DIY
DIY日记：我在家造了个“人造太阳”
用LED和透镜网格，我打造了一盏仿阳光灯。虽不及太阳亮，但效果惊艳，设计还超省空间。
几年前，我(原文作者)刷到DIY Perks的一个视频，他们用500W LED和一个1.2米大的抛物面反射器在家做出了人造阳光。从那时起，我就被这个想法迷住了，暗下决心也要试试看。过去一年，我终于抽出时间动手，但我想搞点不一样的设计。抛物面反射器太占地方了，能不能弄个更小巧的版本呢？这就是我第一次尝试的故事，姑且叫它“1.0版”。希望以后还能升级到2.0版，下面是我的折腾过程，欢迎围观！
我的灵感是弄一堆透镜排成网格，再搭配同样网格布局的多个LED，每个透镜对应一个光源。脑子里一琢磨，这设计有两大好处：首先，不臃肿。设备大小取决于透镜焦距，小透镜焦距也能短，还能保持不错的光圈值。其次，散热简单。用一堆低功率LED，散热压力小得多，只要数量多、分布均匀就行。
这次动手，我还想顺便学点制造和3D设计。我背景是搞软件的，完全没这方面经验，所以整个过程特别“程序员思维”。一路摸索下来，我用上了build123d做CAD建模，FreeCAD检查组装，KiCad设计电路板，还写了Python代码模拟光路和优化光学系统。这代码后来还成了一个开源项目！零件制造我找了JLCPCB，PCB打印、铝件和塑料件加工都交给他们。
简单说，我成功了！现在这盏灯就摆在我桌上，晚上点亮特别带感。白天看就没那么惊艳了，拍照也不好弄，我设备太业余。视频里能看到透镜网格形状的光晕，挺酷的。
这玩意儿具体咋样呢？透镜边长30毫米，有效焦距55毫米，6x6网格总共36个LED，整灯尺寸180x180毫米。零件包括定制的双凸和平凸透镜阵列，用PMMA亚克力做的，LUXEON 2835 LED显色指数95+，色温4000K。电路板和安装件也是定制的，铝件用60601铝材，3D打印部分是哑黑树脂，还加了喷墨胶片做瑞利散射。
想造人造阳光，得有四要素：平行光、高显色性、瑞利散射和超强亮度。太阳光因为距离远，到我们这儿基本是平行的，LED光却四处散，得靠光学系统收拢。显色指数得95+才像样，我选的LED刚好达标。瑞利散射模仿天空蓝色，最后亮度得够猛。
亮度是最硬的指标。太阳光有10万勒克斯，LED要达到不容易。我第一版瞄准1万勒克斯，功耗低点也好入手，毕竟亮度感知是对数的，十分之一亮度感觉也差不多。结果估计实际也就1000到1万勒克斯之间。
网格设计主要看LED光输出和透镜面积。研究了下，高显色LED一般30到130流明。假设光学效率50%，算下来30毫米边长的透镜还行，能有点效果又不难做。
透镜设计是关键，目标是光线尽量平行。理论上点光源加完美透镜很简单，但LED不是点光源，透镜有像差，安装也不可能完美。我写了Python代码优化，最后定了双透镜系统：一个双凸抛物透镜，一个平凸抛物透镜，焦距55毫米。双透镜能降低表面曲率，省制造成本。模拟时用build123d堆叠透镜网格，参数一改全自动调整，超级方便。
透镜在JLC用PMMA做了，带蒸汽抛光，总共55欧元，便宜得意外。LED本来想用YUJILEDS 3030 G04，但得整卷买太贵，最后选了LUXEON 2835，亮度低点但显色好。电路板用KiCad设计，每块6个LED，12V供电，JLCPCB打印组装，省了我焊接的麻烦。
机械部分有底板、侧壁和光罩。底板装电路板，侧壁固定透镜，光罩让光只打到对应透镜上。铝件CNC加工，塑料件3D打印。我不是机械工程师，全靠试错，能用就行。唯一失误是透镜槽太窄，手工用钻头扩了三小时才搞定。
瑞利散射靠喷墨胶片解决，DIY Perks论坛的妙招，便宜又实用。组装等了几周零件，FreeCAD模型检查后拼起来，挺顺利。总花了1000欧元，但实际零件成本大概300欧元，CNC件占大头。
现在这灯往桌上一放，柔白光挺舒服。我一个软件狗能搞出这东西，挺骄傲的。学了电路、制造和光学，还顺手开了个开源项目。像不像阳光？有点像，光线感觉很远，效果到位，但亮度不够，网格纹也看得出来。2.0版得加功率、扩面积、精调光学。
这设计优点是可扩展、紧凑、散热好。软件驱动也爽，改个参数全自动更新，下次还这么干。
本文译自 Victor Poughon，由 BALI 编辑发布。
