СВЕТОДИОДНЫЙ КАЛЕЙДОСКОП

НАУЧНЫЙ ПОРТАЛ "СВЕТОДИОД"

Вся информация из мира светодиодных технологий - светодиодная лампа, лента, светильник, фонарь. Статьи про основные параметры светодиодов и новинки LED. Параметры и экспериментальные характеристики различных мощных светодиодов и светодиодных лент для дизайна автомобиля и интерьера.

На главную сайта

СВЕТОДИОДНЫЙ КАЛЕЙДОСКОП

СВЕТОДИОДНЫЙ КАЛЕЙДОСКОП   Калейдоскоп - это не только увлекательная детская игрушка. Феномен калейдоскопа, рождающего бесконечное множество гармонических цветных узоров на базе ограниченного набора составляющих, привлекает внимание различных специалистов: физиков, математиков, программистов, медиков. Например, терапевтически показано, что наблюдение картинок калейдоскопа оказывает релаксирующее действие. Калейдоскопом активно интересуются также специалисты гуманитарных наук – от философов до поэтов. С развитием компьютерных технологий появились электронные калейдоскопы, причем разработчики используют принципы калейдоскопа в самых различных компьютерных программах. Однако традиционные оптические калейдоскопы сохранили свою актуальность и привлекательность. Ведется непрерывный поиск новых оригинальных конструкций и принципов построения оптических калейдоскопов. Целью данной работы является разработка и исследование макета светодиодного устройства формирования световых узоров на основе схемы оптического калейдоскопа.

   Калейдоскоп был изобретен в 1817 г. английским физиком Дэвидом Брюстером. Именно он заложил основы внутреннего строения оптического калейдоскопа, конструктивные особенности которых остаются неизменными с XIX в. Классический оптический калейдоскоп состоит из корпуса, собранного из отражающих пластин, и соединенного с ним пенала, в котором находятся цветные элементы. Наиболее известны оптические калейдоскопы, служащие для получения световых узоров различной геометрии и работающие в проходящем через пенал свете. Вращая вокруг оптической оси калейдоскопа пенал (или корпус), можно наблюдать формирование геометрически точно повторяющихся цветных композиций. Рассмотрим более подробно традиционную конструкцию оптического калейдоскопа. Такой калейдоскоп состоит из цилиндрической трубки, в которой находятся несколько (две или больше) отражающих пластин – зеркал. Как правило, данная трубка является корпусом калейдоскопа. Геометрические размеры отражающих пластин зависят от диаметра и длины используемой трубки. На рис.1 приведены типичные схемы расположения отражающих пластин.

схемы расположения отражающих пластин калейдоскопа

   В зависимости от количества отражательных пластин сечение оптической трубки имеет различный вид. Сечение V-образной формы соответствует случаю, когда используются две отражательные пластины. Сечение в виде многоугольника определяется соответствующим количеством пластин. В качестве примера на рисунке приведены схемы 3-зеркальной и 6-зеркальной оптической трубки калейдоскопа. 

схемы 3-зеркальной и 6-зеркальной оптической трубки калейдоскопа

   В качестве отражательных пластин могут использоваться обычные зеркальные полоски, а также металлические или пластиковые полоски с зеркальным покрытием. Таким образом, оптическая трубка калейдоскопа представляет собой полую многоугольную призму, через основание которой проводят наблюдения. Другое удаленное основание оптически сопряжено с пеналом, в котором находятся цветовые элементы. Материал, из которого изготавливаются эти элементы, может быть разным. Обычно это кусочки яркоокрашенного пластика или стекла, а также нарезанные кусочки бумаги, булавки и другие мелкие предметы. Обычно корпус и пенал устанавливаются соосно, крепление этих частей позволяет осуществлять их независимое вращение по оси калейдоскопа.

   Часть видимой в калейдоскопе картины - это реальное изображение материала у дальнего конца трубки. В калейдоскопе с двумя зеркалами картина напоминает кусок круглого торта, а с тремя зеркалами она имеет форму треугольника. В калейдоскопах обоих типов видны отражения, которые являются изображениями. Часто у современных калейдоскопов конец трубки сделан открытым, так что трансформированный образ той сцены, на которую направлена трубка это наблюдаемая картина. У большинства таких калейдоскопов на дальнем конце есть увеличительные линзы: благодаря этому наблюдатель видит большую часть картины. 

   Формирование многократных изображений и ход лучей удобно рассматривать на примере двухзеркальной оптической трубки калейдоскопа. На рисунке приведены оптическая схема, состоящая их двух плоских зеркал, установленных под углом 600. Также указан ход лучей в рассматриваемой схеме. Представлена картина, наблюдаемая в калейдоскопе, построенном по данной схеме. 

