LEDアリーナライト |プロフェッショナル向け屋内スポーツ投光システム
とは何ですかLEDアリーナライト
LED アリーナ ライトは、大規模な多目的屋内イベント会場の照明用に設計された高出力指向性照明器具であることがよくあります。{0}}これらの会場は一般にアリーナとして知られています。スポーツ、ロデオ、動物ショー、コンサート、サーカス、見本市、その他の公共イベントやエンターテイメントイベントが開催される場所です。アリーナは、観客用の傾斜した座席の段で四方を囲まれた中央のステージまたは競技エリアで構成されます。多くの観客を収容できるこの会場は、プロレベルのスポーツを行うために使用されます。これらのスポーツには、バスケットボール、アイスホッケー、アイススケート、屋内サッカー、アリーナ フットボール、バレーボールなどがあります。アリーナはスポーツファンや音楽愛好家にとって礼拝の場です。
スポーツアリーナは大都市圏のランドマークとなることがよくあります。世界で最も有名な屋内アリーナには、マディソン スクエア ガーデン (米国、ニューヨーク市)、ステープルズ センター (米国、ロサンゼルス)、バークレイズ センター (米国、ニューヨーク、ブルックリン)、ユナイテッド センター (米国、シカゴ)、アメリカン エアラインズ センター (米国、ダラス)、ザ フォーラム (米国、カリフォルニア州イングルウッド)、O2 アリーナ (英国、ロンドン)、マンチェスター アリーナ (英国、マンチェスター)、ファースト ダイレクト アリーナなどがあります。 （リーズ、英国）、SSE ハイドロ（英国、グラスゴー）、ランクセス アリーナ（ケルン、ドイツ）、バークレイカード アリーナ（ハンブルク、ドイツ）、アリーナ モンテレー（メキシコ、モンテレー）、ベル センター（モントリオール、カナダ）、アントワープ スポーツパレス（ベルギー、アントワープ）、五克松アリーナ（北京、中国）、メルセデス-ベンツ アリーナ（中国、上海）、ジッゴ・ドーム（オランダ、アムステルダム）、ブリスベン・エンターテイメント・センター（ブーンドール、オーストラリア）、武道館ホール（東京、日本）、テレノール・アリーナ（ノルウェー、フォルネブ）、WiZinkセンター（スペイン、マドリード）、パラオ・サン・ジョルディ（スペイン、バルセロナ）、フェルナンド・ブエサ・アリーナ（スペイン、ビトリア-ガステイス）、ルナ・パーク（ブエノスアイレス、アルゼンチン）、メディオラヌム フォーラム（イタリア、アッサーゴ）、アコーアリーナ（フランス、パリ）。
照明の基礎
-クラス最高-のファン エクスペリエンスを確保するには、アリーナの照明が期待に応える必要があります。屋内スポーツ アリーナの照明は、屋外スポーツ スタジアムの照明と多くの共通点があると考えられます。スタジアムとアリーナの両方向けに設計された照明は、選手、参加者、そして競技場から最も遠い観客の視覚的ニーズに応える必要があります。長距離投光照明は、プレーヤー、観客、審判、テレビ放送の優れた視認性を確保するために、十分な量の水平および垂直照度を提供する必要があります。
ハイエンドのスポーツ イベントに最適な照明環境を作成することは、照明の量を指定するだけではありません。{0}}これらのクラス I スポーツ施設では、照明の品質に対して多大な要求が課されます。照明の多くの定性的要素の中でも、均一性比 (UR、最大照度と最小照度の比)、変動係数 (CV)、均一勾配 (UG) などの要素によって定義される照明の均一性は、高速スポーツやテレビ放送では特に重要です。{3}}
他の定性的な照明要素としては、演色性、色のコントラスト、フリッカー低減、モデリング、グレア制御などがあります。今日の屋内アリーナでは、スタジアムよりも照明が不可欠な部分となっています。これは単に電気照明がこれらの密閉された施設の唯一の電源であり、屋内会場のコンパクトさには高度に統合された照明ソリューションが必要であるためではありません。一般に多目的会場として設計されているアリーナには、さまざまな種類のイベントに対応するため、より大幅に多様な照明要件があります。-多くの場合、こうしたイベントでは照明を活用して、並外れた視覚効果を生み出し、ポジティブな感情的反応を呼び起こします。
照度要件
スポーツ イベントを主催する場合、アリーナの照明は競技のニーズを満たし、観客が快適な視聴体験を楽しめるようにし、テレビ放送の要件も満たさなければなりません。アリーナに必要な照明の量と質はスポーツによって異なります。バスケットボール、フィギュア スケート、屋内サッカー、アリーナ フットボール スポーツのクラス I 照明には、水平照度 1250 lx (125 フィート) が必要で、CV と UR はそれぞれ 0.13 と 1.7:1 を超えてはなりません。アイスホッケー スポーツの推奨水平照度、CV、UV は、それぞれ 1500 lx (150 フィート)、最大 0.13、最大 1.5:1 です。ただし、少なくとも 5,000 人の観客を収容でき、多くの場合 15,000 ～ 25,000 人の観客を収容できる大規模施設の場合、照明基準は通常、放送カメラのニーズによって決まります。
スポーツの質の高いテレビ放送を実現するには、参加者のクローズアップが明らかになり、高速で移動するプレー中のターゲットの速度が画面内で歪んで見えないようにするために、垂直面と水平面の両方の照度の量と均一性が十分に高くなければなりません。{0}{1}これらの要件は、照明器具の性能と配置に大きな課題をもたらします。高ワット数のメタルハライドランプを使用する HID 照明器具は、かなりの量のルーメンを供給できますが、均一な光の分布に苦労します。これらの単一光源器具は、ビームが向けられるエリアの中心に過度の照度を投影します。ビーム中心から遠く離れた領域は不十分に照明されます。均一性の要件を満たすためには、照明が不十分な領域を別の照明器具のビームで輝度を補う必要があり、その結果、照明器具の設置数が増加することになる。
技術革命
スポーツ照明はHIDからLEDへ移行しています。 LED 技術の採用の加速は、エネルギー効率の向上、高い光学操作性、照明制御性の強化、製品寿命の延長、メンテナンスコストの削減、環境への影響の軽減などのさまざまな要因によって推進されています。半導体エミッターの物理的および光学的特性は、従来の光学設計を超えて進歩する機会を提供します。
個別の光源をグループに組み立てて面発光デバイスを形成することができ、LED 発光の指向性を利用した効果的な光学設計と組み合わせて、ターゲット領域全体に非常に均一で正確に制御可能な光の分布を提供できます。照明の高い均一性はスポーツ照明の品質に貢献するだけでなく、照明設備の削減による大幅なコスト削減も可能にします。一般的にワット数が高く、多数の設置が必要となるため、スポーツ用照明ではエネルギー消費が重要な考慮事項となります。
LED 照明は、光源効率の向上を超えて、大幅なエネルギー節約を実現します。照度の効果的な分配に加えて、光源からの光束の効率的な抽出により、従来の照明システムでは大幅に大きくなる光損失が最小限に抑えられます。センシング、インテリジェンス、ネットワーキングを LED システムに統合することで、最小限のエネルギー入力で照明タスクを実行できるようになります。
LED システムは、最小限のメンテナンスで 50,000 時間を超える期間、実際に制御可能な動作条件下で必要な機能を実行するように設計および設計できるため、メンテナンス コストが大幅に節約されます。低ワット数のメタルハライド ランプの寿命は 20,000 時間程度ですが、アリーナの照明器具に一般的に組み込まれている 1500W 電球などの高ワット数ランプの平均寿命は通常 3,000 時間程度です。
LED のスペクトルパワー分布 (SPD) を正確に設計して、どんな色合いでも演色性の高い白色光を作り出すことができます。さらに、照明器具レベルでの色の混合により、相関色温度 (CCT) 範囲全体にわたる調整可能な白や何百万もの飽和色など、動的な色を生成できます。このレベルのスペクトル制御性により、カスタマイズされた照明シーンが必要になることが多いアリーナ照明アプリケーションにおいて、設計の柔軟性が向上します。
