手电筒聚光镜片对光线的驯服与引导

手电筒的核心光学任务，是将LED或灯泡发出的、向四周散射的杂乱光线，汇聚成一束方向性强的明亮光柱。这一任务主要由手电筒聚光镜片完成，其核心原理是光的折射与反射定律。
手电筒聚光镜片聚光利用折射弯曲光线。此类手电筒头部通常使用一块凸透镜。其原理类似于放大镜。当LED发出的光线从透镜一侧射入空气时，会发生折射。透镜的曲面经过计算。来自光源中心的光线垂直通过透镜时，基本不改变方向；而光源边缘发出的、与主轴成较大夹角的光线，在穿过透镜曲面时，会根据斯涅尔折射定律发生显著偏折。所有经过折射的光线被重新导向，在主光轴前方的一个区域相交，形成光斑。通过调整透镜的曲率、焦距以及与光源的距离，可以控制光斑的大小和汇聚强度，实现从泛光到远射的调节。
反光杯式聚光利用反射收集光线。这是更主流、效率更高的方式。反光杯内壁是一个高度抛光的抛物面。抛物面拥有一个几何性质，其焦点发出的所有光线，经抛物面反射后，反射光都将平行于其主光轴射出。手电筒的设计正是将LED芯片放置在反光杯的焦点位置。LED向后方和侧方发射的、原本会浪费掉的大部分光线，照射到反光杯的抛物面上，被反射后全部变为向前平行的光束。这很大地提高了光线利用率，形成了集中、照射距离远的核心光斑。现代手电筒常将两者结合，使用反光杯作为主聚光器，同时在顶覆盖一层平面或微透镜玻璃，并非用于聚光，主要起保护与防尘作用，有时也做柔光处理。
总结而言，手电筒的聚光，是通过精密的光学曲面，主动地驯服并重新规划每一条光线的传播路径，将无序的散射光转化为有序的平行光束，从而实现从照亮周围到照亮远方的跨越。