標(biāo)題：如何設(shè)計LED透鏡？

大功率LED透鏡/反光杯主要用于大功率LED冷光源系列產(chǎn)品的聚光，導(dǎo)光等。大功率LED透鏡根據(jù)不同LED出射光的角度設(shè)計配光曲線，通過增加光學(xué)反射，減少光損，提高光效(而設(shè)定的非球面光學(xué)透鏡)。下面著重講解PMMA材料的二次聚光大功率LED透鏡。
     一 LED透鏡的材料種類
1． 硅膠透鏡；
a. 因為硅膠耐溫高（也可以過回流焊），因此常用直接封裝在LED芯片上；
b. 一般硅膠透鏡體積較小，直徑3-10mm；
2, PMMA透鏡
a. 光學(xué)級PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱：亞克力）
b .塑膠類材料，優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高（可以通過注塑完成）；透光率高（3mm厚度時穿透率93%左右）；缺點(diǎn)：耐溫70%（熱變形溫度90度）；
3． PC透鏡
a. 光學(xué)級尼龍料Polycarbonate（簡稱PC）聚碳酸酯
b. 塑膠類材料，優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高（可以通過注塑完成）；耐溫高（130度以上）；缺點(diǎn)：透光率稍底（87%）；
4． 玻璃透鏡
光學(xué)玻璃材料，具有透光率高（97%）耐溫高等特點(diǎn)，缺點(diǎn)：易碎、非球面精度不易實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)效率低、成本高等。
         二 LED透鏡的應(yīng)用分類
1．一次透鏡
a. 一次透鏡是直接封裝（或粘合）在LED芯片支架上，與LED成為一個整體；
b. LED芯片（chip）按理論發(fā)光是360度，但實(shí)際上芯片在放置于LED支架上得以固定及封裝，所以芯片最大發(fā)光角度是180度，另外芯片還會有一些雜散光線，這樣通過一次透鏡就可以有效收集chip的所有光線并可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度；
c. 一次透鏡多用PMMA或硅膠材料。
2．二次透鏡
a .二次透鏡與LED是兩個獨(dú)立的物體，但它們在應(yīng)用時確密不可分；
b.二次透鏡的功能是將LED的大角度光（一般為90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度；
c. 二次透鏡材料大都用PMMA或玻璃。
           三 LED透鏡規(guī)格分類
1．穿透式（凸透鏡）
a. 當(dāng)LED光線經(jīng)過透鏡的一個曲面（雙凸有個曲面）時光線會反生折射而聚光，而且當(dāng)調(diào)整透鏡與LED之間的距離時角度也會變化（成反比），經(jīng)過非球面技術(shù)設(shè)計的曲面光斑將會非常均勻，但因為透鏡直徑的局限性，透鏡側(cè)面的光線得不到利用（漏光）；
b．一般應(yīng)用在大角度（40-80度）聚光，如臺燈，路燈，室內(nèi)燈具等；
2．全反射式（錐型或叫杯型）
a.透鏡的設(shè)計在正前方用穿透式聚光，而錐形面又可以將側(cè)光全部收集并反射出去，而這兩種光線的重疊（角度相同）就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果；
b.也可在錐形透鏡表面做些改變，可設(shè)計成鏡面、磨砂面、珠面、條紋面、螺紋面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。
3．LED透鏡模組
a. 是將多個單顆透鏡通過注塑完成一個整體的多頭透鏡，按不同需求可以設(shè)計成3合1、5合1甚至幾十顆合一的透鏡模組；
b. 此設(shè)計有效節(jié)省生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的一致性，節(jié)省燈具機(jī)構(gòu)空間，更容易實(shí)現(xiàn)“大功率”等特點(diǎn)。
四 LED透鏡的設(shè)計與模具加工
1．首先取決于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、lumileds、首爾、歐司朗、艾笛森、長森源等），其芯片結(jié)構(gòu)與封裝方式、光線特性等均會有所區(qū)別，從而造成同樣的透鏡搭配不同規(guī)格品牌LED時會所差異；所以要求有針對性開發(fā)（以主流品牌為導(dǎo)向），才能達(dá)成實(shí)際需要；
2．利用光學(xué)設(shè)計軟件（如Trace pro、CodeV、Zemax等）設(shè)計并進(jìn)行模擬光學(xué)跑光，設(shè)計得到相應(yīng)的光學(xué)非球面曲面；
3．LED透鏡本身屬于精密光學(xué)配件，故其對模具的精度要求極高，特別是透鏡光學(xué)曲面的加工精度要達(dá)到 0.1μm、鏡片偏心度要達(dá)到3μm 以內(nèi)。一般對此類高精度模具的加工必須具有以下設(shè)備：超精密加工機(jī)（例如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 綜合加工機(jī)、平面磨床、銑床、CNC 放電加工機(jī)、表面輪廓儀等。
4．模具最精密的部件在于光學(xué)模仁，首先選用專用模仁鋼材，完成初胚，鍍鎳后再用超精密加工機(jī)進(jìn)行非球面技術(shù)加工曲面。
五 LED透鏡的用料及生產(chǎn)
1．LED透鏡作為光學(xué)級的產(chǎn)品，對透光性、縮水性要求極高。原材料一般采用高檔光學(xué)級PMMA。目前為日本三菱PMMA材料為最好（現(xiàn)在的VH5與VH001質(zhì)量更高），同樣是三菱的南通料就會稍遜一些；
2．必須配備萬級甚至更高級別的無塵車間，作業(yè)人員必須著防靜電服裝，以及戴手指套、戴口罩等防靜電防塵措施，并且定期對車間做檢驗與清理；
3．須有專業(yè)的光學(xué)注塑機(jī)（電動）如法拉克，東洋，海天，佳明等品牌功率在35T以上，并嚴(yán)格控制注塑溫度、時間，降低產(chǎn)品縮水率，絕不能添加水口料重復(fù)利用，才能保證產(chǎn)品更符合設(shè)計方案；
4．產(chǎn)品必須用防靜電防塵PVC包裝，并且須完全密封包裝，存放必須注意控制溫度與濕度，并且最好不要存放超過一年以上。




菲涅爾透鏡
又稱階梯鏡，即有"階梯"形不連續(xù)表面組成的透鏡。"階梯"由一系列同心圓環(huán)狀帶區(qū)構(gòu)成，又稱環(huán)帶透鏡。通過菲涅爾透鏡觀察遠(yuǎn)處的物體，則物體的像是倒立的，而觀察近處的物體時會產(chǎn)生放大效果。
    菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。
    菲涅爾透鏡,簡單的說就是在透鏡的一側(cè)有等距的齒紋.通過這些齒紋,可以達(dá)到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用.傳統(tǒng)的打磨光學(xué)器材的帶通光學(xué)濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以極大的降低成本。典型的例子就是PIR（被動紅外線探測器）。PIR廣泛的用在警報器上。如果你拿一個看看，你會發(fā)現(xiàn)在每個PIR上都有個塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內(nèi)部都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10微米左右（人體紅外線輻射的峰值）。成本相當(dāng)?shù)牡汀?
