Светодиодные модули и лампы могут быть сконструированы различными способами, исходя из целей обеспечения желаемого результата освещения, которое требуется для конкретных случаев. В этой статье сравниваются два альтернативных подхода, основанных на излучателе небольших размеров (компакт –излучателе) (compact emitter) в сочетании с дополнительным использованием линз полного внутреннего отражения (TIR-Total Internal Reflection), либо рефлектора, основанного на чипе-борт (chip-on-board) массиве.
Тем не менее, в данной статье также рассматривается сравнение светодиодных модулей и ламп по энергопотреблении и световой отдаче, которые могут дать совершенно разное представление о производительности этих источников света.
Сравнение
Для сравнения возьмем обычные лампы накаливания, применяемые повсеместно. При сравнении ламп накаливания основными параметрами являются их мощность в ваттах, и все мы имеем четкое представление о том, насколько ярче лампа 100W в отличие от лампы 60W.
Sofirn SP40 Ставим Tir оптику, тестируем, погружаем в воду.
Появление светодиодов сформировало более широкий выбор осветительной продукции, и в первую очередь потому, что разработчики доказывают намного большую эффективность светодиодного освещения в сравнения с освещением лампами накаливания. Как известно, одной из основных сравнительных характеристик ламп освещения, включая мощность, является отношения яркости к мощности – световая отдача (лм / Вт).
Так как светодиодные лампы имеют более сложную конструкцию, чем лампы накаливания, многие факторы, такие как тип излучателя, плата, на которой установлен излучатель, электр. схема, способ фокусировки и проч. сильно влияют на осветительные особенности ламп.
Световая отдача, используемая для сравнения светодиодных ламп, часто может ввести покупателя в заблуждение, если дело касается именно направленного освещения.
Необходимо иметь ввиду…
Несмотря на то, что конструкции светодиодных излучателей постоянно совершенствуются, для подавляющего большинства случаев, а именно- здания архитектуры, дороги, сцены, данной освещенности часто не хватает. Причина заключается в том, что светодиодный источник часто излучает световой поток слишком рассеянно.
Для того, чтобы получить направленный свет, необходимо использование дополнительной оптики, которая дает возможность направлять световой поток. Направленные световые лучи распространяются параллельно, хотя этого и не заметно из-за дифракции. При этом, чем меньше источник света, тем более значителен эффект применяемой оптики. Кроме того, направленность света также может улучшить однородности цвета, помимо его распределения.
Для сравнения характеристик оптики для коллимации пучка, часто ссылаются на угол или угловую ширина (FWHM). Это угловая ширина интенсивности пучка, которая на краях составляет половину максимальной интенсивности в центре пучка. Этот угол является хорошим способом для классификации оптики, хотя, часто на практике, в зависимости от оптического дизайна, оптики с одинаковыми углами обзора может часто отличаться.
Идеальная линза! TIR оптика для фонаря BORUIT RJ02. Обзор. Тест. Доработка фонаря Ч. 2
Рефлекторы и линзы
Многие объекты освещения, в частности, вышки, улицы, сцены, требуют яркого сфокусированного освещения, а значит, и большой мощности.
Часто конструкция излучателя сильно ограничивает применение оптики. Рефлектор предпочтителен при более равномерном распределении светопотока, например, как у ламп накаливания. Конструкция же светодиодных ламп имеет существенный недостаток — большинство световых лучей, исходящих от центра излучателя не попадают на поверхность отражателя и, соответственно, теряется значительная часть световой энергии. И это не просто ее потеря, но еще хуже – визуально это воспринимается как очаги со слишком ярким освещением и недостаток освещенности, в результате чего визуально наблюдается некоторый дискомфорт за счет этого дисбаланса.
Если же рассмотреть особенности компактных, но с высокой световой плотностью излучатели, то можно констатировать, что эти излучатели достаточно мощны, чтобы обеспечить необходимую яркость, но достаточно малы по физическим размерам, чтобы это свойство было полностью использовано. Применяя оптику TIR, удается достигнуть полного использования этой особенности путем применения практически всего излучаемого света, направленного на поверхность. Это недорогой и эффективный способ применим только с ярким, но малым по размеру излучателем.
На рис. 1 показаны примеры оптики с углами обзора от 8 ° до 45 °, используемые для излучателей с малым размером. Данный вид линз позволяет не только собрать световые лучи и преобразовать их в направленный поток, но и обеспечить высокую оптическую эффективность и однородность цвета, сохраняя при этом компактный форм-фактор.
