Прямоугольный отражатель для светодиода

Рассеиватель для светодиодной ленты — от хорошего к лучшему.

У большинства светодиодных лент, особенно малой и средней мощности, есть одна проблема – точечный, концентрированный свет.

Происходит это из-за относительно большой разбежки между отдельными светодиодами.

В мощных лентах кристаллы расположены практически вплотную друг к другу, что нивелирует подобный эффект.

Однако и от них яркий, прямой свет больно бьет по глазам.

Есть несколько способов и вариантов превращения таких светодиодных “точек” в приятное, комфортное освещение.

Давайте рассмотрим некоторые из них, пройдясь от хорошего к лучшему.

Самый простой вариант, что называется для бедных – это несколько слоев белого матового пергамента для выпечки.

Его можно нарезать любой ширины и длины, собрав по итогу в единую большую конструкцию.

Однако с точки зрения долговечности и качества света, такой рассеиватель все же не лучший выход.

А чем не угодили стандартные рассеивающие экраны, которые застегиваются на алюминиевый профиль, спросите вы? Они ведь тоже стоят не так дорого.

Дело в том, что не всегда светодиодное освещение состоит из одинарной, узкой светящейся полоски. Нередко это могут быть большие овальные или квадратные поверхности, либо арт-объекты нестандартной формы .

Для них придется искать нечто совсем иное, чего нет в каталогах у продавцов. Заводские рассеиватели мы тоже рассмотрим чуть ниже.

Кстати, они бывают не только привычного матового или молочного цвета, но даже черного!

Второй вариант – тонкие (до 1мм), прозрачные листы оргстекла или листового ПВХ (PVC пластик).

Для создания рассеивающего эффекта оргстекло придется предварительно зачистить мелкозернистой наждачкой.

Плюс здесь в том, что уровень прозрачности вы сможете регулировать самостоятельно. Например, зашкурить лист не с двух сторон, а только с одной.

Однако и здесь нужно помнить о том, что идеального рассеивающего света от зачищенного вручную оргстекла или акрила вы не получите. При ближайшем рассмотрении будет явственно просматриваться лишняя текстура.

Чтобы избежать подобного, покупайте листы изначально с матовой тонировкой.

Степень “матирования” опять же подбирается по необходимости. С подобным материалом можно сделать вот такие шикарные настенные светильники.

Как их изготовить самостоятельно в домашних условиях, читайте в отдельной статье.

Еще есть очень гибкий листовой пластик под названием Cosplayflex clear. Он идеально подходит для создания оригинальных проектов подсветки.

Там, где вы никогда не подберете ничего готового. Его также придется зашкурить наждачной бумагой.

Удивительно, но иногда для рассеивания яркого света идеально подходит обычный белый поролон.

Он широко применяется в подсветках, где используются одиночные, мощные светодиоды.

Например, косплейные костюмы или узоры на стенах.

Выбирая разную толщину материала и цвет, можно регулировать яркость и расцветку изначально белого светодиода.

А что делать, если вам нужно рассеять яркий свет от источника на относительно большой площади? Например, что-то типа софтбокса.

Тут уже лучшим решением будет не пластик, а полупрозрачное тканевого полотно. Где можно найти такую ткань?

В упаковках от бытовой техники! Ею обычно оборачивают телевизоры, холодильники и т.п.

Изначально она идет двухслойная, но для хорошего рассеивания достаточно и одного слоя.

Также ее можно купить в местах, где продаются занавески, тюли, шторы. Такой материал не боится высвечивания, не темнеет и со временем не меняет свой изначальный цвет.

Ну и последний вариант – это заводской рассеиватель-крышка, которая поставляется с алюминиевым профилем для Led лент.

Что нужно знать про них? Прежде всего, что они бывают нескольких разновидностей.

Вот краткая сводная таблица.

Давайте пробежимся в отдельности по каждому из них. Во-первых, есть практически полностью прозрачные рассеиватели, с коэффициентом пропускания 95-93%.

Спрашивается, а зачем подобные вообще нужны? Их задача – защитить светодиодную ленту от грязи, пыли и механических воздействий.

Регулярно протирайте тряпочкой эту полоску и подсветка всегда будет как новая.

Читайте также:  Прямоугольная рамка подвижная сторона которой

Такой рассеиватель применяется в местах, где мы не видим свет напрямую (боковая засветка), но в то же время не хотим терять в яркости.

Еще их ставят поверх Led ленты при освещении торговых витрин.

Следующим идет матовый рассеиватель с коэффициентом пропускания 85%. Он в значительно степени приглушает яркий свет, однако отдельные точки светодиодов через него все равно проглядывают.

