Оптика для СИД: рефлектор или коллиматор?

Тема в разделе "Свет", создана пользователем alzebra1, 5 дек 2007.

  1. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    Без резистора КПД системы будет несколько выше, чем с резистором, но при этом время жизни светодиода составит от нескольких миллисекунд до нескольких минут - в зависимости от возникшей перегрузки.

    Если Вам ваш светодиод будет нужен более продолжительное время, то всё же рекомендуется ограничить его рабочий ток. Это можно сделать с помощью нескольких километров провода заданного сечения, ведра угольного порошка, пары электродов и емкости с точно рассчитанным раствором, или другими подручными способами. Но несколько удобнее это делать с помощью резистора, хотя возможно использование транзисторов, радиоламп, преобразователей, стабилизаторов, а также многих других загадочных и непонятных радиодеталей.

    А конкретно тот светодиод, который Вы нашли, вообще не будет нормально работать от вашего 6В аккумулятора без преобразователя.


    Такие лампы бывают, и вполне успешно устанавливаются китайцами во всевозможные фонари подобного типа. Правда, работают эти лампы в них как правило хреново и недолго(имеется в виду ресурс аккумулятора), но это уже не их проблемы. Аккумуляторы свинцовой системы допускают ток разряда до 3С, поэтому всё реально.

    240 градусов - это далеко не вся диаграмма направленности лампы накаливания.

    В автомобильных фарах в формировании луча немалое участие принимает стекло Френеля, которое корректирует форму и направления светового потока.

    Покажите мне автомобиль с углом раскрыва луча 2°, я хочу это видеть.
    Пока что я слышал только об отклонении светового потока от продольной оси в 2°, что означает 4° угла раскрыва луча.

    Линзы - может быть. А коллиматоры бывают и такие:
    [​IMG]
    И это еще не предел, бывают и еще более узконаправленные.

    Учитывая эффективность оптических систем и одинаковые углы раскрыва луча?

    Интересно, а как вы предлагаете их охлаждать?

    И на что будет похож луч такой системы?
     
  2. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  3. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  4. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    посмотрите на график, приведенный выше для 4хградусного коллиматора: 30/220 = 0.5 ???
    при ПОЛНОМ внутреннем отражении ???[/quote]
    чем меньше сечение этой пластинки - тем хуже теплоотвод. Вы проводили расчеты/моделирование теплоотвода данной системы?
    на УДАЛЕННОМ? а дифракционное уширение пучка?
    ГДЕ такое написано? Сила света - это не световой поток или освещенность. Сила света характеризует только источник (лампу!). Световой поток (люмены) создается оптической системой (частично рассеиваясь, частично поглощаясь, частично фокусируясь).
    см выше.
    тогда отражатель можно выкинуть и поставить коллиматор для диода. гораздо проще и можно получить пучек, а не рассеяный свет.
     
  5. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    Я не знаю кто такие кетайцы, но производители фонарей из Китая такие лампы в свои фонари с такими аккумуляторами ставят, еще как. Сам видел, и не раз.

    Меньше. Намного меньше. Стоит также помнить про то что сзади у лампы накаливания тоже мертвая зона, в зависимости от типа отражателя и положения лампы в нем она может варьироваться от 30 до 90°. Соответственно, в какой-либо фокусировке участвует только боковое излучение.

    Но мы-то тут не фары обсуждаем, верно?

    Да, с точки зрения формулировки всё верно. Только угол в этом случае отмеряется от нормали к отражающей поверхности, а не от самой поверхности. Соответственно, чем острее угол между лучом и отражающей поверхностью, тем больше света отражается. Иначе бы свет полностью отражался от передней стороны коллиматоров обратно внутрь и они вообще не работали бы.

    Для 6-ваттного исполнения понадобится очень толстая пластинка, соединенная с немаленьким радиатором, иначе эффективность системы охлаждения будет недостаточна.

    Для того чтобы оно стало круглым лучом, расстояние между линзами светодиодов должно быть пренебрежимо мало по сравнению с диаметром отражателя.
    При диаметре отражателя порядка 150 мм и расстоянии между линзами 5 мм (без радиатора), этот источник будет далеко не точечным, и сфокусировать его нормально не удастся. Если же отвлечься от "идеального сферического коня в вакууме" и посчитать еще и толщину радиатора 3-5 мм, то это как будет светить это чудо я боюсь даже представить.

