Fundamentele formării distribuției unghiulare a forței de lumină în construcția PSN

În cel de-al doilea articol al seriei de publicații privind proiectarea dispozitivelor luminoase semiconductoare (PSP), vom vorbi despre formarea distribuirii unghiulare a forței de lumină. Lumina care vine direct de la LED-uri nu este întotdeauna „se potrivesc“, pentru a folosi - de foarte multe ori este necesar să redirecționeze: în unele cazuri, să se concentreze, pentru a produce un prim-plan, în altele - pentru a distribui pentru a reduce luminozitatea și pentru a face corp de iluminat general. Articolul descrie metodele care permit obținerea de către corpul de iluminat a unei distribuții spațiale a intensității luminii, care ar corespunde sarcinilor prezentate.

Datele inițiale

În majoritatea cazurilor, corpul de iluminat nu este dezvoltat pentru un obiect special, ci pentru o aplicație tipică. Există mai multe tipuri de diagrame standard de distribuție intensitate unghiulară, sau curbele de intensitate (CMP), o descriere detaliată poate fi găsită de exemplu în ISO 17677-82 și rezumate în tabelul. 1 și în fig. 1. Unii designeri proiectează un dispozitiv de fixare, alegând o diagramă în funcție de parametrii obiectului de iluminare, astfel încât se dovedește că în cele mai multe alte cazuri produsul nu este destul de potrivit.

Spatii industriale este recomandat luminări direct lumina CIL K, C, D. Mai mult, cu atât mai mare înălțimea suspensiei, sunt mai restrânse zonele din zona de intensitate maximă. Pentru iluminat general de birou este, în principal accesorii adecvate de lumină directă și indirectă cu KCC, de tip G și D pentru a evidenția zonele speciale alocate, arhitectura internă și componente de interior dispozitive de lumină corespunzătoare cu tip K CMP pentru formarea reflectată sau estompate de lumină (de exemplu, hala a unei clădiri) este necesar să se utilizeze lămpi cu lumină reflectată în principal (KSS tip C). De obicei, în cazurile descrise utilizând dispozitive de iluminat, distribuția spațială a intensității, care este un corp de revoluție.

sortiment

LED-uri cu putere redusă (<1 Вт) имеют некоторое разнообразие диаграмм углового распределения силы света (КСС типа К, Г, Д), но во многих случаях они неудобны для проектирования световых приборов, особенно мощных. Одна из причин — слабый световой поток от одного диода, из-за чего в светильник приходится устанавливать сотни (а то и тысячи) маломощных светодиодов. Также можно упомянуть низкую эффективность параметров формируемой диаграммы — это касается светодиодов, имеющих КСС типов К и Г (подробнее будет описано дальше).

Cele mai moderne LED-uri de mare putere (≥1 W) au o diagramă de tip D. Pentru a extinde nomenclatura pe tipuri (KCC), se folosesc elementele așa-numitelor optici secundare: refractive și reflective. Dar unii producători pot găsi LED-uri puternice cu diagrame mai înguste decât D, de exemplu, seria LED W49180 Z-Power din Seoul Semiconductor are o jumătate de lățime de aproximativ 90 °.

Tabelul 1. Tipuri de curbe de intensitate a luminii și recomandări pentru formarea acestora

Tipul curbei de intensitate a luminii

Metode recomandate pentru formarea KSS
atunci când folosiți LED-uri puternice albe

Optica secundară specială

LED-uri fără optică secundară, reflectori speciali

Elementele optice de refracție secundare sunt lentilele de colimare care redistribuie fluxul de lumină de pe LED. Designul unor astfel de elemente implică utilizarea diafragmei maxime de ieșire a LED-ului, obținând în același timp un indice de eficiență înaltă a redistribuirii debitului inițial. Prin eficiență, înțelegem raportul dintre fluxul total care iese din lentila colimatorului și fluxul LED-ului la care este montat obiectivul. Acesta este un fel de lentilă de eficiență. Pierderile pe aceste elemente (cel puțin 8%) se datorează, în principal, pierderilor la fiecare interfață dintre cele două medii și sunt determinate de legea reflexiei și refracției Fresnel. Eficiența reală a elementelor de refracție colimatoare, netede (fără microrelief), ale căror suprafețe nu au o formă complexă, este de 80-90%. Eficiența ridicată (aproximativ 90%) a lentilelor de colimator cu o suprafață netedă (fără microrelief) este conservată la o jumătate de lățime a KSS la 5-30o. Pentru diagrama mai largă (FWHM 20-60 °), la capătul de ieșire al sistemului de lentile raster colimatorul sau microlentile este utilizat, sau formează o microtopography dur (piele de rechin) la suprafață proprietățile dobândite împrăștiere. Eficacitatea unui astfel de element este redusă și poate varia de la 85 la 70%.

