gebruikt om wat strepen te trekken met zijn licht.

Stap 8: Conclusie

Als je een mooie lichtinstallatie met LED's wilt bouwen, zorg er dan voor dat je het licht goed verspreidt. In sommige gevallen is een enkel lichtpunt gewenst, maar meestal wil je een aangenamere uitstraling en een diffuse lichtbron zal je dit geven. Als je in de cinematografie of fotografie werkt, zou je al veel moeten weten over direct versus diffuus licht en hier krijg je enig inzicht in hoe je het een in het ander kunt veranderen.

Als u een meer professionele dubbele diffusie wilt doen, kunt u acrylplaten gebruiken. Er zijn acrylaatplaten met een lichttransmissie van 79%, deze worden meestal gebruikt in de badkamerinstallatie als privacybescherming. Deze hebben een goede dekking om als diffuser te gebruiken als je deze verdubbelt. Voor een dubbele diffusie is de volledige afstand tussen elke LED niet nodig. Plaats de eerste laag diffusie ongeveer 1/3 van de afstand tussen de LED en de tweede laag op 2/3 van de afstand. Zo krijg je een zeer gelijkmatige lichtverdeling op de tweede laag. Maar u kunt ook gewoon afstand tussen LED's gebruiken en eerste niveau in het midden plaatsen.

Er zijn veel meer manieren om dit te bereiken, zoals het gebruik van acryllichtkanalen, maar die zijn complexer en het is meestal gemakkelijker om ofwel enkele diffusie met voldoende afstand of dubbele diffusie te gebruiken.