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智能化活动 导光管基础知识介绍

导光管的作用是延伸光线的“长度”,让光线按照我们的期望去到它该去的地方。研究导光管最重要的是研究光线在传输过程中的效率问题。

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光导管概念图


1.设置设计目标

认真挑选光源

根据已有LED,计算最多能够达到的功率

设置以下目标

照度

光效

输出角度

一致性

表面照度和亮度


2.基本光学原理

斯涅尔折射定律

此定律描述了光与材料间的关系,当光通过两个不同的材料表面时会发生弯曲。

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光线角表示图


公式为

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,左边是入射角和入射材料的折射系数,右边为出射角和出射材料的折射系数。

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折射系数举例


临界角及全反射(TIR)

入射角是指入射光线与法线间的夹角,出射角为90°时对应的入射角为临界角。在可见光波长范围内,大多数plastic材质以及BK7的临界角为42°左右。

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tracepro仿真图


当光线从高折射率到低折射率传播时,此种情况才可能发生。

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TIR图


使用导光管

一般的LED光源发出的都是朗伯光,不是平行光,在导光管中光线会有较大损失,tracepro中90°导光管通常得到的是50%的输出光线。

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90°导光管


光学扩展量

光学扩展量是几何效率的测量量,

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,其中G为光学扩展量,S为光源区域,Ω为光束半角。

对于理想的光学系统,在不考虑折射、反射、散射、吸收等损失的情况下上,光束经光学系统后光学扩展量守恒。在非成像光学系统设计中,光学扩展量匹配是最重要的考虑因素。对于光源光学扩展量越小越好,而对于光学元件的光学扩展量应越大越好。但是扩展量的增加并不一定能产生相同程度的能量效率的提高,同时还会引起系统复杂度和成本的增加。因此需要合理的设计照明系统,控制光线走向,实现光学扩展量的匹配,从而获得较高的光能利用率和所需的照明均匀性。

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光扩图


设计贴士

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导光管应用模式图

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