透鏡基本概念

透鏡是根據光的折射規律制成的。透鏡是由透明物質（如玻璃、水晶等）制成的一種光學元件。透鏡是折射鏡，其折射面是兩個球面（球面一部分） ，或一個球面（球面一部分）一個平面的透明體。它所成的像有實像也有虛像。透鏡一般可以分為兩大類：凸透鏡和凹透鏡。中央部分比邊緣部分厚的叫凸透鏡，

有雙凸、平凸、凹凸三種；中央部分比邊緣部分薄的叫凹透鏡，有雙凹、平凹、凸凹三種。

LED 透鏡即與 LED 緊密聯系在一起的有助于提升 LED 的出光效率、改變 LED 光場分布的光學系統。透鏡主要用于LED 冷光源系列產品的聚光，導光等。LED 透鏡根據不同 LED 出射光的角度設計配光曲線，通過增加光學反射，減少光損，提高光效。

一.LED透鏡的材料分類

1.硅膠透鏡

a. 因為硅膠耐溫高（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. 光學級 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱：亞克力） 。

b.塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過注塑、擠塑完成）；透光率高（3mm 厚度時穿透率93% 左右）；缺點：溫度不能超過80°（熱變形溫度92度）。

3.PC 透鏡

a. 光學級料 Polycarbonate（簡稱 PC） 聚碳酸酯。

b. 塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過注塑、擠塑完成）；透光率稍低（3mm 厚度時穿透率89% 左右）；缺點：溫度不能超過110°（熱變形溫度135度） 。

4.玻璃透鏡

光學玻璃材料，優點：具有透光率高（3mm 厚度時穿透率97%） 、耐溫高等特點；缺點：體積大質量重、形狀單一、易碎、批量生產不易實現、生產效率低、成本高等。

二.LED透鏡的應用分類

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 成為一個整體。

b.LED 芯片（chip）理論上發光是360度，但實際上芯片在放置于 LED 支架上得以固定及封裝，所以 芯片最大發光角度是180度（大于180°范圍也有少量余光），另外芯片還會有一些雜散光線，這樣通過一次 透鏡就可以有效匯聚 chip 的所有光線并可得到如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別（一般的規律是：角度越大效率越高） 。

c. 一次透鏡一般用 PMMA、PC、光學玻璃、硅膠等材料。

2．二次透鏡

a. 二次透鏡與 LED 是兩個獨立的物體，但它們在應用時確密不可分。

b. 二次透鏡的功能是將 LED 光源的發光角度再次匯聚光成5°至160°之間的任意想要的角度，光場的分 布主要可分為：圓形、橢圓形、矩形。

c. 二次透鏡材料一般用光學級 PMMA 或者 PC；在特殊情況下可選擇玻璃。

三.以規格分類

1.穿透式（凸透鏡）

a. 當 LED 光線經過透鏡的一個曲面（雙凸有個曲面）時光線會發生折射而聚光，而且當調整透鏡與LED 之間的距離時角度也會變化（角度與距離成反比），經過光學設計的透鏡光斑將會非常均勻，但由于 透鏡直徑和透鏡模式的限制，LED 的光利用率不高及光斑邊緣有比較明顯的黃邊；

b．一般應用在大角度（50°以上）的聚光，如臺燈、吧燈等室內照明燈具；

2.折反射式（錐型或杯型）

a.透鏡的設計在正前方用穿透式聚光，而錐形面又可以將側光全部收集并反射出去，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，可設計成鏡面、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.透鏡模組

a. 是將多個單顆透鏡通過注塑完成一個整體的多頭透鏡，按不同需求可以設計成3合1、5合1甚至幾十 顆合一的透鏡模組；也可以把兩個單獨的透鏡通過支架組合在一起。

b. 此設計有效節省生產成本，實現產品品質的一致性，節省燈具機構空間，更容易實現“大功率”等特點。

四.LED透鏡的設計與模具加工

1．首先取決于光源（大功率 LED），不同品牌的大功率 LED（例如 CREE、lumileds、首爾、歐司 朗、艾笛森、長森源等），其芯片結構與封裝方式、光線特性等均會有所區別，從而造成同樣的透鏡搭配不 同規格品牌 LED 時會所差異；所以要求有針對性開發（以主流品牌為導向），才能達成實際需要；

2．利用光學設計軟件（如 Tracepro、CodeV、Zemax 等）設計并進行模擬光學跑光，設計得到相 應的光學非球面曲面；

3．LED 透鏡本身屬于精密光學配件，故其對模具的精度要求極高，特別是透鏡光學曲面的加工 精度要達到 0.1μm、鏡片偏心度要達到3μm以內。一般對此類高精度模具的加工必須具有以下設備：超精 密加工機（例如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 綜合加工機、平面磨床、銑床、CNC 放電加工 機、表面輪廓儀等。

4．模具最精密的部件在于光學模仁，首先選用專用模仁鋼材，完成初胚，鍍鎳后再用超精密加工 機進行非球面技術加工曲面。