가정에서 시도한 Artificial Sunlight 제작

인공 햇빛 만들기 프로젝트

• 프로젝트 배경

  • DIY Perks의 비디오에서 500W LED와 대형 포물면 반사경을 사용해 인공 햇빛을 만드는 것을 보고 영감을 받음.
  • 공간을 덜 차지하는 디자인을 고민하며, 여러 개의 LED와 렌즈 배열을 사용해 새로운 디자인을 시도함.

• 디자인 아이디어

  • 렌즈 배열을 그리드 형태로 배치하고, 각 렌즈마다 LED를 배치해 공간 절약과 열 관리 용이성을 추구함.
  • CAD 모델링과 PCB 설계, 광학 시스템 최적화를 위한 Python 코드 작성 등 다양한 기술을 학습함.

• 기술 사양

  • 렌즈: 30mm 정사각형, 초점 거리 55mm, 6x6 배열로 총 36개의 LED 사용.
  • LED: LUXEON 2835 3V, CRI 95+, 색온도 4000K.
  • PCB: KiCad로 설계, JLCPCB에서 제조.
  • 광학 시스템: 빛의 평행성을 위해 2개의 렌즈 시스템 사용.

• 제작 과정

  • 렌즈와 기계 부품은 CNC 가공으로 제작.
  • PCB는 JLCPCB에서 조립.
  • 광학 시뮬레이션을 통해 최적의 렌즈 형태를 찾고, 최종 디자인을 결정함.

• 결과 및 평가

  • 프로젝트는 성공적으로 완료되었으며, 인공 햇빛 효과를 어느 정도 구현함.
  • 빛의 강도가 약간 부족하고, 렌즈 배열의 그리드 패턴이 눈에 띄는 단점이 있음.
  • 향후 개선점으로는 더 강한 빛 출력, 더 넓은 표면적, 더 정밀한 광학 설계가 필요함.

• 결론

  • 프로젝트를 통해 PCB 설계, 전자공학, CNC 제조 및 광학에 대한 많은 지식을 습득함.
  • 코드 기반 접근 방식의 장점을 경험하며, 제조 과정에서의 효율성을 높임.
  • 향후 버전 2를 개발할 가능성을 열어두며, 현재의 결과물에 만족함.

[GN⁺]

Hacker News 의견

• 매우 멋있음. 나는 Innerscene의 CEO이며, 우리는 상업용 인공 하늘 조명을 만듦. Coelux ht25 모델은 우리가 만든 것과 거의 동일하지만, 더 작은 렌즈와 더 많은 LED를 사용함. 그러나 그들이 달성한 효과는 여전히 그다지 뛰어나지 않음. 우리는 완벽한 평행광과 렌즈 가장자리를 숨기고 하늘로의 시야가 매끄럽고 인공물이 없도록 하는 데 많은 시간을 투자했음. 문제의 마지막 10%가 작업의 90%를 차지한다고 생각함. 우리는 성공적으로 문제를 해결했지만 현재 많은 비싼 부품을 사용하고 있어 비용을 낮추는 작업을 진행 중임. Innerscene 특허를 검색하면 우리의 접근 방식이 많이 설명되어 있음. 또한 시뮬레이션과 소프트웨어에 많은 시간을 투자했음

• 이 설정(및 대부분의 고효율 LED 조명)의 문제는 적색 파장의 부족임. 실제 햇빛은 가시 스펙트럼의 매우 적색 끝(700 nm)과 적외선에 상당한 양의 에너지를 가지고 있음. 이 램프는 두 가지 스펙트럼 피크를 가짐: 약 450 nm의 청색 범위에서 좁은 피크, 580 nm 중심의 녹색에서 더 넓은 피크. 그 녹색 피크는 급격히 떨어지며 적색 끝에는 거의 에너지가 없음

• 우리의 눈에 있는 색상 민감한 원추세포는 세 가지 민감도 피크를 가짐. 청색 범위의 S 원추세포, 녹색의 M 원추세포, 노란색의 L 원추세포. L 원추세포는 뇌가 빨간색을 보는 데 사용되지만, 실제로는 700 nm와 같은 깊은 빨간색에 대해 매우 민감하지 않음. 그래서 LED 램프가 빨간색을 생성한다고 생각하지만, 실제로는 많은 빨간색 에너지를 방출하지 않음

