電子機器のためのライトパイプ設計
〜照明効率を見直して消費電力を軽減!〜

電子機器では、機器の状態を知らせるインジケータ、光るボタン、暗いところでの照明、デザインなどの用途でLEDが使われています。
LEDはプリント基板上に実装されることが多いため、そこからの光を機器のケース外に伝えるためにライトパイプが多く使われています。ライトパイプは、全反射を利用して入射口から出射口まで光を伝えるプラスチックで作られた部品です。
以下の例をご覧ください。自動車用オーディオ機器のパネルです。パネルの裏側にあるLEDから放射する光が効率よく文字を光らせるようにライトパイプを利用しています。ライトパイプの形状を最適化することで、はっきりとした文字を表示することができます。

ライトパイプの最適化前
ライトパイプの最適化後
パネルの裏の構造

この例のように、光学設計の考え方を用いて、ライトパイプを適切な形状にすれば、より多くの光を伝えることや、ムラなく光らせることができます。多数のLEDを利用している場合には、LEDの数を減らすことができるかもしれません。光を効率よく使うことが、LED照明の消費電力を軽減することに繋がります。

もう1つ例を紹介します。
図 1は、基板上のLEDから、ケースのコーナー部にあるインジケータまで光を伝えるライトパイプの簡単な例です。
図 2は、単純に入射口と出射口を結んだライトパイプの例です。
カーブの部分で光がたくさん漏れたり、入射口まで届いたのに全反射で戻ってしまったりしています。この例では、ライトパイプに入射した光のおよそ50%がケースの外に出ています。
図 3は、形状を工夫したライトパイプの例です。
光が漏れないように、光が戻らないように、前方に光が飛ぶように考えて形状を決めました。この例では、ライトパイプに入射した光のおよそ82%がケースの外に出ています。 この例では、ライトパイプの形状を工夫することによって、光量が1.6倍に増加しました。同じ光量にするのであればLEDの電流をおよそ62%に減らすことができます。

図1.簡単なライトパイプの例
図2.単純な形状のライトパイプ
図3.形状を工夫したライトパイプ

このようなライトパイプを設計するには、光学の考え方と、光学設計ソフトが必要です。光学設計ソフトLightToolsは、正確な計算、柔軟な操作性、収束性の良い最適化機能、3D CAD SolidWorksとのリンクなど、ライトパイプの設計にとって非常に重要な機能を多く揃えています。
サイバネットシステムでは、LightToolsの技術サポートやコンサルティングの知識や経験を活かして、ライトパイプなどの各種光学系の設計、解析の受託業務も行っております。貴社の電子機器のライトパイプ設計をお手伝いいたします。

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