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Os diodos emissores de luz se graduaram muito além de suas funções iniciais como luzes indicadoras do painel. Agora, os LEDs são usados para aplicações como lanternas, faróis de automóveis e iluminação arquitetônica. Embora os LEDs estejam prontamente disponíveis, eles não são muito úteis, a menos que a luz que eles gerem possa ser direcionada de onde está para onde precisa estar.
Para uso como fontes de laboratório, geralmente é valioso colimar a luz de um LED e transformá-lo em um "feixe de luz". Os cálculos estão mais envolvidos ao usar LEDs de alta potência para iluminação especial ou geral.
Usando um LED como fonte colimada
Identifique o padrão de iluminação para o LED. Normalmente, o fabricante fornecerá, no mínimo, os ângulos de divergência nas direções x e y.
Como exemplo, suponha que o LED tenha uma divergência de 38 graus em xe 47 graus em y.
Determine as distâncias focais apropriadas para obter o tamanho de feixe desejado.
A distância focal é dada pela fórmula f = D / (2 * tan (alfa / 2)), onde D é o diâmetro do feixe desejado e alfa é a divergência do feixe completo na direção em questão.
Para este exemplo, use um diâmetro de feixe desejado de 25 mm. Então,
fx = 25 / (2_tan (38/2) = 36 mm fy = 25 / (2_tan (47/2) = 29 mm
Coloque a lente cilíndrica de menor distância focal na sua própria distância focal, longe do LED.
No exemplo, uma lente cilíndrica com uma distância focal de 29 mm será colocada a 29 mm de distância do LED, orientada de modo a focalizar a direção y.
Marque uma placa de índice com o diâmetro do feixe desejado e verifique se o feixe permanece no tamanho acima da distância necessária. Ajuste a posição da lente para manter o feixe no diâmetro desejado.
No exemplo, o cartão de índice terá um círculo de 25 mm de diâmetro e a lente é ajustada para manter a dimensão vertical do feixe o mais próximo possível do círculo.
Coloque a lente de maior distância focal, sua própria distância focal, longe do LED.
Por exemplo, uma lente cilíndrica com uma distância focal de 36 mm é colocada a 36 mm de distância do LED, orientada de modo a focalizar a direção x.
Ajuste a segunda posição da lente para otimizar a colimação. Use o cartão de índice como um guia.
Para concluir o exemplo, ajuste a lente de distância focal de 36 mm para manter a largura do feixe o mais próximo possível do círculo.
Selecione um par de prisma anamórfico apropriado. Uma alternativa para duas lentes cilíndricas é colocar um par de prisma anamórfico próximo ao LED, que circulariza o feixe, igualando a divergência nas direções xe y. Uma única lente com a distância focal colima o feixe.
Usando LEDs para iluminação
Encontre o padrão de saída para o LED. Se a cor branca é criada sobrepondo a luz de chips de LED de cores diferentes ou emitindo um LED ultravioleta revestido com fósforo, o padrão de emissão é o ponto de partida. As folhas de dados do fabricante fornecem essas informações.
Defina o padrão de iluminação desejado. Uma luz de tarefa da área de trabalho e uma luz de rua têm padrões de iluminação de alvo bastante diferentes.
Modele o sistema em um programa de design óptico. Esses programas aceitam os arquivos de dados do fabricante como entrada, depois propagam a luz através de um sistema óptico definido pelo usuário e calculam o padrão de iluminação final.
Use a rotina de otimização interna do programa de design óptico para ajustar as superfícies ópticas e ajustar o padrão de iluminação de saída.