【原创】LED透镜扫盲帖（关于大功率LED透镜的专业介绍）

steadylens

大家好，很高兴来到手电筒爱好者之家。
看了大家的很多关于透镜的帖子，发觉很多朋友对LED透镜很陌生，更有甚者有朋友将反光杯和透镜混为一谈，现将我司光学工程部的一篇原创文章拿来与大家分享。

【什么是LED透镜】
                          （本文版权属于：深圳市仁达光电有限公司──光学工程部  引用请注明出处）

前言：LED透镜即与LED联系在一起的密切相关的透镜，其他如照相机、望远镜等透镜不属于本文讲解范围，本文着重讲解PMMA材料之二次聚光大功率LED透镜。
一，LED透镜的材料种类：
1．        硅胶透镜；
a. 因为硅胶耐温高（可以过回流焊），因此常用于直接封装在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（化学名：聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力、有机玻璃）
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℃）；
3．        PC透镜
a. 光学级Polycarbonate（简称PC，化学名：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℃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。缺点是易碎、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°，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°，另外芯片还会有一些杂散光线，通过一次透镜可以有效收集chip的所有光线并可得到如160°、140°、120°、90°，甚至60°等所需要的出光角度；
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，但它们在应用时却密不可分；
   b 二次透镜的功能是将LED的大角度光（一般为90°～120°）再次聚光成5°～80°任意想要得到的角度,同时因为聚光角的缩小，从而使照度得到明显提高；
c 二次透镜的材料基本采用PMMA 、PC或玻璃。
   三，LED透镜规格分类
1．        穿透式（凸透镜）
a. 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸有两个曲面）时光线会反生折射而达到聚光效果，当调整透镜与LED之间的距离时角度也会发生变化（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，透镜侧面的一部份光线得不到利用（会出现不可避免漏光现象，目前的光学技术还无法对此问题提出可行性改善方案）；
b．一般应用在大角度（40°-80°）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出去，而这两种光线的重叠（角度基本相同）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、凸面或凹面等而得到不同光斑效果。
3，LED透镜模组(多头透镜)
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，更容易体现“大功率”等特点。
四，LED透镜的设计与模具加工
1．        首先取决于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、Lumileds、汉半、Osram、艾笛森、长森源等），其芯片结构与封装方式、光线特性等均会有所区别，从而造成同样的透镜搭配不同规格品牌LED时会所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导向），才能达成实际需要；
2．        利用光学设计软件（如Trace pro、CodeV、Zemax等）设计并进行模拟光学跑光，设计得到相应的光学非球面曲面；
3．LED透镜本身属于精密光学配件，故其对模具的精度要求极高，特别是透镜光学曲面的加工精度要达到 0.1μm、镜片偏心度要达到3μm 以內。一般对此类高精度模具的加工必须具有以下设备：超精密加工机（例如：PRECITECH  NANOFORM 350）、CNC 综合加工机、平面磨床、铣床、CNC 放电加工机、表面轮廓仪等。
4．模具最精密的部件在于光学模仁，首先选用专用模仁钢材，完成初胚，镀镍后再用超精密加工机进行非球面技术加工曲面。
五，LED透镜的用料及生产
1．        LED透镜作为光学级的产品，对透光性、缩水性要求极高。原材料一般采用高档光学级PMMA。目前为日本三菱PMMA材料为最好（三菱新开发的VH5比常用的VH001质量更高），同样是三菱的南通料就会稍逊一些；
2．        必须配备万级甚至更高级别的无尘车间，作业人员必须着防静电服装、戴手指套、戴口罩等，做好防静电、防尘措施，并且定期对车间做检验与清理；
3．        须有专业的光学注塑机（电动）如法拉克，东洋，海天，佳明等品牌功率在35T以上，并严格控制注塑温度、时间，以降低产品缩水率。另外，绝不能添加水口料重复利用，才能保证产品更符合设计方案；
4．        产品必须用防静电、防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须注意控制温度与湿度，并且最好不要存放超过一年以上。

从以上LED透镜的设计与生产过程来看，看似简单的LED透镜，从设计到成品，其对软件、硬件的要求都非常高，这也造成了市场上LED透镜的价格差异很大。从LED照明普及的美好前景来看，透镜做为LED照明灯具的配套产品，市场前景也将越来越好。


~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~全文完~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

[ 本帖最后由 surefire 于 2008-3-26 18:54 编辑 ]

全国粮票

顶起来慢慢欣赏!

frfq

高深，研究！研究！

钢铁路线

原来用透镜也有那个亮圈的啊？

黄师父

学习中，楼主最好弄点实物对照讲课。5度透镜卖吗？

JimmyZ

重点的光路图没有

steadylens

补了一张透镜的图。
回“钢铁路线 ”，黄圈这个问题是目前还没有很好的解决办法，因为CREE芯片的独特性，要将光斑做圆，角度做到5度这么小，已经是有了很大的突破了，技术是不断进步的。目前采用这款透镜的CREE手电筒已经有很多了。
回“8错 ”，呵呵，做广告不是主要的，主要是想知道这么多发烧友的心得、意见，便于我们改善，毕竟你们才是终端啊。
回“黄师父 ”，实物图补上。主要是交流，来向大家学习的，并不单卖的。：）
回“JimmyZ ”，你指的光路图是？

zzz

总算有生产厂家的人来了:lol
我呼吁这个 http://www.shoudian.org/viewthre ... p;extra=&page=2 菲涅尔透射镜几年了，没人理。能生产吗？不复杂的。

MO

支持一下，，，长见识了。

freeman

a. 光学级尼龙料Polycarbonate（简称PC，化学名：聚碳酸酯）



尼龙（PA）就是尼龙（PA），PC就是PC，什么叫尼龙料PC？作为工程部的文件出现这样的常识性失误恐不应该啊

steadylens

回“zzz ”，菲涅尔透镜很多厂家都会生产了，你链接的那个菲涅尔，单从外形来看，做得非常漂亮，光斑效果也非常好。能做到这么好的厂家并不多，说老实话，我们也还在研发阶段，只是在杯形透镜的基础上有加菲涅尔处理，光斑效果还不是很理想，还要继续改善。另，此款在欧美国家甚为流行，以及小日本用量较大，国内需求不多。

ddsse

好好学习,天天向上.

steadylens

原帖由 freeman 于 2008-3-26 08:51 发表

                               
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a. 光学级尼龙料Polycarbonate（简称PC，化学名：聚碳酸酯）



尼龙（PA）就是尼龙（PA），PC就是PC，什么叫尼龙料PC？作为工程部的文件出现这样的常识性失误恐不应该啊 ...

非常感谢你的批评指正。此篇文章是我司光学工程部几个光学工程师编写的，愿意是想对透镜有一个较为详尽的解释，让客户更多了解透镜常识，并未做为正规的公司文件存档及专业期刊等发布。但犯了这个常识性错误是不可原谅的。
再次感谢。

[ 本帖最后由 steadylens 于 2008-3-26 09:33 编辑 ]

88:88:88

知识贴！！！！赞一下！

qblee

应该来个和反光杯的对比光斑图,这样更直观些.

若水

不错。这样普及哪怕有点广告性质大家也欢迎。
我们需要也拥护愿意钻研的人。

好像有点上纲上线。:L

carsonweng18

还是看完了，谢谢

晕鱼

有光斑比较图吗?