战戈 发表于 2010-1-27 14:38

为什么设计一个好的XP-E/XP-G手电反光杯就这么难?

本帖最后由 战戈 于 2010-1-27 17:37 编辑

讨论:为什么设计一个可以令大家都认同的XP-E/XP-G(R5)手电反光杯就这么难?

首先说明:关于光杯设计,本人是一个门外汉,唯有爬文若干天,甚至下载了N个光杯设计软件,发觉现在国内的反光杯设计师们的思路有一点问题:
      我先来说明,我们使用的光杯尺寸的大小、长短和对发光体的光线包裹率有关,简单地说就是发光体的射出的光线有效地投射在光杯的面积的率,但它们和我们的聚光光柱射出夹角无关的,光杯越深,对光线的包裹率越高,也就说可以控制跟更多光线的方向,效率更高;越浅则反之;光杯直径越大,方光杯的反光面积也越大,设计和加工时的精度要求可更低,更容易控制反射光线的方向;反光杯直径越小要求的设计精度 和加工精度更高;
      换句话说就是,又大又深的光杯更容易控制聚光,或散光,光效更大,强调一点啊:是更容易控制;反之,越小的光杯,比较难控制聚光,光柱射出夹角容易偏大,但强调一点:是难但不是不能做得到;


左26.5的Q5右20的R5
      但现在我们小光杯为什么就这么难控制光线呢?直径越小就越难控制光线的的角度,常常容易导致光线无缘无故在光杯里面反射,甚至多次反射,从而产生非正常泛光,这种不可控制泛光经多次反射后,一光线衰减厉害,二射程不远,白白浪费。
      很简单的例子就是:近很亮,远一点就不亮,亮度随着距离衰减得都比其它手电厉害,就是因这些不可控制的多次反射的光线太多了,白白损失光效。

      说回我们的 发光体,CREE公司的XR-E时代到了现在全新时代的XP-E/XP-G产品,

      看外形,不难看出新时代的XP-E/XP-G比XR-E 发光体的体积更小,发光角度更大,新产品适应的领域更丰富,理应更容易做出更为优秀的反光杯。
      但老款的XR-E不容忽视的是 它本身就有一个一定射角反光碗在发光体底部,再加上略平的球体透镜封装,所以较容易适用于手电领域的聚光需求~


左26.5mm光杯+Q5右20mm光杯+R5 约3cm的照射距离
发光体亮度测试:
Q5 和R5,假如您拿着这两支手电,都是1A恒流的高亮输出,照射远处时发现R5不如Q5,但我们需要的是排除光杯因素,只看发光体本身的区别,我们就需要5cm以内的照射距离,这时您不难发现R5灯泡远比Q5亮多了。


      难道这可应用范围更广的XP-E/XP-G新封装就这么难应用于手电业了吗??R5就不能更好地发挥出来了吗??
      其实不然,我认为现在国内的光杯设计师们都有着不约而同的误区,这误区不是一两天的存在,而已国内手电业几十年来的根深蒂固,随着时代的进步,计算机技术的不断深入,现在都出现了很多光学(光杯)设计软件,但现在设计师们使用这些软件的时候,还是较老旧地使用残旧的设计思维,就是简单地定义光源只是一个“点”,一个很小很小的点,而没有其他形状定义了,他们根本没有仔细观察和考虑到发光体本身的形状、体积、封装的透明体的折射特性等等因数~~只是简单地做到焦点准确,没有考虑到发光体不是一个点,而是一个平面或一个球状,难道现在的专业的光学(光杯)设计软件就不能去自定义发光体的形状和形式了吗?!


C8以上的大光杯,光杯的面积和发光体的面积相对而言,点和面的比例关系较大,所以不难解释为什么用XR-E Q5 C8光杯改用 XP-E/XP-G 发光体后,光斑区别不算大,所以有些光杯厂家直接用老的XR-E的光杯改一改底孔直径,就马上变身为XP-E/XP-G光杯了。出现聚光不良,这些厂家就只会怪罪于CREE公司的烂技术,搞出了一个很烂的XP-E/XP-G新封装了。


而26.5mm或更小的小直 20mm,这时的点和面的比例关系就比较小了,甚至可以说是面和小球的关系,厂家们还是用老的XR-E光杯改一改底孔直径,变身为XP-E/XP-G光杯,这时候装上新封装的R5灯泡时侯,问题就变得更加严重了,导致严重的光杯里的多次反射、聚光不良,光衰减厉害、不正常泛光严重等等完全不合理的现象出现~~所以设计师们一天不从发光本身的形状、体积、封装的透明体的折射特性等多角度设计光杯,问题就一天不能解决。


