עדשה פריזמטית היא כיסוי אופטי מובנה המנתב מחדש אור ממערך LED. בגוף תאורה ליניארי, היא יכולה לסייע במיזוג הדימויים של נוריות LED בודדות, בעיצוב התפלגות העוצמה ובשליטה במראה הפתח הפולט אור מכיוונים שונים. התוצאה תלויה במערכת האופטית השלמה: מרווח LED, מרחק מקור-לעדשה, גאומטריית המנסרה וכיוונה, צורת המחזיר, החומר, גימור פני השטח וכל מפזר אור נוסף.
לכן, התשובה המעשית אינה פשוט "עדשה פריזמטית משפרת אחידות". תחילה הגדירו איזו אחידות הפרויקט דורש, ולאחר מכן השוו את גוף התאורה המדויק כשהעדשה מותקנת. ה- קטגוריית גופי התאורה הליניאריים LED של New Lights מספק את הקשר המוצרי; מדריך זה מסביר את השאלות האופטיות שמאחורי הכיסוי.
התחילו בשלוש שאלות שונות לגבי אחידות
בדיונים על תאורה משתמשים לעיתים במונח "אחידות" לתוצאות שונות. התוצאות האלה קשורות זו לזו, אך אינן ניתנות להחלפה.
| שאלת אחידות | מה הוא מתאר | ראיות מועילות |
|---|---|---|
| אחידות המשטח הפולט אור | עד כמה העדשה המוארת נראית אחידה בצפייה ישירה | תמונת בהיקות מכוילת או רשת מדידה מוגדרת של בהיקות |
| חלקות התפלגות העוצמה | כיצד האור מתפלג לפי זווית סביב גוף התאורה | דוח פוטומטרי של גוף התאורה המלא, עקומות פולריות וקובץ IES |
| אחידות ההארה במישור העבודה | מידת האחידות שבה האור מגיע לשולחן, לרצפה, למדף או למישור יעד אחר | חישוב או דגם ניסוי באמצעות הפוטומטריה, החדר והפריסה המדויקים |
סנוור הוא הערכה רביעית ולא מילה נרדפת נוספת לאחידות. הוא תלוי בבהיקות, בשטח המקור הנראה, בכיוון הצפייה, ברקע ובפריסה. עדשה הנראית חלקה יכולה עדיין להציג בהיקות גבוהה בזווית לא נוחה, בעוד שאופטיקה בעלת מבנה נראה לעין עשויה ליצור התפלגות שימושית בחלל.
השפעת משטח פריזמטי על האור
מנסרה משנה את כיוונה של קרן אור בממשק שבין חומרים. בהתאם לזווית הפגיעה, למקדם השבירה ולגאומטריית המשטח, קרן אור עשויה להישבר דרך האופטיקה, להשתקף ממשטח, לעבור החזרה פנימית מלאה או לקיים אינטראקציה עם שכבה אופטית נוספת לפני יציאתה מגוף התאורה.
DOE מתארת עדשות, מחזירים ומפזרי אור כרכיבים אופטיים משניים המשמשים להוצאת אור ולהתאמת התפלגות גוף התאורה. צורותיהם, חומריהם ושיטות החיבור שלהם משתנים משום שהיישום וצורתו של גוף התאורה משנים את משימת התכנון. במוצר ליניארי, תבנית פריזמטית עשויה להימשך לאורך גוף התאורה, לרוחבו או בשני הכיוונים. כיוון זה משפיע על המישור המקבל הסטה חזקה יותר של האור.
מחקר עמיתים על סימולטור סולארי LED מציע דוגמה שימושית למנגנון: מפזר האור הפריזמטי שלו שילב החזרה פנימית מלאה והעברה בשבירה, ומיקום מפזר האור שינה את התנהגות אותו מערך אופטי מסוים. הלקח הניתן להעברה הוא שגאומטריה ומרווח פועלים זה עם זה. התוצאות המספריות שלו שייכות למערכת זו ואינן אמורות לשמש מחדש כערכי ביצועים של גוף תאורה ליניארי.
כיצד דימויי מקור הופכים לקו פולט אור
לוח LED מכיל מארזים נפרדים ולא פולט רציף אחד. כל מארז שולח אור לעבר הכיסוי. אם שדות הקרניים הסמוכים אינם חופפים במידה מספקת לפני הגעתם למשטח הנראה, הצופה עשוי לראות נקודות, פסים, רצועות בהירות או מרווחים כהים.
המכלול האופטי מערבב את תמונות המקור הללו. משטח פריזמטי מסיט חלק מהקרניים לצדדים או לזוויות צפייה סמוכות. דפנות צד מחזירות יכולות להחזיר קרניים לעבר המפתח. שכבת דיפוזיה יכולה להפחית את הניגוד בין מיקומים מעל LED לבין מיקומים בין נוריות LED. המראה הסופי נוצר מכל יחסי הגומלין הללו.
המשתנים העיקריים הם:
- דפוס הפליטה של מארז LED וגודל המארז;
- פסיעת LED ממרכז למרכז;
- המרחק מלוח ה-LED לעדשה הנראית;
- פסיעת הפריזמה, הזווית, הגובה והכיוון;
- עובי העדשה, מקדם השבירה וגימור פני השטח;
- מיקום המחזיר וההחזריות שלו;
- שכבות או יריעות פיזור משניות;
- רוחב גוף התאורה, עומקו וטיפול הקצוות;
- מיקום ההרכבה וסבילויות הייצור.
שינוי של משתנה אחד יכול להשפיע על יותר מתוצאה אחת. דיפוזיה נוספת עשויה לרכך נקודות נראות, אך גם לשנות את ההעברה ואת ההתפלגות הזוויתית. הגדלת המרחק בין המקור לעדשה עשויה לשפר את הערבוב בתכנון אחד, תוך הגדלת עומק המוצר. הקטנת פסיעת LED עשויה להקל על המיזוג, אך היא גם משנה את מספר המארזים, העומס החשמלי והצפיפות התרמית.
יש להעריך יחד את פסיעת LED ואת המרווח האופטי
פסיעת LED קובעת את המרחק בין מקורות בדידים. המרווח האופטי מעניק לאור ממארזים סמוכים מקום לחפוף לפני הגעתו למפתח. אף אחד מהממדים אינו קובע סף אוניברסלי, משום שפליטת המקור וגאומטריית העדשה שונות.
במהלך פיתוח המוצר, יש להשוות פסיעה ומרווח כצמד. פסיעה גדולה עם חלל רדוד בדרך כלל דורשת יותר מהמשטח האופטי. פסיעה קטנה יותר יכולה ליצור שדה מקור אחיד יותר, אך הלוח והדרייבר עדיין דורשים בחינה חשמלית ותרמית. פריזמה יכולה להסיט קרניים לצדדים, אך אינה יכולה לבדה לתקן שילוב לא מתאים של מרווח המקורות, עומק והתפלגות היעד.
לצורכי רכש, תעדו את מארז ה-LED בייצור, הפסיעה, פריסת הלוח ומרחק העדשה. דגימה שנבנתה עם לוח שונה אינה אסמכתה תקפה למראה של התצורה הסופית. זהו אותו עיקרון ברמת המערכת המשמש בעת השוואת אפשרויות הסבה ל-LED: יש להעריך יחד את מקור האור הנראה, המערכת האופטית ורכיבי ההפעלה.
כיוון הפריזמה מעצב את האלומה לרוחב ולאורך
גופי תאורה ליניאריים זקוקים לעיתים קרובות להתפלגות שונה לאורך ולרוחב. דפוס פריזמה חד-ממדי יכול להסיט אור בעוצמה רבה יותר במישור אחד. סיבוב עדשה זו עשוי לשנות את רוחב האלומה, את העוצמה בזוויות גבוהות ואת מרקם המקור הנראה.
שרטוט המוצר צריך לציין את הכיוון כאשר הוא חשוב. צוותי התקנה זקוקים גם לדרך ברורה לשמר כיוון זה לאחר הסרת הכיסוי לצורך חיווט או שירות. בתכנונים א-סימטריים, בקשו נתונים פוטומטריים במישורים הראשיים ואשרו איזה קצה או צד תואם לכיוון הקובץ.
אופטיקה פריזמטית, אופאלית ושקופה הן כלים שונים
סימוני מוצרים עשויים להיות לא עקביים, לכן יש לבחון את המבנה האופטי בפועל.
| גישה אופטית | תפקיד עיקרי | שאלות שיש לשאול |
|---|---|---|
| כיסוי שקוף | הגנה מכנית עם הסתרה מוגבלת של תמונת המקור | האם נוריות LED בודדות נראות, והאם נעשה שימוש בעדשה נפרדת על הלוח? |
| משטח פריזמטי | הטיה מובנית באמצעות מאפיינים גאומטריים חוזרים | מהו הדפוס, הכיוון והתפלגות היעד? |
| מפזר אופלי או שקוף למחצה | פיזור המרכך את דימויי המקור | מהן השפעות ההעברה, הבהיקות והצבע? |
| מערך היברידי | משלב הסטה מובנית עם פיזור או החזרה | אילו שכבות קיימות, ואיזו תצורה נמדדת תואמת להצעה? |
סימון אחד אינו עדיף מטבעו. אופטיקה פריזמטית שנראית שקופה עשויה ליצור תמונות מקור חזקות בזוויות מסוימות. כיסוי בעל דיפוזיה גבוהה עשוי להיראות אחיד אך לשלוח פחות אור לאזור המיועד. השוו תפוקה והתפלגות של גוף התאורה השלם, במקום לשפוט רק לפי הכיסוי שאינו מואר.
משטח מאיר אחיד אינו מגדיר את התוצאה בחדר
עוצמת ההארה במישור העבודה תלויה בהתפלגות של גוף התאורה השלם, בגובה ההתקנה, במרווחים, במשטחי החדר ובגופי התאורה הסמוכים. שני מוצרים יכולים להיראות אחידים במידה דומה כשצופים בהם מלמטה, ובכל זאת ליצור דפוסי מרווח שונים על הרצפה או השולחן.
בדיקות DOE CALiPER של מקורות LED ליניאריים בגופי troffer הראו שהבדלים בפיזור של המקור ושל גוף התאורה יכולים לשנות את אחידות ההארה במישור העבודה. ההבחנה המערכתית הזו חשובה גם לגופים ליניאריים. יש להשתמש בקובץ IES המדויק בחישוב עבור החדר בפועל. יש לבחון ערכים ממוצעים, מינימליים ומקסימליים לפי הקריטריונים שנבחרו לפרויקט, ולכלול משטחים אנכיים כאשר מדפים, תצוגות או פנים חשובים.
קובץ IES הוא ייצוג דיגיטלי תקני של נתוני עוצמת אור זוויתית. הוא תומך בחישוב, אך הקובץ חייב להתאים לדגם, לאורך, להספק, לאופטיקה ולתצורת ההפעלה המוצעים. קובץ כללי של משפחת מוצרים עשוי להסתיר הבדלים חשובים.
סנוור תלוי בלומיננס ובגאומטריית הצפייה
אופטיקה פריזמטית עשויה להפחית צפייה ישירה בנוריות LED בודדות או לפרוס את הבהירות על פני שטח נראה גדול יותר. הדבר יכול לשנות את הנוחות החזותית, אך הסנוור עדיין תלוי במיקום הצופה ובמראה החדר.
הדיון של IES בפתחים לא אחידים של LED מדגיש קושי מרכזי: עדשות ומפזרים משנים את השטח המאיר הנראה ואת התפלגות הבהיקות. בחנו את גוף התאורה ממצבי ישיבה ועמידה, לאורך ולרוחב שלו, וליד מסכים או משטחים מבריקים. בדקו עוצמה בזוויות גבוהות ובהיקות פתח, במקום להסתמך רק על סך הלומנים.
אם מסופק ערך UGR, בקשו את הקובץ הפוטומטרי ואת תנאי החישוב שעליהם הוא מבוסס. ה רשימת בדיקה לקונים של הבהוב, מקדם הספק ו-THD מכסה היבט נפרד הקשור לדרייבר של איכות חזותית, שהעדשה אינה יכולה לפתור.
יעילות אופטית ויציבות החומר הן חלק מההחלטה
כל אינטראקציה אופטית יכולה להעביר, להחזיר, לבלוע או לפזר אור. תכנון שמשפר מיזוג של תמונות מקור עשוי להסיט את התפוקה מאזור היעד או להוסיף הפסד. השוו לומנים של גוף התאורה השלם, הספק כניסה והתפלגות זוויתית עבור כל אופטיקה מוצעת.
בחירת החומר משפיעה גם על ייצור ושירות. DOE מזהה חומרים אופטיים נפוצים כגון PMMA, פוליקרבונט, קופולימרים ציקלו-אולפיניים וסיליקון, שלכל אחד מהם מאפיינים אופטיים, תרמיים, סביבתיים, של יציקה ועלות שונים. שם החומר לבדו אינו קריטריון קבלה. בקשו את הדרגה המדויקת כאשר הדבר חשוב, ולאחר מכן הגדירו את דרישות המראה, הממדים וההזדקנות הרלוונטיות ליישום.
הכיסוי עשוי להיות גם חלק ממערכת הקיבוע והאטימה. תפסנים, מכסי קצה, מגע האטם וסבילות האקסטרוזיה יכולים להשפיע על השאלה אם גוף התאורה המורכב תואם לתצורת ההגנה מפני חדירה שנבדקה. תעדו ממשקים אלה עם קוד האופטיקה, במקום להתייחס לכיסוי כחלק קוסמטי.
יש להחליף כיסוי פגום בחלק שירות מאושר. פרופיל דומה מבחינה חזותית יכול לשנות את האחיזה, המרווח בין מקור האור לכיסוי, הפיזור, בהיקות הפתח או האטימה. כאשר מוצעת חלופה, יש לזהות אילו בדיקות ממדיות, פוטומטריות וחדירת מזהמים יש לחזור עליהן לפני שחרור.
עקביות הייצור חשובה בקנה המידה של המשטח. גאומטריית הפריזמה, סימני יציקה, שטיחות העדשה, התכווצות, כוח הקליפס ומיקום ההרכבה יכולים לשנות את התוצאה החוזרת. דוגמה מבוקרת צריכה להשתמש בלוחות LED, חלקים אופטיים ושיטות הרכבה המיועדים לייצור.
תהליך אימות מעשי
- הגדירו בנפרד יעדים למשטח המאיר, להתפלגות העוצמה ולמישור העבודה.
- תעדו את מארז ה-LED, הפסיעה, פריסת הלוח ותנאי ההנעה.
- תעדו את חומר העדשה, הפרופיל, הכיוון והמרווח בין המקור לעדשה.
- זהו מחזירים, סרטים ומפזרים משניים במכלול השלם.
- בחנו עקיבת קרניים כאשר הגאומטריה או ההתפלגות קריטיות.
- בנו דוגמה מייצגת עם חלקים המיועדים לייצור.
- מדדו תפוקה והתפלגות זוויתית של גוף התאורה השלם.
- אספו נתוני בהיקות מכוילים עבור המפתח הנראה כאשר המראה או הסנוור חשובים.
- חשבו או בנו הדמיה של החדר ושל עמדות הצפייה המיועדים.
- קבעו באמצעות בקרת שינויים את תצורת ה-LED, העדשה, הדרייבר וההרכבה שאושרה.
לסקירה ספציפית לדגם, צרו קשר עם New Lights עם היישום, אורך גוף התאורה, סידור ההתקנה, פסיעת LED, הפרופיל האופטי, התפלגות היעד ושוק היעד.
שאלות נפוצות
האם עדשה פריזמטית תמיד מסירה נקודות חמות של LED?
לא. נראות הנקודות החמות תלויה בדפוס המקור, בפסיעת LED, במרחק העדשה, בגאומטריית הפריזמה, בדיפוזיה שנוספה ובכיוון הצפייה.
האם עדשה פריזמטית זהה למפזר?
לא בהכרח. משטח פריזמטי מסיט קרניים באמצעות גאומטריה מובנית, בעוד שמפזר אופאלי מסתמך בדרך כלל יותר על פיזור. חלק מהכיסויים האופטיים משלבים את שתי ההשפעות.
האם קו אור אחיד יוצר תאורה אחידה על הרצפה?
לא. האחידות על הרצפה או במישור העבודה תלויה גם בהתפלגות הזוויתית, בגובה ההתקנה, במרווח בין הגופים, במשטחי החדר ובגופי התאורה הסמוכים.
האם עדשה פריזמטית יכולה להפחית סנוור?
היא יכולה לשנות את נראות המקור ואת בהיקות הפתח, אך יש לבחון את התוצאה מעמדות הצפייה הרלוונטיות, באמצעות גוף התאורה המדויק ותנאי החדר.
האם דיפוזיה רבה יותר מפחיתה יעילות?
היא משנה את ההעברה ואת ההתפלגות. מדדו את גוף התאורה השלם עם כל אופטיקה, במקום לנבא את התוצאה על סמך האטימות בלבד.
מדוע המרחק בין LED לעדשה חשוב?
המרחק משנה את אופן החפיפה של קרניים מנוריות LED סמוכות לפני שהן מגיעות למשטח הנראה. הוא פועל יחד עם פסיעת LED וגאומטריית הפריזמה.
איזו ראיה צריך קונה לבקש?
בקשו קובץ פוטומטרי של הדגם המדויק, תפוקה של גוף התאורה השלם, שיטת בהיקות או אחידות, חומר וכיוון העדשה, דוגמה מייצגת ותצורת רכיבים מאושרת.
האם אפשר להשתמש באותה עדשה עם לוח LED שונה?
רק לאחר הערכה. שינוי מארז ה-LED, הפסיעה, הפריסה או תנאי ההנעה משנה את שדה המקור הנכנס לאופטיקה.
האם ניתן להחליף כיסוי אופטי פגום בפרופיל דומה?
השתמשו בחלק השירות המאושר. פרופיל שונה עשוי לשנות אחיזה מכנית, אטימה, מרווח אופטי, פיזור וסנוור, גם כאשר מידותיו החיצוניות נראות דומות.
מקורות עריכה
- משרד האנרגיה של ארה״ב, “סטטוס והזדמנויות בייצור SSL לשנת 2022”: https://www.energy.gov/sites/default/files/2022-02/2022-ssl-manufacturing-status-opportunities_0.pdf
- Silva ואח׳, “מיטוב אי-האחידות המרחבית של קרינה במדמה סולארית LED בשטח גדול”: https://www.mdpi.com/1996-1073/15/22/8393
- משרד האנרגיה של ארה״ב, “CALiPER 21.2: נורות LED ליניאריות ותאורת Troffer”: https://www1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/caliper_21-2_t8.pdf
- האגודה להנדסת תאורה, “למדו על קובצי IES”: https://ies.org/education/learn-about-ies-files/
- Illuminating Engineering Society, “מדד הסנוור המטריד והחמקמק”: https://ies.org/fires/the-elusive-discomfort-glare-metric/
- LEDiL, “LINNEA-GC2 — אופטיקה ליניארית אסתטית עם סנוור נמוך”: https://www.ledil.com/news_all/linnea-gc2-aesthetic-low-glare-linear-optic-for-retail-and-industrial-lighting/
- Signify, “נתוני מוצר Philips TrueLine Suspended”: https://www.signify.com/global/prof/indoor-luminaires/suspended/linear-pendant/philips-trueline-suspended/910505106203_EU/product
