În comparație cu difuzoarele luminoase matrice, prismatice, arată mai bine în corpul de iluminat, ele chiar conturează luminozitatea ieșirii, dar pentru aceasta este necesar să se plătească o eficiență mai scăzută a sistemului optic. Să luăm în considerare mecanismele de apariție a pierderilor de lumină într-un corp de iluminat cu un difuzor mat și modalități de reducere a acestora.
Refracție, absorbție și două tipuri de reflexii
Când trece prin interfața mediană, lumina este refractată și reflectată (Figura 1), în conformitate cu legea Sinelius și formulele Fresnel:
unde n1 și n2 sunt coeficienții de refracție ai mediei, # 945; și # 946; - unghiurile de incidență și refracție și Rs și Rp sunt coeficienții de reflexie ai componentelor polarizate reciproc perpendicular ale fasciculului incident.
Este important ca formulele lui Fresnel să descrie numai refracția și reflexia, dar nu absorbția, pe care nu există dielectrice transparente la interfață. Absorbția fasciculului refractat are loc în grosimea mediului transparent conform legii lui Bouguer:
unde I0 este intensitatea luminii transmise mediului, I este intensitatea luminii după trecerea prin grosimea stratului l. și k este coeficientul de absorbție.
Pentru materialele transparente tipice PPMA, PC, PS, produsul kl este neglijabil și nu poate fi luat în considerare. Astfel, pentru exemplul de policarbonați Macrolon, absorbția în mediu de 1 mm este de 0,1-0,3% (tabel).
Tabel. Absorbție în policarbonați Macrolon
Notă. Liniile de sus ale tabelului sunt date din documentația tehnică privind policarbonații Bayer Macrolon, care descriu transmisia luminii a foilor monolitice de 4 și 20 mm grosime. Linia de bază este estimarea fracției fluxului luminos al mediului absorbit în 1 mm, obținută ca raportul dintre diferența dintre valorile primelor două linii și diferența dintre grosimea indicată.
Cu toate acestea, în materiale opace, o rază refractată în al doilea mediu nu poate trece dincolo de un strat foarte subțire și este parțial absorbită, parțial transformată în radiație secundară, care se propagă înapoi la primul mediu. Valorile înregistrate ale coeficientului de reflexie sunt de aproximativ 95% (pulbere de sulfat de bariu și unele tipuri de aluminiu anodizat de mărci Alanod și Anafol). În cele mai bune cazuri practice, până la 90% din radiația incidentă este reflectată din materiale albe și speculare, aproximativ 10% din lumină este pierdută. Dar, de obicei, chiar materialele vizuale alb reflectă doar 70-80% din radiații.
Lipsa de absorbție la ruperea, grosimea absorbție neglijabilă a trecerii medii transparente și o absorbție semnificativă în reflexie din medii opace permit o concluzie simplă: aceste reflecții în sistemul optic al corpului de iluminat trebuie evitate.
Tipuri de difuzoare de lumină mată
Materialele optice de maturare pot fi introduse prin difuzoare de tipuri fundamental diferite - de la reflectarea și de la particulele de refracție. Un difuzant tipic popular cu particule reflexive este sulfatul de bariu. Variantele agentilor de refractie sunt multe, de obicei acestea sunt structuri acrilice reticulate si aluminosilicati. Ceea ce este folosit în acest material este greu de știut. Producătorul solicită în mod corect să nu se scufunde în subtilitățile bucătăriei sale și sugerează să cumpere materialul finit, dacă este necesar, ajustând gradul de opacitate prin amestecarea granulelor de material mat cu granule transparente.
Puneți un substrat ușor, produsele din materiale plastice matte cu diferite tipuri de difuzor pot să pară aceleași în cazul iluminării exterioare, adică să aibă aceeași culoare alb-opacă opacă. Dar merită să puneți aceste produse pe un substrat întunecat, cum ar fi plasticul cu difuzor refractar, care începe să arate mult mai întunecat, adică capacitatea de acoperire este mai mică.
