Линзы для мощных светодиодов. Делаем дхо своими руками

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.

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. 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.

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!

До этого стояли ДХО от дядюшки Ляо, но так как во время не позаботился о герметизации - прожили не очень долго, при восстановлении посадка новых диодов не была рассчитана на линзы - поэтому половина яркости пропала. С этого момента было решено делать самому.
Был куплен 2-х метровый алюминиевый профиль 3х1,5см.

рублей 250 что ли вышло, точно не помню. Из инструмента только шуруповерт с коронкой по металлу на 20 мм и дремель.

Разметил расположение отверстий и сделал заготовки. После обработал алюминий дремелем, что бы он стал шероховатым и краска лучше легла и не лупилась.

Заготовка, 2-а слоя краски, и слой лака. Дальше пошел ваять)))

Заготовки, линзы 45°, светодиоды на подложках, герметик для фар. Заранее скажу, что герметик себя не оправдал, получилось не очень, поэтому сидел отскребал его, потом поехал купил прозрачную эпоксидку и посадил линзы на нее. Светодиоды припаивал на подложки, обязательный компонент - термопаста!

Потом запихнул светодиоды в заготовку, предварительно намазав места посадки термоклеем, сверху еще прижал линзами.

Вот такой хитрый бутерброд)) Почти готово:

После вырезал дремелем заглушки для боковин, и впресовал их, дополнительно залил той же эпоксидкой.

Получилось отлично и герметично! Но есть один минус - “валики” эпоксидки вокруг линз, которые немного портят вид, к сожалению, не хватило мастерства…(((Но на машине в глаза не бросается, если в упор не смотреть;)

Установил, по старине на хомуты, т.к. это крепление проверено временем, все ОК! Включил, светят ярко, очень, фотка с телефона полностью не передает:

Работает все по правилам ПДД, и ночью не используется, хотя ночью можно без ближнего 😉 Подключены через регулируемый драйвер, могу понизить/повысить яркость в любой момент, после часа работы - чуть теплые, и то думаю, на солнце нагрелись)))

Ну и пару фоток ночных:

Ну и еще пересветил немного салон, т.к. перегорела лампочка:

Тут правая стоковая лампа, её почти не видно…

Снизу стоковая подсветка, пока не переделал, там сложнее. Тут процесс простой, выкинул лампочку и НА внутренний оранжевый светофильтр установил светодиод 3528 с резюком - проще некуда! С печкой придется что то думать, там лампочки по мощнее и световоды.

Каждый автолюбитель хочет максимально улучшить головной свет своего автомобиля, чтобы повысить безопасность своего движения. В настоящее время популярность набирают светодиодные линзы (модули, билинзы) с установленными Лед диодами. Это позволяет более тонко настраивать световой поток на выходе модуля, то есть получить освещенность выше, чем у ксенона почти в 2 раза. Светодиоды можно расположить любым способом в любом месте, хоть кругом, хоть параллелепипедом.

• 1. Конструкция билинз и биледов
• 2. Измерительное оборудование
• 3. Внешний вид образцов
• 4. Мощность и световой поток
• 5. Параметры светодиодов
• 6. Цветовая температура
• 7. Драйвера
• 8. Шторки
• 9. Нагрев
• 10. Что лучше выбрать?
• 11. Сравнение по освещенности

В обзоре и тестировании участвуют 8 диодных билинз диаметром 3 дюйма, предоставленных компанией Автопризма, сайт Была ещё одна отечественного производителя под названием Lossew, но по техническим причинам она не участвует в тестах. Фирменные биледы представлены последними моделями Bi Led Koito и Optima.

Существует много вариантов названий билинз, чаще всего называют:

1. светодиодные линзы в фары;
2. bi led линзы;
3. bi led модули;
4. би лед линзы.
5. эти синонимы помогут вам при поиске дополнительной информации.

Тестирование по ГОСТ и сравнение размещены во второй части

Конструкция билинз и биледов

Биледы относятся к классу билинз, которые сочетают в себе одновременно ближний и дальний свет. Режим работы переключается при помощи шторки, которую передвигает соленоид.

Конструктивно светодиодные линзы схожи с биксеноном и бигалогеном. Только у Bi Led модуля свет направлен в верхнюю часть отражателя. Край шторки задаёт светотеневую границу.

