一起探讨-LED变焦技术在照明的发展与变迁

            在LED商业照明发展到今天,产品的同质化,无序的竞争,已经使得LED照明从蓝海进入了价格拼杀的红海。在竞争如此激烈的今天,LED照明已经开始分化,在应用领域上进行了博物馆,酒店,餐饮,办公等细分板块分化。在技术的发展上,也往着调光调色,智能控制方向发展。同时也有更多的厂商往着LED变焦这个方向发展。在这里变焦在LED应用发展变迁已经应有了近十年的时间。那么目前变焦技术在LED照明中又有哪些发展变迁呢?
       其实变焦技术常见于日常生活中,比如说变焦的摄像头,舞台灯光等。但是摄像头的变焦原理与LED的变焦原理刚好是镜像的相反的,存在很大的差异,而在舞台灯光应用也比较常见。在这里撇开传统的金卤灯,汽车灯等应用变焦外,说起LED变焦应用方向,最早应该是LED手电行业。在2000年左右,在很多人都不知道LED是什么的时候,LED已经开始在手电行业率先应用起来。
       由于LED属于面发光,同时也具有集约化的发光优点,变焦在LED的应用成为了可能。而最先将变焦应用于LED手电的企业也取得了巨大的成功。在LED变焦手电行业,不得不说的一间成立于1997年的全球知名的公司广东阳江阳东纳谷科技有限公司,其变焦系列品牌“LEDLESER”已在2005年成为了全球第二大高端移动照明品牌,年出口逾1亿美金。在LED移动照明竞争如此激烈的今天,阳东纳谷科技仍然保持着出口过亿美金的销量。
 

         在LED变焦技术在手电行业的应用取得了巨大成功后,中国也有通用照明企业涉及这个领域,最早的应该是“三可变焦”这个品牌,其母公司为深圳点亮生活照明有限公司。在这里也不得不说“三可变焦”博物馆照明创始人易世值先生,国内首批最早LED应用的领导者,同时也是全球第二大移动照明品牌阳东纳谷科技“LEDLESER”品牌的缔造者。
        三可变焦最早于2008年开始将LED变焦手电的成功经验首先移植到商业照明和博物馆照明等通用照明领域,同时也是国内乃至全球首家将变焦应用于博物馆照明领域的专业品牌。而三可变焦最早的变焦专利于2009年开始取得首个专利,这可能是国内在LED通用照明行业最早变焦专利,同时三可变焦也取得了拉伸,旋转等一系列专利
 
                                                              图1:三可变焦准直变焦透镜专利(2009年)
         
 自从2008年三可变焦将变焦技术带进通用LED照明领域后,在这将近十年间,变焦在照明行业也取得了一定的发展,同时也存在一定的发展瓶颈和技术难度需要更多的照明厂商去攻克。目前在变焦技术应用最成功的领域不得不说的是舞台灯光领域,还有就是博物馆和美术馆照明领域。

                                                          图2:变焦技术应用于博物馆(三可变焦案例)                                                                                图3:变焦技术应用舞台灯光
             而LED变焦技术应用在舞台灯光和博物馆照明获得成功,而在商业照明领域中还难以普及,到底是什么阻碍了LED变焦技术在通用照明领域发展呢?行业知名媒体“云知光”曾在公众号于2016年 5月28日发布了“每周一灯-可调焦的LED轨道射灯”文章(链接)。  
                                                                                           以上截图取自云知光公众号
         文章中选取了恩科35W的变焦导轨灯进行报道和分析,该文章一经发出,立刻引起了行业的热议。查看“云知光”公众号后台,你会发现后台即刻进入了打擂的状态,行业大咖纷纷发言,一片热闹的景象。     
                                                                         以上截图来自于云知光公众号
           后台的激烈打擂可以看出行业对变焦在LED的应用关注非常的高,如此多的评论中可以看出LED变焦技术应用在商业照明领域还存在一定的技术难度。其中国内知名酒店照明品牌中广电通黄志华总经理一语戳中要害,目前阻碍LED变焦技术在商业照明中应用的障碍主要是变焦的光效不高,无法满足商业照明的照度要求。
        从以上云知光媒体的报道可知,35W的恩科变焦导轨灯,12度出光,3米的照度竟然只有可怜的740LX。这和10瓦功率定焦12度出光的导轨灯照度相差无几。这样的照度在博物馆照明领域还可以,如果在商业照明通用领域还是远远不够的。
 

                                                                                  以上截图来自于云知光公众号
            LED变焦技术发展到今天,主要还是未能满足商业照明的需求本质-照度要求!LED变焦技术其实原理上非常的简单的,就是通过改变光源于透镜的距离来改变光斑的大小同时改变照度的大小。LED变焦的技术难题主要是透镜与芯片发光的匹配,核心在匹配性的光学设计和开发。
         目前能用于变焦光学透镜形式主要有菲涅尔透镜,凸透镜,蛙眼准直变焦透镜等三种透镜。菲涅尔透镜属于平面形透镜,虽然具有变焦效果,但是光效比较低,一般不怎么使用。而凸透镜是LED变焦最简单和原始的透镜,应用最多的是在LED手电行业。
        国内外非常多的照明企业变焦产品都使用传统的最传统凸透镜作为变焦的主要光学手段,比如说WAC,IGUZZINI,JG,VC等国内外知名品牌。使用凸透镜的好处就是光学成本比较低,可顺手拈来,不需要大量的技术投入,同时能聚焦成6-9度的极窄小角度。而凸透镜的缺点也非常明显,凸透镜首先缺少收光系统,变焦过程中需要较长的变焦距离才能产生小角度聚焦的效果。同时光面的凸透镜出来的光品质不高,会出现黄斑和一刀切的投影光,我们俗称:“月亮光”。 

