Оптика и линза

Содержание:

1. 1. Первичная оптика (линза).
   2. Что такое вторичная оптика?
   3. Для чего необходима вторичная оптика.
   4. Виды вторичной оптики.
   5. Материалы, используемые для создания оптики.
   6. Кривая сила света (КСС), виды КСС.
   7. Помощь ГИК ПГС. 

1. Первичная оптика (линза). 

Распределение света, исходящего от осветительных устройств, играет важную роль в определении их функциональности и сферы применения, особенно когда речь идет о внешнем или промышленном освещении.

Большинство источников света излучают свет во все направления. Чтобы свет использовался эффективно, попадая туда, где он нужен, и в нужном количестве, необходимо контролировать его поток и создавать идеальные условия для его распределения. Для этого в осветительных системах используются различные оптические элементы, такие как отражатели, рассеиватели и линзы. Применение разнообразных типов вторичной оптики позволяет регулировать светораспределение как для традиционных, так и для светодиодных источников света.

Первичная оптика, представляющая собой линзу, изготовленную из эпоксидной смолы, силикона или пластика, напрямую контактирует с поверхностью светодиода. Она не только защищает чип от внешних воздействий и обеспечивает его герметичность, но и формирует характерное для светодиода светораспределение. Без первичной оптики невозможно представить себе полноценную работу светодиодов.

В некоторых ситуациях первичная оптика уже обеспечивает нужную коэффициент светораспределения (КСС), однако, как правило, в осветительных приборах, предназначенных для помещений с высокими потолками, а также в прожекторах, наличие вторичной оптики является необходимым, поскольку требуется создать узкий угол светораспределения (примерно 15…30 градусов).

2. Что такое вторичная оптика?

Широкое использование светодиодов в промышленном и уличном освещении, а также в освещении общественных зданий предъявило перед разработчиками светотехнических устройств сложную задачу. Им потребовалось разработать систему формирования кривой светового потока (светораспределения) для источника света, который значительно отличается от традиционных ламп по своим размерам и светораспределению светодиода, который излучает свет только в одну полусферу, обычно угол 120-140 градусов.

Вторичная оптика — это специализированная оптическая система осветительного прибора, предназначенная для формирования угла рассеивания светового потока, известного как кривая силы света (КСС). Производитель выбирает компоненты вторичной оптики, такие как отражатель (рефлектор) или линза, а классификация диаграмм направленности изложена в ГОСТ 17677—82 с поправками от января 2002 года.

Оптические компоненты, такие как рефлекторы, способны лишь сосредоточивать световой поток, в то время как оптические линзы обладают гораздо более широкими возможностями. Они могут как фокусировать свет, так и увеличивать диаграмму направленности, что, например, полезно для освещения автомобильных трасс.

3. Для чего необходима вторичная оптика. 

Отсутствие вторичной оптики в светодиодных светильниках приводит к равномерному распределению света во всех направлениях, что делает яркие светодиоды видимыми и вызывает дискомфорт для глаз. Кроме того, часть светового потока направляется в области, где освещение не требуется, что приводит к неэффективному использованию света без учета конкретных целей и задач освещения. Это особенно важно при выборе уличных светодиодных светильников или при проектировании промышленного освещения на основе светодиодов.

Светильники, оснащенные линзами в качестве вторичной оптики, обеспечивают оптимальное направление светового потока, направляя его в нужные зоны. Это позволяет сократить количество светильников в системе за счет более эффективного использования света от светодиодов. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что управление светом также является управлением расходами.

Подбор вторичной оптики зависит от потребностей заказчика или от проектной документации. Решение о типе вторичной оптики принимается только после тщательного анализа осветительных требований для удовлетворения освещения конкретной зоны. 

Прежде всего, освещение должно быть эффективным: свет должен достигать нужных мест в нужном объеме. Например, важно, чтобы свет был направлен точно на объект, в то время как для освещения больших площадей требуются другие методы. На спортивной площадке требуется равномерное освещение, а в парке — мягкий свет, который подсвечивает аллеи. 

Вторичная оптика помогает создать удобное освещение, не вызывающее дискомфорта у людей. Кроме того, правильный выбор оптики позволяет сократить количество светильников на территории, что в свою очередь снижает расходы заказчика.

4. Виды вторичной оптики.

Существует два вида вторичной оптики рефлекторы и линза:

4.1 Рефлектор (отражатель). 

Отражатели формируют более сфокусированный поток света, что позволяет максимально эффективно использовать излучаемый свет. В противном случае часть света теряется из-за поглощения потолком или стенами. 

Поглощенный свет приводит к ненужному нагреву окружающих объектов или конструкций, что вызывает переизлучение в инфракрасном диапазоне. При этом для пользователей важна только видимая часть спектра. С помощью рефлекторов также можно изменять тип освещения: делать его более направленным или рассеянным, а также выделять определенные зоны в помещениях.

