Главная

Оптические аспекты использования светодиодов

«Существует достаточно света для тех,
кто хочет видеть, и достаточно мрака для тех,
кто не хочет»

Б. Паскаль

Предположим, мы научились подключать светодиод и ограничивать его ток. Встает вопрос - а насколько сильно он светит ? Тут нам придется немного окунуться в оптику.

В числе свойств светодиодов, особенно мощных, часто указывается тип распределения света. Обычно это так называмая Ламбертовсветодиод Ламбертская диаграмма. Дальше мы ее и будем рассматривать как самую распостраненную. Что этот термин обозначает ? "Ламбертовский" светодиод светит во все стороны одинаково, независимо от направления. Если бы светодиод был шариком, он бы во все стороны светил одинаково - вот суть диаграммы Ламберта. Чтобы было понятно- солнце - это ламбертиановский источник. Стандартная конструкция светодиода - кристалл, тонкая пластинка, которая светится. Посмотрите в прозрачное окошко светодиода - и вы этот кристалл увидите. К нему идут тоненькие проволочки контактов. Если подключить воображение, то можно представить свет, идущий от светодиода, как сферообразное облако, висящее над ним. Свет - это же маленькие частички, называемые фотонами. Значит, над светодиодом висит шарик, наполненный фотонами. И чем больше света испускает светодиод - тем больше шарик, тем дальше летят фотончики, толкая и вытесняя друг друга. Больше всего их летит вверх перпендикулярно плоскости кристалла, поэтому максимальная сила света светодиодов - 90 градусов относительно горизонтальной оси. Надеюсь, теперь вам стали более понятны диаграммы, которые приводят производители светодиодов :) Чтобы стали совсем уж понятны - давайте рассмотрим пример.

Примем, что есть светодиод, вверху которого висит излучаемая им световая сфера диаметром 1 метр (хор-роший светодиод ! :)).

Нижняя шкала - это расстояние до верхушки этого метра, верхняя - градус излучения. В соответствии с этой диаграммой больше всего фотонов - на оси с градусом 0. Чем дальше отклонение от оси и чем больше расстояние от кристалла - тем меньше плотность фотонов. Нужно также не забывать, что свет - это волна, не зря же для характеристик указывают длину волны. Соответственно, нашу световую сферу можно представить как электромагнитное поле с определенной плотностью. Но это уже дебри - пойдем дальше :)

Угол половинной яркости

Производитель обычно указывает такой параметр, как двойной угол половинной яркости. Что означает этот термин ? Как мы выяснили, максимум света светодиод дает в центре, то есть угол равен нулю. Соответственно, чем дальше от центра, тем меньше света. Угол половинной яркости - это когда на "0" градусов светодиод дает 100 условных единиц света, а, например, на 30 градусах (относительно оси "0") - 50. угол половинной яркости светодиодаНа рисунке I - сила света, Imax - максимальная сила света. ImaxCos - половина силы света. Почему "двойной" - умножаем градусы на два, светодиод же симметрично светит. В итоге мы получаем симпатичный равнобедренный треугольник света. За пределами этого треугольника тоже свет есть, но точка отсчета для характеристики светодиода - это половинный угол.

Угол половинной яркости

Производитель обычно указывает такой параметр, как двойной угол половинной яркости. Что означает этот термин ? Как мы выяснили, максимум света светодиод дает в центре, то есть угол равен нулю. Соответственно, чем дальше от центра, тем меньше света. Угол половинной яркости - это когда на "0" градусов светодиод дает 100 условных единиц света, а, например, на 30 градусах (относительно оси "0") - 50. угол половинной яркости светодиодаНа рисунке I - сила света, Imax - максимальная сила света. ImaxCos - половина силы света. Почему "двойной" - умножаем градусы на два, светодиод же симметрично светит. В итоге мы получаем симпатичный равнобедренный треугольник света. За пределами этого треугольника тоже свет есть, но точка отсчета для характеристики светодиода - это половинный угол.

Особенности конструкции индикаторных 5 мм светодиодов

Как уже говорилось выше, светодиод - это излучающий свет кристалл. Рассмотрим конструкцию светодиода в 5 мм пластиковом корпусе. При внимательном рассмотрении мы обнаруживаем две важных вещи - линзу и рефлектор. В рефлекторустройство светодиода помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор и задает первоначальный угол рассеивания. Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы. Доходит до линзы - и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы. На практике - от 5 до диаграмма светодиода160 градусов. Для обозначения силы света таких светодиодов как раз и используется кандела. Светодиоды с направленным свечением излучают свет в некотором телесном угле. Чтобы понять, что такое телесный угол, достаточно представить следующую картину. Вы берете фонарик, включаете и помещаете его в пожарное ведро в самый низ, затем закрываете крышкой. Свет внутри, соответственно, имеет вид объемного конуса по форме нашего ведра. Вот этот конус, ограниченный крышкой - и есть телесный угол. Попробую объяснить смысл распределения света попроще. Допустим, сила света нашего фонаря - 1 кандела, то есть 1000 милликандел(чтобы было более образно, можно считать милликанделы фотонами :)) Если и дальше идти по аналогии, у нас есть полное ведро милликандел. Объем ведра при желании можно вычислить - добро пожаловать в геометрию :) Соответственно, если мы возьмем ведро в два раза больше - милликанделы равномерно по нему распределятся, то есть больше их не станет, просто снизится плотность. Поэтому не гонитесь за канделами, когда выбираете светодиод - чем шире его угол, тем меньше кандел - у одного и того же. Во всех этих объяснения можно найти ответ на сакральный вопрос - сколько надо светодиодов, чтобы заменить стоваттную лампочку. Об этом - далее.
Полупроводниковые излучатели
Рейтинг@Mail.ru