Diferite proprietăți de împrăștiere a luminii din materiale plastice. Difuzorul cu difuzor refractar, chiar și cu un grad ușor de opacitate, are o uniformitate ridicată a luminozității. Un difuzor realizat din material plastic cu difuzie reflectorizantă trebuie să aibă o concentrație foarte mare de difuzant și o eficiență optică scăzută în mod corespunzător, pentru a "bloca" complet luminozitatea aparentă pe suprafața sa. La o temperatură moderată, imaginea de pe un astfel de difuzor constă dintr-un punct de lumină moale, pe care apare clar niște puncte luminoase de diode emițătoare de lumină. În plus, vizibilitatea acestor puncte este aproape independentă de distanța dintre LED-uri și scatter (fig.2).
Fig. 2. Modulul LED cu diode setate la diferite înălțimi, și punctul de vedere al modulului în starea ON prin intermediul a două tipuri de lentile de grosime uniformă și aspect uniform în lumină ambientală: o reflexie (centru) și refracție (dreapta) diffusant (pentru ultimele două imaginile geometriei scenei și setările camerei în modul manual sunt aceleași)
Capacitatea scăzută de a bloca pete de pe suprafața sa este însoțită de valori mai scăzute ale eficienței optice a corpului de iluminat. Acest lucru se datorează multiplelor reflexii ale razelor din particulele difuzorului opac - fiecare reflexie este însoțită de o absorbție redusă. Particulele refractante ale difuzorului reflectă și refractează fără absorbție.
Enervant vizibile în magazine lămpi tradiționale, bec cu finisaj mat, care este prevăzut un strat de vopsea albă din interior plafon. Însă apar deja dispozitive LED cu materiale de difuzor de lumină selectate corect pe piață.
Combaterea pierderii fluxului de lumină în interiorul corpului de iluminat
Razele de lumină, care cad pe suprafața plastică a dispersorului, trec prin interfața medie și sunt parțial reflectate din ea (figura 1) în conformitate cu formulele Fresnel (figura 3). Chiar și cu o picătură în unghi drept la o foaie de plastic transparent, aproximativ 4% din fluxul luminos va fi reflectat. Cu cât unghiul de incidență este mai mare, cu atât este mai mare fracția de lumină reflectată.
Fig. 3. Reflecția de granița dintre incidentul media la unghiuri diferite, în conformitate cu formulele Fresnel (curba roșie arată reflexie totală, pe punctul de stânga la care toate curbele converg, - 4% din fluxul luminos reflectat din foaia de incident de plastic transparent la unghiuri drepte)
Materialele de iluminat sunt de obicei testate pentru transmisia luminii numai în unghi drept, dar rezultatele acestor măsurători sunt inutile. În practică, sub difuzor există de obicei un LED cu un KSS cosinus, adică grinzile de pe scatterer se prăbușesc la toate unghiurile de la 0 la 90 °.
În plus (figura 4), lumina reflectă mai multe reflexii în scatterer în sine, fiind reflectată de ambele interfețe media.
Fig. 4. Reflexii multiple atunci când un fascicul de lumină trece printr-o placă de plastic transparentă
Este ușor să se calculeze ce proporție a fluxului luminos de la LED-ul pentru cosinusul KCC cade pe obiectiv la unghiuri diferite, pentru a conta și suma totală de reflecție. Pentru PMMA cu un indice de refracție n = 1,49 reflectat total fluxul luminos de 15,3% pentru polistiren și policarbonat, cu un indice de refracție n = 1,59 se ridică la 17,7%. Acestea sunt valori semnificative, mai ales dacă considerăm că acesta este un material plat transparent din punct de vedere optic. Dacă plasați LED-uri cu o diagramă de tip III sub o plăcuță transparentă transparentă, fracția de lumină reflectată va crește și mai mult.
