喻果明-LED光学透镜与反光杯

目录1.光的基础知识什么是光？光的本质及传播方式？物体的发光方式？光的表现方式？2.LED光学设计3.西顿常用光学元器件什么是LED透镜？什么是反光杯？设计用的软件有哪些？透镜和反光杯的区别？第一页，共31页。光的基础知识第二页，共31页。第三页，共31页。光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。

光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760nm之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。什么是光？第四页，共31页。光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，其中无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。光的本质？第五页，共31页。光是以电磁波的形式沿直线向四面八方传播，当它遇到质介时就会发以下改变：a、光的反射

b、光的散射

c、光的吸收

d、光向折射

f、光的透射光的传播方式？第六页，共31页。物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。1、热光：所谓热光又称之谓热辐射，是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射红外光、高温时变成白光。2、冷光：从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。物体的发光方式第七页，共31页。光的表现形式光的表现色温、光色光束角显色性光效光通量光强照度亮度显色性光效光强照度亮度第八页，共31页。LED光学设计第九页，共31页。LED透镜分为一次LED透镜和二次LED透镜：1、一次LED透镜一般为硅胶透镜，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。一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。并且LED透镜一般与LED紧密联系在一起，它有助于提升LED的出光效率、透镜改变LED的光场分布的光学系统。一次LED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。

什么是LED透镜第十页，共31页。一次LED透镜作为光学级的产品，对透光性、热稳定性、密度、折射率均匀性、折射率稳定性、吸水性、混浊度、最高长期工作温度等都有严格的要求。因此，必须根据实际选择透镜的材料。原则上选择光学级PMMA，如有特殊的需求可选择光学级PC。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）。

一次LED透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。

什么是LED透镜第十一页，共31页。一次LED透镜材料优缺点：A．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LED发光器件。b.一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。B．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）。什么是LED透镜第十二页，共31页。C．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）。D．玻璃透镜光学玻璃材料，优点：丰富的光学参数特性（可选择），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。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期内很难普及。此外玻璃较PMMA、PC料易碎的缺点，还需要更多的研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性，虽然经过这些处理，玻璃透镜的透光率会有所降低，但依然会远远大于普通光学塑料透镜的透光效果。所以玻璃透镜的前景将更为广阔。什么是LED透镜第十三页，共31页。2、二次LED光学透镜：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。什么是LED透镜第十四页，共31页。

反光杯：反光装置的一种。反光装置是指为了利用有限的光能，通过光反射器来控制主光斑的光照距离和光照面积。反光杯是指用点光源灯泡为光源，需远距离聚光照明的反射器，通常杯型，俗称反光杯。什么是反光杯第十五页，共31页。反光杯的设计原理反光杯的几何参数：a.光源中心与反光杯顶面的距离H

b.反光杯顶部开口直径D

c.光线通过反射后的出光角B

d.溢散光光角A

e.照射距离L

f.中心聚光光斑直径E

g.溢散光光斑直径F什么是反光杯第十六页，共31页。1、几何参数的关系如下：

a、反光杯的外形尺寸主要有H和D两个尺寸决定，H和D同时也决定了溢散光光角A；

b、光斑的直径E、F是由出光角B、A和距离L决定；

c、最关键的角度B则是通过反光杯的反射曲面决定的。

对于反光杯，反射罩的设计来讲，主要是设计反射曲线，以上的几何参数中H、D、B三个参数就决定了反射曲线，因此对于反光杯，反射罩的设计只需提供H、D、B三个参数。外形尺寸则是根据实际应用的产品决定的。什么是反光杯第十七页，共31页。2、根据材质可以划分为金属反光杯;塑料反光杯;玻璃反光杯。3、各种反光杯材质的优缺点：材料成本光学精度耐温性散热性抗形变抗冲击重量金属低低高好差差轻塑料中高

中差好好轻玻璃高高高好好差大什么是反光杯第十八页，共31页。4、反光杯的制作工艺：

a、金属反光杯：需旋压或者冲压、抛光工艺完成，有形变记忆，优点是成本低，耐温，常用于低照明要求的灯具。b、塑料反光杯：一次脱膜完成，光学精度高，无形变记忆，成本适中，缺点是耐温性差，常用于温度不高的电筒和手提灯具中。c、玻璃反光杯：一次脱膜完成，光学精度高，无形变记忆，耐温，缺点是成本高，易碎，重量大。常用在不需要移动的高品质产品中。如电影放映机，探照灯，火车头灯等。

什么是反光杯第十九页，共31页。5、反光率又称镀膜层反射可见光的效率。6、镀膜层的几种形式及优缺点：a、真空镀介子：应用于玻璃反光杯。介子不仅有最高的可见反光率，灯泡产生的红外线却能穿过介子，起到散热功能，延长灯光的使用寿命。b、真空镀铝：应用于耐温塑料和金属反光杯。反光率高，是汽车和多数灯具的主要镀膜工艺。缺点是，灯泡所产生的紫外线会使反光杯白化，降低反光率：红外线又无法穿透镀铝层而被反射回灯泡，使灯泡继续升温，影响灯泡的使用寿c、阳极氧化：应用于金属反光杯。有效反光率不到真空镀铝的一半。优点是不怕紫外线、红外线的损害。甚至可以用水清洗。什么是反光杯第二十页，共31页。西顿公司从2009年起引进美国专业光学设计软件Photopia，这是一款为照明企业量身订做的光学设计软件功能强大。设计软件第二十一页，共31页。一般而言单颗LED点光源适合做二次透镜，但不绝对也有做反光杯的。哪些产品适合做透镜？哪些产品适合做反光杯？第二十二页，共31页。通常情况下集成LED面光源会配套反光杯使用。哪些产品适合做透镜？哪些产品适合做反光杯？第二十三页，共31页。透镜的优势a、无论远近，灯罩（反光杯）与透镜没多大区别，均匀性来讲，透镜会优于反光杯；b、用小角度的LED透镜,效果比反光杯好,因为要射得远的!灯罩聚光已经过透镜(因为LED本身一定会有透镜的)再经过一次光罩聚光,这次会浪费很多光的,还不如在透镜就聚光了,而透镜的发光角度很好处理!另:如果空间可以的话,用3个1W的,比使用一个3W的效果要好得多!c、相比之下，反光杯发光均匀点范围大，但是投光度不好，透镜则相反；d、LED透境显得要高档些。透镜和反光杯的区别？第二十四页，共31页。反光杯优势

反光杯采用抛物线曲面设计,能更有效的降低光损.通过电脑建模模拟反光杯光源发光角度及LED反光杯的空间结构，追踪光线的折射轨迹，调整反光罩的曲率技术参数，以达到反光杯最佳的光强分布及灯杯对各种光束角的功能要求，大大提高了LED反光罩光效及减少了散光,炫光的可能.反光表面可镀桔皮和光面两种效果。可更好均匀柔和光斑，无黑洞、黄圈。反光效率高、不脱层、耐高温。透镜和反光杯的区别？第二十五页，共31页。名称图片成本光学精度光效利用率透镜高精，可以控制在正负1度高，光效利用率在90%左右反光杯低差，可以控制在正负3度差，光效利用率在70%左右透镜和反光杯的区别？第二十六页，共31页。透镜与反光杯的光效区别：反光杯是将散落在范围外的灯光反射到区域内。透镜是采用光学透镜折射的方式使光发射在固定的角度。两者功能有类似，但是两种方式形成的光斑并不一样，具体可