Оптика для СИД: рефлектор или коллиматор?

Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

BrokenAngel написал(а):
Нашел интересный св.диод (и не дорого относительно), для этого даже паразитное сопротивление устанавливать не обязтельно.
http://www.shop.ledz.org/product_info.php?cPath=33_54&products_id=51 Кто что скажет?
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.


alzebra1 написал(а):
Лампа на 55 ватт там быть не может. Это 9 ампер. Нереально абсолютно.
(Странно что никто это не заметил) Скорее всего, там 5 ватт.
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.

alzebra1 написал(а):
Это так, но 1) смотря какой отражатель (нередки отражатели с углом охвата 240 градусов - они собирают почти весь свет. Например, автомобильные фарные рефлекторы (210 град.).)
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.

alzebra1 написал(а):
2) отражатели намного эффективнее линзовых насадок в тех случаях, когда нужна хорошая фокусировка луча. Так, автомобильные параболоиды обеспечивают угол раскрыва пучка 2 градуса (стандарт),
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.

alzebra1 написал(а):
в то время как линзы светодиодов - 10 градусов.
Линзы - может быть. А коллиматоры бывают и такие:

И это еще не предел, бывают и еще более узконаправленные.

alzebra1 написал(а):
Это означает разницу в освещенности в 25 раз.!
Учитывая эффективность оптических систем и одинаковые углы раскрыва луча?

alzebra1 написал(а):
Еще даю подсказку, ловите. При переделке фонарей с отражателями свыше 210 градусов целесообразно устанавливать два светодиода, "спиной" вплотную друг к другу, и направленных в боковые стороны.
Интересно, а как вы предлагаете их охлаждать?

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

alzebra1 написал(а):
- Типичная ошибка вероятно в том, что в автомобильной светотехнике
указывают ширину пучка по 10-процентной границе. Для светодиодов изготовители
пишут раскрыв по 50-процентному уровню.
посмотрите на график, приведенный выше для 4хградусного коллиматора: 30/220 = 0.5 ???
alzebra1 написал(а):
Бывают. С очень большими потерями на внутреннее отражение. (чем меньше угол падения, тем больше процент отраженного луча по отношению к проходящему. Помните?)
при ПОЛНОМ внутреннем отражении ???[/quote]
alzebra1 написал(а):
Радиатор в виде широкой тонкой медной пластинки может быть выполнен не только
в виде большой по площади детали, не мешающей световому потоку, - но даже быть
выведенным за пределы отражателя в любой удобной его части.
чем меньше сечение этой пластинки - тем хуже теплоотвод. Вы проводили расчеты/моделирование теплоотвода данной системы?
alzebra1 написал(а):
На луч. На удаленном экране вы получите круглое, равномерно освещенное световое пятно с резкой границей света/тени на краю. (Это ведь не зависит от секционированности светящегося тела.)
на УДАЛЕННОМ? а дифракционное уширение пучка?
alzebra1 написал(а):
Если свечи (канделы) указаны для фонаря - это ничего не говорит о самой лампе. Ибо сила света фонаря зависит от отражателя и т.п. Можно и больше получить при хорошей фокусировке 5-ваттной лампешки.
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).
BrokenAngel написал(а):
На сколько я знаю кол-во свечвей зависит как от фокусировки, так и от источника света.
см выше.
BrokenAngel написал(а):
Диод планирую установить на место стандартной лампы. Вообше мне не требуется очнь узкий пучек.
Главное макимальня светоотдача и КПД при простоте конструкции...
тогда отражатель можно выкинуть и поставить коллиматор для диода. гораздо проще и можно получить пучек, а не рассеяный свет.
 
Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

alzebra1 написал(а):
Да, и при 2с время работы аккумулятора не превысит
15 минут. Так что, даже кетайцы такое не поставят на трезвую голову, ИМХО.
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.

alzebra1 написал(а):
80 процентов, кажется...
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.

alzebra1 написал(а):
- Типичная ошибка вероятно в том, что в автомобильной светотехнике
указывают ширину пучка по 10-процентной границе. Для светодиодов изготовители
пишут раскрыв по 50-процентному уровню.
Но мы-то тут не фары обсуждаем, верно?

alzebra1 написал(а):
Бывают. С очень большими потерями на внутреннее отражение. (чем меньше угол падения, тем больше процент отраженного луча по отношению к проходящему. Помните?)
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.

alzebra1 написал(а):
Радиатор в виде широкой тонкой медной пластинки может быть выполнен не только
в виде большой по площади детали, не мешающей световому потоку, - но даже быть
выведенным за пределы отражателя в любой удобной его части.
Для 6-ваттного исполнения понадобится очень толстая пластинка, соединенная с немаленьким радиатором, иначе эффективность системы охлаждения будет недостаточна.

alzebra1 написал(а):
На луч. На удаленном экране вы получите круглое, равномерно освещенное световое пятно с резкой границей света/тени на краю. (Это ведь не зависит от секционированности светящегося тела.)
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.
 
Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

gross написал(а):
посмотрите на график, приведенный выше для 4хградусного коллиматора: 30/220 = 0.5 ???
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.

gross написал(а):
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.
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"
 
Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

DIVAS написал(а):
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.
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%).

DIVAS написал(а):
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 телечного угла... ...Единица измерения - Люмен..."

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

alzebra1 написал(а):
2) Свечи (канделы), люмены - тут некоторые явно недопонимают.
Объяснять не возьмусь,
лучше и правда к Кухлингу обратиться. Скажу только еще раз: канделы
ничего не говорят о КОЛИЧЕСТВЕ света, вырабатываемого фонарем
(и соотв. источником). Когда в техн. характеристиках указывают
канделы, необходимо знать и угол, в котором сосредоточен свет.
Без этого невозможно оценить качество светодиода или другого источника.
Короче, выбирая светодиод или лампу, никогда не смотрите на канделы - только на люмены. Если люмены не указаны, можно погемороиться и пересчитать
канделы в люмены, НО для этого обязательно нужно знать угол раскрыва пучка!
Вот такая мутотень.
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

alzebra1 написал(а):
3) Какими бы ни были рефракторные (линзовые) системы, обязательно
найдутся поверхности с НЕПОЛНЫМ прохождением луча. Так, для одной линзы
можно получить нулевое отражение лишь для ОДНОЙ поверхности. На второй же поверхности неизбежно частичное отражение и потери света. Таким образом,
потери света в рефракторной оптике неизбежны, и их процент увеличивается
по мере "сжатия" светового пучка. Рефлекторные (отражательные) системы
напрочь лишены таких потерь.
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:
 
D

Dhaitya

Guest
Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

1) Радиатор. ИМХО - в наших применениях толщина медной пластины не играет роли. По опыту, теплоотвод гораздо больше зависит от площади поверхности, омываемой воздухом. ТАким образом, в качестве ралдиатора с успехом можно использовать широкую плоскую пластину, толщиной даже 0,5 мм. - разница с 5 мм будет пренебрежимо мала. Главное, еще раз, - это достаточная площадь свободной конвекции.
Неприменимо д/мощностей >0W5.
 
Re: Передел. Фонаря прожекторного, под светодиод

alzebra1 написал(а):
1) Радиатор. ИМХО - в наших применениях толщина медной пластины не играет роли.
По опыту,  теплоотвод гораздо больше зависит от площади поверхности,
омываемой воздухом. ТАким образом, в качестве ралдиатора с успехом можно
использовать широкую плоскую пластину, толщиной даже 0,5 мм. - разница
с 5 мм будет пренебрежимо мала. Главное, еще раз, - это достаточная площадь
свободной конвекции.
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?


alzebra1 написал(а):
3) Какими бы ни были рефракторные (линзовые) системы,  обязательно
найдутся поверхности с НЕПОЛНЫМ прохождением луча.  Так, для одной линзы
можно получить нулевое отражение лишь для ОДНОЙ поверхности. На второй же поверхности неизбежно частичное отражение и потери света. Таким образом,
потери света в рефракторной оптике неизбежны, и их процент увеличивается
по мере "сжатия" светового пучка.  Рефлекторные  (отражательные) системы
напрочь лишены таких потерь.
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.

alzebra1 написал(а):
Спрашивается, зачем  нужны такие "бестолковые"
коллиматоры -линзы - объективы?
Ответ прост: во многих применениях потери света допустимы,
лишь бы луч был сильно сужен.
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.

alzebra1 написал(а):
Боюсь что к автономным
фонарям это плохо  подходит.
Значит, по-вашему, автономным осветителям больше подходит рефлектор размером с ведро?

alzebra1 написал(а):
 4) Насчет формы сечения пучка. Не забывайте про "мнимый" фокус.
Линзованный светодиод имеет его ниже, чем расположен сам кристалл.
Поэтому у двух  излучателей, сложенных спиной к тонкому радиатору,
будет практически один общий фокус.
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.
 
D

Dhaitya

Guest
...позволяет без помех разместить очень большой (размером с рефлектор, и даже больше ) радиатор внутри самого рефлектора.
Опишите подробнее.
 
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.
 
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.
 
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?
 
Сверху