что такое вторичная оптика в светильниках

Применение вторичной оптики в светодиодных светильниках

В этой статье раскрываются некоторые возможности применения вторичной оптики в светодиодных светильниках.

Ниже приведены рисунки и таблица, позволяющие сделать такую оценку. Более точные результаты будут, если для этого применить специальные компьютерные программы, например «DIALUX». Надо иметь в виду, что это касается только таких светодиодных светильников, у которых светодиоды расположены в одной горизонтальной плоскости и светят вниз, например, Эмлайт спот Д, Виолан Д, Квадро Д, НСП43М-06(16) Д.

Под углом излучения понимается угол, при котором сила света уменьшается вдвое. Без применения вторичной оптики угол излучения принимается равным 110 градусов (от 90 до 120 градусов у разных производителей светодиодов).

Под диаметром пятна половинной освещенности понимается диаметр светового пятна, на краю которого освещенность в два раза меньше, чем в центре.

Пример подвеса светильника со световым потоком 3000 лм, подвешенном на разных высотах, имеющим вторичную оптику с разными углами и обеспечивающих освещенность на оси – 100лк. при диаметре пятна половинной освещенности — 3 м.:

Для обеспечения равномерной освещенности светильники должны располагаться на расстоянии друг от друга не больше диаметра пятна половинной освещенности.

Зависимость высоты подвеса от углов излучения при обеспечении заданной освещенности и заданном расстоянии между светильниками для светильников, создающих световой поток 3000 лм:

Источник

Что такое вторичная оптика и зачем она нужна

Универсальных светильников не существует. Тем не менее, это не означает, что под каждое конкретное помещение, будь то офис, цех или спортивный зал, следует искать специфический осветительный прибор, разработанный специально для него.

К счастью, светильники, особенно светодиодные, довольно легко поддаются модификации. Но что можно сделать со стандартным 200-Ваттным светодиодным прожектором, чтобы он смог осветить строительную площадку с высоты 80 метров? Или как при помощи линейных 50-Ваттных светильников создать равномерное освещение между складскими стеллажами при условии, что светильники можно крепить только на сами стеллажи или на стены?

Перераспределить световой поток в соответствии с задачами освещения позволяет специальная светотехническая арматура. Например, можно использовать отражатель. Он направляет световой поток в нужное русло, поглощая в процессе свыше 20% света. Светодиодным светильникам в этом плане «повезло»: вместо отражателей для фокусировки светового потока применятся вторичная оптика – линзы, монтирующиеся непосредственно на светодиоды или группы светодиодов. Качественная и правильно подобранная оптика увеличивает плотность светового потока, корректирует угол освещения, площадь и форму светового пятна, позволяя добиваться нормированной освещенности вне зависимости от особенностей помещения и высоты крепления светильников.

Для максимальной эффективности светильника следует применять вторичную оптику, разработанную специально под установленные светодиоды. В нашем случае это сверхяркие светодиоды Cree XLamp®.

Главная характеристика линз – формируемая ими кривая силы света. Кривая силы света (КСС) показывает, как распределяется световой поток светильника в пространстве.

Итак, промышленные и уличные светильники «Диод Систем» на светодиодах Cree Xlamp® в зависимости от задач освещения могут комплектоваться 4-мя типами линз:

1. 55°, КСС типа «Г» (глубокая). Светильники с такими линзами применяются в основном для освещения производственных и складских помещений в ситуациях, когда необходим концентрированный пучок света – например, если требуется добиться довольно высокой освещенности на полу с большого расстояния.

Светильник с линзами 55°

Также светильники с 55-градусными линзами широко применяются в архитектурной подсветке: они отлично подходят для освещения крупных архитектурных элементов (статуй, барельефов), межоконных проемов, простенков, колонн и т.д.

2. 36°, КСС типа «К» (концентрированная). Светильники с линзами на 36 градусов подходят для подсветки особых выделенных зон – например, в освещении торгового зала. Могут применяться и в наружном освещении.

3. 16°, КСС типа «К» (концентрированная). Такие линзы максимально фокусируют световой поток, делая возможным освещение с высоты 50 и более метров. Однако световое пятно получается довольно-таки узким.

Светильник с линзами 16°

4. КСС типа «Ш» (широкая). Данными линзами комплектуются магистральные (дорожные) светильники. Широкие световые пятна формируют равномерную засветку дорожного полотна без «слепых зон». Вторичная оптика в магистральных светильниках решает еще одну задачу – предотвращает ослепление водителя ярким светом.

