为什么设计一个好的XP-E/XP-G手电反光杯就这么难？

战戈

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

哈哈这个帖该顶!

安静的伟大

学习学习

sino77

有心人

drake

技术贴子不多，顶上

ak47fans

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

如此好帖肯定要顶

战戈

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

                               
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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

好帖不顶不行啊

ak47fans

红色就是之外的光，蓝色就是光斑部份

雀巢

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

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

                               
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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

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

                               
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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

技术贴，支持。

ak47fans

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

                               
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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

远射和泛光永远是矛盾的一对，只能在中间找平衡点。

funder

发光角度是接近180度，125度只是半强度辐射角。

funder

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。