Светотеневая граница (сокращённо СТГ) ближнего света задаётся краем шторки.

Измерительное оборудование

Чтобы у читателей не было сомнений в результатах, предоставлю основное используемое оборудование:

1. тепловизор Thermal Seek Compact Pro 240 на 320 точек;
2. измеритель пульсаций светового потока Radex Lupin;
3. спектрометр UPRtek MK350;
4. большая и малая фотометрическая сфера.

На и написал подробные обзоры с примерами измерения галогенок, ксенона, прожекторов, светильников и автоламп.

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.

№ 4,5,6

№7, 8, Hella

Мощность и световой поток

Сначала у образцов были измерены все технические параметры, в том виде, как они были собраны на заводе. По мере тестирования образцы разбирались и замерялись остальные параметры. Для наглядного сравнения используется популярная биксеноновая линза Hella 3R, китайская копия Хеллы.

Перед замером мощности прогреваем каждый образец в течение 60 минут. Мощность непосредственно на светодиоде измерялась отдельно, это позволяет выявить КПД драйвера.

Для замера светового потока образец разбирался, чтобы остались только диоды и система охлаждения, затем помещался в большую фотометрическую сферу. Максимальный светопоток получился у №2, собранном на 4 Cree XHP35.

Количество люмен и мощность не являются главным фактором определения эффективности на дороге. Любая оптическая система имеет свою эффективность и определенное фокусирование в зависимости от назначения.

Параметры светодиодов

№1

В светодиодных линзах для автомобильных фар установлены светодиоды разных производителей. Кроме фирменных Osram, LG, Cree есть малоизвестный китайский вариант Zeus 7070. Он относится к специализированным, рассчитанным на ближний и дальний свет свет. Производитель http://www.gpiled.com/cob обещает приличные характеристики на него, но спецификации не раскрывает.

На качество отвода тепла влияет материал подложки, на которой размещён светодиод. Теплопроводность меди в 2 раза выше алюминия и стоит дороже. Но если сборка некачественная и контакт с радиатором плохой, то никакая медь не поможет.

Пульсации светового потока показывают, насколько хорошо блок питания справляется с нагрузкой. Если драйвер не справляется, светопоток будет пульсировать, и сильно нагружать ваши глаза и гораздо быстрее будет наступать утомление. У лампы накаливания этот показатель равен 15%. При результате 1-2% пульсации полностью отсутствуют, учитывая погрешность самого измерительного прибора.

№2, Cree XHP35 4 штуки

№3, Osram

№5, LG Innotek

№6, Koito

№7, Osram

№8, Bi led Optima, LG Innotek.

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.

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.

Драйвера

Блоки питания Би Лед модулей обеспечивают хорошую стабилизацию тока, пульсации светового потока на уровне 1-2%, то есть практически равны нулю. Китайские производители не любят изобретать и предпочитают использовать стандартные и проверенные решения. Половина корпусов одинаковые, но начинка разная, это видно по разным проводам и типам коннекторов.

Для внешней установки драйвера желательно использовать герметичный разъём питания. Иначе влага, соль, конденсат будут разъедать контакты, повышая их сопротивление и нагревая их. Часто в обычных автомобильных фарах контакты подключения галогенки окисляются и разрушаются, нарушается контакт и лампочка может часто перегорать.

У Koito драйвер экранирован железной пластинкой с надписями Lexus, Toyota и другими буквами цифрами. Пластину снимать не стал из-за экономии времени, всё равно там установлены фирменные комплектующие с высоким ресурсом.

Шторки

У моделей похожих на би лед модуль Optima №8 конструкция шторок одинаковая. Мощность соленоидов представлена в таблице, напряжение 13,2 Вольт. Для каждой модели замеряем массу без драйвера, если он отдельный.

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.