Таким образом, найти подходящие светильники не составляет никакого труда. Все, что для этого нужно – немного информация об освещаемом помещении: его габариты, высота подвеса светильников, требуемая освещенность на поверхности. Исходя из этих данных, наши специалисты подберут оптимальные светильники, и, если будет такая необходимость, снабдят их первоклассной вторичной оптикой – нет нерешаемых задач!

Источник

Варианты вторичной оптики в светильниках

Свойства и особенности вторичной оптики

Вторичная оптика получила свое название от уже установленной на светодиодах первичной оптики, которая формирует угол рассеивания светового потока примерно 120 градусов. Первичная оптика защищает светодиодные кристаллы и люминофор от внешних воздействий, а элементы вторичной оптики формируют требуемую диаграмму направленности.

Оптические элементы в виде рефлектора позволяют только фокусировать световой луч, тогда как возможности оптических линз существенно выше. Они дают возможность как фокусировать луч, так и расширять диаграмму направленности — например для освещения автомобильных дорог.

Оптические линзы изготавливаются из прозрачного акрила или поликарбоната. Оптические свойства и надежность первого материала существенно превышают параметры второго.

Виды формируемых кривых силы света

Формируемые с помощью оптических элементов углы рассеивания светового луча определены в нормативных документах и обозначаются следующими буквами и значениями в градусах:

К — концентрированная КСС показывает угол рассеивания 30°;

Г — глубокая кривая формирует луч с углом рассеивания 60°;

Д — косинусная диаграмма распределения светового потока имеет угол 120° и соответствует светодиоду без вторичной оптики;

Л — полу широкая КСС формирует угол 140°;

Ш — широкая диаграммы растягивает угол излучения до 160°;

М — равномерная кривая обеспечивает рассеивание светового луча до 180°;

С — синусная диаграмма обеспечивает концентрацию светового потока с углом 90°.

Большую популярность в освещении автодорог и архитектурных объектов приобретают оптически линзы с асимметричными кривыми силы света, особенности которых описаны в этой статье.

Формирование отличных от нормативных значений диаграмм направленности связано с особенностями эксплуатации конкретных светильников, а их параметры подробно описываются в инструкциях по эксплуатации.

Источник

Вторичная оптика и «оптический конструктор»

Существенным преимуществом применения светодиодов в светильнике является относительная простота получения светового пучка, наилучшим образом удовлетворяющего поставленной задаче. Для получения другой диаграммы направленности в большинстве случаев можно обойтись без каких-либо изменений в конструкции светильника, лишь заменив оптические элементы. Способствуют этому и производители вторичной оптики. Они за непродолжительное время разработали большое количество линз и отражателей с различными диаграммами направленности для всех популярных типов светодиодов. Сейчас вторичная оптика проходит некоторую стадию универсализации, что позволяет без затруднений (правда, не во всех случаях ) менять оптические элементы в светильнике, формируя новую КСС (кривую силы света) для решения других задач. В большей или меньшей степени эту тенденцию развития можно проследить у всех производителей, но Ledil идет несколько впереди.

Изначально компания совмещала оптические оси светодиода и линзы, предлагая позиционировать оптические элементы по корпусу светодиода, делая в держателе вырез соответствующего размера. Иногда появлялись позиционирующие ножки или четкого позиционирования не происходило (рисунок 1).

Рис. 1. Разные способы позиционирования линз Ledil: а) по корпусу светодиода; б) по наличию позиционирующих ножек; в) без четкого позиционирования

Со временем инженеры компании Ledil от первого типа позиционирования оптических элементов перешли ко второму, за исключением некоторых старых моделей. Производитель и потребитель видят в этом ряд преимуществ, главными из которых являются универсальность и приемлемая стоимость. Появляется возможность менять светораспределение светильника, заменив лишь оптический элемент, или, в некоторых случаях, светодиод, оставив прежнюю линзу. Конечно, такая универсализация не является повальной и имеет логически обусловленные рамки. Например, для позиционирования одиночных линз компании Ledil очень часто используются ножки диаметром 2 мм, расположенные на расстоянии 8,6 мм друг от друга (рисунок 2).

Рис. 2. Позиционирование одиночных линз Ledil на примере STRADA-K C12786

Блочные линзы Ledil, наиболее популярными среди которых являются линзы в формате 2х2, также имеют универсальную посадку (рисунок 3), отличную от одиночных.

