了解二次光学透镜内的科学和哪种更适合你的LED灯

当我们想到LED光学器件时，我们往往会想到放置在LED本身顶部以聚焦或传播光的透明塑料透镜。如果这是你的思维过程，你就走得太远了。让我们退后一步，看看LED本身。看到二极管上的那个小保护圆顶了吗？这实际上称为初级光学器件，用于保护和塑造小二极管的输出。来自LED主光学器件的光对于大多数应用来说仍然太宽，缺乏远距离强度。这就是为什么大多数LED灯具使用二次光学器件（透镜、反射器、TIR 光学器件等）来收集所有光线并将其强度放大到目标的原因。

为 LED（固态照明）创建透镜和反射器与仅缩放有很大不同他们从其他光源下来。这似乎是创建它们的合乎逻辑的方式，因为LED的外形比其他光源小得多，但它们的发光方式也有所不同。正如您从白炽灯泡中看到的那样，它们可以 360 度发光，但LED是定向照明，只能照亮 180 度。这归因于LED的设计，正如您在左侧看到的那样，发光二极管由一个或多个管芯组成，安装在导热材料上，主光学器件包围管芯。因此，当基板位于芯片背面时，LED可以发射的最大角度为 180 度。

初级光学元件

典型的空间分布是制造商用来描述来自LED主光学器件的光的分布。这基本上意味着来自二极管中心的光的形状或传播。正如我们之前谈到的，LED面向一个方向，所以想象一条直线从中心向下延伸。空间分布以距此中心点的度数为单位进行测量。

让我们以Cree XP-G2为例，它的额定角度为 115 度，这意味着光束将在任一侧延伸 57.5 度。仅仅因为它的额定值，并不意味着您可以在整个光谱范围内获得LED的整个流明输出。与其他光源一样，离中心越近，光线越强。看看 XP-G2的“典型空间分布”图，这样的图将出现在发射器数据表上，该表可在网站的所有LED产品页面上找到。

沿着中心轴，LED发出 100% 的相对发光强度，并且离中心越远，强度就会减弱。假设我们在 350mA 下运行 Cool White Cree XP-G2，我们从数据表中知道在这个驱动电流下，LED将在中轴发出 139 流明，这是额定输出。在离中心30度处，LED的输出下降到 125 流明。沿着分布曲线向下40度，输出仅达到111流明。这将继续下降，直到在57.5度时，您只能获得 70 度时流明输出的一半左右。很明显，当您在光谱上损失这么多光输出时，需要二级透镜或光学器件来增强该光并使用LED的亮度和效率达到其全部容量。

LED需要聚焦

高功率LED不断改进并成为各种应用的智能选择。如上所述，对于许多此类应用，例如室内聚光灯/筒灯、街道照明、建筑照明和聚光灯，发射器和主光学元件本身无法向目标表面提供足够的强度。我们深入研究了上面的发射器输出，但另一种描述方式是发射器发出朗伯光分布。这基本上意味着观察者的亮度是相同的，无论观察者的位置如何。如果您曾经看到裸发射器亮起，您可以立即看到这一点。即使你在远处，你仍然可以看到光源非常明亮，甚至可能会打扰你的眼睛看。

二级光学器件用于将光线准直成受控光束，从而为您需要的区域带来全强度。准直的光线平行传播，尽管由于衍射和裸发射器的有限物理尺寸，不可能使光线完全平行。需要注意的是，光源（发射器）越小，该过程就越有效。

在描述某个二级光学元件或透镜如何准直光束时，我们经常关注视角或半高全宽 (FWHM)。FWHM 是当边缘处的强度是光束中心强度的一半时光束的角宽度。这是一种对光学器件进行分类的有用方法，但它没有考虑某些光学平台（不同尺寸的二极管）之间的差异。很高兴知道，根据发射器的光学设计，具有相同视角的光学元件在光束的强度和质量上可能会有很大差异。在我们网站的光学页面上，我们尝试列出我们携带的每个LED的所有不同角度和 FWHM。

二级光学器件不仅用于准直光线，有时还用于改善目标区域内的颜色均匀性和光分布。选择合适的光学元件或镜头取决于应用。反射器和 TIR 光学器件用于许多不同的应用，它们各有优缺点。

反光杯

与 TIR 光学器件相比，反射器更易于实施且制造成本低得多。它们收集和准直光线的程度取决于它们的形状。有时，它们也与不同的饰面一起使用，为光添加纹理或漫射它。通常光源的物理尺寸限制了光学选项。使用板上芯片 (COB) 阵列或发射器，它们发射的面积如此之大，以至于唯一真正的解决方案是用反射器包围它们。

大多数白炽灯都使用反射器，但LED有一个主要缺点：来自发射器中心的大部分光线都穿过系统，甚至没有接触到反射器。这意味着即使使用狭窄的反射系统，也有很大一部分光会偏离目标的宽度。这会导致流明输出损失或产生不必要的眩光。

这就是为什么将其封装在 TIR 透镜中以将几乎所有光引导至目标的做法变得普遍，尤其是随着高流明密度发射器的改进。

TIR 光学

全内反射 (TIR) 光学元件或透镜通常由聚合物注塑成型，并在反射器内部使用折射透镜。它们通常是锥形的，并且在反射和控制LED光传播方面可以具有非常高的效率。它们通常工作，以便透镜将光从发射器的中心引导到反射器，然后反射器将其以准直且受控的光束发射出去，无论您选择窄束还是宽束。

装配体上方有一个额外的表面，可提供更多修改灯光的机会。这些表面处理（波纹、磨砂、抛光等）可漫射光、加宽光束或塑造分布。

TIR 光学器件与LED配合得很好，因为它们利用了发射器的特性。其他形式的光向外辐射热量，而LED将热量散发出它们的底座，这使得这些 TIR 光学器件能够紧密贴合并完全围绕圆顶顶部。这允许更多的控制，因为它们直接从光源照明和控制。

TIR Optics 被大量用于户外照明，并且在室内应用方面也取得了重大进展。它们是窄光束控制的理想选择，但在强调漫射光和低眩光时效果不佳。

尺寸大小注意

LED的尺寸与光学元件的尺寸之比决定了光束角。如果您想要来自LED的窄光束，则需要更小的发射器或更大的光学元件。较小的发射器将限制输出，而较大的光学元件将真正推动注塑成型的极限。在为您的应用将LED和光学器件配对时，真正了解您正在寻找什么（大多数光、均匀分布等）非常重要。

匹配

为您的LED安装光学器件实际上非常简单，特别是如果您熟悉LED电源。我们拥有各种TIR光学器件，可与我们的Cree和LuxeonLED产品完美配合。在我们的光学部分，只需选择您想要使用的 LED，就会出现与您想要使用的产品兼容的光学和光学支架列表。

三重光学器件将与我们的LED星完美配合，因为它们的支腿可以向下伸入我们的星板上的孔中。使用一次性TIR光学元件时，您将需要一个镜头支架，这对您来说很重要，请转到光学页面并查看哪些支架适合哪些 LED。

如果您想构建自己的灯，最好测试几个不同的选项，看看哪个提供了您需要的灯。请继续关注我们关于LED光学器件的下一部分，我们将一起测试LED和光学器件，以查看它们在不同距离发出的光束。