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Forum: Platinen LED fokusieren auf ca. 1mm Spot


Autor: Theodor (Gast)
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Hallo Forum,

ich habe nach Möglichkeiten gesucht das Licht einer LED auf eine Fläche 
von
1mm x 1mm zu fokusieren. Es hat etwas mit Belichtung zu tun, 
Leiterbahnen sollen es nicht werden. Ich bin häufig auf die Aussage 
gestoßen, dass
man nur Laser gut fokusieren kann und normale Lampen und LEDs eben 
nicht.
Das glaube ich so nicht, weil jede Laserdiode ohne Kollaminator eine
Strahldiffergenz hat, die mit der einer LED verglichbar ist.
Was sollte also den Unterschied in der Fokusierbarkeit machen?
Hat das schonmal jemand probiert?

Theo

Autor: Michael Frangenberg (startrekmichi)
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Das Fokusieren funktioniert nur bei monochromatischen (sprich nur eine 
einzige Wellenlänge/Farbe) wirklich gut. Die Beugung in der Linse ist 
nämlich eben abhängig von der Wellenlänge. Die Linse ist dann 
beispielsweise für 656nm berechnet und fokusiert diese Wellenlänge auch 
perfekt. Alle anderen Wellenlängen werden aber "unscharf" abgebildet.

mfg
 Michi

Autor: Theodor (Gast)
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Das ist einleuchtend, eine LED strahlt aber genau wie eine Laserdiode 
nur ein sehr begrenztes Spektrum ab, das sollte also kein Problem sein!?

Autor: Euro (Gast)
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Die Frage ist was man für ansprüche an die Fokussierung hat !

Es ist sicher möglich eine Led zu fokussieren (und am besten 
anschließend noch zu verblenden) um damit niedrig aufgelöst 
fotoempfindliche Schichten zu belichten.

Autor: Theodor (Gast)
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Wie gesagt: Wenn ich einen Punkt mit 1mm Durchmesser hinkriege bin ich 
zufrieden. 0,5mm wäre besser, darunter macht es keinen Sinn mehr für 
mich.

Hat jemand einen Vorschlag, wie die Optik aussehen könnte?
In billigen Pointern ist oft nur eine einzelne Sammellinse aus Plastik 
drin.
Würde für eine LED eine gute Sammellinse aus Quarzglas reichen?

Theo

Autor: Theodor (Gast)
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Mit Durchmesser meine ich folgendes: Der Rand des 1mm Punktes hat noch 
80% Intensität...

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Also. Eine Lichtquelle kann man auf einfache Weise nur wieder auf die 
Groesse des eigenen Bildes fokussieren. Dh eine eizelne LED kann sicher 
auf 1mm foussiert werden, eine 10Watt PowerLED gebildet aus hundert 
einzelnen Emittern eben nicht.
Mit erhoehtem Aufwand, und mehr oder weniger monochromatitschem Licht, 
eine  LED ist unter diesem Aspekt monochromatisch, laesst sich auch mehr 
erreichen.
Eine Quarzlinse ist uebertrieben, Plastik genuegt. Quarzlinsen machen 
eigentlich nur bei extrem hohen Leistungsdichten, sowie bei UV Sinn.

Autor: Theodor (Gast)
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>Quarzlinsen machen eigentlich nur bei extrem hohen Leistungsdichten, sowie >bei 
UV Sinn.

Ja, es soll UV-Licht sein.

>Dh eine eizelne LED kann sicher
>auf 1mm foussiert werden, eine 10Watt PowerLED gebildet aus hundert
>einzelnen Emittern eben nicht.

Über den Daumen gepeilt ist eine 5mm LED etwas klein, damit es schnell 
genug geht. 10W sind viel zu viel.
Ich schätze, dass eine 1W LED reicht, mehr als 3W garantiert nicht.

>Mit erhoehtem Aufwand, und mehr oder weniger monochromatitschem Licht,
>eine  LED ist unter diesem Aspekt monochromatisch, laesst sich auch mehr
>erreichen.

Könntest du das bitte genauer erklären? Wie würde man es dann aufbauen?

Autor: MaWin (Gast)
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> Was sollte also den Unterschied in der Fokusierbarkeit machen?

Sicherlich gibt es Unterschiede,
aber nicht nur LEDs kann man fokussieren,
auch Glühlampenlicht.

Allerdings hat jede Lichtquelle ihre Limits,
und monochrome kohärente Laser lassen sich halt
besser bündeln als grosse Leuchtfäden.

Leider haben die meisten LEDs schon ein Gehäuse mit
einer Lise drumrum. Die ist eher hinderlich, weil du
deren Daten nicht kennst und sie eher ungenau gefertigt
ist.

Ab einfachsten ist das, wenn schon deine Lichtquelle
nur 1 x 1mm hat (roher Chip bzw. Lochblende).

Das monochrome Licht hilft sogar etwas.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Ist

  dq = Durchmesser der Lichtquelle
  dz = gewünschter Durchmesser des Lichtflecks am Ziel
  sz = gewünschter Abstand der Linse vom Ziel

dann brauchst du eine Linse mit der Brennweite

      dq · sz
  f = ——————— ,
      dq + dz

und der Abstand der Quelle zur Linse muss

       dq · sz
  sq = ———————
         dz

betragen.

Damit die Rechnung stimmt, solltest du eine LED nehmen, die nicht schon
eine (mehr oder weniger präzise) Linse hat, sondern die das Licht von
einer planen Fläche abgestrahlt.

