Рассеивающая линза для светодиода своими руками

Как сделать рассеиватель для светодиодной ленты своими руками из подручных материалов?

Все светодиодные лампы, продаваемые в магазинах, оснащены плафонами-рассеивателями (диффузорами). Они позволяют равномерно осветить поверхность и сделать свет от лампы более мягким.

Как быть, если есть светодиодная лампа собственного изготовления или возникло желание смастерить дополнительную подсветку в автомобильную фару? Нужно изготовить рассеиватель для светодиодной ленты своими руками.

Принцип работы рассеивателя

Свет от точечных источников света, в частности от светодиодов, имеет относительно малый угол расхождения — до 120 градусов. При небольшом расстоянии от источника можно увидеть резкий перепад освещённости за пределами этого угла. Как рассеять свет от светодиода? Решить проблему может любой светопреломляющий материал.

В заводских условиях для этого используют прозрачный или матовый пластик, на поверхности которого при отливке формируется особая текстура. Понятно, что в домашних условиях такие технологии недоступны.

Простейший светорассеиватель для светодиодов можно сконструировать за несколько секунд из обычного пищевого целлофанового пакета, только он должен быть не прозрачным, а матовым. Оберните диод в один слой целлофана, и увидите результат. Почему так происходит?

У прозрачных материалов кристаллическая решётка упорядочена, и фотоны от источников света, проходя сквозь него, не изменяют траекторию. В случае матового оттенка, у каждого микро слоя своя структура.

Так свет проходит сквозь прозрачную и матовую поверхность

Светорассеиватель для светодиодов своими руками можно сделать из самых обычных материалов, которые можно купить в ближайшем магазине хозтоваров.

При выборе материала следует учесть несколько важных моментов. Светодиодная лампа при правильном расчете параметров питания способна отработать многие годы, поэтому и материал светоотражателя не должен потерять свои свойства за это время. Нельзя забывать, что светильник будет нагреваться, вариант с целлофановым пакетом исключаем сразу.

Оптимальные материалы для светорассеивателя:

• силикатное стекло;
• поликарбонат;
• акриловое стекло;
• полистирол.

Светопропускающая способность материалов (прозрачных)

Можно было бы купить уже готовый материал с матовым оттенком, но не всегда это даст приемлемый результат. Даже у заводских рассеивателей светопропускающая способность находится в диапазоне 60-90%. Это вызвано отражением светового пока. Чем толще рассеиватель, тем выше вероятность, что свет попадет «не по назначению».

Уменьшение толщины материала не лучшим образом скажется на прочности и долговечности. Надёжный светорассеиватель для светодиодов своими руками можно изготовить из прозрачных материалов сделав матовую фактуру у одной из поверхностей.

Как получить матовую поверхность

Матовая структура поверхности получается при матировании. Существует два вида матирования:

При химическом способе на поверхность наносят специальную пасту. Она разрушает кристаллическую структуру материала, образуя равномерный матовый слой.

• Минимальные затраты времени;
• Однородная структура поверхности

• Относительно высокая стоимость паст;
• При матировании выделяются токсические вещества.

Механический способ подразумевает обработку поверхности абразивным материалом, обычно мелким песком.

• Быстрая равномерная обработка.

• Требуется пескоструйный аппарат;
• Малопригодно для домашних условий.

Самый простой и доступный способ сделать матовую поверхность – обработать стекло наждачной бумагой. Для силикатного стекла этот метод не подойдёт из-за высокой прочности материала, а поликарбонат и акриловое стекло отлично поддаются такой обработке. В качестве абразива используем только мелкую наждачку, при крупном зерне возможно появление царапин.

Для домашних светильников на основе маломощных элементов с низким тепловыделением возможно в качестве рассеивателя использовать обычную компрессную бумагу, наклеенную на внутреннюю поверхность стекла.

В большинстве случаев яркость осветительного прибора можно увеличить, применив светоотражающее покрытие. Самый высокий коэффициент светоотражения у серебра, затем идет алюминий. Именно из него делают отражающий слой для зеркал. Не особо уступает эти покрытиям обычная пищевая фольга и белая краска.

Отражатель для светодиода можно сделать, своими руками покрыв этими материалами монтажную плату для светодиодов, либо внутренность светильника. Такой несложный способ позволит без особых затрат увеличить светоотдачу на 10-15%.