发光体是一个“点”的错误在此充分表现出来,XP-E/XP-G 新封装的官方公布是125度的发射角,XP-E/XP-G本身就是非常紧凑的封装,这设计师把这整个发光体简单地定义为一个点,计算这125度夹角的是没有从紧凑的封装的两边边缘计算~无故封印了部分光线~
在支架上设计师简单地设计出一个斜面,而非经严密计算过的抛物面~这斜面反射出的光线走向还是一个未知数~
更离谱的是这种转接环,根本还没有考虑到XP-E/XP-G已经不是XR-E的普通陶瓷底板了,而是复合层的陶瓷+PCB底板,上面的PCB板不经压,不能紧逼,一压就烂~严重的话就会断线~


看此MCE的光杯设计图,不难看出,和XP-E/XP-G 相同封装的MCE 的LED,也有着相同的遭遇,光杯底部的抛物线设计不理想,MCE发光体0~20 和160~180度的光线,存在多次反射的无畏损失了。

另:建议直径20mm以下的小光杯,尽量使用 光面杯或微橘皮杯,由于现在国内的小光杯设计和加工水平有限,多次反射的泛光现象较严重,用橘皮杯会令这类泛光变得更加厉害~

总结:以上完全没有针对特定的某光杯厂,目的只是为了端正各设计师的设计时出发点,更好地发挥各种优秀的光学软件,设计人员需细心地观察各种LED等各种发光体的外形,光源特性,利用更多的可用光线,发挥出更高的光效,制造出各种发射夹角更为精准的反光杯,更好更准确地控制泛光和聚光的比例,最终目的也只是让我们这些客户们能有更多更好的反光杯可以选择~~

注:以上纯属个人观点,如有不正确的地方还望各桐油指出~谢谢了~
以上图片来源于本论坛或网络上其他地方,非本人所拍摄或绘制,如有不妥,请PM本人删除~~




【附文】转载的
LED反光杯的设计工艺
通常,光源的光能会向360°方向全辐射。为了有效利用有限的光能,灯具可以通过光反射器来控制主光斑的光照距离和光照面积。

一、光反射器--灯具中反射光的装置。
根据光源不同的大小、形状和不同的照明要求,光反射器可以做得很简单,也可以做得很精密。
如:工地用的小型射灯、泛光灯——只要求近距离很小面积的照明,方便施工即可。此类灯具的成本低,要求简单,无需开模,用金属铝片剪成某一形状即可。
球场用的投光灯——因无法将灯设置在球场或看台中间,照射距离远,反射器光学技术高,反光率要求也高,通常需金属冲模成型。

二、反光杯
用点光源灯泡为光源,需远距离聚光照明的反射器,通常为杯型,俗称反光杯。
聚光照明的3个基本条件
1、 点电源灯泡。光源的发光体越小,聚光性就越好。
2、 精密的多段聚焦反光杯。
3、 精密的灯泡同心定位结构。

三、反光杯的材料及优缺点
反光杯可由3种材料制成:金属、耐温塑料和玻璃。各有各的优缺点,见下表:
材料 成本 光学精度 耐温性 散热性 抗形变 抗冲击 重量
金属   低      低         高      好       差      差   轻
塑料   中      高         中      差       好      好   轻
玻璃   高      高         高      好       好      差   大

1、 金属反光杯:需冲压、抛光工艺完成,有形变记忆,优点是成本低,耐温,常用于低照明要求的灯具。
2、 塑料反光杯:一次脱模完成,光学精度高,无形变记忆,成本适中,缺点是耐温性差,常用于温度不大高的电筒和手提灯具中。
3、 玻璃反光杯:一次脱模完成,光学精度高,无形变记忆,耐温,缺点是成本高,易碎,重量大。常应用在不需移动的高品质产品中。如电影放映机、探照灯、火车头灯等。

四、反光率
镀膜层反射可见光的效率。以真空镀介子最高,真空镀铝其次,阳极氧化最低。

1、 真空镀介子:应用于玻璃反光杯。介子不仅有最高的可见光反光率,灯泡所产生的红外线却能穿过介子,起到散热功能,延长灯泡的使用寿命。
2、 真空镀铝: 应用于耐温塑料和金属反光杯。反光率高,是汽车和多数灯具的主要镀膜工艺。缺点是,灯泡所产生的紫外线会使反光杯白化,降低反光率;红外线又无法穿透镀铝层而被反射回灯泡,使灯泡继续升温,影响灯泡的使用寿命。
3、 阳极氧化: 应用于金属反光杯。有效反光率不到真空镀铝的一半。优点是不怕紫外线、红外线的损害,甚至可以用水清洗。
注意事项 :
真空镀铝工艺的反光杯,镀铝层厚度不超过10μm,对酸、碱均能起化学反应,从而降低反光率。反光杯不可用手触摸,更不可用水清洗。

开拓者光电 发表于 2010-1-27 14:46

哈哈这个帖该顶!

安静的伟大 发表于 2010-1-27 14:50

学习学习

sino77 发表于 2010-1-27 15:07

有心人

zjnec 发表于 2010-1-27 15:35

drake 发表于 2010-1-27 15:51

技术贴子不多,顶上

wstbx2005 发表于 2010-1-27 16:26

ak47fans 发表于 2010-1-27 16:26

把发射角为180度的XP-E/XP-G 新封装的发光体居然定义为 125度的发射角
125度发射角可不是乱说的,是官方资料.{:1_221:}

yunhuiw 发表于 2010-1-27 16:42

如此好帖肯定要顶

战戈 发表于 2010-1-27 17:13


125度发射角可不是乱说的,是官方资料.{:1_221:}
ak47fans 发表于 2010-1-27 16:26 http://www.shoudian.org/images/common/back.gif



我本来手上就有6套这样的光杯的手电,因为发现其和其他的 底孔为5mm的 XP-G光杯 相比,亮度明显暗了很多~~所以我决定换掉5支的原因之一,最后一支因焊接安装过,没法退换了~~

刚刚去查了一下 官方是公布 125度射角的~~
但我认为这125度的射角不是以发光体中心为起点来计算,应该是封装的两边的边缘来计算125度夹角,因为XP-G的透镜封装仅仅比发光体大了一点点~~设计师们也在犯 光源是一个“点”的错误~~

这也就能解释了 为什么会变暗的原因~~同样支架本身就一个斜面,这斜面的角度是否合理地反射出光线还是一个未知数~~

fcy007 发表于 2010-1-27 17:26

好帖不顶不行啊

ak47fans 发表于 2010-1-27 17:26

红色就是之外的光,蓝色就是光斑部份

雀巢 发表于 2010-1-27 17:40

战戈想改行设计光杯?强人阿,虽然我不怎么玩手电了,但还是要帮顶一下

战戈 发表于 2010-1-27 17:49

战戈想改行设计光杯?强人阿,虽然我不怎么玩手电了,但还是要帮顶一下
雀巢 发表于 2010-1-27 17:40 http://www.shoudian.org/images/common/back.gif

呵呵 原来雀巢已经是中尉的了 厉害啊 ~~谢谢抽空来看我的谬论~~呵呵~~

战戈 发表于 2010-1-27 17:52

本帖最后由 战戈 于 2010-1-27 18:08 编辑

红色就是之外的光,蓝色就是光斑部份
ak47fans 发表于 2010-1-27 17:26 http://www.shoudian.org/images/common/back.gif

请问大侠:
这是什么光源的 发光角度特性图?
感觉上是XR-E的发光体,不知道有没有错?应用在XP-E/XP-G上是否同样合适?


还有这个图该该怎么去看? 能更具体点说明一下各种颜色部分的意思吗?
是不是大于120度的光线不应该去理会,让它自然地泛光,那么不就是白白浪费掉了吗?

曾银芝 发表于 2010-1-27 21:30

技术贴,支持。

ak47fans 发表于 2010-1-28 02:01



请问大侠:
这是什么光源的 发光角度特性图?
感觉上是XR-E的发光体,不知道有没有错?应用在XP-E/XP-G上是否同样合适?


还有这个图该该怎么去看? 能更具体点说明一下各种颜色部分的意思吗?
是不是大于120度的 ...
战戈 发表于 2010-1-27 17:52 http://www.shoudian.org/images/common/back.gif
这是XP-G发光角度特性图.
一般远射筒的光杯的径深比是60度左右,所有直接射到外面的光都是泛光(中间白色部份)
如果设计光杯能收集60度至125度的光那理论上光斑的光通量就是蓝色部份了.
红色部份就是失去的光.

Member 发表于 2010-1-28 07:49

远射和泛光永远是矛盾的一对,只能在中间找平衡点。

funder 发表于 2010-1-28 08:21

发光角度是接近180度,125度只是半强度辐射角。

funder 发表于 2010-1-28 08:22

光杯越大,光斑越小越集中,小光杯远射没戏,哪怕达到完美的精度也不行,这是由于发光体本身大小决定的。
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