关于近期争论的口径定律及其感性推导
本帖最后由 ramboo7 于 2013-9-10 23:05 编辑前言：FUNDER的说法是对的，可惜他不是一个善于表达的人。下面我尽量用语言，而不是数理化来解释口径定律。
口径定律是推导出来的，不是实验出来的，但这个定律可以预测现实中的照明装置（乃至电磁波发射装置）的远射能力。
首先弄清楚什么是手电远射能力
即：远处（远大于口径）的中心斑的照度（与光通量、光斑大小不成正比）。
例如采用提升核心面积来提高光通量，会使光斑变大，但亮度不会提升。
那么这个中心斑亮度如何提升？
1.新手思维推导：
控制光线角度，中心光柱越平行远射越好，最好完全平行，这样远射就无敌了。
误区：他们忽略了LED实际上是有面积的，也就是说，现使用任意结构的投影装置（光杯？透镜？蛙眼？天文望远镜？），在LED发光体上取A、B两个点，A、B两点发出的光线在进入投影装置（上的某一点）前，已经是不同角度的，射出后也会形成不同角度的光线。所以面积越大的核心，中心斑发散得越利害。
这里有人会问：有没有这么一种复杂的装置，使（无数）不同角度的进入光线，射出后变成相同角度的光线？
答案：根据光路可逆的原理，不存在这样的装置。
关于中心光柱：中心光柱实质不是平行光，举例光杯来说，对于正前方的目标，光杯都把自身各处虚拟成发光体的象（黄水），这些虚拟的发光体发出光线交集，成了中心光柱。多头手电实际上是用更多的真实LED和更多的光杯虚拟出更多的黄水面积，虽然光斑会更模糊，但照度却是1+1=2般。2.口径定律的推导：假如我们把一只手电的中心光柱射过一块空地，打中一个照度计，那么从照度计的角度看来，它所看到的手电是什么样子？它会看到这个样子：有一个发光的LED在发射光线，由于有光杯的关系，它看到的发光面积（虚像）相比只有单独一颗LED的时候大得多，它显示出的读数也会比没有光杯的时候更大。那么，提升照度计读数最显然易见的办法是提升手电的正面面积，也就是提升光杯面积，几乎等于提升光杯口径。也有人会这样说：不提升照度计眼中看到的发光体虚像大小，但提升虚像的亮度也行啊。答案：这涉及到制造工艺问题，由于反射光杯的发射率超过了90%，虚像亮度实质非常接近原LED亮度，不更换发光体的情况下，提升空间极其有限。有人问：那加深呢？答：当出现正面充满黄水的现象后，虚像的大小已经到了极限，提升反射强度也极其有限，加深又不能提升虚像大小。有人问：改变投影装置的结构（光杯？透镜？蛙眼？天文望远镜？）？答：无源投影装置是无法提升像的亮度，要有源的才能（例如夜视仪）。这里人们很容易从生活中推出误解。例如白天，放大镜下的一只蚂蚊，它被烧死前，透过放大镜看到了一个更亮的太阳吗？非也，它看到了一个巨大的太阳。3.实践&变量现实中A.防空探照灯的深径比很浅，但口径却非常惊人B.眼睛欺骗了谁？很多时候有一些手电，例如早期常出没的深筒“战斧”，它与C8同口径，超深，照出一个又小又亮的中心斑；小口径调焦手电也是如此，好像应验了加深定律。对吗？由于人眼的适应能力非常强大，对于有限度的亮度提升往往会根据环境调节，对于中心斑的亮度往往会以泛光和光斑大小作对比。通常用照度计测量，这些手电的中心斑没有明显强于同口径的光杯。C.有人说，用同口径不同深径比的光杯，再用照度计测，有提升哦。看了这些实验的数据，提升读数非常小，远不及深径比变化大，我通常把这些差别归于制造工艺上的差别。而提升口径的效果是非常明显的。D.加深后光线到哪里去了？假设有一空心球体，内部由镜面组成，在里面打开一支手电，再把球体开打穿一个小孔，那么所有光线会从这个小孔里像激光一样射出来吗？想想也不是，那是全范光E.同口径不同结构效果预测a.单核光杯，作为标准。b.透镜，无特殊情况下，等于a丧失泛光，中心照度一样，可变焦。c.蛙眼透镜，虚像大小无变化，但看到像的角度变大了，中心照度不变，中心斑变大。d.多核心，假如正面合计黄水面积不变，中心斑照度不变，中心斑变大。
最后，应用方面。
当一个光杯可以充满黄水后，那它就不必再加深了，一般来说，0.5的深径比则足已
在改进便携性方面，我们可以据此为依据，用最大的口径所符合的最小深度来造灯头，在提升远射能力的同时减小体积。必要时可以牺牲光杯底部的照射面（如上图），在减少体积的同时尽可能保持投影面积
可以插楼了？ 尽管这样，也需要一定物理基础才能理解。 物理的語言是數學
其他的語言都無法精確的描繪 对此存有疑问，
1. 虚像的亮度接近原LED的亮度，是指整个的虚像的亮度，还是单位面积的虚像的亮度？
2. 再大的口径，如果过浅，大部分光线从正面不经反射直接逸出，光杯只能反射少量的LED光线，而这个少量光线又分布在较大直径上。很难想象这个大直径的少量光线会比小直径的更多光线会更亮 防空探照灯用的是电弧发光(HID)或灯泡,光杯浅,用LED光杯浅能行吗? 焦外 发表于 2013-9-10 23:03 static/image/common/back.gif
对此存有疑问，
1. 虚像的亮度接近原LED的亮度，是指整个的虚像的亮度，还是单位面积的虚像的亮度？
2. 再 ...
1.单位积亮度
2.这是一个很好的误导发问。
首先“大”的前提是能使全部形成虚象（黄水），对于60mm口径的手电，0.5深径比则足已。希望不要有神人再强调0.1或0.000000001什么的平面镜，那是不能形成黄水的。对于能形成黄水者，再加深除了加大体积外没什么用。
对于漏光的问题。由于光杯是抛物钱，越往两边上升越快，所以越大的光杯深径比反而会越大。也就是说，一个直径10米的光杯，一个5厘米的光杯，10米光杯的深径比会更大，接受更多的光。
此话题的重点是，在手持体积里，大家无必要再用0.9乃至于1.X加深光杯了。
fong锋雲yun 发表于 2013-9-10 23:13 static/image/common/back.gif
防空探照灯用的是电弧发光(HID)或灯泡,光杯浅,用LED光杯浅能行吗?
形成有效虚像即可，不要再纠结那个平面镜光杯了。
若你真要采用那个近似平面镜，也行！采用反投结构，那样焦点会变得非常长！类似于牛反天文望远镜，灯头有一大部分是空的。
想再短点？也行！采用马卡式天文望远镜结构。
这两种望远镜都有一个非常平的反射镜------来满足你非要采用极端深径比
ramboo7 发表于 2013-9-10 23:20 static/image/common/back.gif
1.单位积亮度
2.这是一个很好的误导发问。
首先“大”的前提是能使全部形成虚象（黄水），对于60mm口径的 ...
单位面积亮度都和原来LED亮度一样了，那 多出来的那么大面积的亮度，能量从哪里来的呢？
用望远镜都知道，放大倍率越高，出光瞳越小，看出去的亮度越低。
支持楼主。反光杯就是杯，而不是盘子 不是镜子，小于一定深径比 反射比例减少，这不是废话吗？别人会不懂吗？讨论就结合实际，在一个层面谈，忽略废话 把光杯看作一个（反转的）凸透镜有助于理解 对于手电这种体积有较大限制的，只能是在深径比和口径两个参数上找平衡点。 焦外 发表于 2013-9-10 23:33 static/image/common/back.gif
单位面积亮度都和原来LED亮度一样了，那 多出来的那么大面积的亮度，能量从哪里来的呢？
用望远镜都知道 ...
1•射向这个角度的光线能量，从射向别的角度反射来。
具体表现为外界看到真实led的角度减少（被光杯挡住了）。
2•望远镜的象跟这个不是同一个性质的东西。
或者我可以这样回答：采用外星技术完美工艺制作两个相同口径的理论型望远镜，对准led发光体，若看到的led占满或大于整个视野，从目镜射出的光通量一样
其它条件相同的前提下，光杯越深聚光越好，但是到达某个深径比数值时，再加深提升的效果不明显。当然，这是针对发光角度小于180°的led。 ramboo7 发表于 2013-9-10 23:20 static/image/common/back.gif
1.单位积亮度
2.这是一个很好的误导发问。
首先“大”的前提是能使全部形成虚象（黄水），对于60mm口径的 ...
大家的讨论都有些走极端了!我这篇内容主要是描述深径比与反射比例,顺便讨论深径比与远射,我的本意是太浅的光杯远射不行,太深的光杯没有必要,远射光杯要有适当的深径比,至于多浅为浅,多深为深,多少合适,仁者见仁智者见智!我举的0.1走极端了,现实中LED(泡子筒和HID除外)手电的深径比基本上没有低于0.5没有高于1.5的,大多在0.8-1.2之间,远射主要取决于口径,肯定口径越大远射越好!许多远射手电的光杯口径都在50毫米以上,要是口径做成100毫米甚至200毫米那样远射将牛得一塌糊涂,但这么大的能拿在手上吗?还叫手电吗?光杯超过80毫米拿在手上根本就不称手了.至于多少为过浅多少为过深我得出的也只是个大约范围,与现在生产出来的远射手电也基本吻合,0.8-1.2深径比的根本没必要讨论深径比影响,55毫米的肯定比50毫米,60毫米肯定比55毫米远射强.我最想知道的是口径差不多的深径比0.6左右和1.1左右在实际使用中远射到底有多大差别? FUNDER前辈有句话说得好，大概意思是如果没有基本的理科基础，是很难理解这些的。
所以我浅显的认为，理解的人理解就好，那些不理解的，说再多也不会理解。
ramboo7 发表于 2013-9-10 23:20 static/image/common/back.gif
1.单位积亮度
2.这是一个很好的误导发问。
首先“大”的前提是能使全部形成虚象（黄水），对于60mm口径的 ...
实践是检验真理的唯一标准!
多去查查一些远射筒的光杯数据.
"对于60mm口径的手电，0.5深径比则足已,在手持体积里，大家无必要再用0.9乃至于1.X加深光杯了。"这话太绝对了吧!
fong锋雲yun 发表于 2013-9-11 00:37 static/image/common/back.gif
实践是检验真理的唯一标准!
多去查查一些远射筒的光杯数据.
"对于60mm口径的手电，0.5深径比则足已,在手 ...
远射筒的灯头是很巨形的，增大或减少长度将对便携性有重要影响。
若无法明显加强性能的同时，加深将严重影响便携性，或者说不如把这些体积加在口径上。
国内手电商数值虚标非常严重，论坛里的带照度计评测帖最具指导性。
fong锋雲yun 发表于 2013-9-11 00:14
大家的讨论都有些走极端了!我这篇内容主要是描述深径比与反射比例,顺便讨论深径比与远射,我的本意是太浅 ...
楼主说的很清楚了,同口径,满黄水,深径比变化对远射影响很小 而0.5深径比已能满黄水,所以… 学习了。。 好教程好教程