Wie kann man die Sichtbarkeit von Licht verbessern, ohne die Helligkeit zu erhöhen?

Ich bin mir nicht sicher, ob dies die richtige SE-Site ist, um diese Frage zu stellen, aber ich bin sicher, dass mich jemand früh genug über meinen Fehler informieren wird, wenn er falsch ist.

Im Grunde bin ich Elektroingenieur und erstelle eine Schaltung mit einer Benachrichtigungs-LED, die blinkt, wenn ein Problem mit dem System auftritt. Die Schaltung befindet sich in einem Gehäuse, aus dem ein „Lichtstab“ herausragt, der es ermöglicht, die Blitze zu sehen, wenn das Gerät an der Decke montiert ist.
Das Bild unten ist eine grobe Skizze und einige Bilder von dem, worüber ich spreche, falls es nicht ganz klar ist.Geben Sie hier die Bildbeschreibung einGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Stab, den ich erwähnt habe, bezieht sich auf meine Frage. Derzeit besteht er aus Kunststoff und hat eine ziemlich ähnliche Form wie das Bild oben - ich bin kein Physiker, aber ich vermute, dass der Grund dafür, dass die Oberseite wie ein Rechteck geformt ist, basiert Pyramide soll das Licht brechen, damit es aus den meisten Winkeln klarer gesehen werden kann.

Aus elektronischer Sicht möchte ich, dass die Schaltung so wenig Strom wie möglich aufnimmt, während die LED-Blitze immer noch deutlich zu sehen sind, also habe ich mich gefragt, ob es eine Möglichkeit gibt, das Licht der LED mit dem Stab zu „verstärken“. Ende der Stange, sodass die LED selbst etwas weniger hell sein könnte, aber am Ende der Stange immer noch gut sichtbar ist?

Andernfalls geht ziemlich viel Licht durch die Seiten des Stabs verloren, bevor er das Ende erreicht. Würde eine andersfarbige Beschichtung um den durchsichtigen Kunststoff dies verhindern? Oder vielleicht sogar ein anders geformtes / farbiges Oberteil, um es am Ende der Stange klarer zu machen? (Ich dachte, ein durchscheinender weißer Farbton oben könnte es klarer machen, aber dann dachte ich, dass es vielleicht nicht "auffällig" ist, es sei denn, man sieht es direkt an)

Ich entschuldige mich noch einmal, wenn dies in der falschen SE ist, aber ich erinnere mich, dass ich Prismen und Lichtbrechung in Physik am College und in der Schule gemacht habe, daher meine Gründe, es hier zu platzieren.

Die Frage scheint mir für Physics SE angemessen zu sein. Nur meine zwei Cent, Sie könnten das Licht verstärken, indem Sie einige der Prinzipien verwenden, die ein Laser verwendet, wie Lupen und hochreflektierende Oberflächen, die auf der Innenseite des Stabs platziert sind. (Das Bild, das Sie einfügen, ist nicht das beste)
@Hasan Entschuldigung für das Bild - ich werde auch ein paar Bilder von der Stange hochladen, um die Dinge etwas mehr zu verdeutlichen - reflektierende Oberflächen könnten eine Idee sein - ich werde ein grobes Experiment mit Alufolie machen!
@Hasan keine Chance: Sie erhalten keine Laserverstärkung kostenlos. Sie benötigen das Plexiglas als verstärkendes Medium, was es nicht ist, sowie eine externe Energiepumpenquelle.
@CarlWitthoft Ich habe nicht über den Pumpteil gesprochen, aber der Laser verwendet reflektierende Oberflächen, um Licht zu akkumulieren, und Linsen, um das Licht zu kollimieren und zu fokussieren. Und hier können wir einfach mit dem von der LED emittierten Licht arbeiten.
@Hasan, nein, du liegst einfach falsch. Laserspiegel "akkumulieren" kein Licht, und Laser können mit oder ohne Fokussierelemente gebaut werden. Auf jeden Fall können Sie ohne Verstärkung nicht mehr Licht herausholen, als Sie hineinstecken, was Spiegel nicht tun.
@CarlWitthoft. Wenn Sie keine reflektierenden Spiegel anbringen und stattdessen wie Holz oder so etwas anbringen, bin ich sicher, dass der Laser auf die gleiche Weise funktioniert!

Antworten (3)

Angenommen, die LED wurde dort montiert, wo sich die Spitze des Plexiglases befindet. Wie sichtbar wäre es? Müssen Sie es heller machen? Kontrast zur Hintergrundfarbe? Umgebungslicht reduzieren? Wäre es auffälliger, wenn es blinkte, als wenn es konstant war?