Рисунок 1. Типы линз
TIR линзы в сравнении с отражателями
Для того чтобы сравнить производительность TIR-линзы и рефлектора, были взяты два светодиодных модуля. Один модуль, светодиод Engin, представляющий собой компактный LZC излучатель с линзой TIR (24 ° угол обзора) и тот же светодиод с рефлектором на основе COB- массива. Оба модуля были созданы для одинаковых условий и их технические характеристики были подобраны настолько близко, насколько возможно.
В таблице 1 показаны три основные различия в производительности между этими модулями.
Таблица 1. Сравнительная характеристика линз (размер обоих линз: 45мм в диаметре, 25мм в высоту)
На рис. 2 показано измеренное распределение интенсивности света по углам обзора. Видно, что угол (в данном случае 24 °) не раскрывает всех возможностей, TIR-линзы дает гладкий, хорошо видимый переход интенсивности, в то время как распределение интенсивности в случае с рефлектором более широк.
Рисунок 2. График распределения света.
Это, пожалуй, более наглядно проявляется в 3D графике, показанном на рис. 3, где профиль TIR на основе модуля показывает равномерный переход в сторону центра пучка света, а пример с рефлектором показывает более «рваный» переход в сторону центра интенсивности светового пучка, следовательно, задействована только незначительная часть энергии при использовании рефлектора.
Рисунок 3. Трехмерный график распределения света. Слева — TIR линза
Следовательно, 28% излучаемой энергии при применении отражателя теряются, в случае же использования TIR оптики это всего лишь 6%.
Выводы
В реальных условиях при сравнении светодиодных модулей и ламп по количеству потребляемой энергии, либо по световой отдаче, можно столкнуться с достаточно неточным представлением об этих источниках света.
Нужен новый способ световой производительности, учитывающий долю потерь энергии, которая имеет место, а не общая яркость в люменах. Термин «световая эффективность», возможно, будет принят для описания «полезной» яркости, именно используемой.
Другие факторы, такие как цвет и однородность распределения света по-прежнему должны быть рассмотрены, но «световая эффективность» более точна, чем все остальные характеристики, используемые в настоящее время. Сравнение между модулями с рефлектором и TIR- оптики ясно свидетельствует о необходимости такого дополнения.
Источник: fonariki.ru
Поговорим про… фонарики?
Приветствую, %username%!
Это небольшой ликбез на тему сегодняшнего состояния отрасли портативного освещения.
Disclaimer
К показанным фонарям и остальному железу я отношения не имею. Их рекламой данный пост не является.
Поехали, начнем с современных светодиодов
Светодиоды
На сегодняшний день самой большой популярностью пользуются светодиоды фирмы Cree.
У них на сегодняшний день самое лучшее соотношение Лм/вт и при этом есть отличные нейтральные и теплые варианты, в том числе с высоким Cri. Правда, что касается именно «теплого лампового света» и высоких Cri, тут не так давно на рынке появились диоды от японской фирмы Nichia, которые, по отзывам видевших как они светят людей, выдают просто чудесный свет(нейтральный/теплый, Cri >90), пригодный даже для постоянного использования дома.
Конечно, пока что чем «теплее», тем ниже эффективность диода. Поэтому в основном в фонарях используются более холодные или нейтральные версии.
При этом даже холодный Cree в дешевом фонаре будет гораздо приятней на вид и гораздо, гораздо ярче чем ваша старая светодиодная лейка.
И так. Из всего многообразия в современных фонарях в 99% случаях стоят диоды Cree либо XP-G/XP-G2 
либо XM-L/XM-l2.
Те, что с приставкой 2 построены на новой технологии SC³ и выдают в среднем на 10-20% больше света, чем те, что без нее.
В частности, один XP-G2 может выдавать ~500 люмен при ~5 ваттах. Это эквивалент 50ваттной лампы накаливания
А один XM-L2 примерно тысячу при десяти. Это уже 75-80ваттная лампочка.
При этом размер XP-G2/Nichia всего 3.45×3.45 мм. а XM-L2 5×5мм. Честно, я когда первый раз увидел XP-G, жарящий на всю катушку, не поверил своим глазам.
Драйверы
Всю эту мощь надо как то питать. Этим занимаются специальные LED драйверы, которые бывают линейные, импульсные, программируемые и еще куча других слов. Другими словами — DC-DC преобразователи с управлением по МК.
