Предисловие
Кольцевой осветитель для фотосъёмок интересен тем, что позволяет получить равномерное освещение объекта без теней. Это напоминает принцип работы бестеневых ламп в медицине, которые обеспечивают равномерное освещение объекта не только спереди, но и сбоку.
Зачем это нужно в фотографии?
В фотографии в большинстве случаев считается "неприличным" наличие резких теней, если речь не идёт об уличной съёмке в солнечную погоду.
Даже при съёмке на документы строго запрещены фотографии с резкими тенями.
Для борьбы с ними в профессиональной фотографии существуют различные методы. Например, используются софтбоксы.
Если же необходимо сделать фото со вспышкой, то перед ней устанавливается рассеиватель или вспышка направляется на матовую отражающую поверхность.
В процессе съёмки для создания равномерного освещения часто используются кольцевые лампы. Они отличаются небольшим весом и компактными размерами, а также могут работать от внешнего аккумулятора с напряжением 5 В, в народе известного как «повербанк».
Технические характеристики и дизайн кольцевой лампы
Использованная для доработки кольцевая лампа на самом деле имеет два назначения: с белым светом собственно для фотосъёмки, и с различными цветовыми эффектами для создания весёлой атмосферы на вечеринке. Последнего аспекта здесь касаться не будем, хотя цветовые режимы - весьма продвинутые, от статических цветов и до различных бегущих и переливающихся огней.
Кольцевые лампы выпускаются с диаметром от 18 до 45 см, в данном случае рассмотрена лампа из "золотой середины" - 33 см.
Теперь - некоторые из характеристик (отличия от официальных будут указаны):
• Тип лампы - светодиодная: 70 LED белых тёплых + 70 LED белых холодных + 50 LED RGB (итого 190 LED; официально указаны 240 LED)
• Питание - от 5 В (от USB адаптера, в комплект не входит)
• Мощность - 40 Вт (безбожное враньё, с этим вопросом разберёмся особо)
• Диаметр - 330 мм
• Толщина - 40 мм
• Вес - 1.2 кг
• Комплектность: лампа, держатель для смартфона на гибкой ножке, штатив
• Режимы освещения: 3 основных режима освещения: тёплый белый, холодный белый и комбинированный; 8 RGB режимов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый и режим переливания цветов); 10 плавно регулируемых режимов яркости
Лампа состоит из собственно кольцевого светильника с держателем для смартфона и проводного пульта управления. Вид спереди:
Держатель для смартфона можно выкрутить, если съёмка будет производиться не смартфоном, а фотоаппаратом; либо смартфон или фотоаппарат будут располагаться не в центре лампы.
Вид лампы сзади в полном комплекте:
Нижняя часть светильника, где было крепление к штативу, отколота. Это результат того, что перед доработкой кольцевой светильник побывал в руках подрастающего поколения. Но осуждать молодёжь не буду - сам был таким, если не хуже. :)
Пульт управления:
При управлении светильником надо иметь в виду, что режимы белого света не могут быть включены одновременно с режимами цветовых эффектов RGB - либо одно, либо другое. Это - полезное свойство для будущей доработки: можно будет добавить мощности белому свету, не затрагивая RGB канал.
Внутреннее устройство пульта:
К сожалению, на единственной микросхеме в контроллере нет никакой маркировки, поэтому выяснить её технические характеристики не получилось.
Для дальнейших работ снимаем с осветителя матовый рассеиватель. В моём случае он снялся сам собой в тот же самый момент, когда отломилась часть осветителя с креплением на штатив. :)
Под рассеивателем лампы находится кольцо из алюминия, которое служит одновременно и основой, на которой закреплены светодиоды, и теплоотводом для них.
На этом алюминиевом кольце расположены светодиоды трёх видов: белые холодные, белые тёплые и большие трёхцветные RGB-светодиоды. На следующем фото - фрагмент кольца:
Каждые 10 белых светодиодов соединены через резистор 12 Ом с управляющим проводником, идущим от контроллера (отдельно для тёплых и холодных светодиодов). Через управляющие проводники подаётся отрицательная полярность питания; плюсы всех светодиодов объединены вместе и подключены к плюсу питания 5 В.
Светодиоды RGB имеют сложную конструкцию с чипом внутри:
Судя по довольно сложным цветовым последовательностям, которые могут формировать светодиоды RGB, в которых каждый светодиод RGB может иметь свой цвет и яркость, светодиоды RGB имеют возможность индивидуальной адресации для управляющего сигнала. То есть, очень непростые!
Теперь посмотрим на нижнюю часть кольца со светодиодами, куда приходит кабель питания и управления, и которой будет касаться доработка:
Здесь синий провод - земля (минус питания), красный - питание +5 В, белый - управление холодными белыми светодиодами, чёрный - управление тёплыми белыми светодиодами, зелёный - управление RGB светодиодами.
К этому надо добавить, что перед дальнейшими работами был выполнен механический ремонт светильника: была изготовлена Т-образная пластина, в которой были сделаны 4 отверстия для крепления к задней стороне светильника и одно отверстие 1/4 дюйма - для закрепления на штативе. Эту пластину будет видно на фотографиях далее.
Тест кольцевой лампы и выбор способа доработки
Сама необходимость доработки всплыла из-за недостаточного качества фотографий (портретных и селфи), сделанных молодёжью, в руках у которой побывал кольцевой светильник до момента поломки включительно. Некоторые фотки получались с заметным уровнем шума, а некоторые - с "размазанной" картинкой из-за слишком длинной выдержки. Всё это - последствия недостаточной яркости света от этой кольцевой лампы.
Измерения потребляемого лампой тока на максимальной яркости показали следующее:
• потребление отдельно тёплых или отдельно холодных белых светодиодов на максимальной яркости - 0.89 А;
• суммарное потребление одновременно включенных тёплых и холодных белых светодиодов - 1.4 А.
То есть, при одновременном включении обоих типов светодиодов потребляемый ток не удвоился, а оказался значительно ниже расчётного. Это произошло из-за падения напряжения от источника питания на соединительных проводах из-за их слишком высокого сопротивления (тонкие!). Потребляемая мощность составила 7 Вт - не слишком-то много для случая, когда мощность освещения напрямую влияет на качество фотографий!
А если считать мощность, которую потребляют непосредственно светодиоды, то, полагая напряжение на них равным 3 В, получаем всего лишь 4.2 Вт! Напомню: в характеристиках, указываемых продавцами на российских маркетплейсах, указана мощность 40 Вт!!!
Для сравнения: в профессиональных софтбоксах обычно в них вкручивают светодиодные лампы общей мощностью до 100 Вт.
Кроме того, испытания показали, что при одновременном включении тёплых и холодных светодиодов цветовой оттенок освещения получается наиболее естественным. Возьмём это за основу для доработки.
И, наконец, светодиоды в такой схеме оказались сильно недогруженными. Поделив ток 1.4 А на 140 светодиодов, получаем ток через каждый светодиод составляет всего лишь 10 мА. В то время, как любой светодиод для ламп и светильников допускает ток в 20 мА и выше, вплоть до 50-100 мА! В фонарях ток через светодиоды может достигать и нескольких Ампер, но там устанавливаются светодиоды другого класса и другой конструкции, так что на них ориентироваться не будем.
Отсюда возникла такая идея по модернизации светильника: отсоединить все белые светодиоды от контроллера, запараллелить их, и отдельным кабелем с толстыми проводами подать на них питание. В качестве ориентира по току возьмём значение 20 мА через каждый светодиод (и хотя этот план будет недовыполнен, положительный эффект будет достигнут).
Доработка кольцевой лампы
Итак, что нужно сделать? Отключить от белых светодиодов штатные проводники питания, идущие от контроллера; припаять вместо них толстые проводники от более мощного кабеля, а на другой конец этого кабеля напаять USB-разъём.
Попутно надо будет новый кабель как-то закрепить в светильнике, чтобы он не оторвался и одновременно не порвал металлизацию на кольце со светодиодами.
Для выполнения всех действий не потребуется ничего, кроме аккуратности.
Так выглядит новый кабель, припаянный к кольцу со светодиодами:
На фото этого не видно, но под правым проводником нового кабеля находится перемычка, соединяющая тёплые и холодные белые светодиоды (т.е. контакты, куда раньше приходили белый и чёрный проводники старого кабеля).
Чтобы новый кабель не болтался из стороны в сторону, в выступе на внутренней стороне корпуса лампы, предотвращающем "болтанку" старого кабеля, была сделана надфилем дополнительная прорезь для нового кабеля:
Здесь же хорошо видна металлическая пластина, с помощью которой была восстановлена возможность крепления светильника на штативе.
И, в заключение этой работы, на другой конец нового кабеля надо напаять USB-разъём, в качестве которого использовалась часть старого неиспользуемого кабеля микро-USB:
Теперь переходим к испытаниям получившейся конструкции.
Тест доработанной кольцевой лампы и примеры снимков
Первым делом было измерено потребление кольцевой лампы по току после доработки. По идее, согласно которой проводилась доработка, потребление должно было значительно вырасти благодаря применению более толстого кабеля питания.
И оно, действительно, выросло; но далеко не настолько, как ожидалось: с 1.4 А всего лишь до 1.52 А; т.е. менее, чем на 10%!
Видимо, надо было применить ещё более толстый кабель, или сделать его короче.
И, так что, вся работа - коту под хвост?! В данном случае - нет, благодаря наличию у автора лабораторного блока питания с диапазоном выходных напряжений от 0 до 32 В. В принципе, можно применить и более простое устройство - регулируемый блок питания, но его выходной ток должен быть не менее 3 А; и это должны быть "настоящие" Амперы, а не китайские. :)
Теперь, когда в конструкции светильника белые светодиоды оказались отвязанными от всех чипов, можно повышать ток и напряжение питания в достаточно широких пределах; по крайней мере, до достижения тока в 20 мА через каждый светодиод (2.8 А суммарно).
Для подключения к лабораторному блоку питания пришлось сделать ещё один переходник - с USB на просто толстые оголённые концы проводов для соединения с "крокодилами" кабеля лабораторного блока питания:
И, наконец, вся система запущена в эксплуатацию. Вот как выглядит сверху освещение снимаемого объекта доработанной кольцевой лампой, закреплённой на штативе:
В данном случае выбран объект типа "Натюрморт". Съёмка производилась смартфоном Oppo Reno 5 (16 МП, матрица 1/1.73"). Питание осуществлялось от адаптера 5 В (т.е. без повышения напряжения).
А вот и сам снимок данного объекта:
Надо отметить, что полностью тени не исчезли, но стали очень мягкими и не бросающимися в глаза.
Судя по приведённым под фото данным EXIF, съёмка проходила в довольно комфортных для камеры условиях освещения.
Следующий снимок - видеокарта:
Здесь смартфон решил повысить ISO, видимо, из-за тёмного объекта в кадре.
Далее было проведено измерение, насколько повысится яркость света, если снять рассеиватель.
Измерение проводилось с помощью датчика, сделанного своими руками из солнечной панели разбитого калькулятора (инструкция по изготовлению). Датчик не отличается высокой точностью, но он показал, что яркость света повышается почти точно в 1.5 раза.
Этот результат, безусловно, позитивен; и съемку объектов со снятым с лампы рассеивателем производить можно и нужно. Но делать это можно только тогда, когда при такой такой съёмке на объекте не будет странных точечных бликов от лампы, как на следующем снимке:
Но вернёмся к тестовым съёмкам.
Фото статуэтки хозяина дома (кота, разумеется), сделанной в режиме максимального тока (2.8 А, напряжение питания лампы 7.2 В, фото снято без рассеивателя на лампе):
При съёмке с таким высоким током питания оказалось, что часть кабеля питания вблизи разъёма USB уже заметно разогревается (здесь критичные элементы, которые могут нагреваться - это контактное сопротивление в разъёме USB и начальный участок переходника до припайки толстых проводников, где остались старые тонкие провода в оболочке). Кольцо со светодиодами тоже заметно нагрелось. Пожалуй, до такого значения ток можно повышать не более, чем на одну минуту. Для длительного включения не следует превышать ток 2.5 А.
А вот фото самого хозяина дома, с которого и была сделана статуэтка (снято с рассеивателем на лампе):
Можно считать этот снимок примером портретной съёмки. Всё получилось отлично, но из-за большого расстояния от лампы от объекта съёмки выдержка получилась уже на грани фола - 1/50 с. Спасла от "смазывания" картинки оптическая стабилизация в смартфоне.
Последнее фото - литий-ионный аккумулятор для замены батарейки AAA 1.5 В (обзор):
В заключение этой главы - тепловой снимок участка кольца со светодиодами в установившемся режиме с питанием током 2.5 А:
Самой разогретой частью лампы оказались токоограничивающие резисторы номиналом 12 Ом, их температура составила почти 74 градуса. Такая температура им никак не угрожает, сжечь их вообще трудно; но при дальнейшем повышении тока они могут просто отпаяться и отвалиться. Не забываем, что рассеиваемая мощность на резисторах пропорциональна квадрату тока!
Температура светодиодов не превысила 60 градусов.
Переходим к итогам.
Окончательный диагноз с техническими выводами и рекомендациями
Итак, сделанная доработка позволяет реально чуть-чуть повысить яркость света кольцевой лампы при питании от стандартного источника питания 5 В; и значительно повысить при питании от лабораторного или регулируемого источника питания с достаточной величиной выходного тока (до 3 А).
Результат съёмки получается на хорошем продвинутом любительском уровне (о профессиональном уровне речи нет).
Область применения таких ламп - предметная съёмка для относительно небольших объектов; а также портретная съёмка, включая съёмку на документы (в этом случае потребуется белый фон).
Следующий интересный вопрос: хотя доработка и не сложна, можно ли для повышения яркости обойтись совсем без неё?!
Можно, хотя и в небольших пределах; если у Вас есть лабораторный или регулируемый блок питания.
При таком использовании надо иметь в виду, что, поскольку неизвестно предельно-допустимое напряжение питания чипов, используемых в контроллере и в RGB-светодиодах, то повышать напряжение питания можно только на очень небольшую величину. Личный опыт показывает, что микросхемы переносят безболезненно повышение напряжения питания на 15% относительно номинала, а превышение сверх этой величины может быть опасным. То есть, в данном случае можно повысить питание до 5.75 В.
Измерение показало, что ток белых светодиодов в этом случае повышается с 1.4 А до 1.84 А - тоже очень хороший результат, превосходящий результат с доработкой, но без повышения напряжения источника питания. Но в таком случае лучше использовать кольцевую лампу только в режимах белого света, не используя режим RGB, так как реакция встроенных в RGB-светодиоды чипов на повышение напряжения во включенном состоянии может отличаться от реакции в состоянии покоя. Я такой эксперимент не проводил, и Вам не советую. :)
С методической точки зрения надо добавить, что при удалении объекта более, чем на диаметр кольцевой лампы (в рассмотренном случае - 33 см), яркость начинает быстро падать с увеличением расстояния. То есть, например, портретную съёмку лучше вести с расстояния не более 1 м, а групповая съёмка вообще становится проблемной (пользуемся доброй старой вспышкой!).
Кольцевая лампа, использованная для доработки, была куплена на Яндекс.Маркет. Цена по состоянию на дату обзора - около 1650 рублей. Цена может меняться, проверяйте! Реклама. ООО «Яндекс Маркет», ИНН 9704254424
При этом следует иметь в виду, что лампа была куплена чуть более года назад, и производитель мог за это время внести какие-либо схемно-технические изменения (но вряд ли радикальные).
Дополнительно:
Весь раздел "Свет и освещение" сайта Smartpuls.ru
