Блог

Jul 07, 2023

Большой путеводитель по светодиодной оптике от Electronics Weekly

Выбрать светодиодную оптику легко, не так ли? Просто купите один с правильным лучом

Выбрать светодиодную оптику легко, не так ли?

Просто купите один с правильным углом луча, и все готово. Верно?

Ну, возможно, но, вероятно, нет.

Потому что нужно подумать еще о нескольких вещах, прежде чем вы сможете быть полностью уверены, что то, что вы покупаете, будет делать то, что вы хотите.

«Первое, что скажет клиент: «Мне нужен угол луча 10°, какая оптика мне нужна?», и первый вопрос, который мы задаем: «Какой светодиод?» — сказал Майк Бин, руководитель отдела дизайна компании Carclo, занимающейся светодиодной оптикой.

Почему он должен спрашивать? Потому что выбор светодиода сильно повлияет на угол луча, а также на качество луча, создаваемого той или иной оптикой.

Существует физическое свойство оптических систем, называемое etendue (по-французски пространство, пространство, растяжение), которое ограничивает минимальный возможный угол луча любой эффективной оптической системы с определенным размером источника и определенным максимальным диаметром.

Вы никогда не получите карандашный луч от квадратного светодиода диаметром 1 мм с линзой, коллиматором или отражателем диаметром 10 мм – если только вы не отбросите почти весь свет.

К счастью, вам не нужно заниматься математикой.

Вместо этого производители оптики, такие как Carclo, Ledil, Fraen и Polymer Optics, публикуют углы луча для комбинаций оптики и светодиодов, а некоторые также предлагают средства параметрического поиска через Интернет.

На самом деле, даже если бы вы захотели посчитать, это было бы сложно, поскольку производители светодиодов не раскрывают размеров своих кристаллов.

Для справки, у Rebel Lumileds есть кристалл размером 1x1 мм, а у Rebel ES — покрупнее, вероятно, 1,4x1,4 мм, оба в корпусе одинакового размера.

В серии Cree XP XP-C, -E и -G, вероятно, имеют размеры 0,7×0,7, 1×1 и 1,4×1,4 мм соответственно, опять же в идентичных корпусах.

В первом приближении увеличение ширины кристалла в два раза удваивает угол луча для данной оптики.

Например, оптика Carlo 10755 диаметром 30 мм дает 3,7° с 0,7 мм XP-C и 7,1° с 1,4 мм XP-E.

И аналогичные цифры будут для качественной 30-мм оптики других производителей.

В этом случае углы указаны как «полная ширина, половина максимума» (FWHM), что представляет собой угол между точками луча, которые составляют 50% от пиковой интенсивности.

Луч шириной 3,7° на полуширине законно описывать как +/-1,85°, а также описывать его как 1,85°. В каждом случае соглашение должно быть ясным в любом обсуждении. Все углы в этой статье имеют значения FWHM.

Иногда упоминается «угол поля», то есть угол между точками 10%.

20 мм — это обычный диаметр оптики, и, как правило, светодиод с матрицей диаметром 1 мм плюс хорошая 20-миллиметровая оптика от любого известного производителя обеспечат минимальный угол луча около 11 °.

Оптика 10 мм будет давать угол больше 22°.

Распространение луча

Все приведенные выше цифры представляют собой минимальные углы луча, возможные при высокой эффективности – выше 85%.

Как только свет будет эффективно собран, его можно распределить в виде плавного луча, встроив элементы в переднюю поверхность коллиматора.

Таким образом, коллиматоры с простыми передними панелями представляют собой версии с узким лучом, а аналогичные коллиматоры с выступами (называемыми микролинзами) или выступами на передней части представляют собой типы с широким лучом – с более высокими выступами, которые примерно соответствуют более широким углам.

«Микролинзы», встроенные в переднюю часть коллиматора, расширяют луч. Здесь Ледил также имеет изогнутую форму пончика на оптике Евы.

Факел, самолет или картина?

Обычные коллиматоры создают лучи, яркие посередине и постепенно тускнеющие к краям.

Этот тип луча отлично подходит для ручного фонарика, потому что вам не нужна глубокая чернота вокруг луча. Вместо этого вам нужно, чтобы свет распространялся так, чтобы вы могли видеть вещи рядом с объектом, на который указываете.

А как насчет освещения картины в галерее?

В идеале вам нужен луч, который равномерно освещает картину с небольшими отклонениями по холсту, резко обрезается по краям, чтобы не освещалась окружающая стена.