Ringlicht mit 8 weißen LEDs (alte Version)

 

Info: Da wegen der vielen Bilder die Ladezeiten zu lang wurden habe ich die Beschreibung für die neue Version des Ringlichtes auf eine zweite Seite ausgelagert: Neue Version mit 24 LEDs.

Abb. 1+2: So sieht es (im Spiegel) aus wenn das Ringlicht an der Kamera montiert ist. Die grünlichen Reflexionen im rechten Bild stammen von den grünlich vergüteten Linsen des Objektivs.

Ringblitze für "analoge" Spiegelreflexkameras gibt es schon lange, es handelt sich dabei um eine Blitzröhre die kreisförmig aufgebaut ist und vorne um das Objektiv herum befestigt wird. Dadurch wird erreicht, dass Objekte auch bei sehr geringem Aufnahmeabstand gleichmäßig und fast reflex- und schattenfrei beleuchtet werden können. Da Ringblitze keine "Allroundgeräte" sind und auch nicht in Massen verkauft werden sind diese nicht gerade billig.

Seit kurzem sind weiße LEDs zu vertretbaren Preisen auf dem Markt die auch eine sehr gute Lichtausbeute aufweisen, es bietet sich also an solche anstatt einer Ringblitzröhre einzusetzen, dies hat natürlich Vor- als auch Nachteile:

+ LEDs liefern konstantes Dauerlicht, so dass eine umständliche Blitzbelichtungsmessung entfällt, die Belichtung wird von der Kamera automatisch ohne weiteres richtig gemessen, aber auch eine manuelle Einstellung ist unproblematisch.

+ LEDs sind einfach durch Änderung der Spannung dimmbar, so kann die Lichtmenge leicht den Erfordernissen angepasst werden

+ LEDs haben einen sehr hohen Wirkungsgrad und sind viel langlebiger als jede Glühbirne oder Blitzröhre.

- Die Lichtausbeute selbst einer großen Anzahl an LEDs kommt bei weitem nicht an die einer Blitzröhre heran.

- Die Farbtemperatur der LEDs ist sehr hoch, ca. 8000-9000K, also ein sehr kaltes, bläuliches Licht. Der automatische Weißabgleich der Digitalkamera sollte damit aber klarkommen, sofern man keine anderen Lichtquellen dazunimmt.

 

Auf die Idee so ein Ringlicht selbstzubauen bin ich gekommen als ich diesen Artikel las: http://www.digitalkamera.de/Info/News/09/51-de.htm
Denn die dort angebotenen Ringlichter sind nicht billiger als herkömmliche Ringblitze
Der Aufbau eines LED-Ringlichts ist (im Gegensatz zu einem Ringblitz) eigentlich ganz simpel, denn es wird keine besondere Ansteuerelektronik benötigt, so dass ein Eigenbau recht leicht zu realisieren ist wie nachfolgend beschrieben:

Abb. 3: Eine Augenweide ist es nicht gerade, aber es funktioniert :-)

Wie man das Ringlicht letztendlich aufbaut hängt im wesentlichen von der verwendeten Kamera ab, denn sowohl der Objektivdurchmesser als auch die (gewünschte) Naheinstellgrenze unterscheiden sicht häufig sehr stark und entscheiden darüber wie man das ganze sinnvoll realisiert.

Da ich an meiner Kamera ständig den CLA-1 Adapter installiert habe bot es sich an einen Stepring von 46mm auf z.B. 72mm zu verwenden um den direkt mit 5mm-Bohrungen für die LEDs versehen zu können, aber solche Kaliber sind nicht gerade billig: z.B. von Heliopan gibt es 46/67, 46/72 und 46/77mm für ca. EUR 20-25.

Daher bin ich auf eine wesentlich billigere Klemmvorrichtung ausgewichen:
Ein Kunststoffrohr, dessen Durchmesser minimal kleiner ist als der des Objektivs wird längs durchgesägt, so dass man es stramm über Objektiv schieben kann wenn man es etwas aufbiegt.
Direkt auf die Außenseite dieses Rohres habe ich die LEDs und die Strombegrenzungswiderstände geklebt. Da die LEDs vorn überstehen und ein wenig nach innen hineinragen hat man gleich einen Anschlag der dafür sorgt dass das Ringlicht gerade auf dem Objektiv sitzt.