Например, на картинке выше — штучный экземпляр ручной работы, импульсный драйвер диаметром всего 17 мм, обеспечивающий постоянную яркость во время работы и с КПД около 95-97%. Разработка и сборка, кстати, Российско-Украинская )
В большинстве китайских, да и российских фонарей стоят обычные линейники, которые плавно гасят диод в зависимости от остаточного напряжения на батарейке. В фонарях посерьёзней драйвер «высасывает» из аккумулятора столько мощности сколько возможно для обеспечения постоянной яркости. Особо хитрые потом еще переходят в пониженные режимы, чтобы выключение не было сюрпризом.
- СтробоскопSOS (один из признаков «китайчатины»)
- Контроль разряда батареи
- Контроль температуры
- moonlight (режим очень слабого свечения, которого хватает на несколько месяцев)
- Программирование режимов
и многое, многое другое.
На этом кадре из фильма Oblivion на винтовке видна оптика модуля с тремя светодиодами, в народе «трипла». Разработка конкретно этого светомодуля, между прочим, дело рук московской конторы Lux-RC (+ их партнеров из Oveready(отвечают за корпуса фонарей)).
Фонарик в начале темы тоже спроектирован Lux-RC. Выдает 6000 люмен с 4х аккумуляторов, имеет активное охлаждение. 
Оптика
Тут всё и сложнее и проще. Типичный угол свечения для светодиодов — 120 градусов. К тому же, источник свечения — квадрат со стороной 3.45 или 5 мм.
Собрать их в узкий пучок можно, например линзой. Но, линзованные фонари негерметичны, не дают практически никакой засветки и в линзах теряется очень большая часть света. Флешаголики не одобряют )
Поэтому, если хочется качества и дальнобойности, то вам прямая дорога к фонарям с глубоким рефлектором, например тот же Thrunite catapult V3, с которым Тёма поедет в свою следующую экспедицию.
Если надо что то для повседневных нужд, то это уже больше дело вкуса. Есть и мятые рефлекторы и TIR оптика, можно получить практически любой угол хотспота/засветки.
Питание
Все серьезные фонари питаются литиевыми аккумуляторами формата 18650 (18мм диаметр, 65 мм длина). Они на сегодняшний день являются самыми технологически передовыми из всех. А так же не слишком сильно оттягивают карман
Например, Panasonic NCR18650B имеет на борту 3400mAh, Sanyo ZTA около 3000. Так же, начали появляться (те же Sanyo, Samsung, LG) аккумуляторы с максимальным напряжением заряда 4.35V вместо 4.2. Им нужны, соответственно, другие зарядники.
От одного 18650 хороший фонарь может выдавать 1000 нейтральных стабилизированных люмен в течение часа.
Add:
Забыл сказать, что есть 18650 как с встроенной защитой от переразряда (маленькая платка на плюсовом контакте) так и без нее. Если в фонаре такая защита встроена, то нет необходимости переплачивать за protected версии. Ну и иногда защищенные 18650 не влезают в фонарь, так что лучше заранее этот момент прояснить.
bonus
Аккумуляторы формата 18650 используются в повербанках, от которых можно питать телефонпланшет по USB. Например, вот такой на 4 аккумулятора
Умеет выдавать 2A и в случае использования 4х панасоников на 3400 его общая емкость будет около 13500 mAh
Если вам роднее формат AA/AAA, то из Ni-MH аккумуляторов лучшими считаются Sanyo Eneloop. У них очень низкий саморазряд и приличная ёмкость. Не такая, конечно, как у литиевых, но для EDC/домашнего дежурного использования вполне подойдет.
С одного не литиевого AA лучшие фонари снимают порядка 280 люмен. Такой, например как SC52w от Zebralight
Существуют и литиевые аккумуляторы формата AA(14500) но они распространены меньше и пойдут только в те фонари, где это отдельно оговорено.
Охлаждение
Самый, пожалуй, сложный момент. Далеко не все производители задумываются о качественном теплоотводе для фонарей.
(фонарь FL33 на картинке выше — приятное, но довольно дорогое и эксклюзивное исключение)
Сильный нагрев светодиода ведет к уменьшению светового потока и его постепенной деградации. Так же, это не самым приятным образом сказывается на электронной начинке. Это не сильно критично, если вы «жарите» диод не на полную и не очень долго. Но вообще не будет лишним почитать обзоры и отзывы на профильных форумах.