Рис. 3. Позиционирование блочных линз Ledil 2х2 на примере STRADA-2X2-DWC C12362

Сколь бы ни был широк ассортимент вторичной оптики для светодиодов, будут возникать ситуации, когда лучшее решение можно получить, применяя два и более типов линз с разными КСС. В этом случае оптические элементы с универсальной посадкой начинают играть еще большую роль. Одним из первых таких примеров еще несколько лет назад была попытка компании Ledil предложить рынку идею оптического конструктора, выражавшегося в использовании двух линз в уличных светильниках. Это были линзы STRADA-A C10818 и STRADA-B C10926, используя которые в разных соотношениях, можно было получить различные кривые. Сегодня это уже устаревшие линзы, за несколько лет появился большой ассортимент вторичной оптики, формирующей как обычные осесимметричные пучки, так и асимметричные пучки сложной формы. Но, тем не менее, сама идея применения различных линз в светильнике не исчезла.

Проиллюстрировать эту идею можно несколькими простыми примерами использования различных линз в одном светильнике. А именно — тем, как можно изменять результирующую кривую, оптимизируя ее под требования решаемой задачи. Смешивая линзы STRADA-K C12786 и EMERALD-A C13155 в разных пропорциях, можно изменять положение максимума силы света, делая результирующую диаграмму направленности светильника более широкой, чем кривая линзы STRADA-K. На рисунке 4 приведены четыре кривые: а и б — собственные кривые линз STRADA-K и EMERALD-A, в и г — результирующие кривые при смешении указанных линз в соотношении 3:1 и 1:1 (световые потоки в примере приведены к одному значению).

Рис. 4. КСС линз STRADA-K C12786 (1); EMERALD-A C13155 (2) и их сочетаний: а) (1); б) (2); в) (1) : (2) = 3:1; г) (1) : (2) = 1:1

Таким образом, смешение линз разных типов позволило получить новую кривую, недоступную при использовании стандартных линз по отдельности. Определить требуемое соотношение можно при использовании светотехнического программного обеспечения, например, DIALux, а благодаря все большей универсализации посадки и позиционирования вторичной оптики, практическое воплощение может быть реализовано на универсальной плате. На рисунке 5 представлен пример такой печатной платы для двенадцати светодиодов в корпусе 3,5х3,5 мм. На эту плату может быть установлена вторичная оптика Ledil — блочная в формате 2х2 и одиночная с позиционированием, указанным на рисунках 2 и 3, а также 20-миллиметровые одиночные линзы Carclo в универсальных держателях.

Рис. 5. Универсальная печатная плата PCB-AL12XT-184×51

Рассмотрим другой вариант смешивания оптических элементов, более приближенный к практике. Сравнивая уличные линзы Ledil формата 2х2, формирующие весьма удачное светораспределение для освещения дорог и улиц (справедливо не для всей линейки), можно обратить внимание на особенность применения линз STRADA-2X2-A-T C12419 и STRADA-2X2-DWC C12362, вытекающую из расчета (при использовании светодиода Cree XT-E), приведенного в таблице 1. В процессе этого расчета оптимизируется световой поток светильника, который требуется для достижения необходимого уровня средней яркости дорожного покрытия, и уточняется расстояние между опорами, обеспечивающее выполнение качественных показателей осветительной установки. Также можно задаться целью оптимизировать и другие параметры установки, такие как наклон и вылет светильника, высота установки осветительного прибора, но в этом примере они приняты равными 0°, 1 и 12 м соответственно. Схема расположения светильников — двухрядная, прямоугольная, напротив друг друга, параметры дороги — четырехполосная с мелкозернистым покрытием, ширина полосы движения 3,75 м, разделительной полосы — 1 м, класс Б1.

Таблица 1. Результаты расчета осветительной установки

Согласно данным из таблицы 1, при практически равном УСП более предпочтительным окажется вариант с использованием линзы STRADA-2X2-DWC (меньшее количество опор), однако при взгляде на параметры, которые ограничивают шаг между светильниками, возникает желание совместить эти два решения. В первом случае увеличению шага препятствует выход за допустимые пределы продольной равномерности распределения яркости, во втором — пороговое приращение яркости (TI). Попробуем использовать комбинацию указанных линз, а результаты сведем в таблицу 2 при соблюдении всех требований, указанных в [1].