Для того чтобы свет хорошо приглушался и равномерно рассеивался наружу, понадобятся изделия с коэффициентом 80% и ниже. Это уже «диффузоры» под названием молочные или опал.

Чем ярче будет светодиодная лента, тем меньше должен быть этот коэффициент.

В продаже есть даже рассеиватели черного цвета с коэфф. пропускания 60%.

Спросите, зачем они вообще нужны? В качестве элемента дизайна.

Только посмотрите, как можно шикарно оформить с их помощью ничем не привлекательную стенку.

Никакие матовые и молочные крышки такого эффекта никогда не дадут.

Если вам необходимо сузить угол распространения света со 120 градусов на меньший, опять на помощь приходят рассеиватели.

Это уже будет не просто гладкая полоска пластика, а некая конструкция с вогнутой поверхностью в виде линзы.

Вот одна и та же светодиодная лента, вставленная в профиль с разными углами рассеивания: 10 градусов – 30 градусов – 60 градусов.

Большую роль играет материал изготовления рассеивателя:

Источник

Отражатели для светодиодов

Светодиоды на сегодняшний момент все более уверенно закрепляются в роли основного источника света. И, не смотря на то, что свет, который излучает светодиод ярче, чем в большинстве источников света, некоторым он кажется слабоватым, его всё мало и мало.
Для того, чтобы усилить максимум света, можно использовать отражатели. Однако предложенный вариант требует навыков работы со стеклотканью и занимает достаточно много времени.
Для формы будущего отражателя мы использовали пластмассовые граненые шарики, используемые в бижутерии. Они уже имеют нужную форму и не требуют обработки. Так же можно использовать подобные пуговицы. Другими словами найти макет для такой работы можно в магазине, где продают материалы для шитья.

В кусочке ламинированной фанеры просверливаем отверстие диаметром равным диаметру шара. Фанера необходима с гладкой поверхностью, для лёгкого съема с нее стеклопластика. Смотрим и выбираем ту половину шара, которая нам не потребуется. Обычно она уже имеет либо отверстия для пришивания, либо какие то крепления. Заполняем отверстие в фанере шпаклевкой и опускаем в нее наш шар таким образом, чтобы он ушёл в фанеру ровно наполовину. С обратной стороны отверстия подпихиваем выдавленную шпаклевку, так, чтоб она закрепила шар. После этого необходимо ждать до начала процесса желатинизации шпаклевки. Как только процесс начался, аккуратно срезаем шпаклевку, выдавленную выше шара. Делать это нужно пока шпаклевка не застыла окончательно.

После этого стачиваем надфилем вершину полусферы для получения площадки и затем наклеиваем кусочек вырезанной пластмассы с помощью суперклея чуть большего размера, чем размер светодиода. В нашем случае получилось 6х6 мм. Шпаклюем 4 уголка под этой площадкой, во избежание протекания смолы.
Полученную форму хорошо провосковываем и перед началом съема убираем лишний засохший воск фланелью.
Клеим тонкое изделие. После этого аккуратно снимаем его с нашей формы и задуваем краской -хром. Можно использовать краску в баллонах. Она предназначена только для внутренних работ и не любит трения и вытирания. Важно не покрывать лаком. Она наилучшим образом подходит для реставрации внутренних поверхностей фонарей (с последующей герметизацией), она даёт зеркальный блеск.

Таких маленьких изделий нужно сделать несколько штук. И из них уже можно собирать нужную композицию. В нашем случае был выбран шестигранный в сечении шар, но чем граней будет больше, тем лучше. Перевернув полученные полусферы (а лишние края вокруг граней нужно отрезать), собираем их в нужную композицию и каплями шпаклёвки соединяем между собой. Позже можно проклеить стеклопластиком. Получившиеся щели между сферами с лицевой стороны прошпаклюем. Покраску осуществляем после окончания сборки сфер. Далее устанавливаем в отражатель светодиод. Цвет светодиода можно брать любой. Светодиоды различных яркостей,цветов и размеров можно посмотреть здесь.

Источник

Построение компактных коллиматоров для мощных светодиодов

Введение

Характеристики мощных светодиодов

Мощные светодиоды имеют большой угол обзора. Популярные светодиоды компании CREE не являются исключением. Вот, например, характеристики светодиода XP-E2 [5].

Читайте также:  Окружность живота при доношенной беременности равна

• Размер 3,45 х 3,45 x 2.08 мм
• Цвет Белый
• Максимальный ток 1 A
• Максимальная мощность 3 Вт
• Максимальный световой поток 283 лм
• Номинальное прямое напряжение 2.9 V Белый @ 350 мА
• Максимальное обратное напряжение 5 В
• Угол обзора 110°

Коллиматоры

Существует множество вариантов коллиматоров, собирающих расходящееся излучение в зоне наблюдения. Среди них можно выделить линзы (преломляющие свет), отражатели и составные коллиматоры, состоящие из линз, преломляющих поверхностей и отражателей (Рис. 1, Рис. 2).

