С появлением «белых» сверхъярких светодиодов (LED) произошла революция в светотехнике. Высокие показатели энергоэффективности, колоссальный срок службы, низкий коэффициент пульсаций позволили светодиодам значительно потеснить традиционные источники света на рынке светотехнической продукции. Однако светотехнические особенности LED заставили применять новые подходы при проектировании источников света.
[contents]
В светильниках с традиционными источниками света для формирования диаграммы направленности светового потока чаще всего применяются рефлекторы (отражатели). В LED светильниках для этих целей в основном используются линзы для светодиодов.
Назначение
Кривая силы света (КСС) отображает пространственное распределение светового потока. Для различных применений светильники должны иметь свой тип кривой силы света. Основные КСС показаны на рисунке.
Светодиоды, в отличие от других источников света, например люминесцентных ламп, имеют достаточно малые физические размеры. Поэтому даже на небольших расстояниях их можно считать точечными источниками. К тому же светодиоды характеризуются малым углом рассеивания светового потока, менее 120о. Поэтому без технических ухищрений получить требуемую кривую силы света с помощью LED довольно сложно.
Для различных задач инженеры находят различные технические решения. Например, в светодиодных лампах для получения требуемой кривой силы света применяют пространственное расположение светодиодов и матовые колбы. В потолочных светильниках используют призматические или матовые рассеиватели из поликарбоната.
В более сложных устройствах, таких как уличные светильники, прожектора, переносные фонари, автомобильная светодиодная оптика, используют линзы для светодиодов или линзы в сочетании с рефлекторами. Все эти и другие оптические устройства специалисты относят к классу «вторичной оптики».
Принцип работы линз
Из физики известно, что на границе раздела двух сред, с различной оптической плотностью, происходит преломление световых лучей. Создавая различные формы линз, можно получить преломление светового потока в различных направлениях.
Например, для формирования узкого светового пучка в карманных фонариках часто применяют двояковыпуклые коллиматорные линзы. С их помощью удается получить симметричный световой пучок с углом рассеянья всего в 10о. Изменяя расстояние от светодиода до линзы можно в некоторых пределах изменять угол светового пучка.
В некоторых устройствах требуется получить довольно сложные КСС в различных плоскостях. Получить заданную КСС можно изменяя форму линзы или нанося на ее поверхность микрорельеф в виде клиновых полос.
Например, для освещения автодорог или других протяженных объектов требуется получить «овальную» КСС в горизонтальной плоскости. Для получения такой кривой силы света, линзы должны иметь довольно сложную форму.
Некоторые производители выпускают светодиоды вместе с вторичной оптикой. Примером может служить серия светодиодов Golden Dragon Oval Plus от OSRAM Opto Semiconductors разработанные специально для создания светильников уличного освещения. Светодиоды этой серии поставляются вместе с линзой формирующей «овальную» диаграмму светового потока. Такое техническое решение значительно упрощает как разработку, так и изготовление светильников.
Материалы для изготовления и способы крепления
Большинство производителей для производства линз используют прозрачный поликарбонат. Этот материал обладает отличными оптическими свойствами. Ввиду малых потерь на внутренне поглощение и отражение света, КПД оптических систем на основе поликарбоната составляет 90% и более.
Материал хорошо работает в широком диапазоне температур, не подвержен быстрому старению, легок, обладает достаточной прочностью. Важным преимуществом поликарбоната перед другими материалами является его технологичность, что позволяет выпускать дешевые и качественные линзы в промышленных масштабах.
Конечно же, для светодиодных линз применяется и традиционное стекло. Чаще всего боросиликатные сорта. Стеклянные линзы имеют большую твердость и поэтому более устойчивы к образованию царапин.
В зависимости от типа корпуса, линзы могут удерживаться на светодиоде с помощью трения (да, да именно трения – есть такая технология), крепиться с помощью специальной фурнитуры или приклеиваться к радиаторам светодиодов или на печатные платы. Например, светодиоды 5450 с линзами clip lens часто используют для декоративной подсветки. При этом она удерживается на светодиоде силой трения.
Светодиоды с линзами для авто
Многие автопроизводители, разрабатывая новые модели автомобилей, активно переходят на светодиодную светотехнику. Такой подход полностью оправдан. Ведь светодиодная фара мощностью 10 Вт будет светить как 100 ваттная. Естественно вместе с применением светодиодов изменилась и вторичная оптика автомобилей. Светодиоды в фарах используются вместе со специально разработанными линзами, которые создают кривые силы света, отвечающие всем требованиям правил дорожного движения.
К сожалению, установить в фары старых автомобилей, вместо ламп накаливания, светодиоды очень трудно. Однако производители находят выход из положения. На рынке можно встретить светодиодные автомобильные лампы для ближнего света. Еще больше предложений для любителей тюнинга. В продаже имеются различные светодиодные фары с линзами, которые можно установить на решетку радиатора или бампер. Уже упомянутая комбинация LED 5450 с линзами clip lens часто применяется для декоративной подсветки различных элементов авто.
Делаем линзу своими руками
Изготовление светодиодной линзы своими руками — дело не простое. Проще всего переделать ее из другого устройства, например, увеличительного стекла. Автор видео рассказывает, как это сделать.
Вывод
В приведенных выше примерах и во многих других случаях, применение линз для светодиодов позволяет наиболее полно реализовать все положительные качества LED. Сформировать необходимую для данного типа светильника кривую силы света, полностью использовать световой поток, значительно снизить затраты при производстве осветительных приборов.