菲涅爾透鏡的種類很多，其幾何形狀、探測角、焦距及用途也不盡相同。常用的菲涅爾透鏡可大致歸納為以下幾類。
    1．長方形透鏡。是常用普通型透鏡。如0—6型尺寸為68X 38mm，焦距為29mm，水平角12Oo，垂直角8O。，探測距離大于1Om；0—1A型尺寸為58.8X45mm，水平角85。，垂直角450。探測距離大于1Om。
    2．半球狀透鏡。適合吊頂安裝，若設(shè)計成小型探測器， 4—56可作吊頂武自動燈、自動門等。如：Q-8型半球形透鏡，直徑為24mm，水平探測角1 000，垂直探測角600，探測距離3—5m；另外，還有RS-8型半球狀透鏡等。
    3．水平薄片形。這類透鏡設(shè)計獨(dú)特，如：SC一62型透鏡， 探測區(qū)域是兩個水平1o0o、垂直1.91。的窄平面，對應(yīng)兩個高精度傳感器，特別適合對某一水平高度進(jìn)行監(jiān)測；SC一82型透鏡，水平角140o，垂直120，用它組成的探測器可避免地面小動物活動產(chǎn)生的干擾。由于這類透鏡水平角特別大，垂直角特別小。故適合于特殊場合的探測。
    4．光束式透鏡。如：BS-05型透鏡的水平角僅50，可形成一束細(xì)長的探測區(qū)．其探測距離遠(yuǎn)，有效距離可達(dá)30m以上，適用于走廊、長通道等長距離、小角度的應(yīng)用場合。
    5．抗燈光干擾型。通用型透鏡普遍采用聚乙烯材料制作，由于其透明度較高，易受強(qiáng)光源干擾產(chǎn)生誤動作。為了提高透鏡的抗干擾能力，在制作材料中加入某些添加劑，制成乳白色或黑色透鏡，其中以黑色最為理想。經(jīng)實(shí)際測試，如果配以雙脈沖標(biāo)準(zhǔn)線路，其抗燈光干擾指標(biāo)可達(dá)到10000Lx(勒克斯)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。黑色透鏡如8S一94V3，乳白色透鏡有0X一1、QX-1A等。
菲涅爾十九世紀(jì)最偉大的光學(xué)家
   菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度一般在 1mm 左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。
菲涅耳透鏡可以把透過窄帶干涉濾光鏡的光聚焦在硅光電二級探測器的光敏面上，菲涅爾透鏡由有機(jī)玻璃制成,不能用任何有機(jī)溶液(如酒精等)擦拭，除塵時可先用蒸餾水或普通凈水沖洗,再用脫脂棉擦拭。
現(xiàn)在的對焦屏都是磨砂毛玻璃菲涅爾透鏡，其優(yōu)點(diǎn)是明亮和亮度均勻。對焦不準(zhǔn)時，在對焦屏上的成像是不清晰的。為了配合更精確地對焦，一般在對焦屏中央裝有裂像和微棱環(huán)裝置。當(dāng)對焦不準(zhǔn)時，被攝體在對焦屏中央的像是分裂成兩個圖像，當(dāng)兩個分裂的圖像合二為一時，表明對焦準(zhǔn)確了。
AF單反機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)對焦屏一般不設(shè)有裂像裝置，而是刻有一個小矩形框來表示AF區(qū)域，有些對焦屏上還刻有局部測光或點(diǎn)測光區(qū)域。早期AF單反機(jī)在光線較暗環(huán)境中對焦時，往往很難看見對焦框，就難以判斷相機(jī)是以哪一點(diǎn)來作為對焦點(diǎn)，新一代單反機(jī)對焦屏上的對焦點(diǎn)會發(fā)光，或者有對焦聲音提示，便于在復(fù)雜環(huán)境中確認(rèn)對焦。不同類型的對焦屏有不同的用途、拍攝人像可能用如裂像對焦屏更好，帶橫豎線或刻度的對焦屏適用于建筑物攝影和文件翻拍；中間部分沒有裂像而只有微棱的對焦屏適用于小光圈鏡頭，它不會有裂像一邊亮一邊黑的缺點(diǎn)。不少高級相機(jī)焦屏可由用戶自己更換。又稱螺紋透鏡