Источник

Светлый угол — светодиоды

. форум о светодиодах и свете

• Список форумов‹СВЕТОДИОДЫ — теория‹Теоретические аспекты использования светодиодов
• Изменить размер шрифта
• Для печати

• FAQ
• Регистрация
• Вход

Самодельная линза для светодиодной ленты

Самодельная линза для светодиодной ленты

vadimka » 10 апр 2012, 00:44

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:45

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:46

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:46

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:47

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:47

Ну а теперь наверное возникает резонный вопрос : ну сделал, ну красиво, ну и фигли толку с этого ?
Мне тоже так думалось, пока сегодня на глаза не попалась тема на форуме про Лайт-боксы. Мне стало интересно, я и решил все это заморочить.
Что такое Лайт — бокс ? Коробка, спереди полупрозрачная панель с рекламой ( или без ) и все это подсвечивается с задней панели или с боков. При боковой подсветке меньше глубина ящика. Красивше ! Но сложней организовать подсветку светодиодами. Светят они так. как у меня на первой фотке. Вблизи , с краев яркое пятно , дальще темней. Видел тут такую панельку 30х30 см , именитой фирмы. Присмотрелся. подсветка с краев, в середке темновато . Не гут! А наша конструкция дает полосу света вдаль , которую пустить между отражающей задней стенкой и передней полупрозрачной, Должно получиться симпатичней!
Но надо проверить в условиях близких к боевым, нужен лайт-бокс! За пятнадыать минут конечно на продажу не сделаешь, но прототип попробуем.
Берем несколько плоских длинных коробочек высотой 2,5 см ( с чем не скажую. секрет ) Это будут борта нашего гаджета. Задняя стенка пару листов белой бумаги ( потом один из них, верхний я заменил на фольгу . Фольга кажется на фотке серой, потому что отражает неосвещенный потолок) Передняя панель с баннером ? Под руками оказалась стереокартинка формата на 5 см больше А4. Не очень прозрачная. Но думаю не хуже ( или не лучше ) баннерного пластика . Ну и сверху на фотке наша недо ( или супер ? ) линза с СИД лентой . Темная ленточка ( первая попалась под руку ) сверху на фотке — я просто прикрывал диоды сверху, чтоб не засвечивали фотку. С боков лишние диоды тоже прикрыл Мне хоть этой длины и хватало засветить по широкому краю, но для проверки выбрал худшие условия — на большую ( или глубже ) длину засветки

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:48

Re: Самодельная линза для светодиодной линзы

vadimka » 10 апр 2012, 00:49

Эта фотка кажется идентичной предыдущей. Но не совсем. На этой район левого уха тигра немного красивше, не так пересвечен
Все таки когда я делал эту фотку, ближняя (верхняя на фото ) часть была более пересвечена, чем дальняя. На фотке незаметно, а на глаз при критическом отношении видно. Я немного поигрался с фольгой — бумагой, углом поворота осветителя — мне понравилось больше
.
.

.
.
Какие из всего этого выводы! Даже из такой дохленькой, как эта из 3528 ленты можно делать неплохие лайт боксы. Правда небольшие — шириной. думаю метр потянет не с самым плохим качеством. 50 см с одной стороны, 50 с другой. На этой же только одностороннее освещение
Плюс , маленькая толщина. На одном сайте писалось, что у них самые тонкие, тоньше не бывают . Размер от А4 толщина 35 мм. У меня же при чуть больше А4 толщина конструкции 25. И равномерность подсветки — мне самому понравилось. Что бывает нечасто!
ЗЫ Кому интересно : пишите, задавайте вопросы если что непонятно!

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

изобретатель » 10 апр 2012, 08:26

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

vadimka » 10 апр 2012, 18:22

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

изобретатель » 10 апр 2012, 21:05

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

vadimka » 11 апр 2012, 01:02

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

изобретатель » 11 апр 2012, 08:23

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

Pensioner » 11 апр 2012, 13:38

Re: Самодельная линза для светодиодной ленты

изобретатель » 11 апр 2012, 15:27

Источник

Построение компактных коллиматоров для мощных светодиодов

Введение

Характеристики мощных светодиодов

Мощные светодиоды имеют большой угол обзора. Популярные светодиоды компании CREE не являются исключением. Вот, например, характеристики светодиода XP-E2 [5].

• Размер 3,45 х 3,45 x 2.08 мм
• Цвет Белый
• Максимальный ток 1 A
• Максимальная мощность 3 Вт
• Максимальный световой поток 283 лм
• Номинальное прямое напряжение 2.9 V Белый @ 350 мА
• Максимальное обратное напряжение 5 В
• Угол обзора 110°

Коллиматоры

Существует множество вариантов коллиматоров, собирающих расходящееся излучение в зоне наблюдения. Среди них можно выделить линзы (преломляющие свет), отражатели и составные коллиматоры, состоящие из линз, преломляющих поверхностей и отражателей (Рис. 1, Рис. 2).