    Я вижу, Вы неплохо помните законы оптики, но на практике вы допускаете некоторые ошибки.
    Несмотря на наличие у светодиода линзы, при установке двух светодиодов в отражатель вашим методом, вне зависимости от их фокусного расстояния, для отражателя это будут два источника света, как ни крути.



    Я вот только не понимаю одного - если для светодиодов давно уже делают высокоэффективные коллиматоры практически на любой угол раскрыва луча, какой смысл извращаться и пытаться установить светодиод в отражатель от лампы?

    Давайте применять оптические изделия в соответствии с их назначением - отражатели - для ламп, а для светодиодов - коллиматоры. И проще, и результат лучше будет.
     
  6. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    Не очень понятно, что Вы хотели этим сказать. Поясните пожалуйста.

    Кстати, освещенность на данном графике измерялась на расстоянии 3 метра от источника, при каких-либо расчетах это необходимо учесть.

    А вот тут Вы не правы. Берем справочник по физике (я предпочитаю Хорста Кухлинга под редакцией Е.М. Лейкина) и читаем:

    "...Кандела - это сила света, излучаемого черным телом перпендикулярно поверхности площадью 1/60 см2 при температуре 2042.5°К (температура затвердевания платины при нормальном давлении)..."

    "...Яркостью называется отношение силы света к площади светящейся поверхности... ...Единица измерения - Кд/м2"

    "...Световым потоком называется произведение силы света на величину телесного угла... ...Единица измерения - Люмен..."

    "...Освещенностью называется отношение светового потока к площади освещаемой поверхности... Единица измерения - Люкс, или Лм/м2"
     
  7. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    при таких углах разницей по расстоянию можно пренебречь. разницей по углам к нормали - тоже. т е освещенность прямо пропорцианальна потоку. на 4хградусной границе она 30 Лк, на 0 град (макс) 220 Лк. Т е для данного коллиматора отсечка на 4х градусах 30/220=0.136, а не 0.5 (50%).

    а в чем я не прав? в том, что не указал метрологические данные по данной единице измерения?
    сила света - характеристика источника. в данном случае (в метрологическмо стандарте системы СИ) источник - АЧТ, для которого все легко считается. площадь нормируется, т к сила света АЧТ зависит от суммарной площади излучающей поверхности. в данной цитате нет пояснения, что есть сила света. оно, все-таки, не относится к метрологии.
    несмотря на то, что эту тему я видел давно, я, как студент-физик, могу еще что-то помнить.
     
  8. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  9. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    рекомендую обратиться к простейшей литературе по фотометрии, например, к школьному учебнику. там все объясняется "на пальцах", без "мудреных" интегральных выражений для потока и т п

    http://planar.spb.ru/info.php?eid=1105493
    хочется - общитывайте углы. коллиматоры такого типа работают на явлении полного внутреннего отражений (нет потерь на прошедший пучек, только на рассеяние (оно есть и у рефлекторов).

    P. S. Вы линзой считаете только сферические линзы?
    Такие:
    [​IMG]
     
  10. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    Неприменимо д/мощностей >0W5.
     
  11. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  12. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  13. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  14. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    Оставьте ваши ИМХИ при себе. Какова будет температура основания светодиода и радиатора, установленного на вашей медной пластинке на расстоянии хотя бы 5 см от светодиода, если мощность каждого из двух светодиодов равна 3 Вт, температура окружающей воздушной среды 30°С в режиме свободной конвекции, а площадь поверхности радиатора 200 см2?
    Каковы должны быть толщина и ширина пластины в этих условиях, если максимальная допустимая температура основания светодиодов равна 55°С?


    Причем здесь линзовые системы? Здесь пока что обсуждались только рефлекторы и коллиматоры, давайте с ними и продолжим.

    Современные коллиматоры способны фокусировать >90% проходящего через них светового потока, при потерях меньше 3%.