• 우리의 몸은 깊은 빨간색 빛에 민감함. 미토콘드리아의 시토크롬이 그것에 반응함. 피부에 빨간색 빛을 비추면 당 대사가 개선되는 실험이 있음. 이는 우리가 빨간색이 풍부한 햇빛 아래에서 진화했기 때문에 이해가 됨

• 그래서 이 램프는 햇빛처럼 보일 수 있지만, 중요한 파장이 누락됨

• "인공 햇빛"을 보고 "이 사람이 만든 조명의 스펙트럼을 보고 싶다"고 생각했음. 단지 "CRI 95+"만 보고 실망했음. CRI의 단점을 설명하는 훌륭한 비디오가 있음. 조명의 밝기와 색온도는 조명의 작은 부분일 뿐임. 더 많은 사람들이 자신에게 가장 잘 맞는 조명을 찾기 위해 스펙트럼 측정을 시작해야 함. 친구들은 좋아하는/싫어하는 스펙트럼 분포에 대해 매우 다양한 의견을 가지고 있지만, 그들의 선호도를 식별하거나 전달할 언어와 경험이 부족함

• 나는 주로 LED 전구를 사용하여 열 발생을 줄임. 하지만 항상 약간의 백열등/할로겐(2400-3000K)을 섞어 사용하여 세상의 모든 멋진 색상을 봄

• 정말 멋있음. 나는 실내에서 낮 수준의 빛을 제공하는 램프를 작업 중임. 밝은 면에서는 50,000 루멘임

• 장치를 확장할 때 주요 열 문제는 램프가 아닌 전원 공급 장치의 냉각임. 장치를 확장할 때 ATX 전원 공급 장치를 고려할 것임. 이는 상대적으로 크고 일반적으로 내부에 활성 냉각기가 포함되어 있으며, 12V에서 수백 와트를 쉽게 공급할 수 있음. 보통 PS_ON 와이어를 접지와 연결하여 전원을 켜면 됨

• DIY Perks도 집에서 인공 햇빛을 만들려고 시도했으며, 레일리 산란과 같은 것에 집중했음. 이 비디오는 훌륭했음. OP는 DIY Perks를 구체적으로 언급했으며, OP의 디자인은 훨씬 더 컴팩트함. 총 크기는 19cm x 19cm x 9cm로, 5cm 초점 거리와 18cm x 18cm의 효과적인 조명 영역에 대해 상당히 컴팩트함. DIYPerks 비디오나 CoeLux와 같은 상업 제품은 이 형태를 달성하지 못함

• 멋지지만, AliExpress에서 매우 저렴하게 밝기 향상 필름을 구할 수 있음. 밝기 향상 필름은 투명한 광학 필름임. 하부층은 백 코팅으로 약간의 흐림을 제공해야 하며, 중간층은 투명한 PET 기판층, 상부층은 미세 프리즘 구조임. 미세 프리즘 층이 표면층의 미세 프리즘 구조를 통과할 때, 빛의 강도 분포는 굴절, 전반사, 빛의 축적 등을 통해 제어됨

• 왜 트레이스를 선택했는지 궁금함. 보드당 7개의 신호가 있으며, 모두 저임피던스를 목표로 함. 보드 뒷면에 구리를 노출시켜 임시 방열판으로 사용할 수 있음. 회로에서 루프의 영향을 걱정할 필요는 없지만, 뒷면의 이상한 작은 삼각형 루프가 눈에 띔

• 작년에 비슷한 일을 했지만, 스펙트럼에 더 집중했고, 스펙트럼 출력이 훨씬 나은 고출력 영화 조명을 사용했음. 대부분의 조명과 함께 제공되는 하이퍼리플렉터를 추가하여 대부분의 평행광 효과를 얻을 수 있음. 그런 다음 스펙트럼의 IR 부분을 채우기 위해 백열 열 램프를 추가하고 UVA 부분을 위한 전용 UV LED 조명을 추가했음. UVB 전용 램프를 넣을 용기는 없었음

• 나도 집에서 인공 햇빛을 만드는 데 빠져들었음. 결국 내가 선택한 해결책은 예산이 낮은 300W 상당의 LED 콘 스타일 전구(4000lm)와 250W 백열 열 램프였음. 빛의 평행광보다는 열에 집중하기로 결정했음. 총 비용은 약 $75였음