Optische Komponenten
Effizientes Optikdesign für LED-Produkte
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
LED-Straßenbeleuchtung
Im Bereich Straßenbeleuchtung stellen ökonomische Aspekte die wesentlichen Entscheidungskriterien dar. Dabei soll mit einem möglichst geringen Stromverbrauch eine normgerechte Ausleuchtung des rechteckigen Zielbereiches sichergestellt werden. Zudem erfordern möglichst geringe Herstellungskosten ein einfach aufgebautes System, bei dem z. B. keine aufwendige Einzelplatzierung vieler LEDs nötig sein darf. Aus der Forderung geringer Installationskosten ergibt sich ein möglichst großer Mastabstand. Eine weitere Anforderung besteht in möglichst geringen Betriebskosten, was eine hohe Energieeffizienz erfordert.
Bild 5 zeigt eine LED-Straßenleuchte von Gratz Luminance, die alle diese Anforderungen erfüllen kann [4]. Die Leuchte ist modular aufgebaut und kann mit unterschiedlich vielen LEDs, vor denen sich jeweils eine Linse befindet, bestückt werden. Für diese Leuchte haben wir 3D-maßgeschneiderte Freiformlinsen entwickelt, die für eine gezielte Lichtlenkung sorgen und damit bei einer Masthöhe von 6 m einen Mastabstand von 30 bis 35 m erlauben.
Dabei werden mehr als 70 % des Lichtes im Zielbereich genutzt, so dass nur wenig Streulicht entsteht (wenig Lichtverschmutzung). Die gesamte Leuchte benötigt weniger als 30 W elektrische Leistung (5-Lux-Variante), was einer Energieeinsparung von mehr als 50 % im Vergleich zu guten konventionellen Straßenleuchten entspricht.
LED-Architekturbeleuchtung
Bei der Architekturbeleuchtung handelt es sich um einen völlig anderen Markt; hier spielen insbesondere ästhetische Aspekte eine große Rolle. Die Anforderungen unterscheiden sich deswegen sehr stark von den zuvor genannten: Sehr wichtig ist die Realisierung individueller Lichtverteilungen für Sonderleuchten. Häufig wird eine sehr kleine Leuchte mit wenig Streulicht gewünscht, so dass die Beleuchtung aus einer „unsichtbaren Lichtquelle“ zu kommen scheint. Daneben spielen die Farbauswahl und/oder -kontrolle eine Rolle [5]. Für Sonderleuchten dürfen die Herstellungskosten in der Regel durchaus etwas höher sein als bei Standardleuchten; es stehen jedoch meist nur sehr kurze Entwicklungszeiten zur Verfügung.
Zwei Demonstratoren für Architekturleuchten sind in Bild 7 zu sehen. Dabei wird das LED-Licht durch maßgeschneiderte Freiformspiegel in den Zielbereich umgelenkt; die scharfe Begrenzung entsteht nicht durch Abblenden!
Bild 8 zeigt den Angerhof in München. Vorgabe des Lichtplaners Ingo Maurer war, nur die Fensterlaibungen gleichmäßig und farblich auf die Außenfassade abgestimmt zu beleuchten. Dabei darf bei diesem sehr hochwertigen Gebäude möglichst kein störendes Streulicht entstehen. Diese Anforderungen können nur durch den Einsatz von maßgeschneiderten Freiformoptiken in Kombination mit LEDs erfüllt werden.
Das Herzstück der Leuchten stellen 3D-maßgeschneiderte Freiformreflektoren dar, die speziell für diese Aufgabe entwickelt wurden. Diese im Spritzgußverfahren hergestellten Reflektoren erzeugen mit je zwei LEDs (zur Farbmischung) einen gleichmäßig ausgeleuchteten Streifen aus einem geringen Anstrahlabstand. Für die 3.000 installierten Leuchten reicht eine Anschlussleistung von insgesamt weniger als 2 kW aus.
Maßgeschneiderte Freiformoptiken eröffnen neue Möglichkeiten
Da eine gute Beleuchtungsoptik wesentlich für gute LED-Produkte ist, spielt bei deren Entwicklung das Optikdesign eine Schlüsselrolle. Dabei können mit maßgeschneiderten Freiformoptiken anwendungsspezifische Lichtverteilungen erzeugt und mit hoher Effizienz (>70 bis 80 %) das LED-Licht ins Zielgebiet gelenkt werden. Dies minimiert die Anzahl der benötigten LEDs und macht derartige LED-Produkte wirtschaftlich konkurrenzfähig.
Literatur & Autorin
[1] Ries,H.; Muschaweck, J.: Tailored freeform optical surfaces. J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 19, No. 3, March 2002.
[2] ffTOP: free form tailored optics package, info@oec.net
[3] http://www.lupine.de
[4] http://www.gratz-luminance.de/produkte/photurisr-t-serie.html
[5] Timinger, A.: Optics design for Colour Mixing LEDs. LED professional Review. Mar/Apr 2008, p. 1ff.
| Dr. Angelika Hofmann |
|---|
| studierte Physik in Kaiserslautern und promovierte am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und an der Universität München. Sie war mehrere Jahre als Optikdesignerin im Optikzentrum von Agfa-Gevaert tätig, bevor sie zur OEC AG wechselte. Ihr Schwerpunkt liegt heute auf der Entwicklung von Freiformoptiken für Beleuchtungsoptiken und abbildende Optiksysteme. |
hofmann@oec.net
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