    Рефлекторы при работе со светодиодами на порядок менее эффективны из-за больших потерь на прямое излучение вперед или в мертвую зону назад, в зависимости от способа установки. Единственный приемлемый способ использования светодиода в отражателе - установка светодиода с боковым излучением теплоотводом назад. Тогда до 90% излучения будет попадать на рабочие поверхности отражателя.
    Однако, если сравнивать две светодиодные системы, построенные на основе коллиматора и отражателя, то все равно коллиматорная система по всем параметрам лучше рефлекторной:
    - габариты на порядок меньше
    - вес меньше
    - никаких проблем с построением системы, всё просто как детский конструктор Lego.
    - концентрация светового пучка существенно выше
    - световое пятно намного более ровное

    А что в пользу рефлекторной системы?
    Ничего? Ну и прекрасно. Оставим ее для использования с лампами, где коллиматоры не особо применимы.

    Коллиматоры изначально разрабатывались как высокоэффективные оптические
    системы для работы с мощными осветительными светодиодами.

    Я полагаю, вы ни разу не видели коллиматора, раз вы их путаете с линзами и объективами. Это три совершенно разные вещи, которые применяются в совершенно разных случаях. Рекомендую ознакомиться с этим новым для Вас понятием и его смыслом.

    Значит, по-вашему, автономным осветителям больше подходит рефлектор размером с ведро?

    Помнить законы физики мало, надо уметь их использовать. Вы, как я вижу, постоянно забываете про самые основные условия, при которых эти законы работают.
    В частности, теории о линзах и фокусах, мнимых и реальных, работают только в пределах одной оптической оси. Вероятно, вы забыли подумать о том что в нашем случае, при рекомендуемой вами установке светодиодов, мы получаем две взаимно перпендикуларные оптические оси. И вне зависимости от оптических свойств всей системы на оси светодиодов, на оси рефлектора мы имеем два смещенных от центра источника света, которые в далеком приближении можно назвать точечными с центрами, примерно совпадающими с центрами полусферических  линз каждого из светодиодов, оптические свойства линзы при этом не могут изменить положение этой точки более чем на расстояние, соответствующее небольшой части радиуса этой самой линзы, при этом мнимый источник света будет находиться в пределах самой линзы.
    Так выглядит эта теория, если смотреть на светодиоды сбоку относительно оси светодиодов. Если на них смотреть с их оптической оси, то мнимые источники действительно могут совместиться, но это мало чего даст в рамках всей системы.
     
  15. Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

    .
     
  16. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Опишите подробнее.
     
  17. alzebra1, ответьте на один ворпос. Только честно. Вы вообще когда-нибудь работали с мощными светодиодами и коллиматорами?
    Складывается впечатление, что вы их даже не видели никогда.

    1. Где расчет системы охлаждения для рекомендуемого вами способа установки светодиодов в отражателе, который был запрошен в предыдущем сообщении?
    2. Раз вы так настаиваете на своей теории с двумя светодиодами в отражателе - жду фотографии в студию, на которых было бы видно ее конструкцию и результат ее работы.
    Фотографии и фотометрические данные по светодиодам с коллиматорами вы можете найти в инете на сайтах производителей светодиодов и оптики.

    Вся эта ветка напоминает разговор слепого с глухим, честное слово... На протяжении всей ветки вы не приводите никаких аргументов, кроме своего личного мнения, которое в 90% случаев ошибочно. Если вы не приведете ссылки на реальные факты, ваши сообщения будут отредактированы в соответствии с п.п. 2.3 и 4.2 правил раздела Свет(то есть, удалены).

    Пока не будет приведен расчет системы охлаждения для вашего метода установки СИД в отражателе и ответ на первый вопрос этого сообщения, я снимаю с вас право написания сообщений в этой теме.
     
  18. RE: (DJ Сварщик: Опишите подробнее.)


    При установке (одного или двух) светодиодов "вбок":

    Радиаторная пластина ставится так, чтобы оптическая ось лежала в ее плоскости. Попросту говоря - вдоль, по центру рефлектора.

    Если рефлектор мал и охлаждения не хватает, в параболоиде
    можно вырезать тонкую щель нужной протяженности и вывести
    часть радиатора наружу.
     
