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LEDs – Anel para fotografia macro

22 de maio de 2013

Figura 1 – Anel de iluminação pronto para uso.

Figura 1 – Anel de iluminação pronto para uso.

Sempre gostei de fotografar objetos de perto, e as máquinas digitais tornaram isso uma atividade mais fácil e prazerosa. Só que, quando utilizamos máquinas não profissionais para bater fotos macro (também conhecidas por fotos em close-up [1]), os objetos precisam ficar muito próximos da lente. Isto torna-se um problema para a iluminação, pois a lente faz sombra bem onde precisamos fotografar.

Pensando nesta dificuldade, procurei algo que pudesse formar um anel luminoso ao redor da lente, que resolvesse o problema de vez. Mas, os flashes em anel e outros dispositivos de iluminação a LEDs, além de caros, não conseguem ser acoplados a máquinas mais simples. Ou dão uma mão de obra bem razoável, como o projeto da Elektor [2].

Assim, neste post, mostro minha solução prática e rápida para fazer um anel de luz para fotografias macro (figura 1), utilizando produtos simples e baratos, disponíveis no comércio local.

A fonte de luz

Primeiramente, foi necessário definir o tipo de iluminação. A escolha recaiu sobre os LEDs de cor branco neutro, pois reproduzem mais fielmente as cores do que as lâmpadas fluorescentes (ver post anterior). Eles tem uma temperatura de cor média entre 4000K e 6000K.

Deve-se tomar cuidado para não comprar LEDs branco frio, que tem uma luz mais azulada (6500K ou mais), ou branco quente (3000K ou menos), com uma cor mais amarelada. Estes dois tipos necessitam de ajuste na câmera, para compensar as diferenças das cores. Os LEDs branco neutro, apesar de também terem algumas deficiências, prestam-se para a maioria das fotos e geralmente não necessitam correção.

Comprei uma tira de LEDs branco neutro, que vem pronta para ligar em 12VCC. Os LEDs estão envolvidos em uma película de silicone (à prova d’água) e podem ser separados em segmentos de 5cm, cada um com 3 LEDs (figura 2). A tira também dispõe de uma película autoadesiva na face posterior. Na figura 3, aparece o diagrama esquemático de um segmento.

Figura 2 – Menor segmento possível (5cm) de uma tira comercial de LEDs brancos tipo 5050.

Figura 2 – Menor segmento possível (5cm) de uma tira comercial de LEDs brancos tipo 5050.

Esta tira utiliza LEDs de montagem em superfície (SMD – Surface Mounting Device) com encapsulamento PLCC6, mais conhecido como 5050. Aparentemente, o código popular destes componentes indica seu tamanho em milímetros, multiplicado por 10 (5050 = 5x5mm) – ver referência [3]. Cada LED 5050 conta com 3 emissores internos, o que triplica a luminosidade, além de possibilitar a ligação individual, pois o encapsulamento PLCC6 tem 6 terminais de ligação.

Na tira que compramos, cada um dos segmentos, com 3 LEDs SMD, teve seus 3 LEDs internos ligados em paralelo. Como a tensão de utilização é 12V, o circuito foi projetado para que a queda de tensão sobre os resistores fosse a mais baixa possível. O circuito da figura 3 mostra que todos os leds estão ligados em série, o que determinou uma queda de tensão teórica de 10,8V. Os dois resistores de 150 ohm, associados em paralelo, apresentam uma resistência de 75 ohm e também foram ligados em série com os LEDs. A explicação parece confusa, mas a figura 3 esclarece bem as ligações.

Figura 3 – Diagrama esquemático de um segmento da tira de LEDs.

Figura 3 – Diagrama esquemático de um segmento da tira de LEDs.

Figura 4 – Sugestão para melhor distribuição de corrente entre os LEDs.

Figura 4 – Sugestão para melhor distribuição de corrente entre os LEDs.

Pelos cálculos, considerando 3,6V de queda de tensão para cada LED, cada segmento deveria consumir ao redor de 16mA, quando alimentado com 12V. Na prática, medimos 36mA sob 12V, 54mA sob 13,8V e 60mA sob 14,4V, o que implica numa queda de tensão média, por LED, de 3,1V, 3,25V e 3,3V, respectivamente.

Como cada LED deveria receber uma corrente entre 12 e 20mA, mais sensato seria utilizar cada encapsulamento 5050 com seus 3 emissores internos ligados em série, através de um resistor de 220 ohm. Seria necessário um resistor a mais na montagem do segmento, mas que possibilitaria distribuição mais uniforme da corrente. A sugestão aparece na figura 4, com duas possibilidades. Certamente, dado a grande variedade de fabricantes destas tiras, algum deles já deve ter implementado esta prática, ou até melhor: fontes de corrente com componentes SMD.

Montagem do anel

Como a máquina não tem qualquer rosca na lente para acoplar acessórios, foi necessário improvisar uma fixação por encaixe. A câmera digital que atualmente utilizo (Nikon P500) é do tipo superzoom (alguns a chamam de semiprofissional), e ajudou na tarefa da fixação, pois tem um prolongamento fixo ao redor da lente, como se pode ver na figura 5.

Na internet, há um prolongador de alumínio para a P500, próprio para utilizar filtros de rosca e outros acessórios. É da marca Kiwi. Mas é um acessório com parafusos de fixação (que podem machucar o corpo da máquina), tem retirada mais difícil e obrigaria a utilização de uma bolsa maior para guardar a câmera.

Figura 5 – Aparência da lente da Nikon P500.

Figura 5 – Aparência da lente da Nikon P500.

Como o objetivo era aumentar a versatilidade da máquina, a fixação do anel foi feita com uma placa de polímero termoplástico EVA (Ethylene Vinyl Acetate, ou Etileno Vinil Acetato), mais conhecido como espuma EVA, como mostra a figura 6. A placa tem 8 mm de espessura e foi desbastada para encaixar de modo suave, mas firme. Isto possibilita a inserção e retirada do anel conforme a necessidade.

Figura 6 – Placa de EVA cortada, pronta para montagem.

Figura 6 – Placa de EVA cortada, pronta para montagem.

Figura 7 – 5 segmentos da tira de LEDs 5050. Pode-se notar a sombra da lente na parte inferior da imagem, que é o motivo da criação do anel.

Figura 7 – 5 segmentos da tira de LEDs 5050. Pode-se notar a sombra da lente na parte inferior da imagem, que é o motivo da criação do anel.

Cada segmento da tira de LEDs conta, então, com 9 LEDs (3 em cada invólucro SMD). Foram utilizados 5 segmentos (figura 7), o que perfaz 45 LEDs, se formos contar o número total de pastilhas de silício. É um bom começo, para uma montagem que pretende ser barata.

Os segmentos foram ligados em paralelo, juntamente com um diodo para evitar danos por inversão de polaridade. As figuras 8 até 11 mostram os passos efetuados na confecção do anel e das ligações.

Foram feitos alguns testes com o anel a descoberto, mas as fotos ficaram com muitos reflexos, por causa da luz direta de cada emissor. Isto fica evidente na figura 11, com o anel visto pela própria câmera. Na figura 12, pode-se notar que os LEDs confundiram a imagem de tal forma que parece que há um filamento de pontos brilhantes no componente…

A solução foi utilizar uma camada de poliéster translúcido (comprado em papelarias), que ajudou muito na dispersão da luz (figuras 13, 14 e 15). A folha foi cortada em quadrado e teve aberto um furo no centro. A fixação pelas 4 pontas, feita com fita crepe na parte posterior do anel, permitiu deixar um pouco de espaço entre a folha e os LEDs, para aumentar a dispersão.

Em fotos com distância maior, o círculo de luz ainda aparece, mas está aceitável, pois pode-se adicionar outra iluminação para compensar. Na falta de poliéster translúcido – que é mais uniforme – pode ser utilizado papel vegetal, talvez em duas camadas.

Também houve uma tentativa de cobrir a parte central, de modo a evitar que, em fotos muito próximas, continuassem a ocorrer reflexos dos LEDs. Mas isto só causou incômodos (figura 16), porque a lâmina adicional de poliéster atrapalhava no momento da inserção e retirada do anel do corpo da máquina.

Figura 8 – Segmentos colados ao EVA.

Figura 8 – Segmentos colados ao EVA.

Figura 9 – Soldagem da fiação.

Figura 9 – Soldagem da fiação.

Figura 10 – Teste inicial.

Figura 10 – Teste inicial.

Figura 11 – Teste do anel na câmera.

Figura 11 – Teste do anel na câmera.

Figura 12 – Foto com o anel (ainda sem difusor de luz), de um LED, onde se nota o "filamento" criado pelo anel de LEDs.

Figura 12 – Foto com o anel (ainda sem difusor de luz), de um LED, onde se nota o “filamento” criado pelo anel de LEDs.

Figura 13 – Folha de poliéster sobre os LEDs I.

Figura 13 – Folha de poliéster sobre os LEDs I.

Figura 14 – Folha de poliéster sobre os LEDs II, fixada com fita crepe.

Figura 14 – Folha de poliéster sobre os LEDs II, fixada com fita crepe.

Figura 15 – Folha de poliéster sobre os LEDs III, vista lateral.

Figura 15 – Folha de poliéster sobre os LEDs III, vista lateral.

Figura 16 – Folha de poliéster na parte central.

Figura 16 – Folha de poliéster na parte central.

Num primeiro momento, os LEDs foram montados somente sobre a placa de EVA. No entanto, com poucos dias de utilização, ficou evidente que a flexibilidade excessiva do polímero atrapalhava a fixação e oferecia grandes riscos para a integridade da lente. Tinha que haver um modo de manter a espuma EVA, por causa da facilidade do encaixe, mas o anel deveria ser mais firme.

A solução foi colar uma placa de fenolite ao EVA (figuras 17 a 21). A placa é feita de resina fenólica, bastante dura, utilizada para confeccionar circuitos impressos. A que foi colocada no anel não tem nenhuma face cobreada e poderia ser substituída por qualquer outro material rígido, preferencialmente isolante, como plásticos ou fibras.

Os segmentos de LEDs foram descolados do anel de EVA e recolocados na chapa fenólica. Foi utilizada a cola de contato (3M Universal) para a fixação dos LEDs e das chapas. As figuras 22 a 28 mostram as etapas da remontagem do anel.

Figura 17 – Moldagem da placa de fenolite I.

Figura 17 – Moldagem da placa de fenolite I.

Figura 18 - Moldagem da placa de fenolite II.

Figura 18 – Moldagem da placa de fenolite II.

Figura 19 - Moldagem da placa de fenolite III.

Figura 19 – Moldagem da placa de fenolite III.

Figura 20 - Moldagem da placa de fenolite IV.

Figura 20 – Moldagem da placa de fenolite IV.

Figura 21 - Moldagem da placa de fenolite V.

Figura 21 – Moldagem da placa de fenolite V.

Figura 22 – Remontagem dos LEDs I.

Figura 22 – Remontagem dos LEDs I.

Figura 23 – Remontagem dos LEDs II.

Figura 23 – Remontagem dos LEDs II.

Figura 24 – Teste do anel remontado.

Figura 24 – Teste do anel remontado.

Figura 25 – Ancoramento dos fios de ligação.

Figura 25 – Ancoramento dos fios de ligação.

Figura 26 – Diodo de proteção contra polaridade inversa.

Figura 26 – Diodo de proteção contra polaridade reversa.

Figura 27 – Folha de poliéster já colocada sobre os LEDs.

Figura 27 – Folha de poliéster já colocada sobre os LEDs.

Figura 28 – Fixação das abas da folha na face posterior do anel.

Figura 28 – Fixação das abas da folha na face posterior do anel.

Figura 29 – Foto de uma escala de aço, na qual pode-se ver um pequeno desgaste nos traços iniciais.

Figura 29 – Foto de uma escala de aço, na qual pode-se ver um pequeno desgaste nos traços iniciais.

Na figura 29, está uma amostra do que agora é possível fotografar, somente com o anel de LEDs, sem qualquer outra iluminação. A escala de aço da foto mostra um pequeno desgaste, de aproximadamente 0,25mm entre os dois traços iniciais da régua. A lente ficou aproximadamente a 1 cm do objeto. A foto foi apenas recortada, não foi feita qualquer outra edição.

Por último, a alimentação do anel. A fonte deve fornecer pelo menos 500mA, para trabalhar com alguma folga. Com menos de 8V, a luz não é estável, e abaixo de 7,5V, nenhum LED liga. Com 12V, o consumo total ficou em 176mA. Utilizo, atualmente, uma fonte ajustável da bancada para alimentá-lo, na faixa de 8 a 14V. Esta gama de tensões tem servido a todos os propósitos, com tranquilidade.

É necessário dispor de alguma forma de variação de brilho, pois conforme o assunto a fotografar, a luz pode ser excessiva e saturar (“queimar”) a foto. Do mesmo modo, imagens muito pouco iluminadas perdem a intensidade das cores e a profundidade de campo, pois o foco (plano focal) fica muito curto.

[1] Wikipedia – Close-up – http://pt.wikipedia.org/wiki/Close-up

[2] Elektor Brasil – Anel de luz com LED – http://www.elektorbrasil.com.br/revistas/2013/abril/capturado-pelo-anel-de-luz.2453702.lynkx

[3] Impolux – Leds 5050 – PLCC6 – http://www.impolux.de/extern/datasheet/led/Weiss_Neutral_PLCC6.pdf

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  1. 24 de novembro de 2015 às 19:30
    • 29 de novembro de 2015 às 00:25

      Olá, César, obrigado pelo link, mas o cara parece ter exagerado, pois já existem painéis de 1000W, que utilizariam somente um driver.

  2. Cássio
    2 de dezembro de 2014 às 12:21

    Olá, eu de novo!!! rsrs
    Estava olhando este artigo e vi que você colocou um diodo de proteção contra polaridade reversa, e no outro post (led, como ligar sem queimar) já havia perguntado sobre ligação de fitas de led, para ligar três pedaços de fita de led 5050 de 1 metro cada é necessário colocar esse diodo. Você também comentou sobre a fiação, que era melhor não ficar perto de superfícies metálicas e é justamente o que acontece no balcão que estou trabalhando, toda a fiação passa por dentro de estruturas metálicas e isso poderia aumentar a indutância, como resolver isso?

    • 3 de dezembro de 2014 às 20:29

      Cássio, é como lhe falei, em princípio o teu maior problema não é a indutância, mas a tensão da fonte um pouco alta e os LEDs que tem problemas de dissipação.

      Mas se quiser resolver o problema, monte aquele circuito no final do post, com MOSFET, que tem partida e desligamento lentos. Poderia resolver o problema de surtos de tensão, se bem que uma fonte chaveada profissional também faz isso.

      Como outra sugestão, verifique o datasheet do chip da fonte, que faz o soft-start. Pode tentar aumentar o tempo dele.

  3. 30 de maio de 2013 às 14:36

    Parabéns pelo post…realmente isso vai me ajudar muito em algumas fotos em macro que pretendo fazer…comecei a acessar o seu blog faz pouco tempo e aprendi muita coisa interessante…já está assinado no meu RSS…continue com esse trabalho maravilhoso, abraços

    • 2 de junho de 2013 às 23:32

      Olá, Rafael, obrigado pelo apoio!

  1. 8 de março de 2015 às 00:27
  2. 15 de janeiro de 2014 às 17:44
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