Dacă suprafața interioară a corpului de iluminat este neagră și absorbția tuturor luminilor care cad pe el, eficiența optică a corpului de iluminat cu un balon transparent ar fi de 82-85%. Dar, de obicei, coeficientul mediu de reflexie al suprafeței interioare a corpului de iluminat este cuprins în intervalul 50-90%. Și o parte a luminii reflectate, făcând o nouă serie de reflecții, încă mai părăsește lampa (Figura 5).
Fig. 5. Punctul roșu este prezentat în mod convențional ca o diodă care emite lumină, săgețile galbene indică fluxuri luminoase care efectuează reflexii în interiorul corpului de iluminat și părăsesc parțial corpul de iluminat, parțial absorbite pe suprafețele interioare
Pentru simplificare, calculele se presupune că întreaga suprafață interioară a lămpii paralelă cu planul lentilei și este mată, adică lumină incidență asupra ei, în orice loc, în orice unghi este reflectat de cosinusul KCC. Și calculăm eficiența optică a corpului de iluminat pentru diferite valori ale albului mediu al suprafeței interioare (Figura 6). Se observă că o creștere a albului cu 10% duce la o scădere în
2%. Acest lucru este semnificativ, dar pentru valorile extrem de ridicate ale coeficienților de reflexie sub bula transparentă, nu are nici un rost să luptăm.
Fig. 6. Dependența eficienței unui sistem optic constând dintr-o foaie de plastic transparentă transparentă, de la luminozitatea medie a suprafeței interioare a corpului de iluminat
Lucrarea scatterului mat este descrisă în prima aproximare a teoriei Kubelka-Munk [1], creată în anii 1930. pentru prezicerea proprietăților optice ale ziarelor și operarea cu raportul dintre coeficienții de absorbție și dispersie K / S. Potrivit acestei teorii, lumina, care se încadrează pe fiecare strat subțire, care formează grosimea materiei, este parțial absorbit, trece parțial și se disipează parțial în direcția opusă. Un moment plăcut este că împrăștierea în direcții perpendiculare pe fasciculul pentru razele nereușite poate fi ignorată și nu luată în calcul. Ecuațiile necomplicate Kubelka-Munk ne permit să estimăm fracțiunea totală de lumină care a trecut printr-un mediu turbid absorbit în ea și împrăștiat în direcția opusă.
Din păcate, producătorii moderni de materiale de iluminat, spre deosebire de imprimante, nu măsoară caracteristicile produselor lor suficient de meticulos și nu oferă nici K / S, nici alți parametri care să permită astfel de calcule. Prin urmare, în ingineria ușoară, teoria Kubelka-Munk se dovedește a fi utilă numai în terminologie și metodologie. Dar acest lucru este suficient pentru a trage concluziile necesare: straturile optic groase ale materialelor plastice moderne opace moderne reflectă 80%. 90%, care corespunde unui raport extrem de scăzut al coeficienților de absorbție și dispersie K / S. Stratul optic subțire de plastic alb este transparent și este un difuzor, absorbind mult mai puțin decât stratul optic gros. Amestecarea la turnarea unui plastic alb și transparent de aceeași calitate duce la faptul că stratul subțire optic devine un strat structural puternic, cu grosimea de câțiva milimetri. Acesta este un difuzor de lumină cu absorbție internă neglijabilă. În consecință, absorbția în interiorul unui scatterer tipic de mătase poate fi neglijată!
Proporția fluxului luminos difuz în direcția opusă poate fi estimată prin cunoașterea eficienței sistemului optic și gradul de alb al suprafețelor interioare printr-o diagramă (fig. 7). Acesta arată valorile eficienței optice a lămpii tuturor valorilor luminozității și valorile de suprafață ale reflexie totală și împrăștiere în sens invers pe lentila de 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 și 99%. Luând eficiență tipică valori de la 65% difuzor opal și suprafețele interioare de evaluare albeață de 75%, obținem valoarea back-reflecție și de dispersie 70%.
Fig. 7: Dependența eficienței sistemului optic de luminozitatea medie a suprafeței interioare a corpului de iluminat și de proporția fluxului de lumină reflectată și împrăștiată în partea din spate de un difuzor mat
Acest flux luminos mare este cât se poate de posibil să se retragă din corpul de iluminat, mărind astfel albul suprafețelor interioare. Graficele arată că o creștere a albului cu 10% în acest difuzor va conduce la o modificare a eficienței cu 10-15%. Cu cât este mai mare gradul de opacitate al difuzorului, cu atât este mai mare rolul de alb al suprafețelor interioare. Și cu creșterea albului, efectul creșterii sale pentru fiecare 1% suplimentar este în creștere. Este ceva de luptat!
Rolul geometriei unui difuzor de lumină
Creșteți uniformitatea luminozității orificiului de ieșire al dispozitivului de iluminat prin creșterea numărului de LED-uri cu putere mai mică și a distanței dintre LED-uri și difuzor. La minim, această distanță nu trebuie să fie mai mică decât distanța dintre LED-uri. O distanță mai mare înseamnă o uniformitate mai mare a luminozității și, prin urmare, va reduce gradul de opacitate al scattererului și pierderilor de lumină, toate celelalte lucruri fiind egale.
O combinație promițătoare de material mat și textura de suprafață împrăștiind lumina este promițătoare. Cine a spus că, dacă suprafața are depresiuni sub formă de prisme sau emisfere, materialul difuzorului ar trebui să fie transparent? Adăugarea unui agent de maturare va îmbunătăți în mod unic aspectul și uniformitatea luminozității ieșirii și acest lucru va permite în etapa următoare să se reducă atât concentrația difuzorului, cât și adâncimea modelului ștanțat.
În unele cazuri, îngrijirea poate fi îndepărtată de forma plată a scutterelor și de o creștere semnificativă a eficienței optice datorită reducerii suprafețelor opace pe care trebuie să le reflectăm lumina. În Fig. 8 prezintă un exemplu de scatterer cu o formă de succes - în el lumina reflectată și împrăștiată este trimisă în cea mai mare parte nu la reflectoare opace, ci la difuzor. Eficiența sistemului optic al acestei lămpi este de 90%, ceea ce este un ideal pentru corpurile de iluminat plate cu difuzor cu același grad de opacitate.
Fig. 8. Eficiența sistemului optic al acestei lămpi este de 90%, ceea ce ar fi imposibil pentru o formă plată a lămpii cu difuzor cu același grad de opacitate
Controlul uniformității luminozității
Pentru a se conforma cu standardele, chiar și cele mai moi a luminozității generale a 5000 cd / m 2 la 1 lumeni fluxului luminos trebuie să fie la aproximativ 1 cm 2 suprafata a cristalinului [2]. În unele elemente de fixare, zona de scatter este un ordin de mărime mai mică decât această normă, iar luminozitatea globală este aceeași. În astfel de cazuri, gradul de eterogenitate orbit de ochi pentru a distinge strălucirea nu este posibil, obiectivul apare iluminat uniform. Dar aceasta nu înseamnă că o astfel de decizie este acceptabilă: orbirea unei persoane nu poate fi nici un scop sau un mijloc de dezvoltare a unui dispozitiv de iluminat. Pictura neuniformitate de emisie difuzor la luminozitate medie ridicată devine proeminent în cazul în care folosi ochelari de protecție roșu [3] sau în loc de lentile efectul de orbire să se uite la reflexia în geam.
literatură
Alte articole pe această temă:
Dacă observați orice inexactități în articol (desene lipsă, tabele, informații nesigure, etc.), vă rugăm să ne anunțați. Furnizați un link către pagină și o descriere a problemei.
Trimiteți-le prietenilor: