Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 0

Линзы для светодиодов

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.

Способы сопряжения со светодиодом

Существуют несколько способов крепления линз. Самый простой – приклейка. Линзы, маленького размера могут приклеиваться непосредственно на плату со светодиодом. Более габаритные и массивные требуют держателя. Держатель имеет клейкое основание с защитной пленкой (по сути – двухсторонний скотч), а линза в него просто защелкивается. Идеальный вариант для изделий, изготавливаемых своими руками в домашних условиях, но недостаточно надежный для жестких условий эксплуатации (перепады температур, механическая тряска и вибрация). Второй способ – крепление с помощью винтов – более надежный, но требует наличия соответствующих конструктивных элементов у линзы. И, наконец, можно закрепить вторичную оптику, используя корпусные элементы изделия (светильника, фонаря и пр.). Например, придавить защитным стеклом. В любом случае большое значение имеет точная центровка линз относительно светодиодов, для этого в некоторых линзах и держателях предусмотрены специальные стоечки (штырьки). Естественно при этом на плате должны быть предусмотрены соответствующие отверстия. При установке, нельзя касаться рабочих поверхностей линзы руками.

Линзы для светодиодных светильников офисного освещения или концепция темного света.

Светодиоды, которые настолько скрыты, что вы едва видите источник света, можно назвать темным светом. Таким образом, в основном вы можете видеть свет, но не источник, если вы не стоите прямо под ним и не смотрите вверх. Конечно же))).

Темный свет создает более естественное настроение, потому что вы не можете видеть сам источник света, создавая тем самым ненавязчивое, не слепящее освещение. Вместо того, чтобы яркие области света доминировали над пространством, светильники темного света могут использоваться для создания скрытой установки освещения, где трудно заметить, откуда исходит свет. Благодаря сдержанному освещению, особенно в сочетании с непрямым освещением, можно создать гармоничную, естественную атмосферу освещения. Здесь светильники темного света предлагают идеальное решение. Диаграмма ниже представляет типичное поле зрения. Центральная область представляет собой область, в которой изображение наиболее остро для глаза. У среднего человека горизонтальное периферическое зрение составляет приблизительно 90 градусов. Однако вертикальное периферическое зрение составляет менее 60 градусов.

На следующей диаграмме человек А не может видеть светильник и, следовательно, не источник света, поэтому блики не являются проблемой. Человек С стоит вне луча света, то есть за темной границей, и не может определить источник света, даже если он может видеть светильник. Человек B может видеть светильник, и он может видеть некоторую умеренную интенсивность света, учитывая, что свет ограничен, чтобы не вызывать блики выше предела потенциального угла блика.

Светильник можно классифицировать как «темный свет» только в том случае, если он удовлетворяет требованиям для ограничения темноты, что означает, что угол обзора не должен превышать 200 кд / лм 2 выше 60-градусного угла обзора.

Офисный светильник с специализированной не слепящей оптикой

DAISY – Линейное решение для офисного освещения премиум класса. Часть концепции Dark Light LEDiL с UGR <19. Оптимизирован для светодиодов форм фактором 2835 и совместим со светодиодами средней мощности размером до 5630 и печатными платами длиной до 20 см.

Первичная оптика

Типичное пространственное распределение – это то, что производители используют для описания света, исходящего от первичной оптики светодиодов. Это в основном означает форму или распространение света от центра диода. Как мы говорили ранее, светодиоды обращены в одном направлении, поэтому представьте линию, идущую прямо от центра. Пространственное распределение измеряется в градусах от этой центральной точки.

Давайте возьмем, к примеру, Cree XP-G2 , который рассчитан на 115 градусов, то есть луч будет простираться на 57,5 ​​градусов с обеих сторон. Тот факт, что он рассчитан на это, не означает, что вы получаете весь световой поток светодиода по всему спектру. Свет будет тем сильнее, чем ближе вы находитесь к центру, как и другие точечные источники света. Взгляните на график «Типичное пространственное распределение» XP-G2, такой график вы сможете найти в техническом описании светодиодов любого производителя.

Вдоль центральной оси светодиод излучает 100% своей относительной силы света и будет терять интенсивность при удалении от центра.

Скажем, у нас работает Cool White Cree XP-G2 при 350 мА, мы знаем из таблиц данных, что при этом токе светодиод будет излучать 139 люменов, это номинальная мощность, на центральной оси. При 30 градусах от центра мощность светодиода падает до 125 люмен. Спускаясь по кривой распределения под 40 градусов, выход достигает всего 111 люмен. Интенсивность светового потока продолжает падать до тех пор, пока при 57,5 ​​градусах вы не получите только примерно половину выходного светового потока при 70. Очевидно, что когда вы теряете так много светового потока по всему спектру, то для усиления этого света и лучшего использования света необходима вторичная линза или оптика. Чтобы получить максимальную эффективность от светодиодов.

Линзы для мощных светодиодов

Одним из неоспоримых преимуществ светодиодов перед традиционными источниками света является возможность формирования практически любого распределения светового потока для максимально эффективного использования энергии. Осуществляется это формирование с помощью вторичной оптики — отражателя (рефлектора) или линзы.

Для обозначения формы распределения света в светотехнике используется термин «кривая силы света» или сокращенно КСС. Светодиоды в большинстве случаев имеют первичную линзу (из прозрачного силикона, или стеклянную), которая формирует КСС, показанную на рисунке ниже.

Как видно по графику – интенсивность света плавно уменьшается с увеличением угла отклонения от центральной оси. Для получения распределения другого вида на светодиод накладывается линза или рефлектор соответствующего типа. Отсюда и название – вторичная оптика.

Рефлекторы имеют достаточно ограниченную область применения – они позволяют работать только на концентрацию светового потока, т.е. уменьшение угла излучения. Линзы же дают более широкий диапазон возможностей, поэтому на их рассмотрении стоит остановиться поподробнее.

Из чего и как сделаны?

Наиболее распространенные материалы для изготовления линз – полиметилметакрилат (в простонародье – оргстекло) и поликарбонат. Изготавливаются они методом литья под давлением, при строгом соблюдении технологических норм. Так что об изготовлении линзы своими руками не может быть и речи. При попытке механической обработки этих материалов, всё чего вы сможете достигнуть – это мутный исцарапанный кусочек оргстекла.

Способы сопряжения со светодиодом

Существуют несколько способов крепления линз. Самый простой – приклейка. Линзы, маленького размера могут приклеиваться непосредственно на плату со светодиодом. Более габаритные и массивные требуют держателя. Держатель имеет клейкое основание с защитной пленкой (по сути – двухсторонний скотч), а линза в него просто защелкивается.

Идеальный вариант для изделий, изготавливаемых своими руками в домашних условиях, но недостаточно надежный для жестких условий эксплуатации (перепады температур, механическая тряска и вибрация). Второй способ – крепление с помощью винтов – более надежный, но требует наличия соответствующих конструктивных элементов у линзы.

Естественно при этом на плате должны быть предусмотрены соответствующие отверстия. При установке, нельзя касаться рабочих поверхностей линзы руками.

Виды линз

Обычно классификация линз у производителя идет по двум основным признакам – по типу светодиодов и по типу светораспределения. Также оптика бывает одиночная и групповая, когда на несколько светодиодов надевается единый линзовый модуль, прозрачная и матовая, симметричная и ассиметричная и т.д.

В настоящее время производители вторичной оптики «идут в ногу» с производителями светоизлучающих диодов и после появления нового типа или семейства светодиодов, практически через пару месяцев мы уже можем приобрести для него соответствующие новые линзы.

Наиболее распространенной формой распределения света является круглосимметричное. Такие линзы дают круглое световое пятно. Угол светового пучка может быть совершенно разным: от 3˚ до 150˚. Концентрирующие линзы с углом менее 10˚ обычно называют «спотовыми» (от англ. Spot – пятно).

Существует оптика со специальным распределением света.

Ниже на рисунке представлена линза для уличного освещения и ее КСС.

Светотехнический шедевр своими руками

Многообразие линз для светодиодов и их широкая доступность дает возможность реализовывать достаточно сложные светотехнические решения своими руками. Линзованные светодиоды могут дать самые замысловатые формы КСС, некоторые из них представлены на рисунках ниже.