Велофара своими руками

Все мы давно слышим о полупроводниковых источниках света, то есть светодиодах. Они и экономичнее, и долговечнее и вообще все сплошь и рядом положительные. Но чем это может помочь нам? Светодиодные лампы (обычные потребительские с цоколем Е27 и Е14) пока стоят совсем бешеных денег, причём совершенно неоправданно. Немного лучше в области автосвета, там уже можно заказать не очень дорогие заменители ламп накаливания в своё авто. Только пока особо плюсов от них нет, кроме потребляемой мощности и иногда надёжности (потому что многие из них плохо собраны и не используют стабилизаторы тока). И наверно самая продвинутая область применения мощных светодиодов это фонарики и велосвет. Поэтому я и расскажу о сборке своего велосвета на основе мощных светодиодов. Данный опыт можно применить во многих областях, в том числе, чтобы устроить LED освещение дома, при минимальных навыках работы с паяльником.

К тому же, насколько мне известно, велосипед достаточно популярен среди нас айтишников (судя по вело форумам). То, что нормальная фара необходима, думаю понятно всем кто хоть раз катался вечером. И так вот описание моего эксперимента двухгодичной давности. Кстати, за два года, в техническом плане почти ничего не поменялось. А вот цены на велофары продолжают медленно падать, и сборка своей фары ради большой экономии всё менее и менее оправдана.

Примерный набор комплектующих для сборки велофары самому. Нужны мощные светодиоды (150р) * количество диодов + линзы и держатели (100р) * количество диодов + драйвер чтобы правильно запитать светодиоды (200р-500р) + аккумулятор (тут по желанию) и корпус (50-… р) + мелочь типа проводов и разъёмов.

Для примера, из промышленно выпускаемых фар минимум (качественные фары), что можно найти это: Dinotte 200L (с питанием от 4x AA аккумуляторов) ~90$, Hope Vision 1 LED ~ 97$. Света они дают одинаково, световой поток примерно ~200 люмен. Я считаю, что 200 люмен это минимум на что можно соглашаться при выборе велосвета. Не так давно на известном сайте появилась фара на 900 люмен, всего за 79$. Байкеры в Москве уже провели тесты и они впечатляют.

Но мы решили собирать фару сами, так что займёмся своей фарой. По большому счёту в фаре нет ничего сверхъестественно или дорогого. Поэтому, сделать её самому совсем не трудно. Самая трудная часть это найти удобный корпус и придумать от чего будем наш свет питать. В идеале, если есть доступ к фрезерному станку, лучше сделать корпус как у Dinotte/Hope vision 1. И смотреться это будет очень прилично, и отличный радиатор. Но если нет - тоже не беда, главное чтобы корпус был металлический. Поскольку мощные светодиоды выделяют много тепла при работе в самых ярких режимах, им нужен приличный теплоотвод. В более щадящих режимах, тепловыделение конечно меньше, но не забывайте, от перегрева диодов сильнее уменьшается их ресурс.

И так начнём подбор комплектующих:

Я взял простую алюминиевую коробку для РЭА, просто и весь корпус будет хорошим радиатором. Я просверлил 6 отверстий для крепления диодов и просто прикрутил их винтами к корпусу, предварительно добавив между подложной диода и корпусом немного термопасты. Проделал пазы для двух выключателей и гнезда для подключения питания.

Так как мне захотелось сделать фару помощнее, я решил поставить 3 светодиода, и соответственно мне понадобится как минимум 12 вольт, чтобы их запитать (3в+ на диод и запас). Корпус (держатель) для аккумуляторов был выбран такой.

Диоды, которые я выбрал, были такие: P4 Seoul S42182-01LF-TST0H / Star. В этом страшно длинном названии написана вся информация о светодиоде. P4 — модель, Seoul — фирма изготовитель. Далее идёт бин, в нём закодировано: цветовая температура излучаемого света и его сила в люменах, напряжение питания, цвет, тип линзы и т.д. Вот подробное описание с расшифровкой всех значений (для диодов Seoul semiconductor).

Далее были выбраны подходящие держатели для линз и сами линзы фирмы Carclo. С держателями сложностей никаких, но лучше выбрать белые, там как они будут немного работать и как отражатели. Линзы для диодов различаются по углу рассеивания света, большинство использует коллиматоры. Если у вас другие потребности, например нужно рассеять свет как можно сильнее, то можно взять линзу с большим углом рассеивания, или с матовым покрытием.

Мощные диоды делает не только Seoul semiconductor, но и CREE Inc., Luxeon Philips, Edison. Я выбрал тогда Seoul, потому что в какой-то момент он был наиболее эффективным. Более 100 люмен на ватт. Сейчас же уже доступен такой вот монстрик Seoul p7 900lm (90lm/watt). По сути счетверённый Seoul p4. Такой как раз и используется в супер яркой китайской фаре с Dealextreme. Вы можете выбрать наиболее удобный или доступный - выбор большой.

И так вернёмся к диодам. Эти диоды дают так называемый natural white свет. То есть он приближен к белому свету. Из-за того что пока источников белого света нет, получается он с помощью люминофора. И чем более белый свет нам нужен - тем меньше будет световой поток (потому что на самом деле такие диоды излучают синий свет). Поэтому практически во всех промышленных фарах используют pure white светодиоды (у них люмен больше), которые дают голубоватый свет (на манер ксенона). В описаниях на диоды можно найти графики излучаемого спектра. Вот собранная мной компиляция разных модификаций белых диодов Seoul P4:

Как видно, natural white излучает больше света в том диапазоне, который наиболее восприимчив у наших глаз. К тому же натурально белый свет лучше голубого, во-первых, на мокром асфальте и земле с ним видно гораздо лучше, а во-вторых, он просто приятнее.

Так как на тот момент у меня уже было два Dinotte 200L, а в них именно pure white диоды, то я решил сделать фару с нормальным белым светом, заранее пожертвовав немного световым потоком. И ещё про диоды, проще использовать диоды в исполнении star, а не emitter. Их подложка ток не проводит, и мы сможем смело закрепить все диоды на одном радиаторе. Да и крепить линзы к ним проще.

Вот как выглядят диоды star и emitter:

Диоды можно заказать как на Dealextreme.com или его брате близнеце Kaidomain.com, так и во множестве небольших местных фирм торгующих LED комплектующими (два года назад я заказывал всё в planar.spb.ru, сейчас таких фирм на порядок больше).

И так с диодами мы разобрались, теперь разберёмся с тем как их правильно запитать. Для того чтобы правильно запитать диоды, нам нужен стабилизированный ток, и в этом нам поможет драйвер. Во-первых без этого мы не получим его расчётную мощность и срок службы будет меньше, во-вторых драйверы что поумнее позволяют выбирать источники питания в широких пределах, а заодно и регулировать силу тока на выходе. Все приличные фары питают диод(ы) через драйвер. Если же вы сможете сами собрать схему стабилизации тока, то и цена устройства у вас сильно уменьшится. Мы пойдём простым путём, возьмём готовый драйвер, который всё сделает за нас. Заказать его можно там же где и диоды, Dealextreme / Kaidomain / и т.д. Я тогда выбрал самый продвинутый драйвер на тот момент(хотя и самый дорогой) LUXDRIVE Buckpack 3021-D-I-1000.

Этот драйвер принимает на входе до 32 вольт, выдаёт регулируемый ток до 1A, имеет вход для подключения переменного резистора (чтобы изменять ток на выходе и соответственно яркость подключённых диодов) и крайне прост в использовании. Драйвера есть и для переменного тока и для работы от сети 220в - на все случаи жизни. Так что использовать LED свет можно где угодно уже сейчас, в том числе сделать свет в квартире например. Если будете запитывать диоды от батареи или аккумуляторов, не забудьте о небольшом запасе, чтобы на вход поступало на 2-3 вольта больше чем вы хотите получить на выходе.

Итоговая схема фары:

Где что по компоновке в корпусе:

Пара слов о подключении диодов, подключать лучше последовательно, так как диоды всё же имеют немного различные характеристики и при параллельном подключении возможны неприятные нюансы в работе.

Вот сравнение с двумя фарами Dinotte 200L ~400 люмен и этой самодельной фары ~500 люмен. Слева эта самодельная фара (natural white диоды), линзы с углом 15 градусов, справа 2 x Dinotte 200L (pure white диоды), линзы с углом 7 градусов. Баланс белого в камере зафиксирован.

Вот практически и всё что можно сказать о использовании мощных диодов. Это реально просто, собрать схему с готовым драйвером может даже начинающий, буквально надо соеденить проводками диоды — драйвер — источник питания. Сейчас количество готовых решений(модулей) уже может удовлетворить практически все потребности. Например серия acriche от Seoul semiconductor, подключается прямо к сети 220в. Так же много решиений и других производителей.

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.

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 120 о. 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 10 о. 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.