Посоветуйте, пожалуйста, как получить белый луч лазера?

[PapaKarlo]

Известные производители т.н. сверхярких LED:

Nichia
На странице можно найти много информации. Из ярких диодов: NS9W153M - световой поток до 350 Лм, питание 11,5 В х 350 мА = 4 Вт (мы используем их в лампах - замене галогенок); >85 Лм/Вт. Это - матрица 3х3 (три параллельные цепочки по 3 последовательно соеиденных диода в каждой - отсюда и напряжение 11,5 В).
Термика. Охлаждать, конечно, надо - это действительно нетривиальная проблема.

Cree XLamp XP-G: 94-140 Лм в зависимости от цветовой температуры; 92 Лм/Вт.

Seoul Z-Power LED

Также есть Luxeon, Lexedis и др.

Для видимого света, особенно белого, мерять "производительность" диода в Вт (Вт/кв.м), т.е. по энергетическому параметру не очень удобно, т.к. для оценки зрительного восприятия надо интегрировать по частотному диапазону спектральную характеристику излучения диода, взвешенную по характеристике зрительного восприятия Лм/Вт - т.е. все равно получать световой поток в люменах.

Лампа-полимеризатор, насколько я знаю, должна иметь максимум интенсивности в ультрафиолетовом диапазоне. Посмотрите на характеристику зрительного восприятия (ссылка выше) - в этой области световой поток в люменах при равной мощности на порядки меньше, чем для зеленого света (и для белого - тоже). Потому и воспринимается свет этой лампы не таким ярким, как у белой.

[Renaldas]

PapaKarlo в сообщении #365515 писал(а):

Известные производители т.н. сверхярких LED:

Nichia
На странице можно найти много информации. Из ярких диодов: NS9W153M - световой поток до 350 Лм, питание 11,5 В х 350 мА = 4 Вт (мы используем их в лампах - замене галогенок); >85 Лм/Вт. Это - матрица 3х3 (три параллельные цепочки по 3 последовательно соеиденных диода в каждой - отсюда и напряжение 11,5 В).
Термика. Охлаждать, конечно, надо - это действительно нетривиальная проблема.

Cree XLamp XP-G: 94-140 Лм в зависимости от цветовой температуры; 92 Лм/Вт.

Seoul Z-Power LED

Также есть Luxeon, Lexedis и др.

Для видимого света, особенно белого, мерять "производительность" диода в Вт (Вт/кв.м), т.е. по энергетическому параметру не очень удобно, т.к. для оценки зрительного восприятия надо интегрировать по частотному диапазону спектральную характеристику излучения диода, взвешенную по характеристике зрительного восприятия Лм/Вт - т.е. все равно получать световой поток в люменах.

Лампа-полимеризатор, насколько я знаю, должна иметь максимум интенсивности в ультрафиолетовом диапазоне. Посмотрите на характеристику зрительного восприятия (ссылка выше) - в этой области световой поток в люменах при равной мощности на порядки меньше, чем для зеленого света (и для белого - тоже). Потому и воспринимается свет этой лампы не таким ярким, как у белой.

Спасибо, это информация мне более менее известна. Пока что прихожу к выводу, что просто придется пробовать и смотреть, что получается.
Основной проблемой пока для меня является фокусировка, как сфокусировать свет от этого диода в 2-3 см пятно за где-то 30 см, если фокусирующая оптика должна находиться в пределах до 10 см от диода, дальше он быть не может.
Все, что у меня получалось, это большое пятно в 10 см и низкая освещенность. Как я понимаю, чем меньше источник света, тем в более маленькое пятно его свет можно сфокусировать, поэтому лучше все-таки брать освещение от одного сверхяркого диода, нежели от матрицы диодов, прав ли я?

[PapaKarlo]

Какая освещенность (в Лк) требуется?

[Xey]

Renaldas в сообщении #365541 писал(а):

Как я понимаю, чем меньше источник света, тем в более маленькое пятно его свет можно сфокусировать, поэтому лучше все-таки брать освещение от одного сверхяркого диода, нежели от матрицы диодов, прав ли я?

Правы. Но вряд ли есть диоды (не считая лазерных) ярче галогенной, а тем более ксеноновой лампы.
Напомню, что яркость это интенсивность света с единицы площади источника в единице телесного угла.

[PapaKarlo]

Xey в сообщении #365943 писал(а):

Но вряд ли есть диоды (не считая лазерных) ярче галогенной, а тем более ксеноновой лампы.Напомню, что яркость это интенсивность света с единицы площади источника в единице телесного угла.

Топикстартера интересует, если я правильно понимаю, не яркость источника света, а создаваемая в итоге источником освещенность наблюдаемого объекта.

Кроме того, есть как минимум два важных фактора: энергопотребление и тепловыделение. Если сравнивать т.н. сверхяркие LED с галогеновыми лампами, то LED выигрывают по параметру Лм/Вт. Соответственно при равном световом потоке (который, падая нормально на освещаемую поверхность и будучи поделен на освещаемую площадь, дает целевой параметр) LED выигрывает по тепловыделению - оно меньше. К сожалению, это не означает, что LED всегда дает преимущество по сравнению с галогеновой лампой: LED имеют гораздо более жесткие ограничения по рабочей температуре, потому может оказаться, что отвод даже меньшего количества тепла конструктивно реализовать сложнее, чем в случае галогенки. Правда, температура конструкции вынужденно получится меньше, чем в случае галогенки, что уже хорошо.

Ксеноновые лампы, если я не ошибаюсь, имеют сравнимую с LED эффективность Лм/Вт, однако дают более холодный белый; критичность последнего, впрочем, оценивать топикстартеру.

Насчет фокусировки - зависит от конструкции конденсора. И от размеров матрицы. В случае матрицы 3х3 в упомянутом 4-Вт Nichia LED матричность роли не играет, поскольку матрица не больше, чем элемент, на который нанесен желтый люминофор. Если же построить самому компактную матрицу из нескольких менее мощных LED, то получится несколько более острая диаграмма направленности, соответственно, на размер оптики конденсора увеличение площади матрицы может и не оказать влияния.

[Xey]

PapaKarlo в сообщении #365995 писал(а):

Если сравнивать т.н. сверхяркие LED с галогеновыми лампами, то LED выигрывают по параметру Лм/Вт.

Распространенное недопонимание значения яркости источника света.

Дело в том, что геометрия потока света задана размером пятна на объекте, диаметром объектива и расстоянием между ними . Т.е. сечение и угловая апертура заданы.
При полном заполнении светом сечения и апертуры, увеличить световой поток, падающий на объект, можно только увеличением яркости источника.
Можно построить ход лучей в линзе и убедится, что весь свет источника не загнать в заданную геометрию. В нее можно загнать свет, излучаемый некоторой частью поверхности источника в некотором телесном угле. Остальные люмены теряется.

[PapaKarlo]

Xey в сообщении #366019 писал(а):

При полном заполнении светом сечения и апертуры, увеличить световой поток, падающий на объект, можно только увеличением яркости источника.

Увеличить по сравнению с чем?

Я имел в виду несколько иное. Топикстартера интересует (повторюсь, извините) освещение объекта для наблюдения этого объекта. Поэтому решающим в смысле достаточности/недостаточности источника освещения энергетическим фактором является освещенность объекта. Какова яркость источника, с помощью которого достигнута желаемая освещенность, с точки зрения достаточности освещенности безразлична.

Исходя из этой предпосылки, можно оценить, достигаема ли желаемая освещенность при использовании некоторого источника света в идеальных условиях, для чего требуется знать световой поток и площадь, на которую этот световой поток падает (и, разумеется, угол падения). От источника зависит лишь световой поток. LED обеспечивают очень большой световой поток с учетом подлежащей освещению площади в $\pi\cdot10^{-4} m^2$.

Если параметры оптики заданы (имеется некая конструкция, разработанная для старого источника света, и кошка не ходи), тогда Ваши соображения вполне могут оказаться верными - надо смотреть конкретные параметры оптики. Правда, предположение о сохранении оптики в свете вопроса об использовании лазеров в первом сообщении выглядит сомнительным. А если речь идет о выборе новой оптики и приспособлении её под новый источник - тогда и проектирование выглядит иначе.

---------
Только что сделал грубые измерения освещенности при почти полном сборе светового потока от двух образцов светодиодных ламп (насколько полный сбор - оценить трудно, но думаю, не хуже 80%):

Cree XP-E P3 3,2 V * 0,43A, $\approx$105 Lm - дает освещенность более 100 тыс. люкс.

(Оффтоп)

Эти диоды интересны тем, что по спецификации производителя допускают эксплуатацию при температуре кристалла до 150 градусов Цельсия; но такой режим, конечно же, крайне нежелателен - падает допустимый ток, световая отдача и, что самое важное, срок жизни, соответственно - резко повышается вероятность выхода из строя. Впрочем, такой экстремальный режим вряд ли необходим для данного приложения.

Упомянутый раньше LED Nichia (warm white) при мощности 4 Вт померять не удалось - на пределе 200 тыс. люкс прибор зашкаливает.

Разумеется, датчик был максимально близок к лампе для приближения к идеальной ситуации. В реальной ситуации оцениваем потери оптики и сравниваем с требуемой освещенностью.

(для интересующихся - о т.н. белом спектре)

[Xey]

PapaKarlo в сообщении #366052 писал(а):

Увеличить по сравнению с чем?

С тем, что было.
Если надо увеличить освещенность в пятне на объекте, при прежних габаритах осветителя (диаметр линзы) и прежнем расстоянии до объекта, то нужен более яркий источник. Конечно предполагаем, что подобраны оптимальные линзы.

Повторю, что ярче нити галогенной лампы только электрод дуговой ксеноновой лампы.

Фотометрию в школе не проходят, и в сети о яркости мало, поэтому у дайверов , диггеров и прочих туристов часто возникают "гениальные" идеи применить в фонаре современный, энергосберегающий источник света.
Для освещения палатки светодиодный источник годится, для формирования направленного луча - нет. Сила света и яркость не одно и тоже

[Munin]

Не понял, а КПД - это тоже "не одно и то же"?

[PapaKarlo]

Xey в сообщении #366085 писал(а):

С тем, что было.
Если надо увеличить освещенность в пятне на объекте, при прежних габаритах осветителя (диаметр линзы) и прежнем расстоянии до объекта, то нужен более яркий источник. Конечно предполагаем, что подобраны оптимальные линзы. Повторю, что ярче нити галогенной лампы только электрод дуговой ксеноновой лампы... возникают "гениальные" идеи применить в фонаре современный, энергосберегающий источник света.

Понятно. Вы исходите из того, что оптическая система останется та же, "что и была". Возможно; здесь уж Renaldas'у виднее.

Тем не менее (даже несмотря на то, что в школе не проходят фотометрию), позвольте с Вами не согласиться в некоторых положениях.

1) Освещенность, создаваемая некоторым источником света, зависит от яркости источника, но не только от яркости источника (не говоря уже о том, что не любой источник света можно охарактеризовать яркостью). Менее яркий источник вполне может создать бОльую освещенность, чем более яркий, поскольку дело не в яркости источника, но в световом потоке, падающем на единицу освещаемой поверхности.

2) Поскольку важен именно световой поток, применение (энергосберегающих) источников, дающих бОльший световой поток, чем "то, что было", может позволить получить бОльшую освещенность. Но можно и более эффективно использовать меньший световой поток.

Xey в сообщении #366019 писал(а):

В нее можно загнать свет, излучаемый некоторой частью поверхности источника в некотором телесном угле. Остальные люмены теряется.

Да, оптика - дело сложное. Напомню, есть оптика, позволяющая собрать свет в пучок около 0,025 ср (не весь поток, но значительную часть); я не говорю, что именно эта оптика подходит в данном случае, я привожу данные того, с чем приходится иметь дело. И светодиоды с размером излучающей поверхности менее 3 мм тоже есть. Ну будут потери 90%, получится освещенность 10 000 люкс. Это мало? От полутораваттного LED, не от галогенки 250 Вт.

Xey в сообщении #366085 писал(а):

Для освещения палатки светодиодный источник годится, для формирования направленного луча - нет.

Почему же не годится? Гиперболоид не строим.

Munin в сообщении #366119 писал(а):

Не понял, а КПД - это тоже "не одно и то же"?

Силой света удобно характеризовать точечный (компактный) источник, яркостью - светящуюся/отражающую свет поверхность (например, медиафасад или экран в кинотеатре). Хотя я не вполне понял Ваш вопрос.

(Оффтоп)

Xey в сообщении #366085 писал(а):

Фотометрию в школе не проходят, и в сети о яркости мало, поэтому у дайверов , диггеров и прочих туристов часто возникают "гениальные" идеи применить в фонаре современный, энергосберегающий источник света. Для освещения палатки светодиодный источник годится...

Вроде бы надо зубы подсвечивать, а не палатки под землей/под водой. А экономить энергию во многих случаях достаточно важно. И больший на порядок, а то и на два срок службы тоже не последний фактор. Конечно, если надо получить поток пару сотен килолюмен, то ксенон - самое то. Пока...

Xey в сообщении #366085 писал(а):

Сила света и яркость не одно и тоже

Не одно и то же. Речь ни о яркости, ни о силе света до сих пор не шла.

[Xey]

PapaKarlo в сообщении #366299 писал(а):

Почему же не годится? Гиперболоид не строим.

Не гиперболоид, но аппарат подобного типа.

Цитата:

Какие идеи по фокусировке света от сверхяркого ЛЕД в пятно диаметром около 2 см на расстоянии в сантиметров 30?

Рассмотрим фонарик с линзой. Луч фонарика расходится под углом несколько градусов. Фокус линзы и угол расхождения луча определяют размер области источника света, которая участвует в формировании светового потока. Диаметр и фокус линзы определяют "угол охвата" источника.
Возьмем короткофокусную линзу, угол охвата источника будет большим (близким к полусфере), но размер области источника , участвующей в формировании потока будет мал (свет, излучаемый за пределами этой области идет за пределы луча) .
Возьмем длиннофокусную линзу. Размер области источника , участвующей в формировании потока будет больше, но угол охвата источника мал (свет , излучаемый вне этого угла не попадает в объектив).
Единственный способ увеличить световой поток (количество люменов) в луче это увеличить яркость источника.

[PapaKarlo]

Xey в сообщении #366347 писал(а):

Единственный способ увеличить световой поток (количество люменов) в луче это увеличить яркость источника.

Ну кто же спорит? Из ничего не сделать конфетку. Речь, по моему пониманию, идет об обеспечении не числа люменов вообще, но требуемой освещенности. Я приводил экспериментальные значения освещенности, которую можно создать одним LED. 100-200 килолюкс - это мало? Не думаю. Поэтому речь идет а) о принципиальной оценке: хватит или не хватит в идеальном случае; б) как приблизиться (и насколько необходимо приближаться) к этому идеальному случаю.

Еще раз, я не занимаюсь оптикой непосредственно, мои знания в этой области - небольшие теоретические (курс оптики я все же прослушал, экзамен сдал ) и феноменологические - я вижу, какие параметры дает используемая оптика. Насче линз - вот схема использования конденсора. Да, она иллюстрирует несколько иное употребеление, чем необходимо Renaldas'у. Но никто ведь и не говорит, что ему достаточно китайского фонарика или диаскопа 19 затертого года производства. Судя по тому, что он приводил схему своей оптики, что-то изготовить он (или его коллеги) может(гут). Зеркально-линзовый конденсор может обеспечить апертуру до 2х120 градусов. Специальная оптика - еще больше.

Но, как я уже говорил, иногда полезно не изобретать велосипед, а поискать готовый продукт. Принципиально же мое скромное мнение: задача, которую ему надо решить, решаема с помощью LED; не только LED, разумеется, но проще и лучше, чем с помощью лазеров.

[Munin]

PapaKarlo в сообщении #366299 писал(а):

Хотя я не вполне понял Ваш вопрос.

Вопрос был скорее в адрес Xey, вроде как сообщающего, что бесполезно заменять лампы накаливания (КПД общеизвестно в районе 20 %, остальное в тепло) на "энергосберегающие" (КДП вроде как выше 50 %) в источниках направленного света. Я хотел выяснить, а куда энергия девается.

[Xey]

PapaKarlo в сообщении #366353 писал(а):

Принципиально же мое скромное мнение: задача, которую ему надо решить, решаема

Если говорить о принципах, то надо сказать, что в принципе, невозможно создать оптическую систему, способную увеличить яркость источника света.
Другими словами, никакие комбинации зеркал и линз не позволят увеличить количество люменов в луче заданного сечения и заданной расходимости. Только применение более яркого источника.

-- Вт окт 26, 2010 13:58:36 --

Munin в сообщении #366376 писал(а):

Я хотел выяснить, а куда энергия девается.

Электрическая энергия с высоким КПД превращается в энергию света, а последняя теряется в осветителе , формирующем луч заданного сечения и расходимости. Осветитель может затолкнуть в луч только часть света произведенного источником, остальное затолкнуть в формируемый луч принципиально невозможно.

В этом и заблуждение, кажется, пристроим пару зеркал или еще что нибудь придумаем и затолкнем в луч все излучение источника. Этого не получится.

Короче, нужен источник ярче дуговой ксеноновой лампочки.
Не знаю, может ли излучающая область диодного источника не в лазерном режиме иметь такую яркость.

[Munin]

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Электрическая энергия с высоким КПД превращается в энергию света

Так может, замена обычной лампочки на энергосберегающую преследует цель именно повысить этот КПД?