Cu ajutorul elementelor de colimare ale lentilelor optice secundare este posibil să se obțină nu numai diagrame axiometrice. Formarea pe relieful de suprafață de ieșire sub forma unei benzi de pană speciale (fante, caneluri), atinge model pe suprafața distribuției iluminarii sub forma unui oval alungit, mai degrabă decât rotund. Cu ajutorul acestor elemente, este posibil să se obțină diagrame caracterizate, de exemplu, de o jumătate de lățime a KSS de 20-40 ° cu o eficiență optică de cel mult 80%.

În plus față de lentilele de colimare, există, de asemenea, elemente reflectorizante în oglindă. Eficiența lor este de asemenea ridicată și poate atinge (în funcție de calitatea acoperirii speculare) 90%. Gama de diagrame generate pentru astfel de elemente este destul de largă - FWHM 10-80 °. Cu toate acestea, ele nu sunt larg răspândite în comparație cu colimatoare lentile au dimensiuni mai mari, opțiuni mai puțin flexibile pentru formarea diagrama (o suprafață reflectorizantă în loc de două lentile), iar acoperirea lor oglinda este adesea susceptibile de degradare treptată și efectul factorilor climatici externi.

Reflectorul este convenabil de folosit în combinație cu surse de lumină mari (în comparație cu diode emiteoare de lumină convențională). De exemplu, când sursa de lumină este alcătuită din mai multe cristale îmbinate împreună cu o lentilă primară comună sau cu un strat de protecție din silicon. Lentilele de colimator în acest caz nu sunt potrivite, deoarece dimensiunea și consumul de materiale ar fi prea mari. Deoarece acest lucru este scump, se recomandă utilizarea unui reflector. În acest caz, deficiențele sistemului reflectorizant sunt compensate de costul său redus. Este de remarcat faptul că reflectorul poate fi de asemenea utilizat pentru focalizarea parțială a luminii de la mai multe LED-uri separate.

Uneori, pe lângă lentilele de colimare și elementele reflexive ale opticelor secundare, se utilizează lentile convenționale rotunde-convexe rotunde. Eficacitatea acestor lentile este mult mai scăzută decât cea a altor elemente. Acest lucru este evident, deoarece astfel de lentile nu sunt capabile să colecteze toată lumina emisă de LED.

Relativ recent, au fost dezvoltate elemente speciale de optică secundară pentru iluminatul stradal. Utilizarea unor astfel de lentile poate simplifica în mare măsură sarcina de proiectare a corpurilor de iluminat cu semiconductoare pentru iluminatul stradal și rutier și pot fi instalate în locul celor convenționale cu lămpi de descărcare, fără a schimba configurația suporturilor. Compania LedLink pentru astfel de probleme oferă o lentilă (figurile 2-4) cu o diagramă asimetrică, necesară pentru montarea corpului de iluminat cu panta. În secțiunea longitudinală, o astfel de lentilă are un CCC de tip W, în direcția transversală este K.

Alegerea unei soluții

Să spunem că vom dezvolta acest dispozitiv sau un dispozitiv de lumină bazat pe diode emise de lumină, ținând cont de domeniul de aplicare și de caracteristicile necesare. Având calcule de iluminare preliminare efectuate (de obicei, realizată cu ajutorul unui software special, de exemplu DIALux), poate determina valoarea dorită a fluxului total de corp de iluminat, precum și distribuția sa intensitate spațială. Datorită acestor date este ușor să se calculeze numărul necesar de LED-uri, fiind necesar, în mod firesc, să se ia în considerare pierderile pe elementele optice secundare,

Pentru a selecta tipul de optică secundară, în primul rând, este necesar să se analizeze diagrama corpului de iluminat proiectat. Are o axă sau un plan de simetrie, în măsura în care este netedă, unde sunt localizate valorile de vârf ale intensității luminii. Dacă diagrama este rotund simetrică, determinați intensitățile luminoase axiale și maxime, lățimea unghiulară la nivelul de 0,5 și 0,1 de la ea (FWHM). Mai mult, se caută o diodă necesară sau aproape de lumină, este estimată imaginea distribuției iluminării și a eficienței luminoase a corpului de iluminat. Dacă LED-ul de înaltă eficiență selectat nu oferă o distribuție specifică a luminii, este necesar să utilizați optica secundară. Prin urmare, este necesar să se determine în avans dacă producătorii de optică secundară oferă ceva pentru o anumită marcă de LED-uri.

