Технология и применение легких труб

Световые трубки могут показаться простыми, но они играют важную роль в разработке электронного оборудования: их использование позволяет упростить разводку печатной платы, облегчить работу инженера по человеческим факторам и сделать конструкцию более компактной.

В этой статье мы рассмотрим функции световых труб, технологию, лежащую в их основе, физику, а также выбор и варианты, доступные дизайнеру оборудования.

Что такое световая труба?

Световод - это твердый прозрачный пластиковый стержень или оптическое волокно, используемое для передачи света от светодиода, установленного на плате, в другое место, где его можно удобно рассмотреть, например, на индикаторную панель электронного модуля.

Они обладают рядом преимуществ, включая чистую индикацию состояния и упрощение проектирования человеческого фактора. Непроводящий световой тракт не требует пайки или обжимных заделок и исключает возможность короткого замыкания из-за пережатия проводов; нет необходимости в пайке или обжимных заделках.

Световоды являются важнейшими компонентами многих современных электронных устройств. Добавление световода - это экономически эффективное решение, позволяющее устранить многие этапы транспортировки света из одного места в другое.

Как они используются?

Легкие трубы находят применение в различных отраслях промышленности.

В зависимости от комплектации и дизайна пользовательского интерфейса устройства, для продукта может потребоваться не один, а несколько индикаторов. Для конструкций, где требуется несколько индикаторов, световые трубки являются идеальным решением благодаря своей низкой стоимости, отличной визуальной коммуникации и гибкости дизайна.

Как они работают

Световодная трубка размещается очень близко к светодиодному источнику света на одном конце печатной платы. Ее материалы оптического класса помогают провести лучи света к желаемому месту назначения, обычно к пользовательскому интерфейсу устройства. Световоды передают примерно 80-90 % света от светодиодного источника, в зависимости от конструкции и расстояния между ними. Чем ближе световоды к светодиоду (светодиодам), тем эффективнее они передают свет. Конечно, используемые световоды должны быть рассчитаны на такое же количество тепла, которое вырабатывается светодиодом или источником света, так что это тоже должно быть конструктивным соображением, которое может диктовать минимально допустимое расстояние между световодом и источником света.

Категории легких труб

Обычно используются два типа световых труб: жесткие и гибкие.

Что такое жесткая световая труба?

Что такое гибкая световая труба?

Гибкая световая трубка предпочтительна, когда свет необходимо перемещать на большие расстояния или обходить препятствия между светодиодом и передней панелью или другим местом дисплея. Гибкая световая трубка состоит из адаптера, который обеспечивает меньшее или полное отсутствие светового потока, и гибкого оптического волокна с крышкой объектива. Гибкие световоды невосприимчивы к электромагнитным помехам (EMI), не проводят и не передают импульсы электростатического разряда (ESD).

Гибкие световоды сложнее и стоят дороже жестких; они решают проблемы доступности для инженеров, позволяя им обходить компоненты на печатной плате (PCB), которые препятствуют прямолинейному доступу к области индикации на передней панели.

На рисунке 5 показаны различные части конструкции гибкой световой трубы. Компоненты состоят из светодиода в точке A; адаптера SMD-22, который обеспечивает отсутствие утечки света в соседнюю трубу; пластикового оптического волокна (POF); и крышки объектива в точке B, которая приклеена к POF.

Гибкие световоды позволяют легко добавлять дополнительные индикаторы или заменять поврежденные узлы, поскольку крышка объектива в точке B может находиться на расстоянии до 330 футов от светодиодного источника света в точке A. Световоду и объективу требуется гораздо меньше места вблизи лицевой панели, чем светодиоду и его схеме. Если инженер по человеческим факторам обнаружит, что необходим еще один индикатор, а пространство является проблемой, можно избежать большой переделки, добавив еще один индикатор с помощью гибкого адаптера, проложенного от другого светодиода, который может находиться в совершенно другом месте, чем первый светодиод. Сочетание времени проектирования и пространства проектирования радикально улучшает стоимость в различных отраслях и приложениях. Пять различных цветов оболочки POF улучшают установку и визуальную идентификацию в полевых условиях техническими специалистами, а также уточняют ссылки в руководствах пользователя.

Сравнение между жесткими и гибкими типами

Жесткие и гибкие световые трубы предлагают вам два разных варианта. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Вот несколько рекомендаций, которые помогут вам сделать правильный выбор.

Проектные соображения по использованию световых труб

Инженер-проектировщик должен уделить пристальное внимание сопряжению световода и светодиода, чтобы минимизировать потери света и обеспечить наилучшую производительность. Светодиод должен быть эффективно подобран к входу световода, чтобы обеспечить надлежащий захват света с минимальными потерями.

Конечно, положение световода может повлиять на свойства света. Чтобы минимизировать потери света, общее правило - использовать светодиод с узким углом обзора 160 градусов или меньше и располагать световод и светодиод на расстоянии не более 0,05 дюйма друг от друга. Чтобы получить наилучший продукт для вашего дизайна, нужно немного больше. Именно здесь на помощь приходит моделирование света. Свяжитесь с нашей командой, чтобы провести моделирование и определить идеальную световую трубу для вашего дизайна. И не забывайте об ограничениях, которые могут возникнуть в зависимости от типа используемой световой трубы: Ограничения при проектировании жестких легких труб Невозможно согнуть Предельная длина: Press fit: 1,20" Custom: 1,5" Стандартные: до 2", возможны более короткие варианты Ограничения при проектировании гибких легких труб Изгибается до 30 градусов

Важность уменьшения светового пятна

Световой поток возникает, когда свет от светодиода виден вокруг светодиода и световода. Световой поток вызывает ложные показания, приглушенные и смешанные цвета, перекрестные помехи между соседними световодами и нежелательное свечение в корпусе. Когда жесткая световая труба расположена над светодиодом, она допускает определенное количество световых потеков у основания световой трубы. Гибкая световодная трубка обеспечивает меньшее рассеивание света благодаря оптическому волокну с покрытием и светостойкому черному адаптеру.