Wenn Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien trifft, wird ein Teil davon absorbiert, ein Teil durchgelassen und ein Teil reflektiert. Die Absorption wird durch Brechungsindizes und Eigenschaften des Materials gesteuert. Reflexion und Transmission werden durch Einfallswinkel und Brechungsindizes gesteuert.

Für ein optisches Abbildungssystem ist das alles. Die Menschen wenden enorme Anstrengungen für sie auf. Oberflächen müssen mit Toleranzen von weniger als einer Lichtwellenlänge entworfen und hergestellt werden. Oberflächen müssen poliert werden, damit Kratzer kleiner als eine Wellenlänge sind.

Glücklicherweise sollte Ihre Anwendung nicht so viel Sorgfalt erfordern wie die Herstellung einer Linse. Und Absorption sollte kein Problem für ein paar Zentimeter Plexiglas und sichtbares Licht sein.

Das erste Problem besteht darin, so viel Licht wie möglich in den Stab zu bekommen. Finden Sie heraus, ob es LEDs gibt, die dafür ausgelegt sind. Zum Beispiel möchten Sie keine LED, die Licht in alle Richtungen abgibt. Sie verlieren Licht, das seitwärts geht. Wenn es nur Licht nach oben senden würde und eine flache Oberseite hätte, könnten Sie ein flaches Plexiglas direkt auf die Oberfläche legen.

Sie haben zwei Schnittstellen: LED zu Luft und Luft zu Plexiglas. Jede kostet typischerweise 4 % des Lichts. Wahrscheinlich keine große Sache. Wenn ja und Sie ein Budget haben, können Sie Antireflexbeschichtungen verwenden.

Sobald Licht in Plexiglas ist, wird es in einer geraden Linie zur nächsten Oberfläche wandern. Wenn dies die Seite des Plexiglases ist, sollte der Einfallswinkel klein sein, wenn Sie es richtig entworfen haben. Ein streifender Winkel verursacht Totalreflexion. Du wirst kein Licht verlieren.

Beachten Sie die Kerbe, die Sie direkt über der LED haben. Licht trifft bei normalem Einfall darauf und wird größtenteils durchgelassen. Sie sollten auf den Winkel der Biegung achten.

Wenn Licht nach oben gelangt, möchten Sie keine glatte, flache Oberfläche. Licht würde hindurchgehen und in eine vorhersagbare Richtung gebrochen werden. Sie müssten Ihr Auge in den Weg des Lichts richten, um es zu sehen.

Stattdessen möchten Sie eine raue Oberfläche. Viele Kratzer schaffen Oberflächen in alle Richtungen. Licht wird in alle Richtungen gebrochen und ist daher aus allen Richtungen sichtbar.

Sie könnten das Rohr für den Anfang in reflektierende Folie wickeln. Haben Sie auch darüber nachgedacht, die Dauer / Periode des Blinkens zu reduzieren und die gleiche Energie, die in kürzerer Zeit über einen Speicherkondensator in die LED geleitet wird, zu verwenden?

Anstatt wie Dirk vorgeschlagen in Folie zu wickeln, würde ich sehen, ob Sie das Rohr nicht mit reflektierender Farbe beschichten können. Das Problem bei Folien ist, dass sie immer Mikrofalten haben, die als Lichtfallen wirken.

Nun zur Sichtbarkeit nach oben: Wenn Sie Sichtbarkeit über einen weiten Blickwinkelbereich wünschen, dann ist Ihre beste Wahl entweder eine polierte Kugelkuppel (schwierig) oder eine aufgeraute Oberfläche (einfach). Ersteres lenkt das Licht gleichmäßig in alle Winkel und letzteres streut Licht etwas weniger effizient – ​​siehe „Lambertian Surface“ auf den üblichen Referenz-Websites.

Was die Energieeinsparung betrifft: Typische LED-Anzeigen pulsieren tatsächlich mit etwa 30-60 Hz, um den Stromverbrauch (und die thermische Belastung des Geräts) zu reduzieren, während sie unseren integrierenden Retinalen als „stationärer Zustand“ erscheinen. Vielleicht möchten Sie die Datenblätter einiger Hersteller durchsuchen, um sich ein Bild von der Leuchtkraft im Vergleich zum Spitzen- und Durchschnittsstrom Ihrer LED zu machen.

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