Sammelllinse Lichtstrahlen parallel bündeln für Lichtschranke

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Moderator: T.Hoffmann

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StefanL38
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Di, 24.01.23, 17:53

Hallo,

dieses Forum ist hauptsächlich für LED-Raumbeleuchtung. Ich traue mich jetzt trotzdem eine Frage zu einer Lichtschranke zu stellen.

Ich möchte eine Lichtschranke bauen die 20 bis 30 m Reichweite hat. Dazu will ich eine größere Anzahl grüner LEDs mit jeweils 19000 mcd nebeneinander montieren´. Die LEDs selbst haben einen Abstrahlwinkel von 25°. Jetzt möchte ich durch eine oder zwei Linsen diesen Strahl so bündeln, dass die Strahlen parallel laufen.

Im Prinzip könnte man dazu vermutlich fast jede Konvex-Linse nehmen. LEDs in den Brennpunkt der Linse dann sollten die Strahlen ziemlich parallel laufen.

Bei meiner Internetrecherche zu Linsen mit Durchmesser 40 bis 50 mm und Brennweiten 50 bis 100 mm bin ich nicht besonders weit gekommen. Bei Ebay gibt es alle möglichen Angebote aber da ist die Brennweite nicht mit angegeben. Was ich seltsam finde ist doch verdammt wichtig die Brennweite zu kennen. Gibt es hier jemanden der mit einem Link weiterhelfen kann?

Kennt jemand ein Forum, dass sich intensiver mit Optik für diesen Anwendungsbereich beschäftigt?
Lichtstrahl so stark bündeln, dass das Licht parallel austritt wird ja bei Beleuchtung eher selten gebraucht.

Wenn sich jemand direkt auskennt: Wenn die LEDs eine Fläche von ca. 25x25 mm einnehmen Wie groß sollte dann die Linse in etwa sein? und welche Brennweite würdet ihr da empfehlen?

viele Grüße
Stefan
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Sailor
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Mi, 25.01.23, 09:41

Für das Vorhaben würde ich eine Lichtschranke mit Laserdioden vorsehen.
Mit LED wird es wohl eher eine störanfällige Bastelei.

Ein herzliches Willkommen im Forum!
StefanL38
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Mi, 25.01.23, 20:26

Sailor hat geschrieben: Mi, 25.01.23, 09:41 Für das Vorhaben würde ich eine Lichtschranke mit Laserdioden vorsehen.
Mit LED wird es wohl eher eine störanfällige Bastelei.

Ein herzliches Willkommen im Forum!
Hallo Sailor,

ich habe eine Variante mit Lasersensor. Die funktioniert mit Reflektor über eine Entfernung von 80 m. Wahrscheinlich noch mehr. Der Laser hat 5 mW. Das ist das zehnfache dessen was ein Laserpointer haben darf.
Mit 5 mW kann man die Augen schädigen. Deswegen will ich es explizit mit leuchtstarken LEDs probieren.
Ich bastele gern mit Elektronik. Das ist ja genau die Herausforderung. Hatte ich im ersten Post aber nicht ausdrücklich dazu gesagt.

Der Lichtstrahl soll dann einen Durchmesser von ca. 2 cm haben. Statt 3mm wie beim Laser.
Damit ist die Lichtintensität pro mm² viel geringer und bei einem Lichtfleck von 2 cm macht jeder sofort die Augen zu wenn er direkt hineinblicken würde.

Bei einem Minipunkt eines Lasers ist das laut Untersuchungen nicht unbedingt der Fall, dass der Lidschlussreflex auslöst.
Damit das zuverlässig funktioniert wird der Lichtstrahl getaktet und der Empfänger hat dann einen Frequenzfilter.

So jetzt zurück zur eigentlichen Frage:
Welche Brennweite? Welcher Linsendurchmesser wäre dafür geeignet?

viele Grüße
Stefan
Borax
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Mi, 25.01.23, 23:59

Hallo Stefan, das geht nicht. Zu Bündeln muss eine Lichtquelle annähernd punktförmig sein. Das ist bei einer größeren Anzahl grüner LEDs nebeneinander definitionsgemäß nicht der Fall. Besser den Laser aufweiten (siehe z.B.: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/aufweitung/974 )
Du könntest sonst höchstens versuchen eine grüne High Power LED (möglichst klein z.B.: https://www.leds.de/nichia-ncsge17at-sm ... 33962.html) mit einer (großen) Sammellinse (Brennweite etwa 5cm + Durchmesser > 3cm) zu bündeln. Aber damit erreichst du (geschätzt) auf 20m Abstand bestenfalls eine Bündelung auf einen 'Lichtpunkt' mit ca. 0.5m Durchmesser. Muss es eigentlich grün sein?
dieterr
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Do, 26.01.23, 16:21

Geht nicht ist im physikalischen Sinn richtig, aber man in die Richtung kommen. Such mal nach Kollimator. Die Physik/Optik außer Kraft setzen können die aber auch nicht, trotz Totalreflexion und anderer Tricks.
Wollte das mal mit einem COB machen, aber dann doch nicht weiter verfolgt.

Dass deine Elektronik spannend wird, weiß du ja schon. LEDs mit ultrakurzen Pulsen bis ans Maximum fahren, PLL, Farbfilter vor dem Empfänger schadet alles sicher nicht.
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