Максимальная гибкость достигается, когда дизайнер может выбрать между проектированием с использованием отдельных компонентов (светодиодов и световодов) и комплексным решением, включающим оба элемента.

Световые трубы предназначены для максимально эффективной передачи света из точки А в точку Б.

Точка А: Где расположен вход или источник света. В большинстве случаев это светодиод поверхностного монтажа (SMD).

Пункт Б: Поверхность выхода, или место, где конечный пользователь видит свет на интерфейсе или индикаторной панели устройства.

Потеря света, или кровотечение, происходит, когда часть света, проходящего из точки A в точку B, уходит или светит в другом месте, поэтому в точке выхода света меньше.

Чтобы минимизировать потери света, дизайнеры могут использовать светодиод с узким углом обзора вместо светодиода с широким углом обзора, чтобы уменьшить расстояние между световодом и светодиодом, через которое свет может уходить. Чем шире зазор между световодом и светодиодом, тем больше места для выхода света, прежде чем он попадет в световод и направится к точке выхода.

Примечание: Всегда будет некоторый уровень света, который теряется при движении от места расположения светодиода до точки выхода, где конечный пользователь видит свет.

Основные технические характеристики и опции

Независимо от того, какой тип световых труб выбран, существует множество вариантов оптимизации конструкции.

Разберитесь в возможностях светодиодов

Светодиоды поверхностного монтажа (SMD) устанавливаются на поверхность печатной платы и не требуют отверстий. Светодиоды со сквозными отверстиями монтируются путем вставки выводов через печатную плату и пайки для обеспечения более прочного соединения между слоями, которое также может выдерживать некоторые условия воздействия окружающей среды. SMD-светодиоды, как правило, меньше и ярче, чем их эквивалент со сквозными отверстиями. Как сквозные, так и SMD-светодиоды доступны в широком диапазоне размеров, цветов, яркости и меньшей мощности.

Цвет светодиодов. Светодиоды SMD и сквозные отверстия выпускаются в широком ассортименте однотонных цветов. Светодиоды SMD имеют дополнительные опции, включая белый или одноцветный, двухцветный и трехцветный цвета в различных цветовых конфигурациях. Адаптеры для световых труб доступны для использования с обоими типами светодиодов. Кроме того, дизайнер может выбрать адаптер со встроенным светодиодом или адаптер, предназначенный для использования с отдельным светодиодом.

Размер светодиода. Светодиоды для поверхностного монтажа имеют стандартные промышленные размеры, а светодиоды со сквозным отверстием - размеры в миллиметрах (1,8 мм, 3 мм, 5 мм). Например, пакет 0402 (SM0402) имеет приблизительные размеры (длина × ширина) примерно 0,4 мм в длину и 0,2 мм в ширину.

Интенсивность светодиодов. Световой поток (интенсивность яркости) SMD-светодиодов и сквозных отверстий принято измерять в милликанделах (mcd) или люменах (lm). Чем выше показатель mcd или lm, тем ярче интенсивность света.

Все об объективах

Линза устанавливается или отливается на конце световода; она обеспечивает удобный визуальный индикатор, а также защищает световод от механических повреждений. Некоторые параметры линзы:

Профиль объектива. Линза Френеля предназначена для фокусировки света и обеспечивает уменьшение тени и бликов, а также широкий угол обзора. Для увеличения угла обзора также используется простой плоский профиль линзы или купольная линза.

Цвет объектива. В зависимости от модели доступны диффузные, дымчатые и цветные (синие, черные, зеленые, серые, красные, желтые) линзы.

Размер и форма объектива. Доступны линзы различных размеров, включая диаметры 2 мм, 3 мм, 4 мм и 5 мм. Доступны круглые, овальные и прямоугольные формы.

Уплотнительная прокладка и степень защиты IP

Во многих отраслях промышленности приходится работать в жестких условиях, где очень важно, чтобы крышка объектива была надежно защищена от воздействия элементов с помощью соответствующих приспособлений. Степень защиты IP. Класс IP крышки объектива указывает на уровень защиты от проникновения твердых частиц, включая пыль, и жидкостей, включая влагу или воду. Степень защиты IP выражается в виде "IPXY", где X и Y - числовые значения.

Первая цифра в рейтинге IP указывает на уровень защиты от проникновения твердых предметов: от IP0x (нет защиты) до IP6x (полная защита от пыли). Вторая цифра обозначает степень защиты от жидкостей: от IPx0 (нет защиты) до IPx9 (защита от струй воды).

Компоненты, относящиеся к легким трубам

Конструкция световой трубы включает в себя не только светодиод, трубу и линзу. Для создания полной системы необходимы дополнительные компоненты, и для каждого из них существует несколько вариантов.

Тип крепления

Существуют различные варианты крепления световых труб в зависимости от сферы применения и производственных требований.
Если бы гибкие и жесткие были единственными вариантами, ваши возможности были бы ограничены. Световые трубы разработаны с учетом широкого спектра типов крепления.
Помимо решения "жесткий или гибкий", есть еще несколько соображений при выборе световых труб для вашего дизайна. Источник питания и общая площадь конструкции могут определить, какой тип крепления следует использовать для светопровода.