Требуемое равномерное освещение объекта или другое распределение освещенности достигается применением специальных материалов, рассеивающих поверхностей и корректировкой форм элементов коллиматора и их расположения.

Рис. 1. Примеры структур коллиматоров светодиодов [1,2,3,4].

Рис. 2. Геометрия демонстрационных моделей среды проектирования оптических устройств LightTools.

Распределения лучей отражателя

Профиль отражателей вычисляется с учетом угла обзора и диаграммы направленности светодиода, размера объекта и расстояния до него, а также и требуемого распределения освещенности объекта.

Некоторые варианты распределения лучей светодиода на поверхности объекта показаны на Рис. 3.

Рис. 3. Варианты распределения лучей в зоне объекта. A — фокусировка в центральной точке; B, D — слабые лучи (см. диаграмму направленности) собираются на периферии зоны объекта, сильные — в центре (для усиления интенсивности центральной зоны); варианты С и E собирают слабые лучи в центе, а сильные — на периферии (для выравнивание интенсивности засветки).

Расчет профилей отражателя

Расчет профиля отражателя, фокусирующего лучи точечного источника (Рис. 3, вариант А), можно выполнить без использования специальных сред для разработки оптических систем.

Рис. 4. Распределение прямых и фокусируемых лучей (на этом рисунке слева, Рис. 3, вариант А) и диаграмма расчета профиля отражателя точечного источника (справа).

Далее, приведена программа расчета и построения профиля отражателя (Рис. 5) в среде МАТЛАБ с использованием построений Рис. 4.

Рис. 5. Профили отражателей излучения точечных источников с углом обзора 180, 120, 60 и 20 град для освещения 50 мм объекта, расположенного на расстоянии 300 мм от источника.

Диаграмма расчета профиля отражателя В (Рис. 3) показана на Рис. 6.

Рис. 6. Диаграмма расчета профиля отражателя лучей точечного источника: «Слабые» — периферийные лучи (диаграммы направленности светодиода) идут к границам объекта, «Сильные» центральные лучи собираются в центре объекта (Рис. 3, вариант В).

Рис. 7. Профили 6 мм отражателей (слева) и углы отражаемых лучей (справа). Здесь, углы рассчитаны относительно плоскости источника. Так, углу 30о соответствует угол обзора 120о = 2*(90о -30о). Соответственно, минимальный угол прямых лучей (не касающихся отражателя) равен 50о, как 2*(90о — 65о ).

Сравнительные профили отражателей вариантов A,B,C,D,E (Рис. 3) показаны на Рис. 7. Максимальный диаметр отражателей ограничен 6 мм.

Сравнение профилей (Рис. 7) и распределение лучей (Рис. 3) показывает, что длина коллиматоров и диапазон собираемых лучей максимальны для вариантов D и E. Коллиматор Е обеспечивает лучшую равномерность освещения объекта, чем коллиматор D. Коллиматор В имеет наибольшую зону для размещения линзы, которая соберёт лучи не коснувшиеся отражателя. Угол расхождения прямых лучей прошедших внутри отражателя В составляет 60 градусов (как 90-60*2).

Составной компактный коллиматор

Составной коллиматор включает отражатель, ограниченного размера, и линзу, которая фокусирует лучи не собранные отражателем. Пакеты программ LightTools или TracePro используются для расчета коллиматоров с отражателями и линзами. Расчет линзы может быть выполнен отдельно, например, в среде Zemax или Code V.

Рис. 8. Структуры компактного коллиматора из органического стекла ПММА (вверху) и коллиматора со вставной линзой из стекла BK7 (внизу) для освещения 50 мм объектов с расстояния 300 мм. Расчёт отражающей поверхности выполнен в МАТЛАБ, для расчёта линзы использовалась среда Zemax.

Рис. 9. Результаты расчета линзы коллиматора Рис. 8. в Zemax.

Построение отражателя в LightTools

Пакет программ LightTools позволяет выполнить расчет коллиматоров и оптимизировать их параметры в автоматическом режиме.

Результаты расчета в среде LightTools профиля оптимального отражателя без ограничения его размеров для освещения 50 мм объекта, удаленного от светодиода XP-E2 на 300 мм, показаны на Рис. 10. Профиль отражателя описан кривой Безье (Bezier) [6]. Модель светодиода XP-E2 взята из библиотеки LightTools. Оптимальные выходной диаметр и длина модели коллиматора составили 12.9 и 18.9 мм соответственно.

Рис. 10. Размеры и эффективность отражателя Ø12.9 x 18.9 мм. Эффективность 17.5% определяется отношением количества лучей достигших объекта к количеству лучей испускаемых источником.

