Los diodos emisores de luz se han graduado mucho más allá de sus roles iniciales como luces indicadoras del panel. Ahora los LED se utilizan para aplicaciones tales 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 pueda dirigirse desde donde está a donde debe estar.
Para usar como fuentes de laboratorio, a menudo es valioso colimar la luz de un LED, para convertirlo en un "haz de luz". Los cálculos están más involucrados cuando se usan LED de alta potencia para iluminación especial o general.
Uso de 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 xey.
Como ejemplo, suponga que el LED tiene una divergencia de 38 grados en xy 47 grados en y.
Determine las distancias focales apropiadas para obtener el tamaño de haz deseado.
La distancia focal viene dada por la fórmula f = D /(2 * tan (alfa /2)), donde D es el haz deseado diámetro y alfa es la divergencia total del haz 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 en 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 rayo se mantenga en ese tamaño sobre la distancia requerida. Ajuste la posición de la lente para mantener el rayo 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 del círculo.
Coloque la lente de distancia focal más larga distancia focal propia lejos del LED.
Por ejemplo, una lente cilíndrica con una distancia focal de 36 mm está colocada a 36 mm del LED, orientada de manera que enfoque la dirección x.
Ajuste la segunda lente pos itión para optimizar la colimación. Utilice la tarjeta de índice como guía.
Para completar el ejemplo, ajuste la lente de distancia focal de 36 mm para mantener el ancho de la viga lo más cerca posible del círculo.
Seleccione un par de prisma anamórfico. 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 xey. Una sola lente con la distancia focal colima el haz.
Uso de LED para la iluminación
Encuentre el patrón de salida para el LED. Ya sea que el color blanco se cree al superponer la luz de chips de 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 brindan esta información.
Defina el patrón de iluminación deseado. Una luz de tarea de escritorio y una farola tienen patrones de iluminación de destino bastante diferentes.
Modele el sistema en un programa de diseño óptico. Estos programas aceptan 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.
Use la rutina de optimización interna del programa de diseño óptico para modificar las superficies ópticas y ajuste el patrón de iluminación de salida.
Consejo
La colimación nunca es perfecta, especialmente con fuentes de LED, porque no son fuentes puntuales. Acepte alguna divergencia en el haz colimado.
Los LED de alta potencia adecuados para la iluminación son significativamente diferentes de los LED de indicador pequeño. Los dispositivos de alta potencia no solo son más brillantes; también son físicamente más grandes y tienen un patrón de iluminación más uniforme.