   Формирование картины в калейдоскопе с двухзеркальной оптической трубкой. картина, состоящая из шести изображений. Первое изображение соответствует реальному предмету, остальные изображения возникают за счет переотражений в системе образующихся виртуальных зеркал. Более сложная картина наблюдается, если оптическая трубка состоит из трех и более зеркал. На рис.3 представлена развертка наблюдаемой картины при использовании трех зеркальной трубки.

использовании трех зеркальных трубок

   Цифрами на рисунке обозначены изображения предмета, формируемые при соответствующем числе переотражений в данной системе зеркал. Данная схема является наиболее эффективной и простой по сравнению с многозеркальными. В своей работе мы провели макетирование разрабатываемого калейдоскопа с использованием трехзеркальной схемы.

   Разработка светодиодного калейдоскопа и формирование узоров. Расчет оптических схем в работе выполнен с учетом основных приближений модели «правильного калейдоскопа»: изображение в картинной плоскости не зависит от точки наблюдения, а разные последовательности геометрических отражений дают в выбранной точке этой плоскости изображение одной и той же точки предметной плоскости. Для того чтобы сделать калейдоскоп, нам потребовалось несколько зеркальных полосок, два куска картона и некоторое количество светодиодных излучателей. Собранные макеты калейдоскопов имели форму трехугольных призм различных размеров. На рис.7 приведены результаты формирования изображений для трехзеркального корпуса в зависимости от числа отражений. 

формирование изображения светодиодного калейдоскопа

   Общий вид собранных оптических трубок и формирование изображения

светодиодный калейдоскоп своими руками

   К одному торцу корпуса калейдоскопа мы устанавливали светодиодную схему (обычно на этом месте в калейдоскопе находится контейнер, в котором пересыпаются кусочки цветного стекла). К другому торцу, центрируя по оптической оси, мы прикрепили оптический окуляр, параметры которого подбирались опытным путем. Свет светодиодных излучателей многократно отражается от стенок призмы, фокусируется окуляром, и мы видим изображение. В работе рассмотрен ход лучей формирующих изображение в оптическом калейдоскопе. 

   В нашем случае монтаж светодиодной схемы выполнялся соответственно геометрии и размерам корпуса калейдоскопа, использовались светодиоды различного свечения (красные, зеленые, синие), имеющие различную геометрию линз. На рис. 8 приведены фотографии световых узоров, полученных в исследуемых макетах. Формируемые световые узоры отличаются богатой цветовой гаммой и повышенной яркостью рисунка.

   В работе предложено использовать для формирования быстро сменяющихся симметричных световых узоров полицветные светодиодные сборки. Проведено исследование параметров и режимов работы светодиодов, излучающих в различных спектральных диапазонах. Разработана оптическая схема для получения наблюдаемых узоров. Изготовленный макет обладает по сравнению с известными устройствами повышенной яркостью, возможностью создавать картинки с помощью компьютерного управления. Данная разработка светодиодных калейдоскопов может использоваться для развлечения и обучения.



Поделитесь полезной информацией тут:




КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОДЫ В МАШИНУ

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОДЫ В МАШИНУ   Фара на светодиодах выполняет все функции обычной, включая ближнее и дальнее освещение. Дополнительно к этому она может включаться в режиме дневного света. Светодиодные фары расходуют в десятки раз меньше электроэнергии, чем обычные. К тому же они на порядок технологичнее в изготовлении и позволяют вносить кардинальные изменения в конструкцию и дизайн внешнего освещения.
Представители автопрома пообещали, что к 2013 году вся мировая промышленность по производству приборов освещения для автомобилей перейдет на светодиодные лампы.

СХЕМЫ ПРОСТЫХ СВЕТОДИОДНЫХ ГИРЛЯНД

   Простая самодельная светодиодная гирлянда - три различных варианта простых электрических схем переключателей светодиодов.

САМОДЕЛЬНЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ ФАРЫ

САМОДЕЛЬНЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ ФАРЫ   Делаем самодельные светодиодные фары в авто, на основе стандартного корпуса от обычных галогенок.







Всё о светодиодных технологиях. Сайт светодиод имеет основную тематику внедрение и эксплуатацию led приборов - ламп, лент и мощных светодиодов. Рассмотрены особенности и методы получения светодиодных кристаллов в промышленности. Помошь в покупке и продаже светодиодных ламп для дома и авто.