                                                                                      图6:光面凸透镜的“月亮光”
         为了改善光面凸透镜的“月亮光”,要对凸透镜进行两种方式处理,一种就是对凸透镜受光面进行珠面处理,或者进行凸透镜磨砂处理,而更多的是进行磨砂处理。磨砂处理的优点就是整个变焦过程光斑的均匀度柔和度较好,缺点就是透光率不高,损失光效。同时磨砂处理对灯光进行了二次混光,照射出来的光品质不纯正,并带有混沌的感觉,灯光对被照物清晰度,真是性和还原性都不高。
        使用磨砂凸透镜进行变焦LED技术应用,虽然节约了成本,但是缺少收光系统的凸透镜再加上磨砂处理,对光效的损失达60%-80%,也就是出光效率只有20-30LM/W。虽然磨砂凸透镜能取得6-9度这样极窄角度,但是光强也大打折扣。使用磨砂凸透镜进行变焦的控光方式,能适合应用于博物馆美术馆这样暗的环境,但是在相对高空的博物馆美术馆那也就无能为力,只能加大灯具的功率到30W以上,那节能性和经济性也不够,这就是为什么舞台灯光动不动就上百瓦功率的原因。国内外主流的博物馆照明厂家都是采用磨砂凸透镜这种变焦控光方式。但是这样控光方式应用在商业照明领域那就难以达到要求了。
         此外,除了传统的凸透镜外,目前最先进的LED变焦控光技术为蛙眼准直变焦透镜,外观像青蛙的眼睛,所以叫蛙眼准直变焦透镜(简称准直变焦透镜)。准直变焦透镜具有双重聚光和散光系统,具有高强的聚光效果,达到强光的功能。同时采用透光PMMA材料,光利用率非常,具有变焦行程也短,光效损失低的优势。唯一的不足就是,准直变焦透镜跟LED的匹配性难度高,同时LED迭代速度非常快,开发失败概率非常高,所投入的开发成本和面临的风险往往是非常巨大的。就算开发成功了,跟踪LED迭代所带来维持更新开发成本也是非常巨大的。
      国内外的主流厂家几乎不敢在这方面进行投入,失败和开发风险太大。而三可变焦也是目前国内极少数在准直变焦光学领域进行投入的厂家,这也跟三可变焦超过十年的变焦应用经验有关,但是三可变焦也吃尽了苦头。那么蛙眼准直变焦透镜跟磨砂凸透镜又有什么优势和劣势呢。
 
                                                                                 图7:三可变焦准直透镜与凸透镜对比
               通过以上对比发现,三可准直变焦透镜相对于凸透镜来对比,三可准直变焦透镜的入光角为144度,而传统的凸透镜只有80度,同时三可准直变焦透镜不需要进行磨砂处理即可获得良好的光形和光斑效果。因此准直变焦透镜能获得非常好的光效输出,优势非常明显,那么到底光效可以提高到什么程度,以下可将三可变焦20W变焦导轨灯参数进行对比。
 
                                                                                    图8:三可变焦20W变焦导轨灯 
                                                                            图9:三可变焦20W导轨灯10度时照度测试曲线
                从测试结果看,三可变焦20W导轨变焦灯,10度角出光时3米距离获得了超过3000LX的照度。相比云知光公众号提到的使用磨砂凸透镜恩科35W变焦导轨灯,12度出光时3米的距离照度只有740LX的数据超出好几倍,虽然角度有些少差别,但是恩科变焦导轨灯功率较大。
            准直变焦光学技术有如此多的优势,那么其是否也有不足和缺点呢?凡事都具有双面性,准直变焦光学透镜虽然能够取得较高的光效输出,但是要使用准直变焦透镜,应用于大功率COB控光时,很难获得磨砂凸透镜的6度的极窄角度。这也是LED的发光技术所限制,目前三可变焦能获得20-25W功率范围段的10度出光,也在努力突破在该功率范围段的6度极窄出光。
此外,准直变焦光学技术在变焦过程中处理光斑柔和度和均匀度难度比磨砂凸透镜要高出许多,需要不断的技术投入去解决。同时也面临LED升级换代带来的光源与匹配性风险。
           相信未来国内的照明厂商也会突破LED变焦技术所带来光效不高的短板,成功将LED变焦技术应用通用照明领域,取得长足的国际竞争力。那么未来LED变焦技术还会往那个方向发展呢?
在未来LED变焦可能会往着更窄控光角,或者混色变焦方向发展,也会跟着LED芯片的技术进步而进步。同时变焦技术也会从现在的同轴变焦往着未来异轴或者曲轴变焦的应有方向发展,而三可变焦也在异轴变焦(3D变焦)做了相应的技术积累,并取得了相关的技术专利。

  
                                                                     图10:三可变焦异轴(3D)变焦专利
              3D变焦主要为通过改变不同的出光方式能改变垂直面上下照度和均匀度的变焦应用技术。主要应用于美术馆和博物馆,同时也可能是未来洗墙的主要控光手段,在这里也就不一一讲述,将会在下期继续进行未来LED变焦技术发展探讨。以上观点欢迎交流和拍砖。

2017/5/5 11:49:16