【超级聚光透镜手电的分析帖】【透镜手电的扫盲帖】

发烧友 · 发表于 2007-8-10 21:30

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图二是Rebel的LED的发光角度和发光强度分布图，可以看到LED的发光强度与角度及其关系密切，只有正前方大概 90度的区域才可以有不错的光强度，一旦超过100度，强度下降及其厉害。而光杯恰好是处于90度的角度之外的工作区域。所以大家可以看到，就算很好的很深的光杯也只能汇聚大概30％的光线向前方平行发出，剩下的 70％的光线都跑到泛光区域去了，浪费了很多光线。所以A8号称 210LM最高光通量，充其量光斑区只有60－70LM左右。

我解析一下为什么用公式计算出来的A8的光斑有117.75光通量先：
由于大家从图上可以看出，光杯聚光都是平行输出的，而正前方的投射到光斑区域的没有经过反射的光大家几乎差不多达到95％以上的强度，所以，不管这里。我们来分析一下光杯反射到光斑区域的光。由于越接近光斑中心的反射光是从角度最大的发射角反射出来的光，也就是说强度是最弱的，而接近光斑边沿的反射光是角度最少的反射光，也就是强度最大的反射光。这样在光斑上面就产生一个梯度。越接近中心的光斑就越暗，越接近光斑外围的光就强度越大，所以A8号称1米处的照度是 15000lux以上，如果用公式计算：一米处光斑的光通量就有：15000×3.4×0.05×0.05＝117.75LM，但是由于光斑的照度式不均匀的，无法用公式来计算整个光斑的光通量，除非用上微积分，但是我没有这个微积分的公式，我只能从另外的角度来计算。
我的方法式这样，直接从Rebel的LED的光强度和角度的分布图来定量估计，大家可以看出，光杯在Rebel的发光角度和发光强度分布图里面的工作区域只是占总的光强分布图的大概30％，就是说光杯汇聚的总光通量最多就是总光通量的30％，如果按照A8式210LM计算，就是 70LM的汇聚量。所以，A8的光斑总光通量我估计为60－70LM。

我们再来看透镜的工作情况：
图四已经很客观得反映了透镜几乎汇聚了70％的LED光强度最强的最小角度发出光，这些光经过非球面透镜可以很完美的直接平行投射到光斑上面去，虽然也不是很均匀，但是总量已经很高了。如果透镜参数更加完美的话，几乎可以汇聚90％上的光线，这样计算光斑的总亮度就是189LM，189LM大概就是 60LM的三倍左右的亮度。

至于“泛光”，只要把透镜与LED的距离拉近，LED的光线马上进入发散状态，而这时候的透镜收集的LED的光线会更多。这时候的“泛光区”就很可观的亮度了。

还有一点注意的：就是这里用发射角度很大的Rebel做的示例，但是A8是CREE的，大家知道CREE的发散角度更小，也就是说，我这里推算的A8的光斑光通量应该小于60－70LM，而我的透镜汇聚的光通量应该大于 189LM，见图一

想到一个可以简单构建能量分布的分布图的方法。就是把我引用的图作为一个平面，沿着0度的直线旋转一周成为一个立体的光通量分布图，这样就可以比较直观看到发射角的前端90度开角仍然在总光通量中占据着绝对的大部分。这样就可以很简单弄清楚了funder的“90度虽然单位面积辐射量最少，但是面积最大，0度虽然辐射最强，但是面积最小。两者综合的结果虽然没有直接给出”这个问题了！

这样的话很容易知道透镜依然可以很简单就汇聚70％以上的光线了！

旋转一周增益最大的是距离轴线最远的部分，这部分就是面积最大得90度部分，这就是最大面积得增幅，反而角度最强的部分增益就最小！就算90度的光线增益最强，可是所围成的体积还是远远比不上小角度的光线部分的光通量啊

从角度光强所占的体积就知道这个角度所对应的总光通量了
如果再不明白，我把CREE的十字坐标拿出来看吧，Rebel的极坐标不太好明白！
下图就是CREE的十字坐标，只要沿着0度纵轴线旋转一周，对应的角度的光强×“旋转所围成的面积”就是各自对应的总光通量，可以从体积上面直观体现出来，这时候就算是面积最大的大角度泛光部分也不会占有多少体积的总光通量了。（横坐标是角度，纵坐标是光强，旋转所围成的面积就是各自角度光线的各自的总面积，体积就是总光通量的分布）

全部分析完毕！请大家指正！！

我估计1A电流的Q2聚光最好的时候可以达到100米清晰看新华字典的程度，大光斑状态可以清晰照亮5米外4米直径的物体！

CREE的光强与角度的分布图