Ограничение диаметра отражателя 6.2 мм привело к снижению его эффективности с 17.5% до 5,6% (Рис. 11). Это связано, в основном, с тем, что с уменьшением площади отражения возросло количество прямых лучей светодиода не попадающих в зону объекта.

Рис. 11. Характеристики освещенности и параметры оптимального отражателя, собирающего лучи светодиода XP-E2 в диапазоне 69… 103 град. Максимальный диаметр отражателя ограничен 6.2 мм. Эффективность коллиматора

Уточненная модель светодиода отличается от точечного источника тем, что излучение формируется множеством точечных источников, распределенных по всей поверхности диода, например, в зоне 1 х 1 мм для XP-E2. Углы обзора и диаграммами направленности всех источников равны.

Профиль отражателя излучения распределенного источника (Рис. 12) отличается от профиля отражателя для сосредоточенного источника (Рис. 11), однако их эффективности (

Рис. 12. Оптимальные параметры LightTools отражателя излучения распределенного источника XP-E2. Максимальный диаметр отражателя ограничен 6.2 мм. Эффективность коллиматора

Сравнение профилей отражателей, расcчитанных в МАТЛАБ и LightTools

Профили отражателей, показанные Рис. 13, рассчитаны в МАТЛАБ (профили: A,B,C,D,E) и LightTools (профили: LT point, LT dist, LT unlim). В МАТЛАБ выполнен ручной расчет для точечных источников. В LightTools оптимизация профилей выполнена в автоматическом режиме для точечного и распределенного источников с ограничением (6.2 мм) и без ограничения диаметра отражателя для равномерного освещения 50 мм объекта, удалённого от источника на 310 мм.

Рис. 13. Профили отражателей: A, B, C, D, E — ограниченного диаметра (6 мм), рассчитаны в МАТЛАБ для точечного источника; LT point — ограниченного диаметра (6.2 мм), рассчитан в LightTools для точечного источника; LT dist — ограниченного диаметра (6.2 мм), раcсчитан в LightTools для распределенного источника; LT unlim — свободного размера, расcчитан в LightTools для точечного источника.

Алгоритмы оптимизации параметров в LightTools скрыты от пользователя. Для понимания алгоритма оптимизации LightTools, который использовался при расчете профиля «LT dist» (Рис. 13) построено распределение лучей в МАТЛАБ (Рис. 14).

Рис. 14. Ход лучей распределенного источника отражаемых в зону 50 мм с расстояния 310 мм, общая диаграмма (слева), увеличенный фрагмент (справа). Рассматривается излучение от краёв (голубые и зеленые линии) и центра (красные линии) распределенного источника. Разделение краевых и центрального пучков 1х1 мм источника достигается смещениями отражателя на ±0.5 мм.

Распределение лучей (Рис. 14) показывает, что оптимизация LightTools нашла профиль отражателя для центрального точечного источника с освещением 1/3 зоны объекта и использовала этот профиль для освещения всей зоны объекта источниками излучения, распределенными на площади светодиода 1х1 мм.

Код МАТЛАБ для вычисления массива точек оптимального профиля отражателя — кривой Безье (‘Besier_profile_dist_source.mat’), заданной параметрами LightTools Bezier_WX Bezier_Relative_UX и Bezier_VX:

Ручной расчет коллиматора

Для выполнения ручных расчетов отражателя распределенного источника необходимо:

1. Найти координаты точки отражателя, ближайшей к источнику.
2. Рассчитать профиль отражателя (см. алгоритм раздела Расчет профилей отражателя) для уменьшенной зоны объекта, например, 1/3.

Через начальную точку отражателя, ближайшую к источнику, должны проходить лучи, испускаемые всеми точками плоскости светодиода. Прямые лучи, проходящие через начальную точку, должны освещать зону соразмерную с объектом, находящимся на требуемом расстоянии от источника.

Рис. 15. Построение лучей для поиска начальной точки отражателя. Зоны располагаются на окружности радиусом 310 мм (правый рисунок) равном расстоянию до объекта. На левом рисунке показано увеличенное изображение с поверхностью светодиода радиусом 1,5 мм.

Положению начальной точки отражателя соответствует точка 1 на поверхности светодиода радиусом 1.5 мм (Рис. 15) через которую проходят крайние (L и R) и центральный © лучи распределенного излучателя в зону

50 мм, отстоящую от источника на 310 мм.
Угол обзора рассчитанного коллиматора с отражателем можно уменьшить, включив в структуру коллиматора линзу, как показано на Рис. 8.

Источник