菲涅尔透镜在数码产品设计中的应用知识及公式解析

当前位置：首页 - 资讯 - 设计理论 2018-06-02 11:37:34

数码产品设计中有很多技术和硬件，对于设计师而言，有些常用元器件和工艺都是需要了解的，熟悉这些可以帮助你更好的进行产品设计创意的发挥。下面优概念工业设计为设计师们分享菲涅尔透镜在数码产品设计中的应用知识及公式。菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。

菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

一、透镜相对位置

SMDLED 到 LENS(第一光学曲面)的距离，一般建议为 0.20~1.00mm 左右。PCB 焊盘表面到 LENS 外观表面的距离推荐为2.50~4.50mm 左右为佳，如受机构空间制约，也可适当调整及增加，此距离太大会降低光出射光的照度。

二、透镜与镜头相对位置

透镜中心与摄像头中心距，建议 7.5~12.0mm 左右，以尽量使闪光范围能覆盖摄像镜头的 FOV 范围。

三、公差调整

光源 SMD LED 焊接到 PCB 及与机壳等装配，要求 LED 与 Flash Lens 的位置度(X,Y,Z)+/-0.10mm，建议最大误差不超过+/-0.15mm。

结构公差：

□ x, y 为 PCB 放置平面

□ z 为 LED 到 Lens 之间的垂直距离

四、透镜结构

01，厚度

透镜的厚度，一般取 1.00~3.00mm左右，如因机构空间的需要也可适当加厚 LENS的厚度至 5.00mm左右，但 LENS太厚会导致光衰减。对于 Lens结构以成型时不缩水等为原则，同时也要兼顾 LENS的机械强度，特别是针对长方形相对体积较大的 LENS要特别注意机械强度问题。

02，出光面选择

透镜外观面(出光面)尽量设计成平面，那样射出光的照度均匀性及对称性较好。如因受产品外观的制约，需要将 Flash Lens的外观面(出光面)做成弧形或非对称型，建议 LENS曲面的高/低差不要太大，以免影响照度的对称性及均匀性，此出光面直径(Exit diameter)一般要求大于>φ4.00mm左右为佳，具体要依 LENS高度而定。

03，入光面选择

透镜的形状，可以为圆形，也可以是方形及长方形，也可以设计成异形，原则是此 LENS的有效截面要大于直径 φ3.00mm为佳(以 LED发光中心点为圆心，在其对应上方的直径φ3.00mm的区域范围，此为基于单颗 LED的设计)，以便于设计光学菲涅尔曲面(也就是入光面-EntranceSurface)，此 LENS的有效截面以直径φ4.00~5.00mm为佳，最小建议不小于直径 φ3.00mm。

五、组装结构

透镜与机壳的固定方式，以符合组装便利及机械强度够为原则；

透镜的材料，一般采用光学级材料 PMMA。对于大面积的 Flash Lens，为了防止刮花，表面也可做 Hard Coating(表面硬化处理)

六、 LED的选配

光源 SMD LED的选用，尽量选用一颗 LED，如空间许可也可以为 2颗 LED，两颗 LED会使 LENS的尺寸变大。LED的光通量是基于性价比考量，一般要求总光通量 70lm左右(基于电路设定的电流值的光通量)，当然这光源之总光通量大些闪光效果会更好些。如有 150~180lm更佳，但相对成本也会更高，主要是根据机种定位及性价比以选择光源方案。LED散热设计，一般要求在 SMD LED的周边有空间可允许散热流通，同时要求 PCB焊盘面积够大，或加散热片以使可以满足散热设计需要，具体需要咨询 LED厂商。

七、光学要求

01，照射范围及距离

1米距离的照亮面积一般建议为1063X808mm(对角 67度左右)，有些客户特别要求1187mm x 887mm@1M。

Fov(Diagonal) 2θ=Typ.67°

d1(P)=1000mm

d2(H)=1187mm

d3(V)=887mm

02，照度及均匀度

照度及均匀度要求，一般推荐中心照度>50Lx，均匀度要求为垂直 50~60%，水平 35~45%，角落 15~25%左右，以与中心照度之百分比高为佳，但边缘照度太高会导致中心照度降低。此照度及均匀度一般以客户的要求进行，高端机型客户也有要求中心照度>100~110 Lx以上，均匀度要求为垂直 66%，水平 44%，角落 30%以上，具体以性价比方案确定此光学规格。

勒克司(lux,lx)照度(Illuminance)的单位。等于1流明(lumen)的光通量(Luminous flux)均匀照在1平方米表面上所产生的照度。适宜于阅读和缝纫等的照度约为600勒克司。