透镜基本概念

透镜是根据光的折射规律制成的。透镜是由透明物质（如玻璃、水晶等）制成的一种光学元件。透镜是折射镜，其折射面是两个球面（球面一部分） ，或一个球面（球面一部分）一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。透镜一般可以分为两大类：凸透镜和凹透镜。中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜，

有双凸、平凸、凹凸三种；中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜，有双凹、平凹、凸凹三种。

LED 透镜即与 LED 紧密联系在一起的有助于提升 LED 的出光效率、改变 LED 光场分布的光学系统。透镜主要用于LED 冷光源系列产品的聚光，导光等。LED 透镜根据不同 LED 出射光的角度设计配光曲线，通过增加光学反射，减少光损，提高光效。

一.LED透镜的材料分类

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、挤塑完成）；透光率高（3mm 厚度时穿透率93% 左右）；缺点：温度不能超过80°（热变形温度92度）。

3.PC 透镜

a. 光学级料 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、挤塑完成）；透光率稍低（3mm 厚度时穿透率89% 左右）；缺点：温度不能超过110°（热变形温度135度） 。

4.玻璃透镜

光学玻璃材料，优点：具有透光率高（3mm 厚度时穿透率97%） 、耐温高等特点；缺点：体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、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）理论上发光是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（大于180°范围也有少量余光），另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次 透镜就可以有效汇聚 chip 的所有光线并可得到如180°、160°、140°、120°、90°、60°等不同的出光角度，但 是不同的出光角度 LED 的出光效率有一定的差别（一般的规律是：角度越大效率越高） 。

c. 一次透镜一般用 PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。

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 光源的发光角度再次汇聚光成5°至160°之间的任意想要的角度，光场的分 布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形。

c. 二次透镜材料一般用光学级 PMMA 或者 PC；在特殊情况下可选择玻璃。

三.以规格分类

1.穿透式（凸透镜）

a. 当 LED 光线经过透镜的一个曲面（双凸有个曲面）时光线会发生折射而聚光，而且当调整透镜与LED 之间的距离时角度也会变化（角度与距离成反比），经过光学设计的透镜光斑将会非常均匀，但由于 透镜直径和透镜模式的限制，LED 的光利用率不高及光斑边缘有比较明显的黄边；

b．一般应用在大角度（50°以上）的聚光，如台灯、吧灯等室内照明灯具；

2.折反射式（锥型或杯型）

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.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；也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。

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.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、首尔、欧司 朗、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 Tracepro、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以内。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。