Требуемое равномерное освещение объекта или другое распределение освещенности достигается применением специальных материалов, рассеивающих поверхностей и корректировкой форм элементов коллиматора и их расположения.


Рис. 1. Примеры структур коллиматоров светодиодов [1,2,3,4].


Рис. 2. Геометрия демонстрационных моделей среды проектирования оптических устройств LightTools.

Распределения лучей отражателя

Профиль отражателей вычисляется с учетом угла обзора и диаграммы направленности светодиода, размера объекта и расстояния до него, а также и требуемого распределения освещенности объекта.

Некоторые варианты распределения лучей светодиода на поверхности объекта показаны на Рис. 3.


Рис. 3. Варианты распределения лучей в зоне объекта. A — фокусировка в центральной точке; B, D — слабые лучи (см. диаграмму направленности) собираются на периферии зоны объекта, сильные — в центре (для усиления интенсивности центральной зоны); варианты С и E собирают слабые лучи в центе, а сильные — на периферии (для выравнивание интенсивности засветки).

Расчет профилей отражателя

Расчет профиля отражателя, фокусирующего лучи точечного источника (Рис. 3, вариант А), можно выполнить без использования специальных сред для разработки оптических систем.


Рис. 4. Распределение прямых и фокусируемых лучей (на этом рисунке слева, Рис. 3, вариант А) и диаграмма расчета профиля отражателя точечного источника (справа).

Далее, приведена программа расчета и построения профиля отражателя (Рис. 5) в среде МАТЛАБ с использованием построений Рис. 4.


Рис. 5. Профили отражателей излучения точечных источников с углом обзора 180, 120, 60 и 20 град для освещения 50 мм объекта, расположенного на расстоянии 300 мм от источника.

Диаграмма расчета профиля отражателя В (Рис. 3) показана на Рис. 6.


Рис. 6. Диаграмма расчета профиля отражателя лучей точечного источника: «Слабые» — периферийные лучи (диаграммы направленности светодиода) идут к границам объекта, «Сильные» центральные лучи собираются в центре объекта (Рис. 3, вариант В).


Рис. 7. Профили 6 мм отражателей (слева) и углы отражаемых лучей (справа). Здесь, углы рассчитаны относительно плоскости источника. Так, углу 30о соответствует угол обзора 120о = 2*(90о -30о). Соответственно, минимальный угол прямых лучей (не касающихся отражателя) равен 50о, как 2*(90о — 65о ).

Сравнительные профили отражателей вариантов A,B,C,D,E (Рис. 3) показаны на Рис. 7. Максимальный диаметр отражателей ограничен 6 мм.

Сравнение профилей (Рис. 7) и распределение лучей (Рис. 3) показывает, что длина коллиматоров и диапазон собираемых лучей максимальны для вариантов D и E. Коллиматор Е обеспечивает лучшую равномерность освещения объекта, чем коллиматор D. Коллиматор В имеет наибольшую зону для размещения линзы, которая соберёт лучи не коснувшиеся отражателя. Угол расхождения прямых лучей прошедших внутри отражателя В составляет 60 градусов (как 90-60*2).

Составной компактный коллиматор

Составной коллиматор включает отражатель, ограниченного размера, и линзу, которая фокусирует лучи не собранные отражателем. Пакеты программ LightTools или TracePro используются для расчета коллиматоров с отражателями и линзами. Расчет линзы может быть выполнен отдельно, например, в среде Zemax или Code V.


Рис. 8. Структуры компактного коллиматора из органического стекла ПММА (вверху) и коллиматора со вставной линзой из стекла BK7 (внизу) для освещения 50 мм объектов с расстояния 300 мм. Расчёт отражающей поверхности выполнен в МАТЛАБ, для расчёта линзы использовалась среда Zemax.


Рис. 9. Результаты расчета линзы коллиматора Рис. 8. в Zemax.

Построение отражателя в LightTools

Пакет программ LightTools позволяет выполнить расчет коллиматоров и оптимизировать их параметры в автоматическом режиме.

Результаты расчета в среде LightTools профиля оптимального отражателя без ограничения его размеров для освещения 50 мм объекта, удаленного от светодиода XP-E2 на 300 мм, показаны на Рис. 10. Профиль отражателя описан кривой Безье (Bezier) [6]. Модель светодиода XP-E2 взята из библиотеки LightTools. Оптимальные выходной диаметр и длина модели коллиматора составили 12.9 и 18.9 мм соответственно.

Читайте также:  Биссектриса прямого угла прямоугольного треугольника делит медиану


Рис. 10. Размеры и эффективность отражателя Ø12.9 x 18.9 мм. Эффективность 17.5% определяется отношением количества лучей достигших объекта к количеству лучей испускаемых источником.

Ограничение диаметра отражателя 6.2 мм привело к снижению его эффективности с 17.5% до 5,6% (Рис. 11). Это связано, в основном, с тем, что с уменьшением площади отражения возросло количество прямых лучей светодиода не попадающих в зону объекта.


Рис. 11. Характеристики освещенности и параметры оптимального отражателя, собирающего лучи светодиода XP-E2 в диапазоне 69… 103 град. Максимальный диаметр отражателя ограничен 6.2 мм. Эффективность коллиматора

Уточненная модель светодиода отличается от точечного источника тем, что излучение формируется множеством точечных источников, распределенных по всей поверхности диода, например, в зоне 1 х 1 мм для XP-E2. Углы обзора и диаграммами направленности всех источников равны.

Профиль отражателя излучения распределенного источника (Рис. 12) отличается от профиля отражателя для сосредоточенного источника (Рис. 11), однако их эффективности (


Рис. 12. Оптимальные параметры LightTools отражателя излучения распределенного источника XP-E2. Максимальный диаметр отражателя ограничен 6.2 мм. Эффективность коллиматора

Сравнение профилей отражателей, расcчитанных в МАТЛАБ и LightTools

Профили отражателей, показанные Рис. 13, рассчитаны в МАТЛАБ (профили: A,B,C,D,E) и LightTools (профили: LT point, LT dist, LT unlim). В МАТЛАБ выполнен ручной расчет для точечных источников. В LightTools оптимизация профилей выполнена в автоматическом режиме для точечного и распределенного источников с ограничением (6.2 мм) и без ограничения диаметра отражателя для равномерного освещения 50 мм объекта, удалённого от источника на 310 мм.


Рис. 13. Профили отражателей: A, B, C, D, E — ограниченного диаметра (6 мм), рассчитаны в МАТЛАБ для точечного источника; LT point — ограниченного диаметра (6.2 мм), рассчитан в LightTools для точечного источника; LT dist — ограниченного диаметра (6.2 мм), раcсчитан в LightTools для распределенного источника; LT unlim — свободного размера, расcчитан в LightTools для точечного источника.

Алгоритмы оптимизации параметров в LightTools скрыты от пользователя. Для понимания алгоритма оптимизации LightTools, который использовался при расчете профиля «LT dist» (Рис. 13) построено распределение лучей в МАТЛАБ (Рис. 14).


Рис. 14. Ход лучей распределенного источника отражаемых в зону 50 мм с расстояния 310 мм, общая диаграмма (слева), увеличенный фрагмент (справа). Рассматривается излучение от краёв (голубые и зеленые линии) и центра (красные линии) распределенного источника. Разделение краевых и центрального пучков 1х1 мм источника достигается смещениями отражателя на ±0.5 мм.

Распределение лучей (Рис. 14) показывает, что оптимизация LightTools нашла профиль отражателя для центрального точечного источника с освещением 1/3 зоны объекта и использовала этот профиль для освещения всей зоны объекта источниками излучения, распределенными на площади светодиода 1х1 мм.

Код МАТЛАБ для вычисления массива точек оптимального профиля отражателя — кривой Безье (‘Besier_profile_dist_source.mat’), заданной параметрами LightTools Bezier_WX Bezier_Relative_UX и Bezier_VX:

Ручной расчет коллиматора

Для выполнения ручных расчетов отражателя распределенного источника необходимо:

1. Найти координаты точки отражателя, ближайшей к источнику.
2. Рассчитать профиль отражателя (см. алгоритм раздела Расчет профилей отражателя) для уменьшенной зоны объекта, например, 1/3.

Через начальную точку отражателя, ближайшую к источнику, должны проходить лучи, испускаемые всеми точками плоскости светодиода. Прямые лучи, проходящие через начальную точку, должны освещать зону соразмерную с объектом, находящимся на требуемом расстоянии от источника.


Рис. 15. Построение лучей для поиска начальной точки отражателя. Зоны располагаются на окружности радиусом 310 мм (правый рисунок) равном расстоянию до объекта. На левом рисунке показано увеличенное изображение с поверхностью светодиода радиусом 1,5 мм.

Положению начальной точки отражателя соответствует точка 1 на поверхности светодиода радиусом 1.5 мм (Рис. 15) через которую проходят крайние (L и R) и центральный © лучи распределенного излучателя в зону

50 мм, отстоящую от источника на 310 мм.
Угол обзора рассчитанного коллиматора с отражателем можно уменьшить, включив в структуру коллиматора линзу, как показано на Рис. 8.

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем