光の反射、光の屈折、光の透過

光の反射、光の屈折、光の透過
照明器具の光学設計

電気光源から直接放出される光は、多くの場合、照明には適していません。 例えば、LED光源、パッケージ化されたLEDは点光源であり、放出される光は点光源の特性を持ち、グレアが発生しやすいです。 光学設計は、いくつかの光学部品で最適化する必要があります。 たとえば、ディフューザー、リフレクターなど、これらのデバイスは、反射の法則、屈折の法則、光の透過の法則など、光の伝搬に関するいくつかの基本的な法則を使用します。

通常、LED ランプには、一次光学設計と二次光学設計があります。 いわゆる一次光学設計とは、LED光源の光出力特性を変更するためのレンズやパッケージシリカゲルなどのパッケージ材料やプロセスの使用など、LED光源のパッケージレベルでの光学設計を指します。 いわゆる二次光学設計は、LED ランプの導光板と拡散板を介して LED ランプのビーム角度と均一性を変更することです。

光の反射、屈折、透過特性

光の反射: 光が 2 つの媒体間を移動するとき、一部の光は伝播方向を変えて元の媒体に戻ります。これを光の反射と呼びます。 反射は、完全な黒体を除いて、光がオブジェクトに当たると発生します。 反射面が平らかどうかに関係なく、光の反射は反射の法則に従います。つまり、入射角は反射角に等しくなります。 反射は、鏡面反射と拡散反射、および指向性拡散反射と複合反射に分けられます。 一般に鏡面反射と拡散反射は反射率が高く、拡散反射は反射率が低くなります。 たとえば、ミラー ガラスの反射率は 80% -99% ですが、白いペンキの反射率はわずか 60% -85% です。 材料の反射率を理解することによってのみ、ランプの光効率と部屋の照度をよりよく理解し、計算することができます。

光の屈折: 光は 2 つの媒体間を移動し、異なる媒体の接合部で屈折します。 一般に、光が異なる媒質の間にある場合、反射と屈折の両方が発生します。 反射光の速度は入射光の速度と同じですが、屈折光の速度は入射光の速度とは異なります。 光の屈折は屈折の法則に従います。たとえば、入射角の正弦に対する屈折角度の正弦の比は一定です。 光が空気から別の媒質に入ると、屈折角は入射角よりも小さくなります。 逆に、光が他の媒質から空気中に入る場合、屈折角は入射角よりも大きくなります。 その理由は、媒質の密度と媒質中の光の伝播速度に関係しています。 新しい理論によると、屈折は光と物質の間の相互作用の特定の変化によって引き起こされます。 注目すべき全反射現象もあります。 光が光学的に密度の高い媒体から光学的に薄い媒体に通過するとき、入射角が臨界値を超えると、全反射が発生します。 たとえば、光は媒質から空気中に放出されますが、さまざまなガラスの臨界角は 32 度から 42 度です。 光ファイバーや光ファイバー通信などがこの原理に関係しています。 LED分野で一般的に使用されるレンズも、光の屈折と反射の法則に従って作られています。 LED の理論上の発光角度は 360 度ですが、パッケージの特性上、発光角度は 180 度未満になります。 LEDパッケージングに使用されるレンズは、一般的にシリコンレンズです。 レンズを通してLEDの光照射野分布を変化させ、配光曲線を設計することでLEDの光出射角を変化させ、光出射率を向上させます。

光の透過: 光が透明または半透明の素材を通過するとき、光の一部は反射され、光の一部は素材に吸収され、光の一部は透過します。 透過率とは、入射光に対する透過光の比率を指します。 透過は、さらに指向性透過、指向性拡散透過、拡散透過に分けられます。 指向性透過では、素材を直接透視して、背面にあるものを確認できます。 これは、光が直接通過するためです。 このとき、媒体は通常、無色のガラスやプラスチックなどの透明です。 指向性拡散および透過材料の後、人々は物体を見ることができますが、はっきりと見ることはできません. これは、光が入射した後に拡散し、入射方向の光透過強度が強くなりますが、すりガラスなどの他の方向にも光透過があるためです。 拡散透過は基本的に対象物には見えず、光は拡散透過します。 たとえば、これは一部のアクリルの場合です。 この素材は、アンチグレア素材としても一般的に使用されています。