Ljusdioder har gått långt utöver deras inledande roller som panelindikatorlampor. Nu används LED för applikationer som ficklampor, billjus och arkitektonisk belysning. Även om lysdioderna är lättillgängliga är de inte särskilt användbara om inte ljuset de genererar kan dirigeras från var det är till var det behöver vara.
För användning som laboratoriekällor är det ofta värdefullt att kollimera ljuset från en LED, för att göra den till en "ljusstråle". Beräkningarna är mer involverade vid användning av högeffektiva lysdioder för special eller generell belysning.
Användning av en LED som en kollimerad källa
Identifiera belysningsmönstret för LED. Vanligtvis kommer tillverkaren att tillhandahålla divergensvinklarna i x- och y-riktningarna.
Anta att LED-lampan har en divergens av 38 grader i x och 47 grader i y.
Brännlängden anges med formeln f = D /(2 * tan (alfa /2)), där D är den önskade strålen diameter och alfa är full beam divergensen i den aktuella riktningen.
För detta exempel, ta en önskad stråldiameter på 25 mm. Sedan,
fx = 25 /(2_tan (38/2) = 36 mm fy = 25 /(2_tan (47/2) = 29 mm
Placera den cylindriska linsen med kortare brännvidd vid sin egen brännvidd bort från lysdioden.
I exemplet kommer en cylindrisk lins med en brännvidd på 29 mm att placeras 29 mm bort från lysdioden, orienterad så att den fokuserar y-riktningen.
Markera ett indexkort med önskad stråldiameter och kontrollera att strålen stannar vid den storleken över det önskade avståndet. Justera linsens läge för att hålla strålen i önskad diameter.
I exemplet kommer indexkortet att ha en cirkel med 25 mm diameter och linsen justeras för att hålla den vertikala dimensionen av strålen så nära som möjligt inom cirkeln.
Placera den längre brännviddslinsen sin egen brännvidd bort från lysdioden.
För exemplet placeras en cylindrisk lins med en brännvidd på 36 mm 36 mm från lysdioden, orienterad så att den fokuserar x-riktningen.
Justera den andra linsen pos ition för att optimera kollimationen. Använd indexkortet som en guide.
För att komplettera exemplet, justera objektivet med 36 mm brännvidd för att hålla strålens bredd så nära som möjligt inom cirkeln.
Välj ett lämpligt anamorfiskt prismapar. Ett alternativ till två cylindriska linser är att placera ett anamorfiskt prismapar nära LED-lampan, vilket cirkuläriserar strålen och utjämnar divergensen i x- och y-riktningarna. En enda lins med brännvidd kollimerer strålen.
Användning av lysdioder för belysning
Hitta utgångsmönstret för LED. Vare sig den vita färgen skapas genom att överlappa ljus från LED-chips i olika färger, eller genom utsläpp från en fosforbelagd ultraviolett LED, är utsläppsmönstret utgångspunkten. Tillverkarens datablad ger denna information.
Ange önskat belysningsmönster. En stationär arbetslampa och ett gatubelysning har helt olika målbelysningsmönster.
Modell systemet i ett optiskt designprogram. Dessa program accepterar tillverkarens datafiler som input, sedan sprida ljuset genom ett användardefinierat optiskt system och beräkna det slutliga belysningsmönstret.
Använd den interna optimeringsrutinen för det optiska designprogrammet för att finjustera de optiska ytorna och justera utmatningsbelysningsmönstret.
Tips
Kollimering är aldrig perfekt, speciellt med LED-källor, eftersom de inte är punktkällor. Acceptera en viss avvikelse i den kollimerade strålen.
Högaffektlampor lämpliga för belysning skiljer sig avsevärt från småindikatorlampor. Hög effektenheter är inte bara ljusare; de är också fysiskt större och har ett mer enhetligt belysningsmönster.
