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発光ダイオードは、パネルインジケータライトとしての最初の役割をはるかに超えて卒業しています。現在、LEDは懐中電灯、自動車のヘッドライト、建築照明などの用途に使用されています。 LEDは容易に入手できますが、LEDが生成する光を、あるべき場所からあるべき場所に向けることができる場合を除き、あまり有用ではありません。
実験室の光源として使用する場合、LEDからの光をコリメートして「光ビーム」に変えることはしばしば価値があります。特殊照明または一般照明に高出力LEDを使用する場合、計算はより複雑になります。
コリメート光源としてLEDを使用する
LEDの照明パターンを特定します。通常、製造業者は、少なくともxおよびy方向の発散角を提供します。
例として、LEDの発散がxで38度、yで47度であると仮定します。
適切な焦点距離を決定して、目的のビームサイズを取得します。
焦点距離は、式f = D /（2 * tan（alpha / 2））で与えられます。ここで、Dは目的のビーム径で、alphaは問題の方向の完全なビーム発散です。
この例では、希望のビーム径25 mmを使用します。次に、
fx = 25 /（2_tan（38/2）= 36 mm fy = 25 /（2_tan（47/2）= 29 mm
短い焦点距離のシリンドリカルレンズをLEDから離れた独自の焦点距離に配置します。
この例では、焦点距離が29 mmの円柱レンズをLEDから29 mm離して配置し、y方向に焦点を合わせるように配置します。
目的のビーム径でインデックスカードをマークし、ビームが必要な距離にわたってそのサイズのままであることを確認します。レンズの位置を調整して、ビームを希望の直径に保ちます。
この例では、インデックスカードには直径25 mmの円があり、レンズを調整して、円内でビームの垂直方向の寸法をできるだけ近くに保ちます。
長い焦点距離のレンズは、LEDから焦点距離を離して配置してください。
この例では、焦点距離が36 mmの円柱レンズをLEDから36 mm離して配置し、x方向に焦点を合わせます。
2番目のレンズ位置を調整して、コリメーションを最適化します。インデックスカードをガイドとして使用します。
この例を完了するには、36 mmの焦点距離のレンズを調整して、円内でビームの幅をできるだけ近くに保ちます。
適切なアナモルフィックプリズムペアを選択します。 2つのシリンドリカルレンズの代わりに、アナモルフィックプリズムペアをLEDの近くに配置して、ビームを円形にし、x方向とy方向の発散を均等にします。焦点距離のある単一のレンズがビームをコリメートします。
照明にLEDを使用する
LEDの出力パターンを見つけます。白色が異なる色のLEDチップからの光を重ね合わせることによって生成されるか、蛍光体でコーティングされた紫外線LEDからの放射によって生成されるかにかかわらず、放射パターンが出発点です。製造元のデータシートには、この情報が記載されています。
目的の照明パターンを定義します。デスクトップタスクライトと街灯には、まったく異なるターゲット照明パターンがあります。
光学設計プログラムでシステムをモデル化します。これらのプログラムは、メーカーのデータファイルを入力として受け入れ、ユーザー定義の光学システムを介して光を伝播し、最終的な照明パターンを計算します。
光学設計プログラムの内部最適化ルーチンを使用して、光学面を調整し、出力照明パターンを調整します。