در این مقاله در مورد لنز در صنایع روشنایی و كاربردهای آن صحبت خواهد شد. یكی از مهمترین دستاوردهای استفاده از منابع نوری LED در صنایع روشنایی وجود قابلیت هدایت هدفمند پرتوهای نور با توجه به كاربری مورد نیاز است. این قابلیت منجر به افزایش بهره‌وری، امكان ایجاد افكت های متفاوت، تامین روشنایی یكنواخت تر و كاهش خیرگی می‌گردد. پرتوهای خروجی از منابع نوری LED (شامل COB و SMD) به طور معمول با زاویه حدود 120 درجه ساطع می گردند.
برای هدایت هدفمند این پرتوهای از روشهای مختلفی استفاده می‌گردد كه پركابردترین آنها استفاده از رفلكتور و لنز است. در این مقاله قصد داریم تا كاربرد لنز را در صنایع روشنایی بررسی كنیم.
رفلكتور و لنز در صنایع روشنایی
رفلكتورها دارای پیشینه كاربری قدیمی تری هستند و در گذشته به همراه منابع نوری سنتی مانند لامپهای التهابی و فلورسنتی نیز مورد استفاده قرار می‌گرفتند. مبنای عملكرد رفلكتورها بازتابش پرتو نور تابیده شده به سطح رفلكتور در جهت مورد انتظار است. لذا كیفیت و فرم سطح تاثیر زیادی در عملكرد مناسب رفلكتور دارد. با ظهور منابع نوری LED رفلكتورها نیز با پذیرش تغییراتی در فرم، انحنا و كیفیت سطح به مانند گذشته مورد استفده قرار گرفتند. به عنوان مثال رفلكتورها هنوز هم به طور گسترده‌ای در چراغ‌های فروشگاهی LED به كار می‌روند.
اما با توجه به گستردگی كاربری های مختلف در صنعت روشنایی رفلكتورها پاسخگوی همه نیازمندی‌های جدید نیستند. از این رو لنز در صنایع روشنایی نیز به موازات رشد صنعت LED توسعه پیدا كردد. مبنای عملكرد لنز، بر خلاف رفلكتور كه بر اساس بازتابش است، بر اصل شكست پرتوی نور ورودی و تغییر زاویه آن در جهت مورد نظر استوار است. لذا هندسه و شفافیت لنز بر عملكرد مناسب آن بسیار تاثیرگذار است.
جنس و ساختار لنز
لنزها اساسا از مواد پلیمری شفاف مانند اكریلیك (PMMA) و پلی‌كربنات (PC) تولید می‌گردند. اكریلیك دارای ضریب عبور نور حدود 95 درصد است و در كنار شفافیت بالا مقاومت خوبی در مقابل اشعه UV دارد. در پلی‌كربنات ضریب عبور نور اندكی پایین تر است اما به دلیل مقاومت مكانیكی بالاتر این ماده، از آن در ساخت لنزهایی استفاده می شود كه نیاز به استحكام مكانیكی بالاتری دارند.
به طور كلی لنزها كنترل بهتر و كاملتری را بر روی پرتوهای نور خروجی از ماژول LED فراهم می‌كنند. همانطور كه در تصویر زیر مشاهده می‌شود، هنگام استفاده از رفلكتور بخش زیادی از پرتوهای مركزی بدون داشتن تماس با سطح رفلكتور از آن خارج می‌گردند. لذا در عمل هیچ كنترلی بر روی این پروتوها صورت نمی‌گیرد كه می‌تواند منجر به آثار ناخواسته ای مانند افزایش زنندگی نور گردد. اما در مقابل كلیه پرتوهای خروجی از منبع نور به طور كامل وارد لنز شده و پس از تغییر زوایه در جهت دلخواه از آن خارج می گردد.
از این رو در بسیار از كاربری ها با توجه به نیازمندی مورد نظر، استفاده از لنز می تواند هدایت كامل تر و دقیقتری بر روی پرتوهای نور خروجی از منبع LED فراهم كند.
انواع لنز از نظر پخش نور
در صنعت روشنایی بسته به نوع كاربری پخش نورهای متفاوتی مورد نیاز است. در مهمترین تقسیم بندی پخش نور لنزها به دو دسته متقارن و غیر متقارن طبقه بندی می شود. لنزهای متقارن می توانند پخش نورهایی با زوایای خیلی تیز تا خیلی باز را تامین كنند. این‌لنزها در كاربری‌های بسیار متنوعی مانند فروشگاهی، اداری، صنعتی، پروژكتوری و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. منحنی پخش نور برخی از این لنزها به عنوان نمونه در زیر آورده شده است.
در لنزهای نامتقارن شكل منحنی پخش نور در دو صفحه عمود بر هم یكسان نیست. از این نوع لنز به طور عمده در كاربری‌های خیابانی، نورپردازی نما، سوپرماركتی و غیره استفاده می‌شود. تصویر زیر منحنی‌های پخش نور برخی از لنزهای نامتقارن را نمایش می دهد.
انواع لنز از نظر ساختاری
لنز در صنایع روشنایی از لحاظ ساختار به چند دسته تقسیم می شوند و شامل لنز تكی یا سینگل لنز، لنز چند تایی یا مالتی لنز و لنزهای خطی تقسیم می شوند. در زیر به بررسی و توضیح مختصری در مورد هر كدام می پردازیم.
لنزهای تكی (Single lens)
این نوع لنزها برای استفاده بر روی یك منبع نور تكی مانند یك SMD یا COB طراحی شده‌اند. یكی از مزایای استفاده از این نوع لنز امكان دستیابی به هر چیدمان دلخواه بر اساس كاربری مورد نیاز است. نمونه های از كاربری این لنز بر روی SMD چراغ‌های وال واشر و روی COB چراغ های فروشگاهی است.
لنز چندتایی آرایه ای (Multi-lens array)
لنزهای چندتایی به شكل‌های مختلف مانند دایره و مربع تولید می‌گردند. از مهمترین قابلیت‌های آنها می‌توان به نصب سریعتر و همچنین متمركز سازی لنزها به منظور دستیابی به سطوح بالاتر لومنی در مساحت‌های كمتر اشاره نمود. استفاده از این نوع لنز در چراغ‌های خیابانی، پروژكتوری و صنعتی كه سطوح لومنی نسبتا بالایی دارند بسیار متداول است.
لنزهای خطی
این لنزها برای استفاده در چراغ خطی و معمولا با هدف ایجاد خط نور پیوسته طراحی شده‌اند. بیشتر لنزهای خطی بر اساس استاندارد Zhaga طراحی و تولید می‌شوند و برای گستره وسیعی از انوع ماژول های LED خطی قابل استفاده خواهند بود. چراغ های مناسب انبارها و سوپرماركت ها نمونه‌هایی از استفاده این نوع لنز هستند.
