當我們想到LED光學器件時，我們往往會想到放置在LED本身頂部以聚焦或傳播光的透明塑料透鏡。如果這是你的思維過程，你就走得太遠了。讓我們退后一步，看看LED本身。看到二極管上的那個小保護圓頂了嗎？這實際上稱為初級光學器件，用于保護和塑造小二極管的輸出。來自LED主光學器件的光對于大多數應用來說仍然太寬，缺乏遠距離強度。這就是為什么大多數LED燈具使用二次光學器件（透鏡、反射器、TIR 光學器件等）來收集所有光線并將其強度放大到目標的原因。

為 LED（固態照明）創建透鏡和反射器與僅縮放有很大不同他們從其他光源下來。這似乎是創建它們的合乎邏輯的方式，因為LED的外形比其他光源小得多，但它們的發光方式也有所不同。正如您從白熾燈泡中看到的那樣，它們可以 360 度發光，但LED是定向照明，只能照亮 180 度。這歸因于LED的設計，正如您在左側看到的那樣，發光二極管由一個或多個管芯組成，安裝在導熱材料上，主光學器件包圍管芯。因此，當基板位于芯片背面時，LED可以發射的最大角度為 180 度。

初級光學元件

典型的空間分布是制造商用來描述來自LED主光學器件的光的分布。這基本上意味著來自二極管中心的光的形狀或傳播。正如我們之前談到的，LED面向一個方向，所以想象一條直線從中心向下延伸。空間分布以距此中心點的度數為單位進行測量。

讓我們以Cree XP-G2為例，它的額定角度為 115 度，這意味著光束將在任一側延伸 57.5 度。僅僅因為它的額定值，并不意味著您可以在整個光譜范圍內獲得LED的整個流明輸出。與其他光源一樣，離中心越近，光線越強。看看 XP-G2的“典型空間分布”圖，這樣的圖將出現在發射器數據表上，該表可在網站的所有LED產品頁面上找到。

沿著中心軸，LED發出 100% 的相對發光強度，并且離中心越遠，強度就會減弱。假設我們在 350mA 下運行 Cool White Cree XP-G2，我們從數據表中知道在這個驅動電流下，LED將在中軸發出 139 流明，這是額定輸出。在離中心30度處，LED的輸出下降到 125 流明。沿著分布曲線向下40度，輸出僅達到111流明。這將繼續下降，直到在57.5度時，您只能獲得 70 度時流明輸出的一半左右。很明顯，當您在光譜上損失這么多光輸出時，需要二級透鏡或光學器件來增強該光并使用LED的亮度和效率達到其全部容量。

LED需要聚焦

高功率LED不斷改進并成為各種應用的智能選擇。如上所述，對于許多此類應用，例如室內聚光燈/筒燈、街道照明、建筑照明和聚光燈，發射器和主光學元件本身無法向目標表面提供足夠的強度。我們深入研究了上面的發射器輸出，但另一種描述方式是發射器發出朗伯光分布。這基本上意味著觀察者的亮度是相同的，無論觀察者的位置如何。如果您曾經看到裸發射器亮起，您可以立即看到這一點。即使你在遠處，你仍然可以看到光源非常明亮，甚至可能會打擾你的眼睛看。

二級光學器件用于將光線準直成受控光束，從而為您需要的區域帶來全強度。準直的光線平行傳播，盡管由于衍射和裸發射器的有限物理尺寸，不可能使光線完全平行。需要注意的是，光源（發射器）越小，該過程就越有效。

在描述某個二級光學元件或透鏡如何準直光束時，我們經常關注視角或半高全寬 (FWHM)。FWHM 是當邊緣處的強度是光束中心強度的一半時光束的角寬度。這是一種對光學器件進行分類的有用方法，但它沒有考慮某些光學平臺（不同尺寸的二極管）之間的差異。很高興知道，根據發射器的光學設計，具有相同視角的光學元件在光束的強度和質量上可能會有很大差異。在我們網站的光學頁面上，我們嘗試列出我們攜帶的每個LED的所有不同角度和 FWHM。

二級光學器件不僅用于準直光線，有時還用于改善目標區域內的顏色均勻性和光分布。選擇合適的光學元件或鏡頭取決于應用。反射器和 TIR 光學器件用于許多不同的應用，它們各有優缺點。

反光杯

與 TIR 光學器件相比，反射器更易于實施且制造成本低得多。它們收集和準直光線的程度取決于它們的形狀。有時，它們也與不同的飾面一起使用，為光添加紋理或漫射它。通常光源的物理尺寸限制了光學選項。使用板上芯片 (COB) 陣列或發射器，它們發射的面積如此之大，以至于唯一真正的解決方案是用反射器包圍它們。

大多數白熾燈都使用反射器，但LED有一個主要缺點：來自發射器中心的大部分光線都穿過系統，甚至沒有接觸到反射器。這意味著即使使用狹窄的反射系統，也有很大一部分光會偏離目標的寬度。這會導致流明輸出損失或產生不必要的眩光。

這就是為什么將其封裝在 TIR 透鏡中以將幾乎所有光引導至目標的做法變得普遍，尤其是隨著高流明密度發射器的改進。

TIR 光學

全內反射 (TIR) 光學元件或透鏡通常由聚合物注塑成型，并在反射器內部使用折射透鏡。它們通常是錐形的，并且在反射和控制LED光傳播方面可以具有非常高的效率。它們通常工作，以便透鏡將光從發射器的中心引導到反射器，然后反射器將其以準直且受控的光束發射出去，無論您選擇窄束還是寬束。

裝配體上方有一個額外的表面，可提供更多修改燈光的機會。這些表面處理（波紋、磨砂、拋光等）可漫射光、加寬光束或塑造分布。

TIR 光學器件與LED配合得很好，因為它們利用了發射器的特性。其他形式的光向外輻射熱量，而LED將熱量散發出它們的底座，這使得這些 TIR 光學器件能夠緊密貼合并完全圍繞圓頂頂部。這允許更多的控制，因為它們直接從光源照明和控制。

TIR Optics 被大量用于戶外照明，并且在室內應用方面也取得了重大進展。它們是窄光束控制的理想選擇，但在強調漫射光和低眩光時效果不佳。

尺寸大小注意

LED的尺寸與光學元件的尺寸之比決定了光束角。如果您想要來自LED的窄光束，則需要更小的發射器或更大的光學元件。較小的發射器將限制輸出，而較大的光學元件將真正推動注塑成型的極限。在為您的應用將LED和光學器件配對時，真正了解您正在尋找什么（大多數光、均勻分布等）非常重要。

匹配

為您的LED安裝光學器件實際上非常簡單，特別是如果您熟悉LED電源。我們擁有各種TIR光學器件，可與我們的Cree和LuxeonLED產品完美配合。在我們的光學部分，只需選擇您想要使用的 LED，就會出現與您想要使用的產品兼容的光學和光學支架列表。

三重光學器件將與我們的LED星完美配合，因為它們的支腿可以向下伸入我們的星板上的孔中。使用一次性TIR光學元件時，您將需要一個鏡頭支架，這對您來說很重要，請轉到光學頁面并查看哪些支架適合哪些 LED。

如果您想構建自己的燈，最好測試幾個不同的選項，看看哪個提供了您需要的燈。請繼續關注我們關于LED光學器件的下一部分，我們將一起測試LED和光學器件，以查看它們在不同距離發出的光束。