一 LED 透鏡的材料種類：
1.硅膠透鏡;a.因?yàn)楣枘z耐溫高(也可以過回流焊),因此常用直接封裝在LED芯片上;b.一般硅膠透鏡體積較小,直徑3-10mm;
2,PMMA透鏡a.光學(xué)級(jí)PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,俗稱：亞克力)b.塑膠類材料,優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高(可以通過注塑完成);透光率高(3mm厚度時(shí)穿透率93%左右);缺點(diǎn)：耐溫70%(熱變形溫度90度,為了配合PMMA所能承受的溫度范圍,采用PMMA燈罩 時(shí)往往必須考慮增加光源和燈罩的距離或是降低光源的輸出功率);
3.PC透鏡a.光學(xué)級(jí)尼龍料Polycarbonate(簡(jiǎn)稱PC)聚碳酸酯b.塑膠類材料,優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高(可以通過注塑完成);耐溫高(130度以上);缺點(diǎn)：透光率稍底(87%);
4.玻璃透鏡光學(xué)玻璃材料,具有透光率高(97%)耐溫高等特點(diǎn),缺點(diǎn)：易碎、非球面精度不易實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)效率低、成本高等。
二 LED透鏡的應(yīng)用分類
1.一次透鏡a.一次透鏡是直接封裝(或粘合)在LED芯片支架 上,與LED成為一個(gè)整體;b.LED芯片(chip)按理論發(fā)光是360度,但實(shí)際上芯片在放置于LED支架上得以固定及封裝,所以芯片最大發(fā)光角度是180度,另外芯片還會(huì)有一些雜散光線,這樣通過一次透鏡就可以有效收集chip的所有光線并可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度(不同需要)的出光角度;c.一次透鏡多用PMMA或硅膠材料。
2.二次透鏡a二次透鏡與LED是兩個(gè)獨(dú)立的物體,但它們?cè)趹?yīng)用時(shí)確密不可分;b二次透鏡的功能是將LED的大角度光(一般為90-120度)再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度;c二次透鏡材料大都用PMMA或玻璃。
三 LED透鏡規(guī)格分類
1.穿透式(凸透鏡,單凸透鏡凸面的曲率半徑用下面的公式計(jì)算：1/r1-1/r2=1/f(n1-1)其中f-透鏡焦距,r1,r2-分別為透鏡兩表面的曲率半徑。nl-透鏡材料的折射率。當(dāng)某表面為平面時(shí),曲率半徑為無窮大。)a.當(dāng)LED光線經(jīng)過透鏡的一個(gè)曲面(雙凸有個(gè)曲面)時(shí)光線會(huì)反生折射而聚光,而且當(dāng)調(diào)整透鏡與LED之間的距離時(shí)角度也會(huì)變化(成反比),經(jīng)過非球面技術(shù)設(shè)計(jì)的曲面光斑將會(huì)非常均勻,但因?yàn)橥哥R直徑的局限性,透鏡側(cè)面的光線得不到利用(漏光);b.一般應(yīng)用在大角度(40-80度)聚光,如臺(tái)燈 ,路燈,室內(nèi)燈具 等;
2.全反射式(錐型或叫杯型)a,透鏡的設(shè)計(jì)在正前方用穿透式聚光,而錐形面又可以將側(cè)光全部收集并反射(反射材質(zhì))出去,而這兩種光線的重疊(角度相同)就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果;b.也可在錐形透鏡表面做些改變,可設(shè)計(jì)成鏡面、磨砂面、珠面、條紋面、螺紋面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。
3,LED透鏡模組a.是將多個(gè)單顆透鏡通過注塑完成一個(gè)整體的多頭透鏡,按不同需求可以設(shè)計(jì)成3合1、5合1甚至幾十顆合一的透鏡模組;b.此設(shè)計(jì)有效節(jié)省生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的一致性,節(jié)省燈具 機(jī)構(gòu)空間,更容易實(shí)現(xiàn)“大功率”等特點(diǎn)。
四 光損失斟酌
1.有泡殼、透鏡的燈具其光通量實(shí)際要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的光分布,還需考慮外殼、透鏡的透過率、溢出光損失等因素。而泡燈或作普通照明 用大功率需要用透鏡將平行光束進(jìn)行擴(kuò)散處理,來滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。為使光學(xué)效果更加合理,設(shè)計(jì)中應(yīng)將燈具外罩分割成矩形小單元,這樣做的目的在于打碎光波的波面,使產(chǎn)品產(chǎn)生均勻的外觀效果。在每個(gè)小單元中,采用橢球面,因?yàn)樵撁婢哂兴胶痛怪眱蓚€(gè)方向的弧度,從而可以在兩個(gè)方向上用不同的曲率半徑達(dá)到不同的擴(kuò)散效果。其根本目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足,合理利用光通量,實(shí)現(xiàn)均勻、高效的光分布。
實(shí)際上泡燈類的外殼就是PC料(注塑完成),球形、梨形、筒形的泡殼都是非小單元、非平面的整殼,光損失很大、光角度偏小。
2.因?yàn)橥哥R的一個(gè)表面為具有水平和垂直兩個(gè)方向曲率半徑的曲面,所以可以使入射光在水平方向和垂直方向都得到擴(kuò)散。鑒于兩個(gè)方向的曲率半徑相互獨(dú)立,所以可以根據(jù)要求,分別調(diào)節(jié)兩個(gè)曲率,使得光輸出在兩個(gè)方向上得到不同程度的擴(kuò)散。因此,使用雙向曲率曲面構(gòu)成的透鏡,可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求更自由地分配光輸出,更高效地利用光通量,減少不必要的浪費(fèi)和眩光。此外,由于使用的是光滑過渡的曲面,燈具有均勻過渡的光分布和良好的外觀。完全透明的PMMA燈飾 或燈罩會(huì)在光源的中心造成眩目或刺眼的弦光,但是亮度在光源外圍卻迅速減少。很多社交場(chǎng)合與作業(yè)環(huán)境的照明必須排除這種令人不快的氣氛或是盡量減少引起眼睛不適的光源。
3.每個(gè)透鏡單元在本體上的投影為矩形,從而使各單元能緊密、整齊地排列。平行入射光束經(jīng)過透鏡單元的折射作用,在水平方向形成左右對(duì)稱的均勻擴(kuò)散,在垂直方向形成向下偏折的均勻擴(kuò)散。通過調(diào)整一組透鏡中各單元的大小和兩個(gè)方向的曲率半徑,調(diào)配出射光通量在不同立體角范圍內(nèi)的分布,達(dá)到設(shè)計(jì)要求的光分布。
鑒于入射曲面的作用是使光線發(fā)生偏折形成擴(kuò)散,產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具體每組透鏡的單元個(gè)數(shù)、單元大小、曲率半徑等都可以結(jié)合實(shí)際情況而變化。實(shí)際情況是大功率用透鏡的透鏡上的內(nèi)紋(為分割小單元)都由廠家做好,選用時(shí)只考慮透鏡高度、角度、材質(zhì)這些。
4.我們選擇將光源放于透鏡焦點(diǎn)的內(nèi)側(cè),光源離透鏡越遠(yuǎn),透鏡收集到的光源光通量越少,因而透鏡系統(tǒng)的效率越低,根據(jù)單凸透鏡的計(jì)算公式：r=(nL-1)f。其中r•凸面曲率半徑,nL•透鏡材料折射率,f•透鏡焦距在選定透鏡材料的情況下,焦距越大,曲率半徑越大。在同樣透鏡孔徑•••的條件下,曲率半徑越大,透鏡越薄。而透鏡越厚,像差會(huì)越明顯,從而影響使用效果。因此,盡可能選擇焦距較大的透鏡。同時(shí),焦距的增大,光學(xué)系統(tǒng)尺寸的增加,因此,透鏡的焦距也不可以一味追求最大。由于透鏡厚度不是很大,因此沒有采用菲涅耳透鏡,避免增加加工的繁瑣性和成本。
