FH1A 設計思考

開始設計前，先觀察光源在近場的照度分布情況，由 LightTool 光學模擬 可以清楚的看出面光源在近場下的照度分布，圖(4.3-1)為光要進入到透鏡時的 照度分布，圖(4.3-2)為光離開透鏡的分布，可以依據此結果，可以了解光場的 分布情形，當作之後設計的參考依據。

圖(4.3-1)光進入透鏡的照度分布

圖(4.3-2)光離開透鏡的照度分布

因為機構的不同，而限制了我們的設計，由圖(4.3-3)可以看出，部分大角 度的光線經過透鏡會被機構卡住，這些光將會被浪費掉，所以在開始設計時，分 成兩個部分設計 1.大角度光線收光設計 2.小角度光線聚光設計。

圖(4.3-3)機構阻擋光線

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大角度設計估算

幾何關係，如圖(4.3-4)，進行評估大角度的極限，進行大角度的設計，由 幾何關係 33.7⁰為大角度的極限，計算如下，大於此角度的光是無法打在接收器 上，這些光被浪費，所以透過光學透鏡的設計，將光收進接收器目標區域，達到 有效的運用，然而在利用之前在近場中場型分布進行評估如下。

= 度

圖(4.3-4)幾何關係圖 評估

以遠場極限 33.7⁰設計出發，先設計大角度可以應用的範圍，如圖(4.3-5)，

將接收器設定在光進入透鏡的表面，經過光學模擬，再由接收器上照度分布的情 形，可以知道直徑 0.65mm 內的光是可以打距離 1000mm 的接收器內，但在此時會 發現這是遠場的情況，有部分評估是有瑕疵的，所以對此角度進行近場修正。

圖(4.3-5)大角度的極限在近場下評估

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在近場的情形下，提出兩個修正: 1.光源為面光源。 (在遠場下視為點光源) 2.面光源的強度為均勻分布。

由這兩個修正，所以必須對大角度極限重新估算，光源的面積為 1mm x 1mm，

所以取直徑 1.6mm 作為大角度收光設計的起始點，如圖(4.3-6)近場照度圖、近 場修正。

圖(4.3-6)近場下做修正

修正之後，在面光源的最邊緣(0.5mm)至第一個收光面角度為 31⁰，此設計收 光角度由 31⁰至 58⁰，不會有小於 31⁰的光經過此設計面，這樣就能確定出全反射 角的極限，推算出大角度收光角修正極限後，進行大角度收光設計。

有效光照區大小的釐清，因為被要求的接收器為矩形(1063mmX808mm)，但是 在設計的透鏡時以圓型對稱為主，光打在接受器上的照度為圓形分布，所以為了 讓接收器上的照度均勻，所以要修正有效光照區大小，才能達到設計目的，如圖 (4.3-7)，修正過後大小，直徑 1335.2mm。

圖(4.3-7)有效接收器大小

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透鏡設計將光分成兩個部分大角度與小角度後，開始設計以大角度收光先 進行著手設計，大角度的光在閃光燈設計裡面是重要的一環，大角度的光會被機 構所擋住而浪費掉的，如果可以收進來，想必一定有會大大提升接收器上的光能 量，增加整體的照度。大角度收光設計方法，如圖(4.3-8)所示，利用全反射原 理光進入到介質中設計一全反射面，光會因為設計全反射面的不同，全反射角度 也不同，大角度的光不被機構所阻擋、且可以調整光往我們設計的方向前進。

圖(4.3-8)全反射面設計

知道如何利用大角度收光，接下來探討光行進的目標，收進來的光如何應用，

起始設計將光線集中在接收器的邊緣地方，提升四個角的照度，增加均勻度，大 角度的光集中在邊緣是容易的，由圖(4.3.1-)，可以看到將剛剛設計的結果，光 線往最邊緣集中，達到設計得目的，使用 LightTools 軟體中的光線追跡(NSray) 功能當作參考依據，設計的全反射面為圓對稱系統，符合圖(4.3-5)有效接收器 大小。

圖(4.3.1-2)光線集中在接收器邊緣

小結:從剛開始的光源特性和透鏡機構介紹、進行裸光模擬評估，推算出設 計目標值，再來進行設計前的理論分析、設計思考、模擬評估，事前的準備工作 是重要的，決定我們設計的架構方向與達到目標的方法，準備工作完成，可以開 始著手進行手機閃光燈光學設計。

參考光線 全反射面

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