Модификации
- Замена светодиодов на более «теплые»/нейтральные, либо на диоды нового поколения
- Модификация охлаждения. От запихивания фольги внутрь «головы» до ручного изготовления медных (и иногда посеребренных!) теплоотводов специально под фонарь
- Заменамодификация электронной начинки
Ну, то есть, под замену может пойти всё, кроме корпуса. Есть даже спец магазины, которые торгуют чисто корпусамиголовами и т. п.
Так что, если дружите с паяльником, можете сами себе собрать фонарь под свои хотелки.
Советы
Если просто хочется понять и увидеть как светят современные фонарики, вам подойдет любой на XP-G(2)/XM-L(2) с DX и прочих китайских магазинов. Их марки обычно заканчиваются на «Fire», поэтому их так и называют — «разнофаеры» (только чур не путать с дорогущими американскими SureFire). Там же можно купить недорогие(но и качества от них не ждите) 18650. На первое время хватит, но чтоб не портить впечатление от пользования, на питании и зарядке лучше не экономить.
Если хочется чего то большего, то велкам на профильные форумы вроде фонаревки. Там тусуются как флешаголики, так и разработчики. Можно почитать обзоры, посмотреть бимшоты, поучаствовать в холиварах и сделать свой выбор. Ну или заказать себе кастомный фонарь, как это в итоге сделал я.
Источник: habr.com
TIR оптика
Проект FONAREVKA.RU специализируется на предоставлении всей необходимой информации о светодиодных фонариках, источниках питания, зарядных устройствах и световых приборах включая: освещение помещений (светодиодные лампы, светильники, светодиодные панели и т.п.) и интерьерная подсветка (светодиодные ленты и прочее); основное уличное освещение и ландшафтная подсветка; внешние световые приборы для автомобилей и мототранспорта, в том числе дополнительная оптика для Off-Road. Отдельное внимание уделено лазерам и лазерной технике.
| Стр. 1 из 6 | 1 | 2 | 3 |  |
Последняя стр. |
Ветеран Фонарёвки
Регистрация: 23.10.2013
Последняя активность: 26.11.2018 00:06
Сообщений: 1753
Сказал(а) спасибо: 319
Поблагодарили: 634 раз(а) в 382 сообщениях
TIR оптика
Давно интересуюсь TIR, захотел разобраться что это такое. Перевел и чуть дополнил небольшую заметку компании Ledil. Может быть кому-то пригодится. Так-же приветствуются исправления/дополнения.
Что такое TIR линза
Самыми распространенными линзами для LED (англ. Light-emitting diode — светодиод) являются конусные линзы.
Эти линзы часто называют TIR (Total Internal Reflection — полное внутреннее отражение), большая часть которых основана на принципе полного отражения света от боковых стенок линзы.
Конструкция TIR линз как правило осесимметрична, что дает хорошее круглое световое пятно. Линзы могут быть разработаны специально для работы с массивом диодов или иметь детали, облегчающие монтаж линзы.
TIR линза или Отражатель
Принципы работы TIR линзы и отражателя одинаков, но TIR линза лучше контролирует поток света. С отражателем большая часть светового потока «не касается» самого отражателя и его распределение никак не контролируется. Это различие легко можно увидеть, узкое световое пятно отражателя обычно не имеет таких четких границ, как в случае с использованием TIR линзы.
Типы линз
Различные категории линз имеют разные оптические характеристики, которые зависят так же от размера линзы и светодиода.
Источник: forum.fonarevka.ru
Что такое технология TIR?
TIR — технология конусных линз, большая часть которых основана на принципе полного отражения света от боковых стенок линзы.
Конструкция TIR линз как правило осесимметрична, что дает хорошее круглое световое пятно. Линзы могут быть разработаны специально для работы с массивом диодов или иметь детали, облегчающие монтаж линзы.
Принципы работы TIR линзы и отражателя одинаков, но TIR линза лучше контролирует поток света. С отражателем большая часть светового потока «не касается» самого отражателя и его распределение никак не контролируется. Это различие легко можно увидеть, узкое световое пятно отражателя обычно не имеет таких четких границ, как в случае с использованием TIR линзы.
Справочная статья основана на экспертном мнении автора
Если вам понравилась статья, поделитесь ею со своими друзьями в социальных сетях:
Источник: www.huntworld.ru