Abb. 4: Detailansicht: Unten links ist der Schnitt im Kunststoffrohr zu sehen, so dass dieses etwas aufgebogen und übers Objektiv geschoben werden kann.
Die LEDs sind rechtwinklig angeklebt, die Beinchen sind entsprechend zurechtgebogen, so dass die Widerstände und Drähte direkt angeschlossen werden können ohne dabei einen Kurzschluss zu riskieren.

Mit einem 3 poligen Kabel (3x0,14mm^2 reicht für 8 LEDs aus) wird das ganze ans Batteriepack angeschlossen.
Um 2 Helligkeitsstufen zu bekommen, werden an jede LED zwei unterschiedliche Widerstände gelötet. Im Normalbetrieb fließt der Strom durch die hochohmigeren Widerstände (Stufe I), durch einen Microtaster werden bei Bedarf die niederohmigeren Widerstände parallelgeschaltet, so dass ein wesentlich höherer Strom fließt (Stufe II).

Bei meinem Aufbau verwende ich 4 NiMH-Akkus in Reihe, also nominal 4,8V. Ein voller Akkupack hat dabei etwa 5,2V, ein leerer ca. 4,0V.

Bei Verwendung weißer LEDs ergaben sich folgende Ströme je LED:

Diese Angaben sind lediglich grobe Richtwerte, sie schwanken aufgrund unterschiedlicher Einsatzspannungen von LED zu LED erheblich.

Für meinen Ringlicht habe ich folgende Widerstandswerte verwendet:

150 Ohm für das Dauerlicht (Stufe I) und für Stufe II 82 Ohm parallel zu den 150 Ohm (ergibt 53 Ohm), die Lichtausbeute ist auf Stufe II gegenüber dem Dauerlicht etwa verdoppelt.

Die Stromaufnahme der Gesamtanordnung beträgt bei halbvollem Akkupack ca. 70 mA (Stufe I) bzw. 180 mA (Stufe II), will man die LEDs noch weiter ausreizen wäre es möglich noch kleinere Widerstandswerte zu verwenden, dann sollte man die LEDs aber vorher vermessen, damit nicht einzelne überlastet werden. Genauso gut könnte man aber auch 5 statt 4 Akkus verwenden um die Stromaufnahme zu erhöhen.

Ergänzung: Um die Lichtausbeute noch etwas zu steigern habe ich jeweils parallel zum 150 Ohm noch einen 330Ohm eingelötet, das ergibt also ca. 100 Ohm für Stufe I und 45 Ohm für Stufe II. Die Stromaufnahme hat sich dadurch auf 115 mA bzw. 220 mA erhöht.

Normalerweise sind LEDs für einen Betriebsstrom von 20mA ausgelegt, eine Überlastung auf 30mA ist i.d.R. für wenige Sekunden unproblematisch, jedoch ist die Helligkeitszunahme dabei nicht mehr sehr groß.

Abb. 5: Ansicht von vorn. Die 8 weißen LEDs wurden mit Reflektoren versehen, damit weniger Streulicht ins Objektiv fällt.
Da der Abstrahlwinkel je nach LED eh recht fest begrenzt ist haben die Reflektoren fast keine bündelnde Wirkung.

Mit folgenden Gleichungen kann man alles ausrechnen was man braucht:

• Ohmsches Gesetz: R = U / I bzw. I = U / R bzw. U = I * R
  mit: R = Widerstand in Ohm, U = Spannung in Volt, I = Strom in Ampere

• Gleichung zur Parallelschaltung: Rges = (R1 * R2) / (R1 + R2)

• Ermittelung des benötigten Vorwiderstandes: Rv = (Ub - Uled)/I
  mit:
  Rv = Vorwiderstand in Ohm, Ub = Batteriespannung in Volt, Uled = Spannungsabfall an der LED in Volt, I = Strom in Ampere

Beispiel:
An einer weißen LED fällt bei 20mA eine Spannung von rund 3,5V ab, es ergibt sich also folgende Rechnung:

Rv = (4,8V - 3,5V) / 0,02A = 65 Ohm, Der nächste Wert der Normreihe ist 68 Ohm.

