LED-Sekundäroptiken Gute optische Eigenschaften, günstige Konstruktion

Bild 1: Der blendfreie Reflektor „Dark Lens“ eignet sich für die Bestückung mit LEDs mit lambertscher Strahlungscharakteristik und einem Lichtfluss bis zu 400 lm
Bild 1: Der blendfreie Reflektor „Dark Lens“ eignet sich für die Bestückung mit LEDs mit lambertscher Strahlungscharakteristik und einem Lichtfluss bis zu 400 lm

Die Verteilung des Lichtes von einer punktförmig strahlenden LED in eine gleichmäßig beleuchtete Fläche lässt sich einfach berechnen. Die dazu erforderlichen Linsen aber sind für ein Massenprodukt zu teuer. Typische Sekundäroptiken werden im Spritzguss gefertigt und müssen eine gute optische Qualität erreichen.

Die Aufgabe der Sekundäroptik besteht darin, die von der Primäroptik ausgehende Lichtverteilung in die Beleuchtungsebene abzubilden. Die Primäroptik der LED ist das Gehäuse des LED-Chips, das in der Regel als Sammellinse (Kollimator) ausgebildet wird. Die nachfolgende Sekundäroptik übernimmt vier unterschiedliche Aufgaben:

  • Lichtlenkung,
  • Lichtverteilung,
  • Homogenisierung des Lichts und
  • Lichtmischung.

Beim Lenken des Lichtes geht es darum, das in den Halbraum abgestrahlte Licht des Leuchtelements in ein weitgehend paralleles Lichtbündel zu transformieren und dieses unter einem bestimmten Winkel auf die Beleuchtungsfläche zu richten. Für diese Aufgabe eignen sich Kollimatoren und Reflektoren. Bei den Reflektoren werden grundsätzlich drei Bauformen unterschieden:

  • einfache Reflektoren,
  • TIR-Optiken (Total Internal Reflection) sowie
  • katadioptrische Systeme (zwei Reflektoren).

TIR-Optiken nutzen das physikalische Phänomen der Totalreflexion an der Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlicher optischer Brechzahl. Ein vor die LED gesetztes optisches Element aus einem durchsichtigen Kunststoff kann so geformt werden, dass die lambertsche Verteilung des LED-Lichts (Strahlung in den Halbraum) in ein Lichtbündel mit kleinem Öffnungswinkel transformiert wird. Bei der TIR-Optik tritt das Licht nahezu parallel aus, zudem müssen die reflektierenden Oberflächen nicht aufwendig verspiegelt werden, sondern lediglich eine hohe Güte aufweisen.

Bei den katadioptrischen Systemen wird vor einen mit Sammellinse bestückten LED-Chip ein kleiner Reflektor gesetzt, der das Licht in einem hinter der Lichtquelle angebrachten Reflektor zurückstrahlt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass der Betrachter nie unmittelbar auf den LED-Chip blicken kann und durch dessen hohe Leuchtdichte geblendet wird.

Ein blendfreier Reflektor

Eine LED-Sekundäroptik der neuesten Generation führt das Unternehmen Khatod mit der „Dark Lens“ im Programm (Bild 1). Der zum Patent angemeldete Reflektor ist als katadioptrisches System ausgeführt und eignet sich für die Bestückung mit LEDs mit lambertscher Abstrahlcharakteristik. Der Durchmesser der primären Dom-Linse kann bis zu 8 mm und der Lichtfluss bis zu 400 Lumen betragen. Das von der LED nach vorn abgestrahlte Licht wird durch einen davorgesetzten Spiegel in den Reflektor zurückgeworfen. Der Abstrahlwinkel der Anordnung beträgt 30°; durch die Facettierung des sekundären Reflektors wird eine gleichförmige Intensitätsverteilung innerhalb der Lichtkeule erreicht.

Durch eine spezielle Konstruktion des Reflektorbodens werden störende Lichtreflexe und damit eine Blendung vermieden, zudem wird das Licht der LED gleichmäßig auf die Facetten des Reflektors gelenkt. Der Reflektor ist aus einem speziellen Polykarbonat hergestellt, das für die optische Vergütung optimiert wurde. Das Reflektorgehäuse lässt sich in einfacher Weise auf einer Leiterplatte befestigen.

Khatod bietet neben den Reflektoren für einzelne LEDs auch Mehrfach-Linsensysteme für bis zu 48 Hochleistungs-LEDs, Fresnel-Linsen aus hochwertigem Polycarbonat. Neu vorgestellt wurde unter dem Produktnamen „Thetalens“ eine Baureihe von Sekundäroptiken, von der Einzellinse bis hin zum Vierfach-MR-Reflektor (MR: Standard-Halogen-Reflektor). Die Sekundäroptiken sind in der NJC-Technik (No Joint Con-struc-tion) aufgebaut, der LED-Chip kann dabei ohne die sonst übliche Sammellinse (Kollimator) verwendet werden. Die Sekundäroptik kann auf der Leiterplatte montiert werden; für die mechanische Verbindung werden Haltestifte mit der Leiterplatte heiß verpresst.