Shift: an interactive device for demonstrating light guides

Abstract

Light guides are clear optical components used to transfer light with minimal loss by means of total internal reflection. In addition to tunneling light from one place to another, light guides can be used to divide, combine or disperse light. Different types of light guides are used in various application including fiber optics, backlights for liquid crystal displays, automotive lighting and electronics illumination.

The thesis focuses on the development of an interactive demonstration device which purpose is to introduce light guides in an engaging way. The written report is meant to support the physical model in explaining the topic by providing information about light guides to the reader. This is done by first introducing the different application areas for light guides and then explaining the working mechanisms of light guides with illustrations.

The production part of the thesis is completed within a six-month internship in the prototyping team at Microsoft. During the project, prototyping is first used as an empirical research method and later in an iterative design process to develop the physical model. Theoretical research is conducted on the topics of light guides and optics to support learning and to provide a theoretical context for the thesis.

As a result, a demonstration device comprising of two LED-lit light sources, six detachable light guide modules and a light intensity controller, is presented. The physical deliverables also include a storage box designed for the device and a booklet which illustrates the use of light guides in the light guide modules.

Valojohteet ovat kirkkaasta materiaalista valmistettuja optisia komponentteja, joita voidaan käyttää valon kuljettamiseen kokonaisheijastumisen periaatteella. Valojohteiden avulla voidaan myös jakaa, yhdistää tai hajottaa valoa. Erityyppisiä valojohteita hyödynnetään useissa eri käyttökohteissa kuten esimerkiksi kuituoptiikassa, nestekidenäyttöjen taustavaloissa, autojen valaistuksessa sekä elektroniikkalaitteiden valaistuksessa.

Opinnäytteessä keskitytään valojohteiden demonstroimiseen tarkoitetun interaktiivisen laitteen suunnitteluun. Opinnäytteen kirjallinen osuus tukee opinnäytteen produktio-osaa tarjoamalla lukijalle tietoa valojohteista ja niiden eri käyttökohteista sekä esittelemällä valojohteiden optiset toimintaperiaatteet kuvitusten avulla.

Opinnäytteen produktio-osuus on toteutettu kuuden kuukauden harjoittelujakson aikana Microsoftin prototypointitiimissä. Työssä prototypointia käytetään ensin empiirisenä tutkimusmenetelmänä ja myöhemmin iteratiivisen muotoiluprosessin osana demonstrointilaitteen suunnittelussa. Taustatutkimuksessa käytettävä kirjallisuus keskittyy valojohteisiin ja optiikkaan. Kerättyä materiaalia hyödynnetään aiheeseen perehtymisessä ja se muodostaa myös teoreettisen viitekehyksen työlle.

Opinnäytteen lopputuloksena esitellään demonstrointilaite, joka koostuu kahdesta LED-valaistusta valolähteestä, kuudesta irrotettavasta valojohdemoduulista ja valon kirkkauden säätimestä. Produktio-osaan kuuluu myös laitetta varten suunniteltu säilytyslaatikko sekä ohjevihko, jossa valojohdemoduulien toimintamekanismeja selitetään kuvitusten avulla.