Тир оптика что это
Вторичная оптика — на первом месте
Тигру надо жрать,
Порхать-пичужкам всем,
А человеку-спрашивать:
«Зачем, зачем, зачем?»
Но тиграм время спать,
Птенцам-лететь обратно,
А человеку — утверждать,
Что все ему понятно.
— Колыбель для кошки
Послушайте, к оптике надо относиться серьезно. Ее надо уважать, холить и лелеять. Оптика — это вам не ies-ки в Dialux загружать, тут думать надо.
Важно понимать какая оптика как работает и какие особенности имеет — тогда и только тогда можно подобрать наиболее подходящую к задаче. Ну, вы же не хотите потом весь жизненный цикл изделия вешать клиенту лапшу на уши, что светящий непонятно куда светильник, это не баг, а фича?
Чтобы узнать какая оптика бывает и что она умеет стоит обратиться… нет, не к интернету с его «продающими статьями», надо обратиться к книгам. И забудьте китайские сопли что вторичная оптика это три типа линз «spot-flood-всевсвалку». На самом деле видов оптики много, она может работать на разных физических принципах и решать разные задачи. Из литературы известно, что оптика бывает вот такая:
Несколько слов о плюсах и минусах оптики.
Рефлекторная оптика:
— может принимать как простейшие формы (легко изготавливается), так и сложные (позволяющие получить различные характеристики — ассиметрычные КСС, с градиентом светового пятна и тп),
— может создавать световой пучок максимальной концентрации («дальнобойность») с слабой паразитной боковой засветкой,
— при этом создает неравномерное пятно — провал по центру (видимый обычно лишь вблизи),
— имеет четкую светотеневую границу (стг), зачастую хороший защитный угол — т.е. источник света не попадает в поле зрения, а это гарантирует неоcлепление.
— неглубокие рефлекторы (более похожие на тарелку) создают более равномерное освещение широким пучком, а глубокие — узкий луч по центру и слабо освещенную периферийную зону.
Примечание: известный факт — чем больше размер оптики относительно размера источника света, тем лучше она фокусирует его излучение. То есть большего размера светодиод в той же оптике даст более широкий луч. Таким образом используя мощнейшие диоды мы не только теряем в эффективности, но и не можем хорошо сфокусировать луч.
TIR-оптика:
— может давать довольно узкий пучок при компактных размерах,
— световое пятно нечеткое, СТГ размыта,
— не любит воду (мутнеет со временем и вообще не работает в воде),
— унификация — можно получить много видов КСС (кривой силы света) в одном конструктиве просто ставя разные линзы,
— высокая яркость апертуры оптики — то есть высокое ослепление, высокая габаритная яркость и все вытекающие последствия.
Важное примечание: на высокое ослепление линзовой оптикой прошу обратить внимание всех любителей освещать людей с близкого расстояния линзовыми светильниками (в т.ч. делать якобы «рабочий свет» с линзами) — нехорошо людям сетчатки жечь. А если не верите — спросите у Айзенберга (п. 1 в списке литературы), надеюсь, он достаточный авторитет.
Собирающие линзы и линзы Френеля — отличаются, в основном тем, что френелевские линзы имеют малую толщину — общие габариты намного меньше даже при большом диаметре (который нужен чтобы собрать больше света).
— собирают в пучок лишь свет, падающий на линзу — боковое излучение диода просто теряется,
— позволяют легко регулировать угол раскрытия изменением фокусного расстояния,
— так же обладают высокой яркостью и как следствие ослеплением.
Различные рассеиватели с насечками, рельефом, микролинзовыми массивами, даже просто молочные (опаловые, матированные) стекла — тоже по сути являются вторичной оптикой:
— используются как самостоятельно, так и как дополнение к оптике (например рельеф используемый для расширения в одной плоскости пучка TIR-линзы).
— в той или иной степени призматические и матовые рассеиватели вносят значительные потери.
Оптика свободной формы или freeform-оптика — сочетание разных оптических элементов позволяющие получить причудливые КСС. Такие линзы незаменимы для архитектурной подсветки, широко применяются в уличном освещении. А хитроизогнутые рефлекторы в свое время стали прорывом в головном свете автомобилей (что попало «хрустальной оптикой» не назовут).
— позволяют легко получать любы КСС, в том числе ассиметричные — часто немаловажно в архитектурной подсветке и освещении дорог.
Комбинированная оптика включает в себя множество оптических систем — автомобильные фары головного света типичный пример. Раньше в них применялось сочетание рефлектора и рассеивателя с особым рельефом, в последние же годы широкое распостранение получила проекторная оптика — т.н. линзы — сочетание рефлектора и линзы (часто еще шторки формирующей СТГ). Ну и, конечно же, специальные осветительные системы вроде сценического света могут иметь сложную оптическую систему.
Ну а что из перечисленного плюсы, а что минусы — зависит от конкретного применения.
Например, паразитная боковая засветка линз в помещении слепит людей, а в дальнем свете авто — освещает обочины (повышая тем самым безопасность — видно всех пьяных шатающихся у трассы).
Еще как пример можно привести рефлекторную фару-искатель — она дает сконцентрированный луч света по центру и слабую боковую засветку, которая помогает не сломать ноги в темноте, но при этом не мешает видеть вдали. Дело в том, что глаз человека имеет свойство настраиваться на более яркую область и просто не различать слабо освещенные области вдали.
Надеюсь, после всего написанного, дорогие читатели, вы уже поняли что первостепенной характеристикой светильника является не мощность, не количество люменов, и даже не марка светодиода, а вид и характеристики оптики в нем примененной. И так будет во веки веков — ибо здесь вам не ядро linux, а реальная жизнь — здесь программно железные ошибки не исправить)).
PS: предупреждаю что это не последняя публикация на тему оптики от нашей Diodosvet Innovative LightBand, поэтому запаситесь попкорном.
За изображения оптики благодарю даташиты и сайты продавцов, а за предоставленную информацию — книги:
1. Ю.Б Айзенберг — Основы конструирования оптических приборов — 1996.
2. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. — 2006.
3. BurkardWördenweber et all — Automotive Lighting and Human Vision — 2007.
4. R. Winston et all — Nonimaging Optics — 2004.
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
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.
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 телефон\планшет 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
Ну, то есть, под замену может пойти всё, кроме корпуса. Есть даже спец магазины, которые торгуют чисто корпусами\головами 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.
Тир оптика что это
Улучшение световых характеристик светодиодов за счет использования TIR оптики
Светодиодные модули и лампы могут быть сконструированы различными способами, исходя из целей обеспечения желаемого результата освещения.
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.
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.
Рефлекторы и линзы
Многие объекты освещения, в частности, вышки, улицы, сцены, требуют яркого сфокусированного освещения, а значит, и большой мощности.
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.
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.
Улучшение световых характеристик светодиодов
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.
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.
Рефлекторы и линзы
Многие объекты освещения, в частности, вышки, улицы, сцены, требуют яркого сфокусированного освещения, а значит, и большой мощности.
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.
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.