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為何使用反射杯設計的車燈,反射杯的尺寸無法絕對的縮小?

  很多人問我,使用自由曲面的反射杯,是不是可以把反射杯縮得很小? 答案是可以縮 但是不能絕對的縮,它是有一些物理限制的。
  以下是反射杯與LED大小的關係,藍色線是2mm LED 反射後的角度 ,紅色線是1mm LED 頭反射後角度,中間的紫色線是LED中心點發出的光線。所以當光源愈小,反射出的光線就愈聚光。
 


 
  接著我們可以看,相同LED 與 反射杯的距離的變化,對反射後的角度的影響。下圖是一顆LED 在 頂點至焦距 各為 5mm 7mm 9mm時,LED與反射杯的距離愈遠,表示反射杯的尺寸愈大,反射出的光線角度愈小。
  θ3(5mm)> θ2(7mm) > θ1(9mm)

 
  所以為何小反射杯的車燈,燈光感覺比較勻柔、比較渙散。但是,有車友會問,這樣不是比較好嗎? 其他都OK,但是要做明暗截止線就不好了,因為明暗截止線的部分,中心最亮點到暗區只有3.4度的緩衝,如果從40lux 要在3.4度降為< 2 Lux ,光線如果比較散,就不容易處理好,尤其是當中心點的亮度要提升到 更高的照度的時候,就會有更高的難度。
  
  
不過 有一個變通的方法,就是把光線往上折射,而非用傳統的思維讓光線往水平方向折射,來減少反射杯尺寸,而且LED本身是2π180度發光,而非4π360度發光,所以以3度空間來說,LED車燈反射杯還有另外的2π空間可以利用,像ROXIM RS3的反射杯設計方式(不要隨便仿冒,這是有專利的喔),所以,安裝這個車燈時要往下傾斜一個角度。

  當LED光源與反射杯的拋物面頂點的距離相同時,藍色的反射面反射出的光線是θ,紅色反射杯反射出的光線是0度。

兩個反射杯對LED可以有同樣的收光角度,但是尺寸是有很大的差異的。
同樣如果兩個反射杯的開口尺寸是相同的時候,那麼就如同前半段文章所述的,當LED與反射杯的距離增大,LED所發出的光線反射後的擴散角θ較小。下圖藍色反射杯與LED的距離就會比紅色的反射杯大,相對反射後的擴散角θ就比較小。

  這也就是新一代自行車燈的反射杯設計概念。不是加大反射杯的高度,而是增加反射杯的深度。

   當然除了這些上位的設計原理之外,還是需要自由曲面的CAD設計,才能正確的依需求,在適當的立體角度,反射出需要的光線,讓LED的光通量做最有效的分配運用。
 
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