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Nov 12, 2023

Grande guia da Electronics Weekly para óptica de LED

Especificar uma óptica de LED é fácil, não é? Basta comprar um com o feixe certo

Especificar uma óptica de LED é fácil, não é?

Basta comprar um com o ângulo de feixe correto e pronto. Certo?

Bem, talvez, mas provavelmente não.

Porque há mais algumas coisas em que pensar antes de ter certeza de que o que você compra fará o que deseja.

"A primeira coisa que um cliente dirá é: 'Preciso de um ângulo de feixe de 10°, qual óptica preciso?', e a primeira pergunta que fazemos é: 'qual LED?' disse Mike Bean, chefe de design da empresa de óptica LED Carclo.

Por que ele tem que perguntar? Porque a escolha do LED afetará muito o ângulo do feixe, bem como a qualidade do feixe produzido por qualquer ótica.

Existe uma propriedade física dos sistemas ópticos chamada etendue (francês para espaço, expansão, estiramento) que limita o ângulo de feixe mínimo possível de qualquer sistema óptico eficiente com um determinado tamanho de fonte e um determinado diâmetro máximo.

Você nunca obterá um feixe de luz de um LED quadrado de 1 mm com uma lente, colimador ou refletor de 10 mm de diâmetro - a menos que jogue quase toda a luz fora.

Felizmente, você não precisa fazer contas.

Em vez disso, fabricantes de óptica como Carclo, Ledil, Fraen e Polymer Optics publicam ângulos de feixe para combinações de mistura e combinação de óptica e LEDs, e alguns também oferecem recursos de pesquisa paramétrica baseada na web.

Na verdade, mesmo se você quisesse fazer as contas, seria difícil porque os fabricantes de LED são tímidos em revelar seus tamanhos de die.

Para referência, o Rebel da Lumileds tem um molde de 1x1mm, e o Rebel ES tem um maior, provavelmente 1,4×1,4mm, ambos no mesmo pacote de tamanho.

Na série XP da Cree, o XP-C, -E e -G são provavelmente 0,7 × 0,7, 1 × 1 e 1,4 × 1,4 mm, respectivamente, novamente em embalagens idênticas.

Para uma aproximação de primeira ordem, dobrar a largura da matriz dobra o ângulo do feixe para uma determinada óptica.

Por exemplo, a óptica 10755 de 30 mm de diâmetro de Carlo fornece 3,7° com o XP-C de 0,7 mm e 7,1° com o XP-E de 1,4 mm.

E os números serão semelhantes para óticas de 30 mm de boa qualidade de outros fabricantes.

Nesse caso, os ângulos são citados como 'largura total, metade do máximo' (FWHM), que é o ângulo incluído entre os pontos no feixe que são 50% da intensidade de pico.

É legítimo descrever um feixe FWHM de 3,7° como +/-1,85° e também descrevê-lo como 1,85°. Em cada caso, a convenção deve ser clara em qualquer discussão. Todos os ângulos neste artigo são valores FWHM.

Ocasionalmente, o 'ângulo de campo' é referido, que é o ângulo entre os pontos de 10%.

20 mm é um diâmetro comum para óptica e, vagamente, um LED com uma matriz de 1 mm mais uma boa óptica de 20 mm de qualquer fabricante respeitável fornecerá um ângulo de feixe mínimo em torno de 11°.

A ótica de 10 mm fornecerá algo maior que 22 °.

Espalhando o feixe

Todos os valores acima são os mínimos ângulos de feixe possíveis com alta eficiência – acima de 85%.

Uma vez que a luz tenha sido coletada com eficiência, ela pode ser espalhada em um feixe suave moldando recursos na face frontal do colimador.

Portanto, os colimadores com frentes planas são as versões de feixe estreito, e os semelhantes com saliências (chamadas de microlentes) ou sulcos na frente são tipos de feixe largo - com saliências mais altas equivalendo vagamente a ângulos mais amplos.

'Micro-lentes' moldadas na face frontal de um colimador espalham seu feixe mais amplamente. Aqui, Ledil também se espalha com curvatura tipo rosquinha em sua ótica Eva.

Lanterna, avião ou pintura?

Os colimadores simples produzem feixes que são brilhantes no meio e gradualmente escurecidos nas bordas.

Esse tipo de feixe é ótimo para uma tocha manual porque você não deseja uma escuridão profunda ao redor do feixe. Em vez disso, você deseja que a luz se espalhe para poder ver as coisas próximas ao objeto para o qual está apontando.

Mas que tal iluminar uma pintura em uma galeria?

Idealmente, você deseja um feixe que ilumine uniformemente a pintura com pouca variação na tela, que corte nitidamente nas bordas para que a parede ao redor não seja iluminada.