一种被动式红外传感器广角光学系统技术方案

本实用新型专利技术属于红外传感器技术领域，公开了一种被动式红外传感器广角光学系统，其包括：红外传感器模组和广角透镜组，所述广角透镜组包括：形成在透镜本体上的聚光透镜阵列，用于对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚；形成在透镜本体上的广角凹面或广角散焦菲涅尔面，聚光透镜阵列会聚后的光线经由广角凹面或广角散焦菲涅尔面折射，视角缩小，视角缩小后会聚的红外热辐射由红外传感器模组接收。本实用新型专利技术通过设置起会聚作用的聚光透镜阵列，实现对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚，会聚后的光线进一步折射，缩小视角，由红外传感器接收，从而实现整个红外传感器系统的广角探测，整体结构易于实现，体积小，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种被动式红外传感器广角光学系统
本技术属于红外传感器
，涉及一种被动式红外传感器广角光学系统。
技术介绍
被动式红外传感器具有体积小、性能稳定以及反应灵敏等优点，广泛应用于防火、防盗、监测、非接触温度测量、人体探测、红外雷达、人工智能、移动物体、以及微波炉、空调等领域。其核心部件主要由光学系统、红外热电堆传感器模组(或者是热释电传感器及其他红外传感器)、信号处理及控制电路组成。传感器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外热辐射。所述的被动式红外传感器，其通过光学系统的聚焦作用，探测位于某一个立体防范空间内的红外热辐射的变化。当防范区域内没有移动的人体等目标时，由于所有背景物体(如墙、家具等)在室温下红外热辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所有不能触发报警。当有人体在探测区域内走动时，就会造成某一方位红外热辐射能量的突然变化。红外热辐射能量的突然变化触发红外探测器中电压信号的变化，经过控制电路的信号处理后，送往报警控制器，从而发出报警信号。所述的被动式红外传感器，其探测波长范围是8～14μm，而人体的红外热辐射波长约为10μ左右，正好在此探测波长的窗口范围之内，因此能较好地探测到活动的人体。红外传感器模组前方的光学系统可以将来自多个方向的红外热辐射能量经光学系统后全部集中在红外传感器模组上。这样，一方面可以提高红外传感器的热电转换效力，另一方面还起到了加长探测距离、扩大警戒视场的作用。现有全方位探测的被动式红外传感器技术，其光学系统一般为类似于足球的空心球体形状，通过在球体的内侧表面或外侧表面设置凸透镜阵列，将不同方位的辐射光进行会聚，聚焦于探测器上，就可以进行全方位的探测，探测出不同方位的人员走动。其结构类似于图1所示松下电器(Matsushitaelectricworks)提出的专利号为US006051836A的一种被动式红外传感器透镜，透镜阵列31、32、33设置于球体的内侧表面，其分别将β1、β2、β3方位的红外热辐射进行会聚，聚焦到红外传感器模组的芯片P1上，从而可以探测这些方位的热辐射变化。现有全方位探测的被动式红外传感器技术，其光学系统的另一种结构为通过在球体的内侧表面或外侧表面设置环纹形状的菲涅尔聚光透镜阵列，将不同方位的热辐射光线进行会聚，聚焦于探测器上，进行全方位的探测，探测出不同方位的热辐射源的变化。其结构类似于图2所示瑞士CerberusAG公司提出的专利号为US4757204A的一种被动式红外传感器透镜，透镜阵列28、30为设置于球体内侧表面的菲涅尔聚光透镜阵列，其将不同方位的光线会聚到下方红外传感器模组52的芯片上，从而可以探测这些方位的热辐射变化。现有全方位探测的被动式红外传感器技术，其空心球体形状的光学系统，解决了对3维空间不同方位的热辐射探测，但是当探测方位角变大的时候，由于会聚光线变得比较倾斜，红外传感器芯片接收热辐射的等效面积变小，红外传感器芯片收集到的热辐射强度与探测方位角的大小呈余弦函数的分布关系，导致其对边缘方位探测到的热辐射强度越来越低，探测视角受到限制。一般情况下，现有被动式红外传感器技术，其探测方位在80°～90°以内可以获得比较清晰的信号，而超过这个方位角，信号就会变弱、变得比较模糊。另外，如图3所示，红外传感器模组在封装时候还有一片红外滤波片12，其透过红外线，并将可见光过滤掉，由于该滤波片12与红外传感器模组的芯片11也有一定的距离，受到滤波片口径的限制，现有技术的最大探测视角θmax也进一步受到限制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是：提供一种被动式红外传感器广角光学系统，解决探测器方位角较小的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供一种被动式红外传感器广角光学系统，其包括：红外传感器模组和广角透镜组，所述广角透镜组包括：形成在透镜本体上的聚光透镜阵列，用于对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚；形成在透镜本体上的广角凹面或广角散焦菲涅尔面，聚光透镜阵列会聚后的光线经由广角凹面或广角散焦菲涅尔面折射，视角缩小，视角缩小后会聚的红外热辐射由红外传感器模组接收。(三)有益效果上述技术方案所提供的被动式红外传感器广角光学系统，通过设置起会聚作用的聚光透镜阵列，实现对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚，会聚后的光线进一步折射，缩小视角，由红外传感器接收，从而实现整个红外传感器系统的广角探测，整体结构易于实现，体积小，成本低。附图说明图1松下电器提出的一种被动式红外传感器透镜结构示意图。图2瑞士CerberusAG公司提出的另一种被动式红外传感器透镜结构示意图。图3现有技术的最大探测方位角受到限制的示意图。图4实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统的结构示意图。图5实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统的透镜阵列的三视图。图6实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统的聚光原理图。图7实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统，所述透镜阵列130，其边缘单个小聚光透镜131a的光路图。图8实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统的计算机模拟图。图9实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统在5米远处的探测区域。图10实施例1所述被动式红外传感器广角光学系统在水平方向的探测角度分布图。图11实施例2所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图12实施例2所述被动式红外传感器广角光学系统的聚光原理图。图13实施例3所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图14实施例3所述被动式红外传感器广角光学系统的聚光原理图。图15实施例4所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图16实施例4所述被动式红外传感器广角光学系统的聚光原理图。图17实施例5所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图18实施例5所述被动式红外传感器所述广角透镜阵列的3视图。图19实施例5所述被动式红外传感器广角光学系统的聚光原理图。图20实施例5所述被动式红外传感器广角光学系统，所述复合透镜520，其其外侧面弧面上单个小聚光透镜522a的光路图。图21实施例6所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图22实施例6所述被动式红外传感器广角光学系统，所述复合透镜620，其其外侧面弧面上单个小透镜622a的聚光光路图。图23实施例7所述被动式红外传感器广角光学系统的剖面图。图24实施例7所述被动式红外传感器广角光学系统，所述复合透镜720，其外侧面弧面上单个小菲涅尔聚光透镜722a的光路图。具体实施方式为使本技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。基于现有技术中探测方位角较小的情况，本技术提出一种广角光学系统的配光技术。该被动式红外传感器广角光学系统，包括：红外传感器模组和广角透镜组，所述广角透镜组包括：形成在透镜本体上的聚光透镜阵列，用于对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚；形成在透镜本体上的广角凹面或广角散焦菲涅尔面，聚光透镜阵列会聚后的光线经由广角凹面或广角散焦菲涅尔面折射，视角缩小，视角缩小后会聚的红外热辐射由红外传感器模组接收。其中，透镜本体可以为两个分离的透镜本体，记为：第一透镜本体和第二透镜本体，聚光透镜阵列形成在第一透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，包括：红外传感器模组和广角透镜组，所述广角透镜组包括：形成在透镜本体上的聚光透镜阵列，用于对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚；形成在透镜本体上的广角凹面或广角散焦菲涅尔面，聚光透镜阵列会聚后的光线经由广角凹面或广角散焦菲涅尔面折射，视角缩小，视角缩小后会聚的红外热辐射由红外传感器模组接收。

【技术特征摘要】
1.一种被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，包括：红外传感器模组和广角透镜组，所述广角透镜组包括：形成在透镜本体上的聚光透镜阵列，用于对大视角范围各个方位的红外热辐射进行会聚；形成在透镜本体上的广角凹面或广角散焦菲涅尔面，聚光透镜阵列会聚后的光线经由广角凹面或广角散焦菲涅尔面折射，视角缩小，视角缩小后会聚的红外热辐射由红外传感器模组接收。2.如权利要求1所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述红外传感器模组包括传感器芯片和红外滤波片，所述视角缩小后会聚的红外热辐射经由红外滤光片由传感器芯片接收。3.如权利要求2所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述透镜本体可以为两个分离的透镜本体，记为：第一透镜本体和第二透镜本体，聚光透镜阵列形成在第一透镜本体上，广角凹面或广角散焦菲涅尔面形成在第二透镜本体上。4.如权利要求3所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光透镜阵列设置为凸透镜阵列或菲涅尔聚光透镜阵列，由多个凸透镜或菲涅尔透镜在一个球体的内侧表面或外侧表面排列而成。5.如权利要求3所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光透镜阵列形成在第一透镜本体上，其内侧表面排布聚光凸透镜，外侧表面为球面，形成球形透镜；第二透镜本体为非球面凹透镜，包括与球形透镜相对的凸面、以及与红外滤波片相对的凹面，形成广角负透镜。6.如权利要求3所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光透镜阵列形成在第一透镜本体上，其内侧表面排布聚光凸透镜，外侧表面为球面，形成球形透镜；第二透镜本体为散焦的菲涅尔广角透镜，其包括与球形透镜相对的凸面、以及与红外滤光片相对的锯齿状的散焦的菲涅尔面，形成广角负透镜。7.如权利要求5或6所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光凸透镜在球形透镜内侧表面由中心至外围层层排布，聚光凸透镜排布的数量按照由中心至外围每层数量分别为1、6、12、18、24、30、36、42、48的个数排列。8.如权利要求7所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述球形透镜和广角负透镜的材料为透红外的高密度聚乙烯或者透红外的聚碳酸树脂。9.如权利要求3所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光透镜阵列形成在第一透镜本体上，其内侧表面排布锯齿状的菲涅尔聚光透镜，外侧表面为球面，形成球形透镜；第二透镜本体为非球面凹透镜，包括与球形透镜相对的凸面、以及与红外滤波片相对的凹面，形成广角负透镜。10.如权利要求3所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，所述聚光透镜阵列形成在第一透镜本体上，其内侧表面排布锯齿状的菲涅尔聚光透镜，外侧表面为球面，形成球形透镜；第二透镜本体为散焦的菲涅尔广角透镜，其包括与菲涅尔聚光透镜相对的凸面、以及与红外滤光片相对的锯齿状的散焦的菲涅尔面，形成广角负透镜。11.如权利要求9或10所述的被动式红外传感器广角光学系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎欢标，
申请(专利权)人：东莞市美光达光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44