Zu beachten ist auch, dass sphärische Linsen mit steigendem Verhältnis
von Durchmesser zu Brennweite ungenau werden, d.h. die Brennweite ist
für Strahlen, die die Linse im äußeren Bereich passieren eine andere als
für Strahlen im Bereich der Mitte. Dadurch wird der Lichtpunkt am Ziel
nicht scharf abgebildet. Du musst also den Linsendurchmesser nicht zu
groß oder die Brennweite nicht zu klein machen, was aber dazu führt,
dass du nur einen Teil des LED-Licht sinnvoll nutzen kannst, der Rest
geht an der Linse vorbei. Das kann aber wiederum durch eine stärkere LED
kompensiert werden.

Oder du verwendest eine asphärische Linse oder ein geeignetes System aus
mehreren Linsen, was beides aber viel Ahnung von Optik voraussetzt.

Autor: Sven (Gast)
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Oh man, hier ist aber wieder viel Halbwissen unterwegs. Der Beitrag von 
Yalu X. triffts aber:

Du brauchst eine LED ohne Linse, also 5mm oder 3mm oder Superflux 
scheiden schon mal aus.

Das UV der LEDs ist nicht sooo kurzwellig, das bekommst Du auch noch mit 
vertretbaren Verlusten durch eine Kunststofflinse. Quarz ist 
wahrscheinlich übertrieben.

Du müsstest Dich mal für eine LED entscheiden, dann kann man sehen, 
welche Chipfläche die hat und welchen Abstrahlwinkel. Dazu musst Du den 
Beleuchtungsabstand vorgeben. Damit kann man dann eine Linse berechnen.

Autor: l3d (Gast)
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prinzipiell kann man LEDs recht gut fokussieren. oki schafft so sogar 
600x2400 dpi: http://www.okidata.com/mkt/html/nf/LEDvsLaser.html

Autor: Tom (Gast)
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Es wurde ja schon viel geschrieben, wahres, halbwahres und schrecklich 
falsches. Chromatische Aberration ist wirklich das kleinste Übel bei den 
30..50 nm Bandbreite die die LED vielleicht hat. Entscheidend sind 
wirklich der Werkstoff und viel schlimmer der schon oft angesprochene 
Fakt, dass man mit einfachen Mitteln einfach nicht wirklich auf eine 
kleinere Fläche abbilden kann, als die Fläche der Quelle. Und das 
gewünschte 1 W optisch aus 1 mm² ist für UV schon sehr anspruchsvoll. 
Hängt bissl von der Wellenlänge ab, aber bei 395 nm beispielsweise wird 
man solche Chips derzeit noch nicht finden.

Was geht, ist mehrere Emitter auf einen Spot abbilden, aber da ist es 
nicht mehr mit einfachen Linsen getan - leider.

Autor: Theodor (Gast)
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Eine LED ohne Linse zu bekommen wird in der 1W-Klasse schon schwer.
Bei dem üblichen Verdächtigen stößt man da auf folgendes:
http://www.led1.de/shop/product_info.php?pName=pro...

http://www.led1.de/shop/product_info.php?pName=win...

http://www.led1.de/shop/product_info.php?pName=win...

Beim Beleuchtungsabstand bin ich recht frei. Weniger als 2cm wäre nicht 
gut, wenn es 20cm werden ist das eben so.

Mich interessiert im Moment was möglich ist. Ich habe Erfahrung mit dem 
Drehen von Teilen und gute Linsen kann man kaufen.
Wäre eine Abbildung einer 1W LED auf eine Fläche von 1mm² mit einer oder 
zwei guten Linsen möglich (entsprechend präzise Mechanik vorausgesetzt)?

Alternativ:
Wäre es besser eine starke Infrarot Laserdiode zu nehmen?
Eine Alternative zum Belichten es Lackes ist es, ihn thermisch zu 
verändern. Damit meine ich nicht verdampfen! Dazu ist die Wellenlänge 
irrelevant. Nachteil ist, dass das Muster invertiert werden muss.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein Kollege hat einen Leiterplattenbelichter mit 5mm LEDs gebaut. Dabei 
hat er um die 100 Stueck im 2D Array 1x2cm angeordnet, und gut war.

Autor: Tom (Gast)
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Hacky, erstmal Hirn einschalten oder einfach nicht übermüdet was 
schreiben. Der TO hat was leicht anderes vor. Nix mit "gut war".

Autor: Theodor (Gast)
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Klappt leider nicht mit normalem Belichten durch Film. Die Oberfläche 
ist nicht wirklich glatt. Zwischen dem Film und der mit Photolack 
eingesprühten Fläche wäre stellenweise Luft.
Hat noch jemand einen Vorschlag?

Autor: Sebastian (Gast)
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Na ja, notfalls könnte man vielleicht einen PS3-Laser versuchen. Ist 
nicht ganz UV, macht das aber vielleicht durch Leistung und 
Fokussierbarkeit wett.

Autor: Sid (Gast)
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Vielleicht kann man auch ein Objektiv verwenden welches für normale 
Auflichtmikroskopie eingesetzt wird. Dort wird eine Beleuchtung (zB. 
auch: LED-Licht) auf einen Punkt fokussiert welcher deutlich kleiner als 
0.5mm ist.
Wichtig ist halt, dass du dann einige Parameter wie Arbeitsabstand und 
UV-Transmissivität des Objektivs kennst.
Am günstigens für die Strahlungsleistung wäre dann ein 
LED-Flächenstrahler ohne Kollimator und ein sehr gutes UV-durchlässiges 
Objektiv.

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