Таблица 2. Результаты расчета осветительной установки для комбинаций линз STRADA-2X2-A-T и STRADA-2X2-DWC

Согласно расчету, хотя использование выбранных комбинаций указанных линз и не позволит сделать осветительную установку заметно более энергоэффективной, однако можно существенно уменьшить количество опор, увеличив шаг между светильниками вплоть до 46 м и оставаясь при этом в рамках, регламентируемых [1]. Это, несомненно, положительно скажется на конечной стоимости установки. На рисунке 6 приведены КСС этих линз и комбинаций.

Рис. 6. КСС линз STRADA-2X2-A-T C12419 (1), STRADA-2X2-DWC (2) и их комбинаций: а) (1); б) (2); в) (1) : (2) = 1:1; г) (1) : (2) = 1:2

Аналогичная ситуация наблюдается и для шестиполосной дороги класса Б1 (таблица 3). Только в этом случае использование линз STRADA-2X2-A-T и STRADA-2X2-DWC в соотношении 1:1 позволит получить лучший результат из приведенных вариантов.

Таблица 3. Результаты расчета осветительной установки для комбинаций линз. Шестиполосная дорога класса Б1

Заключение

Приведенные в статье примеры иллюстрируют одно из преимуществ светильников на дискретных светодиодах. Широкая номенклатура доступных оптических элементов позволяет рассматривать вторичную оптику в качестве оптического конструктора, моделируя, а затем реализуя наиболее оптимальную КСС светильника. Если изначально при разработке печатной платы и конструкции учесть распространенные типы посадок оптических элементов, то это позволит без проблем изменять светораспределение конечного изделия, делая его универсальным. Это весьма важно, особенно при проектировании уличных и промышленных светильников.

Литература

1. СП 52.13330.2011. Свод правил. Естественное и искусственное освещение.

Источник

ПРОИЗВОДСТВО СВЕТОДИОДНЫХ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ

Использование вторичной оптики в светодиодном светильнике и формирование необходимого светораспределения превращает свет в освещение.

Тип светораспределения светового прибора – одна из характеристик, определяющих назначение и область применения светильника, особенно, когда дело касается наружного или промышленного освещения. Большинство источников света распространяют свет во все стороны. Для того, чтобы свет источника был использован эффективно – в нужном месте и в нужном количестве – необходимо управлять светом, формировать правильное светораспределение. Для этого в светильниках используются система отражения и преломления – отражатели, рассеиватели и линзы. Благодаря применению различной вторичной оптики, возможно получение большого разнообразия светораспределений у традиционных и светодиодных светильников.

Массовое использование светодиодов в промышленном и уличном освещении, а также в освещении общественных зданий поставило перед разработчиками световых приборов непростую задачу. Необходимо было разработать систему формирования кривой силы света (светораспределения) для источника света, принципиально отличающегося от привычных ламп, в первую очередь своими размерами, а во вторую очередь особенностью собственного светораспределения светодиода, который светит только в одну полусферу, как правило, в телесном угле 120-140°.

Вторичная оптика светодиодного светильника может представлять собой линзу или зеркальный отражатель. Отражатель в светодиодном светильнике ограничивает световой поток, направленный в стороны, формируя более узкую кривую силы света. Линза может использоваться для каждого светодиода индивидуально или устанавливаться на группу светодиодов. Использование линз в качестве вторичной оптики дает широчайшие возможности формирования пучка света различной формы, ширины и симметрии. Кроме решения задачи создания нужного светораспределения, линза также может выполнять и функцию защиты светодиода от внешних воздействий.

Отсутствие в светодиодном светильнике вторичной оптики приводит к тому, что свет излучается равномерно во все стороны, яркий светодиод попадает в поле зрения и вызывает зрительный дискомфорт. Кроме того, часть светового потока попадает в зоны, которые не нуждаются в освещении, то есть свет расходуется неэффективно, без учета целей и задач освещения в конкретном случае. Это особенно важно понимать, при выборе уличного светодиодного светильника или проектировании промышленного светодиодного освещения.

Светильники, в которых используются линзы в качестве вторичной оптики, оптимально распределяют световой поток, перенаправляя его в нужную сторону. Это позволяет сократить общее количество светильников в установке, за счет эффективного использования светового потока светодиодов. Следовательно, с уверенностью можно сказать, что управление светом – это управление затратами.

Источник