De obicei, alegerea elementelor secundare pentru a forma un diagrame (tip circular KCC K și D), precum și punerea în aplicare a CSS tip A optică primară nu cauzează dificultăți deosebite însele LED-uri. În plus, producătorii au încercat să ofere consumatorilor, pentru confortul lor, seturi sau seturi de elemente de optică secundară pentru lentilele de colimare 3, 5, 15 etc. combinate într-o singură parte (monolitică).

Datorită dimensiunilor mici, LED-urile, ca filamentul lămpii cu incandescență, au o luminozitate ridicată, adică un flux luminos mare provine de pe suprafața unei mici zone. Acesta este un plus în proiectarea proiectoarelor și un dezavantaj atunci când este utilizat în iluminatul general. Dacă corpul de iluminat cu semiconductor este amplasat în apropierea locului de muncă, LED-urile deschise formează un număr mare de circuite de umbră de pe mâini sau instrument. Această caracteristică face aproape imposibilă funcționarea luminii LED exterioare. În plus, ochii oamenilor trebuie protejați de strălucirea excesivă a lămpii. În acest caz, este necesar să se furnizeze difuzoare de lumină, care pot fi utilizate ca lapte, sticlă prismatică sau raster, diverse reflectoare și pereți despărțitori.

Trebuie remarcat faptul că pentru întreaga varietate de modele, tipuri de optică secundară și asociate cu acestea, LED-urile trebuie să respecte cu strictețe recomandările producătorului. În cazul alinierii fizice a LED-ului cu optică secundară necorespunzătoare, caracteristicile de transmisie ale sistemului optic nu pot fi garantate.

LED-urile, ale căror producători nu sunt incluse în topul primelor cinci lideri mondiali, ar putea să nu apară în listele producătorilor de optică secundară. În acest caz, opțiunea potrivită va trebui să fie căutată de forța bruta. Probabilitatea existenței unui obiectiv adecvat pentru rezolvarea problemei împreună cu LED-ul selectat este destul de mare. Dar poate fi necesar sa se efectueze masuratori cu nu o duzina de lentile sau reflectorizante.

Astfel, indiferent de alegerea soluției optice pentru corpul de iluminat proiectat, trebuie să fie verificată, adică să se măsoare distribuția unghiulară a intensității luminii a LED-ului, a modulului sau a corpului de iluminat. Aceasta constă în măsurarea alternativă a intensității luminii emițătorului la unghiuri diferite și este de obicei efectuată pentru una sau mai multe planuri meridionale (figura 5). Pentru fiecare plan meridional este obținută o curbă a intensității luminii, adică dependența intensității luminii de unghiul. - latitudinea, în timp ce la 0 ° luați direcția axială. Axa este intersecția tuturor planurilor meridianului. Goniophotometrele sunt folosite pentru a măsura KSS. Unul dintre aceste dispozitive este descris în [1].

Pentru a obține date fiabile atunci când măsurarea QRS necesare pentru a alege distanța dintre LED și fotodetector - așa-numita distanța fotometrică R. Intensitatea luminoasă este astfel proporțională cu semnalul de la fotodetector și un pătrat al gamei fotometrice. Semnalul fotodetectorului, ca regulă, este proporțional cu iluminarea creată de sursa de lumină de pe acesta. Dar această regulă funcționează în cazul în care distanța este suficient de mare, adică legea patrată inversă. Evident, dacă distanța fotometrică este comparabilă cu dimensiunile sursei de lumină, atunci această lege nu va fi respectată. Atunci când organisme, cum ar fi lămpile cu incandescență fără reflex sau lămpi fluorescente de măsurare, surse t. E. emițătoare de lumină, în principal în mod egal în toate direcțiile, The fotometriei distanță ar trebui să nu fie mai mic de zece ori dimensiunea sursei de lumină măsurată.

