LED透镜分类及光损失详细介绍

ledpan · 发表于 2016-2-18 12:32:16

一，LED透镜的材料种类：
1、硅胶透镜；
      a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上；
      b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm；
2、PMMA透镜
      a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）
      b .塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）；缺点：耐温70%（热变形温度90度，为了配合PMMA所能承受的温度范围，采用PMMA灯罩时往往必须考虑增加光源和灯罩的距离或是降低光源的输出功率）；
3、PC透镜
      a. 光学级尼龙料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；耐温高（130度以上）；缺点：透光率稍底（87%）；
4、玻璃透镜光学玻璃材料，具有透光率高（97%）耐温高等特点，缺点：易碎、非球面精度不易实现、生产效率低、成本高等。

二，LED透镜的应用分类
1．一次透镜
      a. 一次透镜是直接封装（或粘合）在LED芯片支架上，与LED成为一个整体；
      b. LED芯片（chip）按理论发光是360度，但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装，所以芯片最大发光角度是180度，另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次透镜就可以有效收集chip的所有光线并可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度；
      c. 一次透镜多用PMMA或硅胶材料。
2．二次透镜
      a.二次透镜与LED是两个独立的物体，但它们在应用时确密不可分；
      b.二次透镜的功能是将LED的大角度光（一般为90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度；
      c.二次透镜材料大都用PMMA或玻璃。
三，LED透镜规格分类
1．穿透式（凸透镜，单凸透镜凸面的曲率半径用下面的公式计算：１／ｒ１－１／ｒ２＝１／ｆ　（ｎ１－１）其中ｆ－透镜焦距, ｒ１，ｒ２－分别为透镜两表面的曲率半径。ｎｌ－透镜材料的折射率。当某表面为平面时，曲率半径为无穷大。）
      a. 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸有个曲面）时光线会反生折射而聚光，而且当调整透镜与LED之间的距离时角度也会变化（成反比），经过非球面技术设计的曲面光斑将会非常均匀，但因为透镜直径的局限性，透镜侧面的光线得不到利用（漏光）；
      b．一般应用在大角度（40-80度）聚光，如台灯，路灯，室内灯具等；
2．全反射式（锥型或叫杯型）
      a.透镜的设计在正前方用穿透式聚光，而锥形面又可以将侧光全部收集并反射（反射材质）出去，而这两种光线的重叠（角度相同）就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果；
      b．也可在锥形透镜表面做些改变，可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。
3．LED透镜模组
      a. 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜，按不同需求可以设计成3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模组；
      b. 此设计有效节省生产成本，实现产品品质的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现“大功率”等特点。
四，光损失斟酌
1．有泡壳、透镜的灯具其光通量实际要满足标准要求的光分布，还需考虑外壳、透镜的透过率、溢出光损失等因素。而泡灯或作普通照明用大功率需要用透镜将平行光束进行扩散处理，来满足标准的要求。为使光学效果更加合理，设计中应将灯具外罩分割成矩形小单元，这样做的目的在于打碎光波的波面，使产品产生均匀的外观效果。在每个小单元中，采用椭球面，因为该面具有水平和垂直两个方向的弧度，从而可以在两个方向上用不同的曲率半径达到不同的扩散效果。其根本目的是克服传统技术的不足，合理利用光通量，实现均匀、高效的光分布。
实际上泡灯类的外壳就是PC料（注塑完成），球形、梨形、筒形的泡壳都是非小单元、非平面的整壳，光损失很大、光角度偏小。
2．因为透镜的一个表面为具有水平和垂直两个方向曲率半径的曲面，所以可以使入射光在水平方向和垂直方向都得到扩散。鉴于两个方向的曲率半径相互独立，所以可以根据要求，分别调节两个曲率，使得光输出在两个方向上得到不同程度的扩散。因此，使用双向曲率曲面构成的透镜，可以根据设计要求更自由地分配光输出，更高效地利用光通量，减少不必要的浪费和眩光。此外，由于使用的是光滑过渡的曲面，灯具有均匀过渡的光分布和良好的外观。完全透明的PMMA灯饰或灯罩会在光源的中心造成眩目或刺眼的弦光，但是亮度在光源外围却迅速减少。很多社交场合与作业环境的照明必须排除这种令人不快的气氛或是尽量减少引起眼睛不适的光源。
3．每个透镜单元在本体上的投影为矩形，从而使各单元能紧密、整齐地排列。平行入射光束经过透镜单元的折射作用，在水平方向形成左右对称的均匀扩散，在垂直方向形成向下偏折的均匀扩散。通过调整一组透镜中各单元的大小和两个方向的曲率半径，调配出射光通量在不同立体角范围内的分布，达到设计要求的光分布。
鉴于入射曲面的作用是使光线发生偏折形成扩散，产品设计中具体每组透镜的单元个数、单元大小、曲率半径等都可以结合实际情况而变化。实际情况是大功率用透镜的透镜上的内纹（为分割小单元）都由厂家做好，选用时只考虑透镜高度、角度、材质这些。
４．我们选择将光源放于透镜焦点的内侧，光源离透镜越远，透镜收集到的光源光通量越少，因而透镜系统的效率越低，根据单凸透镜的计算公式：ｒ＝（ｎＬ－１）ｆ。
      其中ｒ—凸面曲率半径，ｎＬ—透镜材料折射率，ｆ—透镜焦距；
在选定透镜材料的情况下，焦距越大，曲率半径越大。在同样透镜孔径Φ的条件下，曲率半径越大，透镜越薄。而透镜越厚，像差会越明显，从而影响使用效果。因此，尽可能选择焦距较大的透镜。同时，焦距的增大，光学系统尺寸的增加，因此，透镜的焦距也不可以一味追求最大。由于透镜厚度不是很大，因此没有采用菲涅耳透镜，避免增加加工的繁琐性和成本。

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