Линзы для светодиодов: фокусирующая оптика для плоских светодиодных ламп

Благодаря высоким показателям энергоэффективности сегодня все чаще и чаще в качестве светоисточников головной оптики для авто и других светильников применяются лед-элементы. Однако для проявления их 100% потенциала требуется специальная система фокусировки. Как правило, для этого применяют линзы для светодиодов. Рассмотрим, что они собой представляют, каково их назначение, какие основные виды их существуют, какой материал для их изготовления используется, а также как их сделать своими руками.

Содержание

• 1 Принцип работы
• 2 Назначение
• 3 Виды линз
• 4 Светодиоды с линзами для авто
• 5 Материалы для изготовления и способы крепления
• 6 Делаем линзу своими руками
• 7 Основные выводы

Принцип работы

Принцип работы линз для плоских и иных форм светильников со светодиодами основан на естественном законе природы о преломлении световых волн на границе двух различных сред. В данном случае дело касается материала оптики (стекла, пластика) и воздуха. Преломление светового потока существенно зависит от формы рубежа, через который он проходит.

Например, благодаря специальной линзе с выпуклыми сторонами светодиод ручного фонарика фокусирует узкий луч в пределах 12-15 градусов. Светотехнические хаpaктеристики изменяются также в зависимости от расстояния лед-кристалла до границы раздела сред, а также от препятствия, устанавливаемого между ними. В некоторых системах автомобильной оптики это применяется для переключения с ближнего света на дальний и наоборот.

Важно! Для эффективного освещения протяженных площадей, что, например, актуально при движении на авто в темноте, световому потоку необходимо задать овальную форму в горизонтальном направлении. Для этого линза должна иметь специальную сложную конструкцию. Поэтому многие производители машинных фар, уличных фонарей и прожекторов выпускают готовый оптический комплект со светодиодом.

Назначение

Если в обычных фонарях, где применяют люминесцентные светоисточники или лампы накаливания, в качестве фокусирующей системы берется отражатель (рефлектор), то для светодиодных элементов требуется иное устройство. Причина этого заключается прежде всего в структуре и принципе действия самого лед-источника и его светотехнических хаpaктеристиках. LED имеют отличную от штатных светильников диаграмму направленности потока освещения.

Связано это в первую очередь с незначительными размерами излучателя – полупроводникового кристалла, что придает им такие специфические технические хаpaктеристики, как:

1. Точечные свойства даже на очень малом расстоянии.
2. Малый угол рассеивания светопотока.

Поэтому чтобы получить требуемую кривую распределения света в прострaнcтве (как у обычных лампочек), необходимо прибегать к разного рода технологическим ухищрениям. Одним из них и является применение линз для светодиодов. Прежде всего это автомобильные фары, прожектора, уличные фонари и прочие мощные светильники. В комнатных люстрах, напротив, используются рассеиватели – для создания комфортного однородного освещения.

Обратите внимание! Изначально светодиод создает штатный поток света с постепенным уменьшением его силы при удалении от центральной его оси. Для придания ему заданной формы и применяют специальные линзы. Они налагаются на лед-кристалл и относятся к категории вторичной оптики.

Виды линз

У современных производителей классификация линз для светодиодов происходит по двум основным признакам:

1. Типу лед-элемента.
2. Модели светораспределения.

Среди вторичных признаков оптики можно выделить количество светодиодов, симметричность их расположения, а также прозрачность или матовость материала. Наиболее популярным типом распределения светового потока является круглое симметричное. Это может быть каскад последовательно соединенных лед-кристаллов небольшим номиналом 1-3-5 W.

Световой угол у них может варьироваться в достаточно широких пределах – от нескольких до полутора сотен градусов. Некоторые хаpaктерные виды имеют свои названия. Например, линзы, которые фокусируют пучок освещения не более чем на 10 градусов, называют спотовыми («спот» – с англ. означает «пятно»).

Важно! Заводы по выпуску светодиодов взаимодействуют с производителями применяемых для них линз. Поэтому при поступлении в продажу одних, через определенное время можно найти и другие.

Светодиоды с линзами для авто

Широкое развитие светодиодной светотехники привело к тому, что уже многие автомобили с конвейера оснащаются лед-элементами и соответствующей им оптической системой. При этом в ходе разработки фар обязательно учитываются требования правил дорожного движения по хаpaктеристикам бортового освещения.

Со старыми автомобилями, имеющими в качестве источника света лампочки накала, галогенки или ксенон, дело обстоит сложнее. Хотя многие линейки и предлагают устанавливать в штатные фары светодиоды, полноценного эффекта от их использования это не дает. Нужна специальная система оптики – с линзами. Поэтому многие производители предлагают автопользователям тюнингованный вариант их монтажа. Уже готовые фары можно установить на радиаторную решетку или бампер.

Совет! Наиболее популярными из автомобильных фар со светодиодами на сегодня являются так называемые би-линзы. С ее помощью можно одновременно формировать и ближний, и дальний поток освещения. Принцип его действия и конструкция аналогичны биксенону и бигалогенкам. Управляемая соленоидом специальная шторка меняет распределение света внутри оптики, создавая заданные хаpaктеристики внешней подсветке.

Материалы для изготовления и способы крепления

В качестве материалов для линз под светильники со светодиодами применяют либо стекло с повышенным содержанием бора и кремния, либо монолитные светопропускающий поликарбонат. Стеклянная основа более предпочтительна, так как лучше выдерживает внешние факторы на образование сколов, трещин и потертостей.

Делаем линзу своими руками

Если нет возможности купить готовый оптический набор, то собрать его можно своими руками. Для этого потребуется:

1. Светодиод.
2. Увеличительное стекло подходящего диаметра (например, лупа).

Чтобы собрать фонарь, необходимо саму линзу закрепить на некотором расстоянии от лед-кристалла. Величину этого промежутка лучше определять опытным путем, предварительно включив светодиод и, расположив перед ним увеличительное стекло и направив на поверхность (стену), передвигать для выявления оптимальной фокусировки и яркости.

Закрепить линзу можно, либо приклеив ее к лед-элементу, либо зажав ее между корпусом и защитным стеклом фонаря, либо соорудив для нее специальный держатель, который монтируется на клей или болты к плате. Не последнее место в этом процессе занимает центровка увеличительного стекла относительно плоскости и центральной перпендикулярной оси кристалла. Устанавливать его нужно как можно точнее.

В ходе монтажа линза не должна загрязняться жировыми пятнами с пальцев. В противном случае качество освещения будет сильно понижено. При выборе увеличительного стекла для светильника со светодиодами нужно уделять внимание следующим параметрам:

1. Углу формирования светопотока.
2. Внешнему виду, размерам и форме.
3. Степени сложности монтажа.
4. Симметричности.
5. Оптическим хаpaктеристикам.

Рекомендация! Выпускаемые специально для светодиодов линзы имеют специальные держатели, соответствующие их светотехническим хаpaктеристикам и существенно облегчающие монтаж.

Основные выводы

Линза для светодиода предназначена для фокусировки светового потока светильника. Это позволяет формировать направленное освещение с заданными хаpaктеристиками. Например, овально распределенным в горизонтальной плоскости, что необходимо для подсветки дороги для движущегося автомобиля или прожектора.

Светильники такого типа различаются по:

1. Виду лед-кристалла.
2. Их количеству.
3. Симметричности их расположения.
4. Типу распределения светового потока.

Современные фонари с линзой на светодиодах способны фокусировать освещение от нескольких до полутора сотен градусов. Для оснащения автомобилей чаще всего применяются би-линзы – способные формировать ближний и дальний свет. В качестве основного их материала применяют стекло или поликарбонат. Чтобы сделать подобную оптическую систему своими руками, необходимо приобрести специальное или универсальное увеличительное стекло и закрепить его, соблюдая требования соосности, над лед-элементом на определенном расстоянии в соответствии с заданными параметрами.