Des weiteren ist zu beachten, dass LEDs gepolte Bausteine sind, das längere Beinchen (Anode) kommt an +, das kürzere an - (siehe Abb. 6). An welches der beiden man den Vorwiderstand anschließt ist egal (aber bei allen gleich!), Hauptsache man vergisst ihn nicht!
Außerdem sind weiße (und blaue) LEDs empfindlich gegenüber statischer Aufladung, man sollte sich also an einem Wasserrohr o.ä. erden bevor man die LEDs anfasst.

Abb. 6: So werden die Teile verschaltet

Es hat sich gezeigt, dass 8 LEDs fast noch etwas wenig sind, v.a. wenn die Anordnung nicht nur im Telebereich eingesetzt werden soll, denn durch die kreisförmige Anordnung werden die Bildecken schlechter ausgeleuchtet, ggf. sollte man vier zusätzliche LEDs vorsehen, die in den Ecken positioniert werden und etwas nach außen gerichtet sind.
Die verwendeten LEDs haben einen Abstrahlwinkel von ca. 20°, weitwinkligere Typen würden natürlich ein größeres Feld beleuchten, aber entsprechend weniger hell, man würde also wesentlich mehr LEDs benötigen um die gleiche Helligkeit zu erzielen.

Abb. 7a,b: Aufnahme links 35mm Weitwinkel, rechts 105mm Tele, ca. 1m von einer weißen Wand entfernt.
Daran ist zu erkennen, dass die Anordnung der LEDs selbst für die Tele-Einstellung noch nicht ideal ist bzw. zu wenig LEDs verwendet wurden um wirklich eine gleichmäßige Verteilung bis in die Bildecken zu erhalten.

Abb. 7 & 8: Links nur schwaches Glühlampenlicht im Raum, rechts zusätzlich mit Ringlicht. Da es sich um einen Bildausschnitt handelt ist die Abdunklung in den Ecken im Bild rechts nicht so stark zu erkennen. Belichtungsdaten: f/2.8, ISO100, links 1/4s, rechts 1/25s

Abb. 9 & 10: Wie zuvor. Mit dem Ringlicht wirken die Farben fast schon übersättigt, es entspricht hier aber dem Seheindruck des Auges recht gut, denn die Schraubzwinge ist wirklich leuchtend rot. Belichtungsdaten: f/2.8, ISO100, links 1/3s, rechts 1/25s

Abb. 11 & 12: Im Keller - Das Ringlicht bringt zwar nicht sehr viel Licht, aber wenn man die Kamera aufs Stativ stellt, dann kann man das durch eine entsprechend lange Belichtungszeit ausgleichen. Belichtungsdaten: links ISO 400, 1/2s, f/2,8; rechts ISO 100, 1/4s, f/2,8.

Abb. 13 & 14: Diese um zwei Blenden unterbelichteten Aufnahmen zeigen dass die LEDs trotz gleicher Bauart und Beschaltung unterschiedliche Helligkeiten und Farbtemperaturen aufweisen. Eine Selektion der LEDs wäre sicherlich zu empfehlen, wenn dem nicht der relativ hohe Preis entgegen stünde :-(

• Bezugsquellen:
  Superhelle weiße LEDs mit 5mm Durchmesser und 3000 oder 9000mcd sind bei Reichelt Elektronik unter der Bestellnr. "LED 5-3000 WS" bzw. "LED 5-9000 WS" für ca. 1,20 bzw. 2,30 Euro zu bekommen.
  Die mit 3mm Durchmesser ("LED 3-3000 WS") haben nur 2000mcd und sind vermutlich nicht so gut geeignet.
  Reflektoren zum Aufstecken gibt es unter der Bestellnr. "REFLEKTOR 5MM" bzw. "REFLEKTOR 3MM" für ca.25 cent.
  
  Eine weitere Bezugsquelle ist der Onlineshop von http://www.flugmodellbau.de, superhelle weiße LEDs mit bis zu 9200mcd (!) kosten dort ca. 2,50 Euro (Art.Nr.: lduhws9). Bei Abnahme von mind. 25 Stück gibt es auf Anfrage einen Rabatt!
  
  Bei Conrad gibt es weiße 5mm LEDs mit bis zu 5600mcd (Best.Nr.153745), allerdings sind diese mit rund 5 Euro sehr teurer.
  

..und weiter gehts mit der neuen Version des Ringlichts mit 24 LEDs...

Verbesserungsvorschläge sind erwünscht! :-)

(c) , 06.09.2003, URL: http://www.emling.de
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