前言：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的光场分布的光学系统。其他类型的透镜如：用于照相机、望远镜等的透镜不属于本文讲解范围，本文着重讲解用于大功率LED的二次聚光透镜。 丝光机
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
刮刀研磨机光学玻璃材料，优点：具有透光率高（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。
挤压成型机二、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、LED透镜规格分类
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； 魔幻音响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、lumileds、SSC、OSRAM、EVERLIGHT、EDSION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），才能达成实际需要的效果；
2．利用光学设计软件（如Code V、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等）和机械建模软件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)进行设计和光学仿真，不断优化而得
到相应的光学透镜
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。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（如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 综合加工机、精密磨床、精密铣床、钻床、CNC 精密火花机、表面轮廓仪、干涉仪等。。
4．模具最精密的部件在于光学模仁，首先必须选用专用模仁钢材（如：瑞典S136镜面钢）经过热处理到55°，完成粗胚，在粗胚上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工而得到。
五、LED透镜的用料及生产
1． 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。目前为日本三菱PMMA材料为最好（VH001是经常选择的牌号），三菱公司在中国的分厂南通丽阳就会稍逊一些；
2．必须配备万级甚至更高级别的无尘车间，作业人员必须着防静电服装、戴手指套、戴口罩等防静电防尘措施，并且定期对车间做检验与清理。
3．须有专业的光学注塑机如东芝、德马格、海天、震雄等品牌的注塑机，并严格控制注塑工艺才能得到合格的产品。
4．产品检验：无气泡、无凹陷、无缩痕、无流纹、无月牙；形状精度 Rt<0.005 表面粗糙度 Ra<0.0002。
5．产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须严格控制温度与湿度，并且最
好不要存放超过一年以上。
从以上LED透镜的设计与生产过程来看，看似简单的LED透镜，从设计到成品，其对软件、硬件的要求都非常高，这也造成了市场上LED透镜的价格差异很大。从LED照明普及的美好前景来看，透镜做为LED照明灯具的必备部件，市场前景也将越来越好。
LED透镜实践应用知识手册
一LED 透镜的材料种类：
工业远程控制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(可以通过注塑完成)；透光率高(3mm厚度时穿透率93%左右)；缺点：耐温70%(热变形温度90度，为了配合PMMA 所能承受的温度范围，采用PMMA灯罩时往往必须考虑增加光源和灯罩的距离或是降低光源的输出功率);
3.PC透镜a.光学级尼龙料Polycarbonate(简称PC)聚碳酸酯b.塑胶类材料，优点：生产效率高(可以通过注塑完成)；耐温高(130度以上)；缺点：透光率稍底(87%);
4.玻璃透镜光学玻璃材料，具有透光率高(97%)耐温高等特点，缺点：易碎、非球面精度不易实现、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)按理论发光是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，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收集chip的所有光线并可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度(不同需要)的出光角度;c.一次透镜多用PMMA或硅胶材料。
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的大角度光(一般为90-120度)再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度;c二次透镜材料大都用PMMA或玻璃。
三LED透镜规格分类
1.穿透式(凸透镜，单凸透镜凸面的曲率半径用下面的公式计算：1/r1-1/r2=1/f(n1-1)其中f-透镜焦距,r1,r2-分别为透镜两表面的曲率半径。nl-透镜材料的折射率。当某表面为平面时，曲率半径为无穷大。)a.当LED 光线经过透镜的一个曲面(双凸有个曲面)时光线会反生折射而聚光，而且当调整透镜与
LED之间的距离时角度也会变化(成反比)，经过非球面技术设计的曲面光斑将会非常均匀，但因为透镜直径的局限性，透镜侧面的
光线得不到利用(漏光);b.一般应用在大角度(40-80度)聚光，如台灯 ，路灯，室内灯具等;
2.全反射式(锥型或叫杯型)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(反射材质)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,LED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;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。
四光损失斟酌
1.有泡壳、透镜的灯具其光通量实际要满足标准要求的光分布，还需考虑外壳、透镜的透过率、溢出光损失等因素。而泡灯或作普通照明用大功率需要用透镜将平行光束进行扩散处理，来满足标准的要
求。为使光学效果更加合理，设计中应将灯具外罩分割成矩形小单元，这样做的目的在于打碎光波的波面，使产品产生均匀的外观效果。在每个小单元中，采用椭球面，因为该面具有水平和垂直两个方向的弧度，从而可以在两个方向上用不同的曲率半径达到不同的扩散效果。其根本目的是克服传统技术的不足，合理利用光通量，实现均匀、高效的光分布。
实际上泡灯类的外壳就是PC料(注塑完成)，球形、梨形、筒形的泡壳都是非小单元、非平面的整壳，光损失很大、光角度偏小。雪莲生发液
2.因为透镜的一个表面为具有水平和垂直两个方向曲率半径的曲面，所以可以使入射光在水平方向和垂直方向都得到扩散。鉴于两个方向的曲率半径相互独立，所以可以根据要求，分别调节两个曲率，使得光输出在两个方向上得到不同程度的扩散。因此，使用双向曲率曲面构成的透镜，可以根据设计要求更自由地分配光输出，更高效地利用光通量，减少不必要的浪费和眩光。此外，由于使用的是光滑过渡的曲面，灯具有均匀过渡的光分布和良好的外观。完全透明的PMMA灯饰或灯罩会在光源的中心造成眩目或刺眼的弦光，但是亮度在光源外围却迅速减少。很多社交场合与作业环境的照明必须排除这种令人不快的气氛或是尽量减少引起眼睛不适的光源。
3.每个透镜单元在本体上的投影为矩形，从而使各单元能紧密、整齐地排列。平行入射光束经过透镜单元的折射作用，在水平方向形成左右对称的均匀扩散，在垂直方向形成向下偏折的均匀扩散。通过
调整一组透镜中各单元的大小和两个方向的曲率半径，调配出射光通量在不同立体角范围内的分布，达到设计要求的光分布。
鉴于入射曲面的作用是使光线发生偏折形成扩散，产品设计中具体每组透镜的单元个数、单元大小、曲率半径等都可以结合实际情况而变化。实际情况是大功率用透镜的透镜上的内纹(为分割小单元)都由厂家做好，选用时只考虑透镜高度、角度、材质这些。
4.我们选择将光源放于透镜焦点的内侧，光源离透镜越远，透镜收集到的光源光通量越少，因而透镜系统的效率越低，根据单凸透镜的计算公式：r=(nL-1)f。其中r•凸面曲率半径,nL•透镜材料折射率,f•透镜焦距在选定透镜材料的情况下，焦距越大，曲率半径越大。在同样透镜孔径•••的条件下，曲率半径越大，透镜越薄。而透镜越厚，像差会越明显，从而影响使用效果。因此，尽可能选择焦距较大的透镜。同时，焦距的增大，光学系统尺寸的增加，因此，透镜的焦距也不可以一味追求最大。由于透镜厚度不是很大，因此没有采用菲涅耳透镜，避免增加加工的繁琐性和成本。
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