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大功率LED透镜知识

浏览次数: 日期:2018年1月19日 16:57

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 3-10mm; 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); 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. 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 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、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 pro、CodeV、Zemax 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; 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、 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 1.LED 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 VH5 与 VH001 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 1Om;0—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:SC 一 62 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;SC 一 82 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 8S 一 94V3, 乳白色透镜有 0X 一 1、QX-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。 www.dfgx168.com

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