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飞利浦CoralCare LED水族灯

光,超乎所见

飞利浦CoralCare LED水族灯具有以下特点:

 
  • 更宽的光谱范围—兼顾珊瑚生长和呈现自然色彩
  • 理想的光平衡—独特的均匀配光和色彩混合技术,
  • 使用了高效LED光源 能耗低
  • 控制便捷-通过不同波长的LED光源的组合,大大  方便了用户用控制器设置照明。用户只需要选择想要的色点和强度,就能设置出有利于珊瑚生长,同时呈现珊瑚美丽色彩的照明
  • 维护方便-长效坚固的设计和用料
  • 易于安装-驱动集成在灯具内,带悬挂组件,电脑界面

理想的光平衡

 

当阳光进入水面,会产生一个被称为散焦的形式投射到海床(见图1)。当光线过于准直(如太阳光或窄光束),或者光源很小(如一颗LED),会出现这种散焦现象。大的扩散的光斑,如多云的天空,传统的TL灯管或间接照明灯光,不会产生散焦现象。

Great barracuda caustics

图1. 阳光投射到海床引起的散焦现象

传统上,水族照明一直基于两大技术:


金属卤素灯(HID/HQI)

 

金属卤素灯(HID/HQI)曾经普遍地被用来作为珊瑚水族照明。单个大功率(最高达1000W)光源会产生很强的散焦现象,天然珊瑚照明动态感越强,散焦现象也越强。

 

荧光照明

 

T5灯管是目前最普遍使用的光源。T5的单质线性光源会产生可以忽略的散焦现象。

 

大部分水族爱好者希望将两种技术结合,实现光动态的平衡(T5太平淡,太安静,HID过于动态)

Colored patterns

图2 水族鱼缸中因散焦和彩色LED光源引起的色彩效果形式

迈向LED照明

 

对水族照明而言,LEDs 具有高效,光谱易调节的优点。LEDs的不同的波长可以组合而成和传统照明一致的光谱特性。然而,色点相近光源的组合,伴随着动态的色彩效果和彩色阴影,可能会引起水族鱼缸不间断的移动散焦现象(见图2)。

设计良好的LED照明可以在动态光感,良好的色彩混合和均匀的配光之间取得平衡。
 

水族鱼缸照明一定程度的动态散焦是受欢迎的(因为是由水的波动引起的),这时候一部分的光会从水族鱼缸漏出,照到鱼缸旁的地板上,形成闪烁不定的光斑这个现象非常困扰,在没有光学系统的LEDs常常出现。更具体地说,当光照进入水体的垂直角度超过63°时,就会发生这个现象(见图3)。由于水的折射指数相对较小(典型的指数值n=1.34). 光在这个角度不被所有内部反射所反射,而直接折射出水体,投射地板上。

Light source

图3. 和垂直向成大角度射入的光(>63度,图中虚线箭头表示)可能会溢出水族鱼缸边缘,闪烁不定,散焦投射到地板上。小角度的光被完全内部折射,保留在水族鱼缸内(图中实现箭头表示)。
Scalopping in aquarium

图4  光束硬切成聚焦光源而产生的水族鱼缸照明的扇形效果(图中黄色箭头所指处)。高度方向性的光束同时产生了水族鱼缸内目标物的光照高对比度(红色箭头所指处),也就是说目标物的轮廓显示不清。
若要将光限制在水族箱内,避免外部光斑的解决方案是限制光束的角度,确保其垂直向角度在63度以内(比如,在每一个LED上安装聚焦镜)。这个定向照明的方案可以提高效率(更多的光在水族鱼缸内),但也有缺点:定向的照明会在水族鱼缸的背面产生被称之为“扇形效果”的现象(光照明暗相间),这让水族鱼缸里的观赏目标物变得没有吸引力(底部和顶部的对比度太高,目标物明亮和黑暗的部分形状细节同时损失)。这两种效果参见图4.
珊瑚的生长受到照射在其上的光束形式的影响,加上不同的光对比,光密度,珊瑚会有不同的生长速度。如果一个珊瑚生长在一个窄光束里,珊瑚就会朝着光束方向,成长出一个窄的结构。如果是一个更为均匀的配光,大部分种类的珊瑚会生长出一个类似树状的结构。
necrosis bundled spot

图5显示了在窄光束照射下数周的列空珊瑚片段。珊瑚的顶部生长健康,但是珊瑚的底部(内侧)出现了一定程度的骨疽(黄色箭头指示处)。这表示珊瑚的内侧光照不足,说明了光照不够均匀时,内侧光照被遮挡。

飞利浦CoralCare LED水族灯的光学设计以取得上述各方面的平衡为目标:

 

  • CoralCare阻挡了投射角超过63度的LEDs光的直射
  • CoralCare通过一个配光器将大角度投射光重新配光
  • CoralCare允许大部分小于63度的光线直接投射,或稍稍重新配光

  

这个创意降低甚至消除了大角度光线散焦投射到水族鱼缸附近地板上的困扰。同时,大角度光需要避免扇形效果和由此产生显形效果不好的情况,通过先重新配光形成一个更大的光源,使得扇形效果不像窄的散焦配光那样明显。

配件说明

 

在CoralCareLED灯顶部安装了一个特别设计(专利)的喷涂光导引器(见图6),光导引器设置出一个必须的临界角度,以降低散焦。超过临界角度的光会被光导引器捕获,并被光导引器的白色涂层按方向序列重新配光。

Light guide

图6

加装光导引器的配光曲线如下

图7.1

图7.2

图7.3

 

图7.1显示了直接来自LED的通过光导引器,小于临界角度的光束配光图

 

图7.2 显示了来自光导引器的光混光反射后的配光图

 

图7.3 显示了CoralCare水族灯将以上两部分光叠加后的配光图

Disco 效果
 

Disco效果(色彩阴影)的严重程度可通过透镜大大降低。

所有>63度的光(从单个LED和色彩通道)被光导引器配对,在这个导引器中,所有的色彩被混合,重新配光成一个分散,宽阔的形式的光束,这部分混合后的光和原有的小于63度的光叠加成为更为均匀的彩色配光

 

玻璃面板

 

经过各种用户测试,水族鱼缸的散焦效果还是相当的大。如前所述,散焦效果可以通过增加光源尺寸来降低。光源的实际尺寸可以通过在原有光源前部加装一个混光设备来加大,混光设备实际应用中可以用喷砂处理过的玻璃面板。

 

玻璃喷砂处理时调定到有少许漫射效果,在达到增加光源尺寸的同时,不会影响(1)光学效率,(2)大角度光束逸出水族鱼缸而产生令人困扰的散焦效果。

 

先进的CoralCare光学系统:
 

  • 严格限定大角度光束逸出水族鱼缸产生散焦效果(>63度的光束角)
  • >63度的光束角的光被光导器捕获,混光成为不会产生散焦效果的宽配光
  • <63度的光束角的光在光源和目标物之间没有损失
  • 显著改善LED驱动的色彩混合
  • 增加光源的尺寸,平衡散焦效果
CoralCare的设计结构可以很好地在光效,水族鱼缸的均匀配光,色彩均匀和光的动感水平之间取得平衡。
optics

图8 CoralCare产品图