Autor Tema: Iluminación con Leds. Estudio  (Leído 20884 veces)

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Desconectado xocas

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Iluminación con Leds. Estudio
« en: 05 de Junio de 2012, 14:36:02 »
Si bien parece que todos tenemos bastante claro el uso de Leds cómo dispositivos señalizadores no se puede decir lo mismo cuando el propósito es obtener una iluminación uniforme, donde con frecuencia se recurre al parche sobre la marcha, a la improvisación y a una sucesión de ensayo-error antes de lograr el resultado deseado.

La intención de este pequeño estudio es, en un principio, dar con los motivos que hacen tan diferentes los análisis teóricos iniciales de los resultados obtenidos en la práctica para, a continuación, aplicar pautas que reduzcan esas diferencias al máximo. Dadas las características tan particulares que me he encontrado al documentarme sobre iluminación de estado sólido he terminado por descartar algún tipo de método preciso, uno que se pueda aplicar y funcione en cualquier circunstancia, de ahí que hable de pautas y no de fórmulas...

La idea parte del proyecto de Insoladora UV extraplana del amigo Nocturno, de manera que comenzaremos tratando de resolver de forma eficaz la iluminación de una hipotética insoladora con Leds UV. En una etapa siguiente podría ser una lámpara para vídeo/foto o un panel de iluminación para cultivo interior, ya que nos darían mucho juego para trabajar sobre temperatura de color y longitud de onda.

Cómo buena excusa para comenzar, la siguiente cita:
Como los leds tienen un ángulo de apertura de 140º, he calculado que si pongo 15 leds en una matriz de 5x3, puedo iluminar una superficie de 20x30cm a una distancia de tan sólo 18.2 mm

El cálculo es correcto. Obtenemos una separación entre leds de 50mm y el siguiente resultado:



Espera... si el cálculo es correcto... ¿esto qué es?

Un par de notas:
- si por lo general los fabricantes de leds suelen ser muy generosos con las especificaciones de sus productos, en el caso de ebay no conviene descartar además la posibilidad de que el datasheet proporcionado por el vendedor no se corresponda siquiera con el led anunciado.
- además de ideales, los parámetros suelen establecerse entre valores de mínimos y máximos, dando raramente valores típìcos en características de vital importancia. A excepción de unos pocos fabricantes que sí los mencionan, los valores del datasheet de un led han de tomarse cómo variables dentro de un rango.

En el led que nos ocupa se indica un ángulo de 120...140º



Para una distancia entre leds de 50mm tendríamos una distancia al fotolito entre 18 y 29mm.

Al echo de desconocer con exactitud el ángulo del led en cuestión hay que añadirle que a una distancia tan corta el foco de luz no es tan líneal como podamos pensar. Lo veremos más adelante y con mayor claridad usando algún ejemplo práctico.

La gráfica de Intensidad Luminosa vs. Ángulo de Radiación mostrada por el vendedor no se corresponde con el led (tengo la impresión que usa la misma para todos). En naranja lo indicado por el vendedor, y en azul lo que considero se correspondería con este led:




Desconectado xocas

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #1 en: 05 de Junio de 2012, 14:38:05 »
Si el resultado de la primera imagen se debió, además de la corta distancia al fotolito, a tomar por válidas las características aportadas por el vendedor, habrá que buscar soluciones en las que tales características no resulten críticas.

Antes de entrar de lleno en la fase de soluciones prácticas, y con el objeto de no volver una y otra vez sobre lo mismo, he aquí algunas consideraciones acerca de los datasheet de leds:
- El Departamento de Energía de EEUU, en colaboración con un grupo de laboratorios, publica un serie de informes anuales sobre estudios y análisis de iluminación de estado sólido. Se trata del programa CALiPER.
Destaco un dato en lo que respecta al uso de leds: Pocos, muy pocos fabricantes alcanzan en los análisis un valor de intensidad luminosa acorde con lo estipulado en su datasheet. Las candelas anunciadas se reducen a un 50% e incluso menos en algunos casos...

- Las hojas de características se crean en base a mediciones sobre grupos de un mismo lote. Dado que podemos decir que cada led tiene unas características únicas, las indicaciones son los valores medios obtenidos a nivel de grupo. Si esto no es lo bastante significativo podemos sumarle que hacen referencia a una temperatura ambiente de 25º (que en muchas ocasiones será más o menos la temperatura del led apagado), y que sus características mantienen una estrecha relación con la temperatura.

- La carencia de información relevante y la escasa fiabilidad de los datos aportados convierten a ebay y similares en una pésima opción a la hora de tratar con determinados proyectos de iluminación. Un par de ejemplos: vídeo/foto (fiabilidad temperatura de color), cultivo interior (fiabilidad longitud de onda). Basta ver los datasheet de fabricantes cómo CREE u OSRAM para comprobar las diferencias.

- Creo que el dato correspondiente al ángulo hace -siempre- referencia al eje óptico del led, pero no recuerdo ver en ningún caso una indicación por parte de los fabricantes que aclare si esto es así o si, por el contrario, se hace referencia al eje mecánico. Por lo general hay una desviación media de 5º (que puede llegar a ser mayor) entre ambos. Esto, que no tiene mayor importancia en ángulos mayores de 60º, podría representar un problema en ángulos muy cerrados.

- Se proporciona un valor en candelas (mcd por lo general) para la intensidad luminosa del led. Voy a dar por supuesto que se refiere a cm2 a pesar de que en mucha información técnica se manejen pulgadas o pies. Los fabricantes no lo indican

Todo lo dicho se aplica en mayor medida a los leds 'estándar' (tipo ampolla), cuyo destino parece quedar relegado a una función de señalización a medida que se implementan mejoras en los leds smd.
Sin embargo, usaré en la parte de iluminación orientada a una insoladora leds de 5mm tipo estándar y leds Straw Hat como los utilizados por Nocturno en su proyecto. Son los que tengo en stock y los que considero de uso más probable (al menos actualmente) en vuestro caso, dado su precio y opciones de compra.


Desconectado xocas

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #2 en: 05 de Junio de 2012, 14:44:47 »
Para la parte práctica:

- Un prisma de metacrilato de 20cm de lado y 12cm de altura.

- Una rejilla de 9 leds (3x3) Straw Hat con una distancia de 45mm entre sí.

- Un exposímetro Gossen (función lux meter) para tomar referencias de luz en áreas de aproximadamente 1cm2.

- Papel vegetal de diferentes gramajes, papel de horno y pelotas de ping-pong a modo de difusores caseros.

- Paspartú, porexpan y mylar para superficies reflectoras.

- Además del luxómetro usaré también un sistema de medición muy similar al utilizado por Picuino en el tema de la insoladora citado, por estar al alcance de todo el mundo y ser al mismo tiempo bastante representativo. No será exactamente el mismo porque me siento más cómodo haciéndolo a mi manera.

- Aunque espero no necesitarlo, no descarto crear un medidor específico para tener niveles en porcentajes de iluminación sobre áreas muy puntuales.

El propósito es obtener una iluminación uniforme sobre una superficie de 20x20cm con la mayor eficiencia posible. Es decir:
- No usar más leds de los necesarios.
- Aprovechar al máximo la intensidad luminosa disponible.

En principio bastaría con aumentar la distancia entre el punto luminoso y el fotolito e insertar un difusor a medio camino para obtener uniformidad, pero esto supondría un elevado coste en tiempo de exposición.
Para que sea eficiente se ha de conseguir dicha uniformidad en la menor distancia posible. En el caso que nos ocupa, esta distancia estaría entre 16..26mm para un posible ángulo entre 120..140º, así que tomaré como punto de partida los 21mm correspondientes a un ángulo medio de 130º.

Mañana iré a comprar un par de cosillas que me faltan y empezaremos la sesión de fotos...

un saludo


Desconectado Picuino

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #3 en: 05 de Junio de 2012, 15:14:08 »
Muy bueno el hilo.
Me apunto.

Saludos.

Desconectado MGLSOFT

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #4 en: 05 de Junio de 2012, 15:18:31 »
Ya me apunte, aqui se aprendera mucho del tema, a lo mejor les cagamos el curro a los Chinos !!! :D :D :D
Todos los dias aprendo algo nuevo, el ultimo día de mi vida aprenderé a morir....
Mi Abuelo.

Desconectado Nocturno

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #5 en: 05 de Junio de 2012, 15:53:03 »
Genial tema Xocas. Me suscribo al hilo y espero aprender lo suficiente para poder modificar mi insoladora y que definitivamente funcione en un tiempo razonablemente rápido.
Un saludo desde Sevilla, España.
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Desconectado stk500

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #6 en: 05 de Junio de 2012, 17:39:06 »
esto no me lo pierdo, gracia Xocas por tu gran Tutorial

Desconectado rivale

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #7 en: 05 de Junio de 2012, 18:26:04 »
Gracias por  la gran aportacion ((:-)), me suscribo al hilo
"Nada es imposible, no si puedes imaginarlo"

Desconectado MLO__

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #8 en: 05 de Junio de 2012, 22:15:49 »
 ((:-))

excelente .. me suscribo al hilo tambien :)

Saludos
El papel lo aguanta todo

Desconectado tapi8

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #9 en: 06 de Junio de 2012, 05:38:11 »
Excelente hilo paisano  ((:-)) estare atento.

Desconectado manutek

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #10 en: 06 de Junio de 2012, 06:06:24 »
Muy bueno ..Gracias por compartir ¡¡
No es la conciencia del hombre la que determina su ser, sino, por el contrario, es su ser social el que determina su conciencia

Desconectado xocas

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #11 en: 08 de Junio de 2012, 14:46:12 »
Voy con retraso. Mi madre tenía otros planes para mí estos días.

Ya tengo todo listo para empezar... os dejo un par de fotitos para hacer boca





Nota: La caja es cuadrada (20x20), aunque por el picado de la foto no lo parezca. Falta la capa de porexpan, que no usaré en la primera fase

salu2

Desconectado xocas

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #12 en: 09 de Junio de 2012, 13:26:59 »
Primeras imágenes

- Cámara montada sobre trípode con CCD paralelo al plano de la caja para evitar deformaciones. Cámara y caja permanecen fijas durante todo el proceso.
- Una hoja de papel cubre la tapa a fin de simplificar las muestras. Se usa un papel destinado a la impresión de fotolitos en láser para evitar las sombras que producen las fibras en otro tipo de papeles. Puede verse en las imágenes que el resultado es muy homogéneo.
- Se convierte la imagen a formato Lab para trabajar exclusivamente con el canal de Luminosidad y se añade un ligero desenfoque para 'romper' las bandas de tono. Las cifras mostradas en la imagen representan los porcentajes de luminosidad medidos.

Un único Led



Una fila



La matriz completa



Todo solapado



Podemos observar que el círculo luminoso muestra un 50% en el centro del led contíguo, tal y cómo se esperaba aplicando la fórmula de un principio.

Viendo las imágenes podemos entender qué motivó el desastre de la pcb mostrada al inicio del tema, y creo que si nos ayudamos de un gráfico mejor todavía:



La curva no es líneal, a los 60º tenemos algo más de un 80% de luz, en torno a un 70% con 80º y a partir de los 100º empieza a caer bruscamente. Con estas características no resulta válida la fórmula aplicada y en distancias pequeñas entre punto de luz y fotolito no le veo solución posible salvo que se aumente el número de leds...

Si no queremos aumentar el número de leds podemos buscar un ángulo de compromiso y ajustar la distancia al fotolito (me referiré a esta distancia cómo altura a partir de ahora). Sí, ya sé que un ángulo menor conlleva aumentar el número de leds para cubrir la misma superficie y que una mayor altura supone una menor intensidad de luz...

Construí la caja de forma que me resultara sencillo encender un led, una fila o todos; para que fuera fácil trabajar con la altura teniendo precisión al mismo tiempo pero no se me ocurrió que tendría que desmantelarla para cambiar un puto led... y resulta que tengo que cambiar dos  :oops:
Viendo la matriz al completo se aprecia con claridad que el led inferior izquierdo emite bastante menos luz que el resto y aunque en menor medida lo mismo sucede con el central izquierdo. Con el trabajo que me da soldar... aaaaarrrgggggg !!!

salu2



Desconectado Picuino

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #13 en: 09 de Junio de 2012, 15:19:44 »
Un punto a tener en cuenta es que no se sature ningún canal de color para poder medir la luminosidad de forma lineal.
Por lo general el canal azul está saturado (valores de 255) cuando el resto de canales (rojo y verde) todavía tienen valores bajos.
Por esa razón en el estudio que hice seleccioné sólo el canal azul intentando que no se saturase.

Lo que sería interesante (una vez que se tenga una foto lineal) es hacer un gráfico de intensidad de luz con la distancia del centro

Voy a intentarlo con la foto que has dejado.

Saludos.

Desconectado Picuino

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Re: Iluminación con Leds. Estudio
« Respuesta #14 en: 09 de Junio de 2012, 15:24:21 »
El canal de luminosidad está saturado.
Si haces una imagen sin saturación (dándole más velocidad de obturación o mayor oscuridad a la cámara) yo me encargo de hacer el gráfico.

Saludos.


 

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