Формы отражателей:

• Параболические;
• Сферические;
• Специальные;
• Эллиптические.

4.2 Линза.

Когда свет пересекает границу между двумя средами с различной оптической плотностью, он меняет свой путь. Линзы с разнообразными контурами могут отклонять световые лучи в различных направлениях.

В фонарях для формирования узкого светового потока используют коллимирующие линзы с двояковыпуклой формой, благодаря чему достигается равномерное распределение света. Рассеивание лучей ограничено углом в 10°, который можно незначительно регулировать, изменяя дистанцию между линзой и источником света, например, светодиодом.

5. Материалы, используемые для создания оптики.

В производстве светодиодных осветительных приборов применяется множество различных материалов, включая сталь, алюминий, стекло и неорганические смеси. 

5.1 Оптика. 

Для изготовления таких линз в основном используют поликарбонат и полиметилметакрилат (ПММА). Оба этих материала являются синтетическими полимерами и идеально подходят для применения в сфере освещения. Поликарбонатные линзы более устойчивы к механическим повреждениям, чем линзы из ПММА. 

Однако поликарбонат более чувствителен к воздействию ультрафиолетового излучения. Без специальных добавок для защиты он будет разрушаться под воздействием УФ-лучей быстрее, чем полиметилметакрилат. 

Кстати, ПММА часто называют акрилом или оргстеклом. Этот материал немного лучше пропускает свет, чем поликарбонат, но в реальных условиях разница незначительна. Также существует боросиликатное стекло, из которого изготавливают линзы, например, для COB. Этот материал практически не подвержен воздействию большинства химических веществ и абразивов.

5.2 Рассеиватель

 При обсуждении рассеивателей ситуация аналогична - используются материалы как поликарбонат, так и ПММА. Также в эту категорию входят закаленное стекло и полистирол. Важно отметить, что полистирол, также как и поликарбонат, может повредиться от ультрафиолетового излучения. Для использования в светотехнике его защищают специальными добавками.

Необходимо учитывать, что каждый материал обладает своими уникальными свойствами. Например, поликарбонат реагирует с одними химическими веществами, в то время как ПММА - с другими. Боросиликатное стекло имеет более высокую способность пропускать свет по сравнению с закаленным. Поэтому выбор материала для линз и рассеивателей зависит от конкретной задачи и сферы применения.

6. Кривая сила света (КСС), виды КСС.

Кривая световой силы является характеристикой, которая в графическом виде показывает, как распределяется световая сила источника в зависимости от направления, в котором движется световой поток в пространстве. Конфигурация кривой световой силы осветительного прибора оказывает влияние на уровень освещенности различных областей, которые он освещает.

Распределение светового потока в разных направлениях и угол его рассеивания зависят от ряда факторов:

- Модель и конструкция светодиодной лампы.

- Тип линз, используемых в светодиодах (плоские или сферические).

- Конструкция оптической системы осветительного прибора (рефлектор, отражатель, рассеиватель света).

(Симметричная ксс)

(Асимметричная ксс)

Виды КСС приводятся в ГОСТе 17677-82., обозначаются следующими буквами и значениями в градусах:

 6.1 К — концентрированная КСС показывает угол рассеивания 30°

 Подходят для подсветки особых выделенных зон – например, в освещении торгового зала. Могут применяться и в наружном освещении;

 6.2 Г — глубокая кривая формирует луч с углом рассеивания 60°

 Светильники с такими линзами применяются в основном для освещения производственных и складских помещений в ситуациях, когда необходим концентрированный пучок света – например, если требуется добиться довольно высокой освещенности на полу с большого расстояния;

 6.3 Д — косинусная диаграмма распределения светового потока имеет угол 120° и соответствует светодиоду без вторичной оптики

 Светильники с данным типом линз удобны для освещения больших помещений, создавая однородную неяркую освещенность (промышленное освещение, освещение цехов, освещение офисных помещений(светильник типа армстронг));

 6.3 Л — полу широкая КСС формирует угол 140°

 Освещение автомобильных дорог всех классов, тротуаров, туннелей, подземных переходов, парковок, придомовых территорий;

 6.4 Ш — широкая диаграммы растягивает угол излучения до 160°

 Светильники с данными линзами как и светильники с ксс(Л) также подходят для уличного освещения (дороги,переходы,парковки и тд.);

 6.5 М — равномерная кривая обеспечивает рассеивание светового луча до 180°

 Используются для освещения хозяйственных построек, подсобных помещений, гаражей и бытовок;

 6.6 С — синусная диаграмма обеспечивает концентрацию светового потока с углом 90°

 Используется реже, чем К, Г, Д и Ш, однако играет важную роль в создании отраженного или приглушенного света (например, в коридорах, холлах зданий, на парковках и для декоративного освещения).