Комбинируя различные линзы в одном светильнике можно добиться светораспределения практически любой сложности.

Простые задачи с помощью вторичной оптики решаются также более эффективно. Так светодиодный фонарик, собранный своими руками на одноваттном светодиоде CREE, с одной узкоградусной линзой LEDIL будет «пробивать» темноту на несколько сотен метров, давая при этом четко очерченное  световое пятно. В то время как его покупной собрат, родом из юго-восточной Азии, с кучкой мелких светодиодов и блестящим отражателем, едва ли «осилит» и половину этого расстояния.

Возможности вторичной оптики впечатляют!

Линзы для COB светодиодов. Оптика для освещения магазинов одежды.

Освещение магазинов одежды, пожалуй самый лучший пример. Именно в магазине одежды используя качественную и правильную оптику можно получить качественное освещение.

Как правило большинство трековых светильников имеет источник света COB LED.

Для светодиодов COB LED стоит использовать фокусирующую линзу с мягким рассеивающим эффектом. Например линза OLIVIA-S.

Используя  линзы такого типа вы добьетесь фокусировки света с мягким рассеивающим эффектом по краям. Это нужно для того чтобы создать эффект равномерной засветки без резких градиентов. То есть если вы поставите в ряд несколько трековых светильников и распределите направления света от них вдоль стены, вы не получите ярких пятен и темных зон. Освещение будет равномерным.

Световые эффекты от линз c COB LED на примере.

Светодиоды нужно фокусировать

Светодиоды высокой мощности постоянно совершенствуются и становятся разумным выбором для широкого спектра применений. Как мы уже говорили выше, для многих из этих применений, таких как внутреннее точечное / downlight, уличное освещение, архитектурное освещение и точечное освещение, излучатель и первичная оптика сами по себе не могут обеспечить достаточную интенсивность на целевой поверхности. Мы углубились в вывод излучателей выше, но другой способ описать это – излучатели испускают ламбертовское распределение света. Это в основном означает, что яркость для наблюдателя одинакова, независимо от положения наблюдателя. Если вы когда-нибудь видели светящийся излучатель, вы можете увидеть это мгновенно. Даже если вы находитесь далеко в стороне, вы все равно можете видеть, что источник света очень яркий, вероятно, он даже о лепит ваши глаза, когда вы посмотрите на него.

Вторичная оптика используется для коллимирования световых лучей в управляемый луч, который привнесет всю необходимую интенсивность в нужную вам область. Коллимированные световые лучи распространяются параллельно, хотя невозможно сделать свет идеально параллельным из-за дифракции и конечного физического размера самого излучателя

Важно отметить, что чем меньше источник света (излучатель), тем эффективнее будет процесс

При описании того, как определенная вторичная оптика или линза может коллимировать луч, мы часто рассматриваем угол обзора или половину максимальной ширины (FWHM). FWHM – угловая ширина луча, когда интенсивность на краю равна половине интенсивности в центре луча. Это полезный способ классификации оптики, но он не учитывает различия между определенными оптическими платформами (диодами разного размера). Полезно знать, что оптика с одинаковыми углами обзора может сильно различаться по интенсивности и качеству луча в зависимости от оптической конструкции излучателей. На страницах оптики на нашем сайте мы стараемся перечислить все различные углы и FWHM для каждого светодиода, который мы несем.

Вторичная оптика предназначена не только для фокусировки светового луча,  иногда она используется для улучшения однородности цвета и распределения света в целевой области. Выбор подходящей оптики или объектива зависит от области применения. Отражатели и оптика  используются во многих различных приложениях, и оба имеют свои преимущества и недостатки.

Нагрев

Температуру нагрева светодиода замеряем тепловизором после прогрева в течение 1 часа. Коэффициент эмиссии на тепловизоре установлен 0,8. По спецификациям от Cree показатель излучения для силикона составляет 0,85. По особенностям замера консультировался у Osram, Cree и других производителей. Коэффициент может отличатся в большую или меньшую сторону в зависимости от изготовителя, поэтому в таблице представлены усреднённые результаты. Конструкция состоит из разных материалов с разным значением теплового излучения, поэтому выложу только снимки диодов.

Температура нагрева светодиода косвенно характеризует эффективность системы охлаждения, так же влияют и особенности конструкции светодиодной линзы. У каждой модели светодиодов разная допустимая температура нагревания, при которых сохраняются заявленные параметры по спецификациям.

Цветовая температура

Самая распространённая цветовая температура у ксенона это 4500К – 5500К, свет приближенный к нейтрально-белому, дневному свету. По сравнению с желтоватым галогеном вы увидите чёткое отличие по оттенку.

Во время нагрева параметры кристалла диода меняются, цветовая температура изменяется в среднем до 300К. Поэтому сначала греем до стабильных показателей и включаем спектрометр.

ОбразецЦветовая температураCRI
№15800К68
№24800К73
№35900К68
№45800К69
№55000К65
№65200К68
№76200К71
№85200К67
Hella 3R5100К73

В хорошей компании по установке автосвета всегда должен быть спектрометр, чтобы подбирать лампы и головной свет одного оттенка. На дороге часто встречаю престижные автомобили, у которых лампы светят в разнобой, как будто куплен ширпотреб у китайцев. Гарантировать точную цветовую температуру производители обычно не могут, потому что на этот показатель есть свой допуск по отклонению от заявленной нормы.

Значение индекса цветопередачи CRI обозначает насколько точно такое освещение будет передавать цвета. У всех образцов он примерно на одном уровне, чем выше CRI, тем дороже диод.

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.

Внешний вид образцов

В таблице указаны производители каждого образца. Даже если вы увидите в магазине похожую, то параметры у не могут быть совершенно другие. Каждую партию производитель комплектует по желанию заказчика, то есть начинка может быть совершенно разной.

Все представленные Би Лед модули с активным охлаждением, в нижней части установлен вентилятор, закрытый решёткой. В условиях отсутствия пыли в плотно закрытой фаре ресурс вентилятора будет большой. В домашних условиях вентилятор в системном блоке компьютера обычно забивается нитевидными пылинками, которые образуют целый ковёр.

Образцы №1, №4, №5, №8 имеют практически одинаковую конструкцию, которая хорошо зарекомендовала себя и используется в Bi Led Optima. Драйвер у них внешний, больших габаритов с отверстиями для крепления. Блок питания малых габаритов у №2 и №7, он сможет легко разместится внутри фары.

Почти на всех образцах установлена линза диаметром 3 дюйма из стекла, только Bi led Koito имеет пластиковую. Цена Koito почти в 2 раза выше аналогов, таким образом они пытаются снизить стоимость, у пластика нет преимуществ по сравнению со стеклом. На Който установлен вентилятор Panasonic и другие фирменные комплектующие, что должно максимально продлевать срок службы.

Линзы для промышленных светодиодных светильников.

Промышленное освещение – это не только освещение больших залов, оборудования или производственных линий; Речь идет также о предоставлении света людям, которые нуждаются в нем для выполнения своей работы. Неправильная цветовая температура или интенсивность в областях, требующих точности, могут снизить производительность. Получение уровня люкс прямо на поверхностях, которые должны быть четко видны, и в то же время необходимо снизить энергопотребление, особенно в крупных проектах. Кроме того, интеллектуальное освещение может быть использовано для уменьшения освещения там, где оно не требуется. Хорошее промышленное освещение может сделать повседневную работу легче, безопаснее и продуктивнее.

В первую очередь промышленные светильники общего освещения нужно сегментирование на светильники HighBay – для высоких потолков и MidBay – для средних потолков. От этого будет зависеть эффективность распространения света на промышленном обьекте. А при грамотном проектировании системы освещения, позволит существенно сэкономить на светильниках.

Следует понимать если мы планируем установить светильник на большой высоте, более – 10 м. то следует выбирать линзы для светодиодов с узкой оптикой до 30 град. Для светильников MidBay – высота установки 6 м. следует выбрать линзы с расхождением луча от 60 до 90 град.

Возможно вам поможет наша статья о проектировании промышленного освещения.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации