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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.

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