  19. Re: Оптика для СИД: рефлектор или коллиматор?

    В общем-то, идея довольно интересна, с этим нельзя не согласиться. Но на этом ее преимущества заканчиваются. По крайней мере, автор так и не смог привести ее расчет - ни термальный, ни оптический, без которого смысл реализации этой идеи весьма спорный.

    А теперь к делу:

    1. Реализовать приемлемое сведение лучей от двух светодиодов в этой системе возможно только при разрезании рефлектора на две половины и разнесении этих половин на некоторое расстояние, равное 2 * hкорпуса СИД + hтеплоотвода. При этом рефлектор теряет целостность и механическую прочность, что в сочетании с потерей круглой формы сильно усложняет монтаж и конструкцию системы, исключая возможность установки в штатный круглый корпус. Более того, система требует очень точной настройки. И даже при точной настройке, луч, формируемый этой системой, будет неоднородным и весьма загадочной формы, поскольку получившиеся в результате две системы не являются центрально-симметричными относительно источника (светодиода). Более того, развертки луча по осям Х и У не будут даже близко одинаковыми, ибо светодиод светит не во все стороны, а преимущественно вперед, +/- 90° с явным пиком в 0...+/-30°.

    2. На практике получить узкий (3-4°) луч таким способом возможно только при использовании рефлектора весьма больших габаритов, ибо светодиод - это не совсем точечный источник света, а чтобы габаритами "точки" можно было пренебречь, нужен немаленький отражатель - порядка 100 мм в диаметре и более.

    3. Охлаждение двух светодиодов мощностью по 3 Вт каждый в этом случае также весьма непростая задача. Предложенный автором способ отведения тепла внутрь рефлектора не имеет смысла, поскольку воздух в рефлекторе быстро прогреется и эффективность такой системы охлаждения упадет почти до нуля. Можно конечно гонять воздух вентилятором или сделать оптическую систему открытой спереди - но оба эти варианта требуют сообщения внутреннего пространства устройства с внешней средой, что никак не укладывается в требования к фонарю для использования за пределами сухого отапливаемого помещения.

    4. Мысль автора о "мнимых фокусах" хоть и верна с точки зрения теории оптики, но если бы автор когда-нибудь имел дело со светодиодами подобного типа, он бы ее не высказывал. У светодиодов производства Philips и Edison, а также у всех их близких аналогов "мнимый" кристалл находится там же где и реальный - то есть чуть выше непрозрачного пластикового корпуса светодиода. Это сделано для лучшего вывода светового излучения за пределы корпуса светодиода.

    5. Коллиматоры, разработанные для работы с мощными светодиодами, сделаны с учетом оптических свойств этих "линз", используемых в светодиодах, и используют весь световой поток светодиода для дальнейшего формирования выходного потока. Отношение полного входящего светового потока к полному выходящему в осевом фронтальном направлении у современных коллиматоров, работающих на полном внутреннем переотражении, порядка 95%, а минимальная на сегодняшний день угловая ширина луча, формируемого серийно выпускаемыми коллиматорами, равна 2°. Габариты коллиматоров несравнимо меньше габаритов рефлекторов с эквивалентными характеристиками - с угловой шириной луча от 10° до 90° - d=20мм * h=15мм, от 5° до 10° - d=27мм * h=20мм, от 4° до 5° - d=32мм * h=23мм, от 3° до 4° - d=40мм * h=40мм, от 2° до 3° d=50..60мм * h=10..12мм. Монтаж коллиматоров при использовании оригинальных фирменных комплектующих не представляет вообще никаких сложностей - всё собирается как детский конструктор. Никакой настройки не требуется - все детали изготовлены очень точно.


    Собственно то, чего автор идеи так и не понял на протяжении всех двух страниц темы: данная идея установки двух светодиодов в рефлектор для портативных решений не особо актуальна, ибо ничуть не худшего результата можно добиться гораздо меньшими усилиями и в намного меньших габаритах с помощью коллиматоров.

    Вы бы стали забивать саморезы кирпичом, если есть отвертка?
     

Поделиться этой страницей