多次元のエンジニアリング作業
LED アリーナ ライトは、複数のコンポーネントを統合して、器具あたり 30,000 ～ 200,000 lm のルーメン パッケージで光を生成する高度に設計されたシステムです。 LED は、制御された環境下で最大限の能力を発揮するように設計された電流駆動の半導体デバイスです。- LED は測光特性、電気特性、熱特性が相互に依存しているため、LED 照明から高レベルのエネルギー効率とシステム信頼性を達成するには、複雑なシステム設計と多次元のエンジニアリング作業が必要になります。 LED アリーナ ライトの電気、熱、機械システムは、LED にかかる環境ストレスや動作ストレスが確実に制御されるように連携して動作する必要があります。
LED 照明器具の初期コストは、照明器具の効率、色の品質、ちらつき制御、システムの信頼性とのトレードオフの関係にあります。{0}} LED アリーナ照明には多額の設備投資が必要です。これは、高ワット数の照明システムであるためだけでなく、効率性と信頼性が必要であるためでもあります。非効率的な高ワット数の照明器具は資源を浪費します。大規模なスポーツ施設ではメンテナンスに困難な問題が発生することが多く、高ワットの照明器具の修理や交換には多額の費用がかかる可能性があるため、寿命の長い LED システムを使用する必要があります。- LED 技術の開発は現在、スイッチを選択するのに十分なコストが手頃な段階に達していますが、高性能で長寿命の LED 照明器具の初期コストは依然として驚異的ですが、それよりも優れているのは、その高い投資収益率 (ROI) と低いライフサイクル コストです。-
設計・施工
デザイン革新にもかかわらず、LEDアリーナライトすべての LED システムには、LED、光学システム、ヒートシンク、ドライバーという 4 つの基本コンポーネントが含まれています。通常、LED は光学システムおよびヒートシンクと密接に統合されて組み立てられ、光学制御と熱管理が容易になります。高電力システムでは、このタイプの統合は照明器具レベルで行われることも、モジュール式システムになることもあります。 3 つのコンポーネントを照明器具レベルで統合することで、単一のアセンブリから光を生成する統合システムが作成されます。モジュール式照明システムは、LED、光学系、ヒートシンクの 3 つのコンポーネントのアセンブリである多数の光エンジンで構成されています。{5}
統合型 LED 照明器具は通常、低電力システムですが、統合設計で超高電力システム（1000W 以上）が使用されることも珍しくありません。{{1}モジュール構造により、照明器具の構成に大量のオプションとカスタマイズがもたらされ、LED 技術が時間の経過とともに進歩するにつれて器具のアップグレードが容易になります。多数の超高出力 LED 照明器具はモジュール式システムとして設計されています。{6}通常、LED ドライバーは外部に取り付けられます。統合型 LED アリーナ ライトでは、LED ドライバを照明器具の筐体に組み込むことができますが、高出力 LED システムの熱負荷によって温度に敏感な回路コンポーネントが劣化するのを防ぐために、適切な断熱を行う必要があります。-
光源
LED アリーナ ライトは、高出力 LED パッケージを利用して、印象的な量の光を提供します。セラミック基板の使用により、パッケージの熱抵抗が大幅に低減され、LED チップが高出力密度で動作することが可能になります。チップ- LED は、従来の LED パッケージにあるパッケージング要素をできるだけ取り除くことで熱抵抗をさらに低減し、その結果、故障点が減り、熱経路が短くなります。 CSP LED は、高出力アプリケーションへの活用が進んでいます。
中出力 PLCC LED と比較すると発光効率が低いにもかかわらず、セラミック-ベースの高出力 LED とフリップ チップ CSP LED は、中出力 LED では圧倒的な熱的ストレスや電気的ストレス下でも優れた光束維持を実現できます。-中出力 LED は本質的にプラスチックのパッケージです。-建築材料は熱や光によって劣化しやすいものです。結果として生じる変色は、カラーシフトとルーメンの低下を引き起こします。
LED パッケージ プラットフォームが異なると、発光効率、ルーメン密度、信頼性のレベルが異なる LED が作成されますが、LED の色特性はスペクトル構成によって決まります。スポーツ照明システムの相関色温度 (CCT) は通常、ケルビン スケールの低温側 (4000K 以上) にあります。冷白色光のスペクトルの中で強化された青は、参加者の注意力と活動性を刺激します。 CCT を選択する際には、経済的要因も考慮されます。高-CCT LEDは、低-CCT LEDよりも効率が高くなります。これは、蛍光体層でのスペクトルダウンコンバージョンプロセス中に発生するストークス損失が少なく、その結果得られるSPDによって目の感度による変換が向上するためです。-多目的スペースの雰囲気を柔軟に調整するという要件に対処するために、LED アリーナ ライトは調整可能な白色システムまたは RGBW/RGBA カラー ミキサー システムとして設計される場合があります。-
同じ理由で、LED の演色性も発光効率とトレードオフの関係にあります。{0}}ハイエンド アプリケーションでは、演色評価数 (CRI) や、より正確な方法 (IES TM-30-18 など) で評価されたカラー メトリックは、多くの場合、プレミアム範囲にあります。ビデオ カメラの HD イメージ センサーが忠実度の高い画像をキャプチャするには、光源とイメージ センサーとのスペクトル互換性を評価し、テレビ照明一貫性指数 (TLCI) が 85 以上であることを確認する必要があります。
熱工学
熱管理は、設計に関わる重要なコンポーネントの 1 つです。LEDアリーナライト。LED は、半導体接合部と蛍光体層で大量の熱を発生します。高出力 LED 照明器具には、高ルーメン出力を実現するだけでなく、大量の熱を発生する高出力密度 LED パッケージが多数組み込まれています。 LED の性能は、そのジャンクション温度に関係します。 LED パッケージの半導体接合および周囲の構造が過熱すると、ダイオードの活性領域での核生成と糸転位の成長が加速され、蛍光体の熱劣化が引き起こされる可能性があります。高い接合温度で LED を動作させると、最終的にはデバイス効率の低下 (ルーメンの低下)、寿命の短縮、または熱暴走による致命的なデバイスの故障につながります。したがって、半導体パッケージ内で発生する廃熱は、熱経路を構成するすべての放熱要素を介して周囲の空気に伝達する必要があります。
ジャンクション温度を下げるには、LED ジャンクションから周囲空気までの経路の各熱抵抗を最小限に抑える必要があります。高出力光エンジンLEDアリーナライトかなり大きな熱負荷が発生します。熱の蓄積を防ぐために、システムの熱経路の熱伝達率は負荷率を上回る必要があります。堅牢な熱経路の構築には、信頼性が高く、高い動作温度に対応した相互接続の形成と、高い熱伝導率、非常に高い絶縁耐力および体積抵抗率を備えたメタルコア プリント基板 (MCPCB) の使用が必要です。
ヒートシンクの設計は熱管理において決定的です。ほとんどの LED アリーナ ライトは、物理学に基づいて熱を放散するパッシブ ヒート シンクを使用しています。ヒートシンクは通常、ダイカスト、冷間鍛造、または押し出しアルミニウムで作られ、ハウジングと一体化して熱伝導と対流を改善します。ヒートシンクは、LED から発生する熱を吸収するのに十分な物理的体積を備え、効率的な対流冷却のために周囲の空気との接触を最大化する適切な表面積を提供する必要があります。ヒートシンクの設計に物理的な制約がある場合は、冷却能力を高めるためにアルミニウム製ヒートシンクにヒートパイプを追加することがあります。
光工学
LEDアリーナライトこれらは通常、遠く離れたコートの周囲の高い位置に取り付けられるため、照準を合わせられる投光照明システムとして設計されています。スポーツアリーナ照明用の投光器には、狭いビーム（遠くの競技エリアやモデリングを照らすため）から広いビーム（近くのエリアを照らすため）までの配光があります。-ビームは対称、非対称、または長方形のパターンにすることができます。
高性能光学システムは、多くの場合、ドライバーやヒートシンクと同じくらい LED 照明器具の重要な部分です。光学システムは、プレーヤーの視覚性能と TV 放送の品質にとって重要な、より均一な配光を可能にする必要があります。また、照明領域の外側に落ち、選手や観客に視覚的な不快感を与える邪魔な光の制御にも貢献する必要があります。光学設計のもう 1 つの重要な目的は、可能な限り最高の利用効率 (光源から発せられる光に対する照明器具から発せられる光の比率) を達成することです。光伝送効率の向上は、光損失の 1 パーセントごとに大きなエネルギーの浪費を意味するため、高出力アプリケーションにとって意味があります。
LED に効率的かつ正確な光学制御を提供する最も効果的な方法は、個々の LED からの光束を光学的に制御するためにカスタム設計された光学レンズを使用することです。光効率を最大化するには、光学系を高出力 LED に密着させる必要があります。ただし、光学レンズは通常、アクリルまたはポリカーボネートから射出成形されます。 LED チップからの熱と蛍光体マトリックスで発生する熱 (ストークス熱) により、高い熱応力が発生します。
したがって、アクリルレンズは熱安定性が低いため、高出力 LED システムでは使用しないでください。ポリカーボネート レンズは熱安定性が向上していますが、高出力 LED の表面温度は光学系で処理できないほど高くなる場合があるため、長期的な性能を慎重に評価する必要があります。-シリコンやガラスで作られたレンズや精密に設計されたアルミニウム反射板などの代替光学部品は、熱的に厳しい用途に使用されています。
ドライバーおよび制御回路
LED ドライバーは、LED への電力を調整するコンポーネントです。 LED ドライバーの最も重要な性能の 1 つは、DC 出力電圧の品質と一貫性です。電子デバイスは、一定の量と質の電力を LED に供給するために、厳密な負荷制御を提供する必要があります。また、ライン電圧の変動を処理し、高調波低減と力率補正 (PFC) を提供し、入力 AC 電力を DC 電力に変換する際に異常な動作状態から LED を保護します。
高出力での使用向けに設計された LED ドライバーLEDアリーナライト通常、高効率の電力変換を実行し、高いサージ耐性を実現し、LED 電流のリップルを低減するために、2 段階のソリューションが採用されています。-これらのデバイスの機能は、照明システムの効率的で信頼性の高いちらつきのない動作にとって非常に重要です。{2}}
ちらつき制御は、クラス I スポーツ照明アプリケーションでは特に優先事項です。照明のちらつきは、かすみ目、目の疲れ、視覚障害を引き起こし、プレーヤーのパフォーマンスに影響を与えるだけでなく、高速で移動する競技オブジェクトの視覚を歪めるストロボ効果を引き起こす可能性もあります。-ビデオカメラはちらつきに対して非常に敏感です。ちらつきの存在は、HDTV 放送中のスーパースローモーション再生の品質に影響を与える可能性があります。--ちらつきは、LED に供給される DC 電流に十分に大きなリップルがある場合に発生します。
2 段 LED ドライバにより、整流後の交流波形が抑制され、負荷に供給される出力電流リップルが平滑化されるため、ちらつきのない照明が可能になります。-ドライバー回路の設計は、LED 照明器具の制御性も左右します。
多くのドライバーでは、接続された LED の PWM または CCR 調光が可能で、0 ～ 10VDC、DALI、DMX、またはワイヤレス ネットワーキング プロトコルを使用してドライバーと通信する照明コントローラーからの制御入力を受け入れます。
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