Cu toate acestea, în cazul surselor de lumină înguste concentrate, de exemplu, LED-urile cu optică secundară sau reflectori care produc un fascicul cu o jumătate de lățime de 30 ° sau mai puțin, regula "zece dimensiuni" nu funcționează. Fără a intra în detaliile teoriei sistemelor optice, putem spune că cu cât este mai mare KSS, cu atât este mai mare distanța. De exemplu, în Fig. 6 prezintă dependența rezultatelor măsurării rezistenței luminii la distanța de fotometrie. Curba este dată pentru un LED de 5 mm, a cărui jumătate de lățime este de 15 °. Evident, intensitatea luminii unui astfel de LED poate fi măsurată la o distanță de cel puțin 80-90 cm.

KCC poate fi măsurată atât în ​​unități relative, cât și în absența (candela). Măsurătorile relative pot fi efectuate cu o fotodiodă convențională de siliciu. Și dacă culoarea sursei de lumină depinde de direcția radiației, care este tipică pentru multe LED-uri albe, este de dorit să se utilizeze un fotodetector corectat (ca în luxmetru) pentru a reduce eroarea de măsurare. Semnalul său (fotocurent) este proporțional cu iluminarea - adică, lumina, nu energia. O tehnică mai precisă, descrisă în [2], va fi necesară pentru a măsura cu precizie valorile absolute.

Pe baza rezultatelor măsurării KSS, este posibil să se calculeze fluxul luminos total. În cazul în care modelul de directivitate al LED-ului este un corp de rotație, este posibil să se măsoare CCC într-un plan și să se calculeze fluxul luminos total prin formula:

unde Fv este fluxul luminos total; # 916; # 920; - etapa unghiulară cu care se măsoară distribuția unghiulară: # 916; # 920; = # 920; i + 1 - # 920; i; Iv (# 920; i) este forța de lumină în direcție # 920; i.

În alte cazuri, atunci când modelul de radiație este caracterizat prin diferite SSS în diferite planuri meridionale, măsurătorile CCC în 20 de planuri meridionale sau mai mult pot fi necesare pentru a obține date fiabile. Fluxul luminos total este apoi calculat ca media sumei fluxurilor tuturor sectoarelor.

Rezultatele măsurătorilor QRS permit, în primul rând, să evalueze valorile absolute ale diferitelor caracteristici emițător (formă și forță axială ușoară CIL semilat, ieșire lumină totală), și pe de altă parte - să primească informații cu privire la eficacitatea optica secundare. Noi îl considerăm mai detaliat.

Eficiența (totală a fluxului luminos LED-uri raport cu elementele optice secundare în aceeași cantitate, fără a le) pentru a evalua eficiența globală a sistemului optic, dar această caracteristică nu este criteriul principal în compararea eficienței diferitelor soluții. Ar trebui să fie luată în considerare numai atunci când deciziile sunt luate luând în considerare toți ceilalți indicatori.

Cd magnitudine / LM (raportul dintre lumină axială fluxul luminos al sursei de lumină utilizată în dispozitivul de iluminat) indică cât de mult intensitatea maximă atunci când se utilizează surse de lumină cu diferite flux de lumină în același sistem optic sau invers - aceeași sursă în diferite optice sisteme. Evident, cu cât este mai mică jumătatea lățimii fasciculului, cu atât este mai mare valoarea intensității luminii la aceeași valoare a fluxului luminos al LED-ului. Cu valori egale ale jumătății de lățime, valoarea cd / lm arată care dintre elementele comparate ale opticelor secundare produce o cantitate mare de lumină. Este convenabil să se utilizeze acest parametru dacă este necesar să se obțină cea mai mare valoare posibilă a forței axiale a luminii, dar nu indică eficiența opțiunii. Astfel eficiența lămpii nu este întotdeauna posibil de a face alegerea potrivită, deoarece, în plus față de fluxul generat într-o direcție dorită și permite curgerea care poate fi disipată în direcțiile laterale.

Luați în considerare raportul dintre lățimea CSS la 0,5 și 0,1 din valoarea maximă a intensității luminoase. Mai aproape unul de celălalt, acești indicatori, cu cât mai multă lumină este emisă în direcția dorită și mai puțin - în alte zone ale spațiului. În locul acestei relații, se poate folosi raportul fluxului radiat într-un unghi solid limitat de o jumătate de lățime la fluxul total de lumină.

concluzie

literatură

Alte articole pe această temă:

Articole similare

• Forța axială a luminii este

Trimiteți-le prietenilor: