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Los diodos emisores de luz se han graduado mucho más allá de sus funciones iniciales como luces indicadoras de panel. Ahora los LED se utilizan para aplicaciones como linternas, faros de automóviles e iluminación arquitectónica. Aunque los LED están fácilmente disponibles, no son muy útiles a menos que la luz que generan se pueda enrutar de donde está a donde debe estar.
Para usar como fuentes de laboratorio, a menudo es valioso colimar la luz de un LED y convertirla en un "haz de luz". Los cálculos son más complicados cuando se utilizan LED de alta potencia para iluminación especial o general.
Usando un LED como fuente colimada
Identifique el patrón de iluminación para el LED. Por lo general, el fabricante proporcionará, como mínimo, los ángulos de divergencia en las direcciones x e y.
Como ejemplo, suponga que el LED tiene una divergencia de 38 grados en x y 47 grados en y.
Determine las distancias focales apropiadas para obtener el tamaño de haz deseado.
La longitud focal viene dada por la fórmula f = D / (2 * tan (alfa / 2)), donde D es el diámetro del haz deseado y alfa es la divergencia del haz completo en la dirección en cuestión.
Para este ejemplo, tome un diámetro de haz deseado de 25 mm. Entonces,
fx = 25 / (2_tan (38/2) = 36 mm fy = 25 / (2_tan (47/2) = 29 mm
Coloque la lente cilíndrica de distancia focal más corta a su propia distancia focal lejos del LED.
En el ejemplo, una lente cilíndrica con una distancia focal de 29 mm se colocará a 29 mm del LED, orientada de modo que enfoque la dirección y.
Marque una tarjeta de índice con el diámetro del haz deseado y verifique que el haz se mantenga en ese tamaño sobre la distancia requerida. Ajuste la posición de la lente para mantener el haz en el diámetro deseado.
En el ejemplo, la tarjeta de índice tendrá un círculo de 25 mm de diámetro y la lente se ajustará para mantener la dimensión vertical del haz lo más cerca posible dentro del círculo.
Coloque la lente de mayor distancia focal a su propia distancia focal lejos del LED.
Por ejemplo, una lente cilíndrica con una distancia focal de 36 mm se coloca a 36 mm del LED, orientada de modo que enfoque la dirección x.
Ajuste la segunda posición de la lente para optimizar la colimación. Use la tarjeta de índice como guía.
Para completar el ejemplo, ajuste la lente de distancia focal de 36 mm para mantener el ancho del haz lo más cerca posible dentro del círculo.
Seleccione un par de prismas anamórficos apropiado. Una alternativa a dos lentes cilíndricas es colocar un par de prismas anamórficos cerca del LED, que circulariza el haz, igualando la divergencia en las direcciones x e y. Una sola lente con la distancia focal colima el haz.
Usando LEDs para iluminación
Encuentre el patrón de salida para el LED. Ya sea que el color blanco se cree superponiendo la luz de chips LED de diferentes colores, o mediante la emisión de un LED ultravioleta recubierto de fósforo, el patrón de emisión es el punto de partida. Las hojas de datos del fabricante proporcionan esta información.
Defina el patrón de iluminación deseado. Una luz de tarea de escritorio y una farola tienen patrones de iluminación de objetivos bastante diferentes.
Modele el sistema en un programa de diseño óptico. Estos programas aceptan los archivos de datos del fabricante como entrada, luego propagan la luz a través de un sistema óptico definido por el usuario y calculan el patrón de iluminación final.
Utilice la rutina de optimización interna del programa de diseño óptico para ajustar las superficies ópticas y ajustar el patrón de iluminación de salida.