编辑手记:近段时间微课堂的后台留言中,光学、透镜、反光杯等成为了高频词,一来表示越来越多小白加入到了照明行业中,二来也看出大家对于照明基础知识的渴求,毕竟万丈高楼平地起,打好基础十分重要。

今天我们重新整理了几年前,蒋超泽老师针对反光杯与透镜、基础的光学理论编写的一篇文章,希望能够给各位恶补一下这方面的知识。



蒋超泽

TAG工作室创始人

广东省光电技术协会副秘书长

广东省光电技术协会专家委员会委员


在LED照明的应用中,我们通常将灯具的光学设计分为一次光学二次光学三次光学,它们基本都有这几个作用和目的:





1.改变光型:决定光的方向和能量分布,实现指哪打哪的光应用,合理用光;

2.提高LED光利用率;

3.控制眩光、提供舒适的光环境;

4.保持或者完善LED芯片光品质。



那么不同材质、光效、光型的反光杯&透镜,都有哪些不一样的光学效果呢?


01

一次光学



目的是提高芯片出光率和简单光学应用,由封装厂家来完成。具有以下特点:


1.角度多是120°(当然也有80°或者150°等其他角度)

2.光是四处发散的,不好驾驭

3.眩光厉害,刺眼

4.光强比较低

5.多用于简单的照明应用




02


二次光学


在一次光学的基础上,通过光学设计,把LED发出的光导到需要的方向,简称“指哪打哪”,通过控光来合理利用光,由光学厂家来实现。



二次光学具有以下特点:

1.利用透镜&反光杯等多种器件来实现目的

2.光可控:定向应用,随意驾驭、控光精准、指哪打哪

3.光舒服:减少眩光,降低光污染,提供舒适、健康的照明环境

4.节能:光的有效利用率可以得到明显的提升

5.能根据各种应用需求:相应的做出场景照明,一颗LED芯,二次光学

6.为生活提供色彩斑斓的光艺术




03

三次光学


通过结构来完善整体灯具配光,由灯具厂家来解决,比如防眩结构、黄光的优化等等。


二次配光光学器具分类

其中,二次配光是对灯具出光影响很大的一个过程,下面,我们主要来说说它。在前面提到,二次配光主要是通过透镜和反光杯等光学器具来实现,二者有何区别?


透镜:反射技术+介质间的作用,既有物理反应又有化学反应。从效果来看,光斑从中间往外有一个过渡,控光做得比较好。


反光杯:纯反射控光,但相对来说副光斑大,大部分的光通过杯面反射出去,光型由杯面决定,另外还有一部分光没有经过反射杯而直接出去,就是我们所说的副光斑,所以一般来说,反光杯的副光斑会比透镜更大一些。


两者效率上差不多,从光强来说,同样的角度,透镜由于控光更好,其光强会比反光杯高出10%-20%,需要说明的是,两者并无好坏之分,只是应用不同。


▲反光杯光型


▲透镜光型


大致上,透镜从应用上还可以分为这三种:


1.Lens TIR透镜:优势是出光效率高。

2.FRESNEL 菲涅尔透镜:出光一致、均匀,光型漂亮,但光效特别低,一般只有60%到70%。

3.TIR+FRESNEL 透镜:结合的是两者的优势,既有漂亮的光型,而且光效也能达到90%。


LED光学器件的组成


材质:PC或PMMA及玻璃,模压注塑成型

1、单颗透镜



按照尺寸,大致有这几类:


直径≤10mm,微小透镜,一般配3535,1616小灯珠,在博物馆或者精品店小射灯中有大量应用。


10 mm<直径<25.4mm,中型透镜,多配3535、5050等灯珠,在户外景观、洗墙、小型导轨灯、射灯应用比较多。


直径≥25.4mm,主要搭配COB、大功率灯珠灯一起使用。



2、多颗组合透镜

既有独立的,相互之间不受影响,例如:



又有相互影响,少一个或多一个,出光就会有差别的:



3、多重组合透镜

这种在舞台灯光大量应用,有的多达5个光学器件,通过多重收光、控光来达到精准的效果,相应的,射程也会比较远。


4、支架组合透镜

二次光学跟三次光学的组合




5、反射器

材质:PC或铝制,模压注塑成型及旋压成型


反光杯


主要有以下几种材质:


1、耐高温PC真空铝电镀



PC高温模压注塑成型,真空铝电镀。

出光角度8-90°,效率最高在30-45°,这种材质的反光杯效率很高,可达94%。

在做高端出口一般要求做检测,比如说百格,质检标准每个器件本体不能有5个黑或亮点。


2、耐温高反光白色PC



PC高温模压注塑成型,不需要电镀,无需后加工,成本低。

反射器自身外表内透光,光线均匀,反射率高达94%,配光输出角度60-80°。

缺点:扩散性特别大,有的光不受控,只做相对大角度


3、铝制旋压


制作相对简单,铝箔旋压成型后表面阳极氧化或电镀,造价低。

缺点:有短路风险。



总结一下,不同品类的反光杯、透镜材质都不一样:

TIR 透镜:PMMA、PC、硅胶

反光杯:PC、铝

菲涅尔透镜:PC、玻璃


PMMA vs PC vs 硅胶vs 玻璃

下面,我们来对比这几类材质的优缺点:


PMMA vs PC



PMMA是我们最常见的透镜材料,相比有更好的透光性、更高的效率、更强的抗紫外线能力,长时间使用不发黄。当然,它的耐热性差一点,但它对热量的自我吸收比较低,所以从抗温上来讲不会比PC低太多。


▲户外UV测试



光学硅胶vs 玻璃




硅胶是一种很优势很突出的光学材料,具有:

1.抗热,耐高温耐低温:-45°-200°

2.抗UV效果比PMAA更好,甚至可以做成UV透镜(在以前只能用玻璃来做)

3.灵活性强,能解决玻璃塑料硬而脆影响光学特性的问题

4.无垫片需求,透镜本身自带密封,防水等级IP67,而玻璃需要另外加密封环

5.正确设计下无需额外的诸如螺丝之类的安装件

6.相比玻璃更轻、更韧、光学角度更精准

7.一般应用:UV透镜、耐高温透镜,在室内体育照明、工矿照明有广泛使用。


▲硅胶热老化和紫外线老化(4500 hours)