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大功率LED的透镜知识

                    

 

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大功率LED透镜/反光杯主要用于大功率LED冷光源系列产品的聚光,导光等。大功率LED透镜根据不同LED出射光的角度设计配光曲线,通过增加光学反射,减少光损,提高光效(而设定的非球面光学透镜)。下面着重讲解PMMA材料的二次聚光大功率LED透镜。一 LED透镜的材料种类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3-10mm2, 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);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)a. 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。3LED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3151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 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CREElumileds、首尔、欧司朗、艾笛森、长森源等),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;2.利用光学设计软件(如Trace proCodeVZemax等)设计并进行模拟光学跑光,设计得到相应的光学非球面曲面;3LED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、镜片偏心度要达到3μm 以内。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(例如:PRECITECH NANOFORM 350)、CNC 综合加工机、平面磨床、铣床、CNC 放电加工机、表面轮廓仪等。4.模具最精密的部件在于光学模仁,首先选用专用模仁钢材,完成初胚,镀镍后再用超精密加工机进行非球面技术加工曲面。五 LED透镜的用料及生产1LED透镜作为光学级的产品,对透光性、缩水性要求极高。原材料一般采用高档光学级PMMA。目前为日本三菱PMMA材料为最好(现在的VH5VH001质量更高),同样是三菱的南通料就会稍逊一些;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,以及戴手指套、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(电动)如法拉克,东洋,海天,佳明等品牌功率在35T以上,并严格控制注塑温度、时间,降低产品缩水率,绝不能添加水口料重复利用,才能保证产品更符合设计方案;4.产品必须用防静电防尘PVC包装,并且须完全密封包装,存放必须注意控制温度与湿度,并且最好不要存放超过一年以上。  菲涅尔透镜  又称阶梯镜,即有"阶梯"形不连续表面组成的透镜。"阶梯"由一系列同心圆环状带区构成,又称环带透镜。通过菲涅尔透镜观察远处的物体,则物体的像是倒立的,而观察近处的物体时会产生放大效果。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射(反射)在PIR上,第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用.传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR(被动红外线探测器)。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看,你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右(人体红外线辐射的峰值)。成本相当的低。 菲涅尔透镜的种类很多,其几何形状、探测角、焦距及用途也不尽相同。常用的菲涅尔透镜可大致归纳为以下几类。 1.长方形透镜。是常用普通型透镜。如0—6型尺寸为68X 38mm,焦距为29mm,水平角12Oo,垂直角8O。,探测距离大于1Om0—1A型尺寸为58.8X45mm,水平角85。,垂直角450。探测距离大于1Om 2.半球状透镜。适合吊顶安装,若设计成小型探测器, 4—56可作吊顶武自动灯、自动门等。如:Q-8型半球形透镜,直径为24mm,水平探测角1 000,垂直探测角600,探测距离3—5m;另外,还有RS-8型半球状透镜等。 3.水平薄片形。这类透镜设计独特,如:SC62型透镜, 探测区域是两个水平1o0o、垂直1.91。的窄平面,对应两个高精度传感器,特别适合对某一水平高度进行监测;SC82型透镜,水平角140o,垂直120,用它组成的探测器可避免地面小动物活动产生的干扰。由于这类透镜水平角特别大,垂直角特别小。故适合于特殊场合的探测。 4.光束式透镜。如:BS-05型透镜的水平角仅50,可形成一束细长的探测区.其探测距离远,有效距离可达30m以上,适用于走廊、长通道等长距离、小角度的应用场合。 5.抗灯光干扰型。通用型透镜普遍采用聚乙烯材料制作,由于其透明度较高,易受强光源干扰产生误动作。为了提高透镜的抗干扰能力,在制作材料中加入某些添加剂,制成乳白色或黑色透镜,其中以黑色最为理想。经实际测试,如果配以双脉冲标准线路,其抗灯光干扰指标可达到10000Lx(勒克斯),远远超过国家标准。黑色透镜如8S94V3,乳白色透镜有0X1QX-1A等。菲涅尔十九世纪最伟大的光学家 菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度一般在 1mm 左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。菲涅耳透镜可以把透过窄带干涉滤光镜的光聚焦在硅光电二级探测器的光敏面上,菲涅尔透镜由有机玻璃制成,不能用任何有机溶液(如酒精等)擦拭,除尘时可先用蒸馏水或普通净水冲洗,再用脱脂棉擦拭。现在的对焦屏都是磨砂毛玻璃菲涅尔透镜,其优点是明亮和亮度均匀。对焦不准时,在对焦屏上的成像是不清晰的。为了配合更精确地对焦,一般在对焦屏中央装有裂像和微棱环装置。当对焦不准时,被摄体在对焦屏中央的像是分裂成两个图像,当两个分裂的图像合二为一时,表明对焦准确了。AF单反机的标准对焦屏一般不设有裂像装置,而是刻有一个小矩形框来表示AF区域,有些对焦屏上还刻有局部测光或点测光区域。早期AF单反机在光线较暗环境中对焦时,往往很难看见对焦框,就难以判断相机是以哪一点来作为对焦点,新一代单反机对焦屏上的对焦点会发光,或者有对焦声音提示,便于在复杂环境中确认对焦。不同类型的对焦屏有不同的用途、拍摄人像可能用如裂像对焦屏更好,带横竖线或刻度的对焦屏适用于建筑物摄影和文件翻拍;中间部分没有裂像而只有微棱的对焦屏适用于小光圈镜头,它不会有裂像一边亮一边黑的缺点。不少高级相机焦屏可由用户自己更换。又称螺纹透镜。

 

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