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Nov 12, 2023

La grande guida di Electronics Weekly all'ottica LED

Specifying an LED optic is easy isn’t it? Just buy one with the right beam

Specificare un'ottica LED è facile, vero?

Basta acquistarne uno con l'angolo del fascio giusto e il gioco è fatto. Giusto?

Beh, forse, ma probabilmente no.

Perché ci sono ancora alcune cose a cui pensare prima di poter essere abbastanza sicuri che ciò che acquisti farà quello che desideri.

"La prima cosa che un cliente dirà è: 'Ho bisogno di un angolo di fascio di 10°, di quale ottica mi serve?', e la prima domanda che ci poniamo è: 'quale LED?' ha affermato Mike Bean, responsabile del design presso l'azienda di ottica LED Carclo.

Perché deve chiedere? Perché la scelta del LED influenzerà notevolmente l'angolo del fascio e la qualità del fascio prodotto da una determinata ottica.

Esiste una proprietà fisica dei sistemi ottici chiamata etendue (francese per spazio, distesa, allungamento) che limita l'angolo minimo del fascio possibile da qualsiasi sistema ottico efficiente con una certa dimensione della sorgente e un certo diametro massimo.

Non otterrai mai un fascio di luce da un LED quadrato da 1 mm con una lente, un collimatore o un riflettore da 10 mm di diametro, a meno che non butti via quasi tutta la luce.

Per fortuna non devi fare i conti.

Invece, produttori di ottica come Carclo, Ledil, Fraen e Polymer Optics pubblicano angoli del fascio per combinazioni mix-and-match di ottica e LED, e alcuni offrono anche funzionalità di ricerca parametrica basate sul web.

In realtà, anche se si volessero fare i conti, sarebbe difficile perché i produttori di LED sono restii nel rivelare le dimensioni del loro die.

Per riferimento, il Rebel di Lumileds ha una fustella da 1x1 mm e il Rebel ES ne ha uno più grande, probabilmente 1,4×1,4 mm, entrambi nella stessa confezione.

Nella serie XP di Cree, XP-C, -E e -G sono probabilmente rispettivamente 0,7×0,7, 1×1 e 1,4×1,4 mm, sempre in contenitori identici.

Con un'approssimazione del primo ordine, raddoppiando la larghezza del die si raddoppia l'angolo del fascio per una data ottica.

Ad esempio, l'ottica 10755 da 30 mm di diametro di Carlo fornisce 3,7° con l'XP-C da 0,7 mm e 7,1° con l'XP-E da 1,4 mm.

E le cifre saranno simili per le ottiche da 30 mm di buona qualità di altri produttori.

In questo caso, gli angoli sono indicati come "larghezza intera, metà massimo" (FWHM), ovvero l'angolo compreso tra i punti del raggio che rappresentano il 50% dell'intensità di picco.

È legittimo descrivere un raggio FWHM di 3,7° come +/-1,85°, e anche descriverlo come 1,85°. In ogni caso, la convenzione deve essere chiara in ogni discussione. Tutti gli angoli in questo articolo sono valori FWHM.

Occasionalmente si fa riferimento all'"angolo di campo", che è l'angolo tra i punti del 10%.

20 mm è un diametro comune per le ottiche e, in generale, un LED con un die da 1 mm più una buona ottica da 20 mm di qualsiasi produttore rispettabile fornirà un angolo del fascio minimo di circa 11°.

L'ottica da 10 mm fornirà qualcosa di più grande di 22°.

Allargare il raggio

Tutte le cifre sopra riportate rappresentano gli angoli del fascio minimi possibili con alta efficienza – superiore all'85%.

Una volta che la luce è stata raccolta in modo efficiente, può essere distribuita in un fascio uniforme modellando le caratteristiche sulla faccia anteriore del collimatore.

Quindi i collimatori con frontali semplici sono le versioni a fascio stretto, e quelli simili con protuberanze (chiamate microlenti) o creste sulla parte anteriore sono tipi a fascio ampio, con protuberanze più alte che equivalgono vagamente ad angoli più ampi.

Le "microlenti" modellate nella parte anteriore di un collimatore ne espandono il raggio in modo più ampio. Anche qui Ledil si diffonde con una curvatura a ciambella grazie alla sua ottica in Eva.

Torcia, aereo o dipinto?

I collimatori semplici producono fasci luminosi al centro e gradualmente attenuati verso i bordi.

Questo tipo di raggio è ottimo per una torcia manuale perché non vuoi un'oscurità profonda attorno al raggio. Vuoi invece che la luce fuoriesca in modo da poter vedere le cose vicino all'oggetto che stai indicando.

Ma che ne dici di illuminare un dipinto in una galleria?

Idealmente, vuoi un raggio che illumini uniformemente il dipinto con poche variazioni sulla tela, che si interrompa nettamente ai bordi in modo che il muro circostante non sia illuminato.