一种球面阵列菲涅尔透镜、探测器及安防系统的制作方法

1.本技术属于探测器技术领域，更具体地说，是涉及一种球面阵列菲涅尔透镜、探测器及安防系统。


背景技术：

2.被动红外入侵探测器所用的菲涅尔透镜绝大多数用高密度聚乙烯材料压制而成，其主要作用是将发热目标物体成像于红外热释电传感器晶元上或将发热物体所发出的热红外光线(波长在3μm-14μm之间)聚焦于热释电传感器上。
3.菲涅尔透镜的外形有:平面形、半球面形、非球面形等。目前市面上的平面形菲涅尔透镜弯曲成半圆状使用，多为壁挂安装方式，半球面形菲涅尔透镜多为吸顶安装方式，在满足探测角度和探测距离的要求下，常规菲涅尔透镜难以同时适用于壁挂安装方式和吸顶安装方式，故而有待改进。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种球面阵列菲涅尔透镜、探测器及安防系统，以改善以下技术问题：在满足探测角度和探测距离的要求下，常规菲涅尔透镜难以同时适用于壁挂安装方式和吸顶安装方式。
5.第一方面，本技术提供一种球面阵列菲涅尔透镜，包括透镜本体，所述透镜本体具有内球面和外球面；
6.所述透镜本体的内球面中心固定有中心透镜片层，所述透镜本体的内球面还设置有多组环形透镜片层，位于最内圈的所述环形透镜片层环绕所述中心透镜片层布置，相邻外圈的所述环形透镜片层环绕相邻内圈的所述环形透镜片层布置；
7.所述中心透镜片层包括一个菲涅尔透镜元，所述环形透镜片层包括多个菲涅尔透镜元。
8.在本技术的一种可实现的技术方案中，每个所述菲涅尔透镜元的焦距小于所述菲涅尔透镜元所在部位的所述透镜本体内表面的曲率半径。
9.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述菲涅尔透镜元的齿高在0.15-0.25毫米之间，所述菲涅尔透镜元的厚度在0.5-1.0毫米之间。
10.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述透镜本体的内球面设置有三组所述环形透镜片层，三组所述环形透镜片层分别为第一环形透镜片层、第二环形透镜片层和第三环形透镜片层，所述第三环形透镜片层的外周沿和所述透镜本体的内球面周沿相对齐。
11.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述第一环形透镜片层包括八个相等的第一菲涅尔透镜元，八个所述第一菲涅尔透镜元环绕所述中心透镜片层的中心点均匀对称阵列布置；
12.所述第二环形透镜片层包括十二个相等的第二菲涅尔透镜元，十二个所述第二菲涅尔透镜元环绕所述中心透镜片层的中心点均匀对称阵列布置；
13.所述第三环形透镜片层包括十二个相等的第三菲涅尔透镜元，十二个所述第三菲涅尔透镜元环绕所述中心透镜片层的中心点均匀对称阵列布置。
14.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述透镜本体包括球面部和环形安装部，所述环形安装部连接于所述球面部的内球面的周沿，所述球面部的球心位于所述环形安装部的中心轴线上。
15.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述环形安装部远离所述球面部的端部设置有一个或者多个定位槽。
16.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述环形安装部上设置有一个或者多个卡扣孔。
17.第二方面，本技术提供一种探测器，包括安装底座、红外探测器本体和如上述的球面阵列菲涅尔透镜，所述红外探测器本体安装于所述安装底座上，所述红外探测器本体内设置有热释电传感器，所述球面阵列菲涅尔透镜安装于所述红外探测器本体远离所述安装底座的端部。
18.第三方面，本技术提供一种安防系统，采用如上述的探测器。
19.综上所述，本技术至少包括以下一种有益的技术效果：
20.1.设置有内球面和外球面的球面部为完全对称式设计，而且多组环形透镜片层环绕中心透镜片层周围一圈一圈排布，也同样为对称式设计，所以无论是该球面阵列菲涅尔透镜在墙壁安装时或者是屋顶安装时，发热物体所发出的热红外光线都可以透过透镜本体和菲涅尔透镜元聚焦于内球面的球心位置上，从而在满足探测角度和探测距离的要求下，该球面阵列菲涅尔透镜可以同时适用于壁挂安装方式和吸顶安装方式，可满足不同使用场景，市场竞争力更强；
21.2.因采用菲涅尔透镜元采用上述布局设计，在满足探测角度和探测距离的要求下，球面阵列菲涅尔透镜的体积较小、厚度较薄、制作成本较低。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术实施例提供的球面阵列菲涅尔透镜的结构示意图。
24.图2为本技术实施例中透镜本体的剖视结构示意图。
25.图3为本技术实施例中所有菲涅尔透镜元的布局示意图。
26.图4为本技术实施例中其中一个菲涅尔透镜元的结构示意图。
27.图5为本技术实施例中中心透镜片层的分布示意图。
28.图6为本技术实施例中第一环形透镜片层的分布示意图。
29.图7为本技术实施例中第二环形透镜片层的分布示意图。
30.图8为本技术实施例中第三环形透镜片层的分布示意图。
31.图9为本技术实施例中近距多视区的菲涅尔透镜元的分布示意图。
32.图10为本技术实施例中中距多视区的菲涅尔透镜元的分布示意图。
33.图11为本技术实施例中远距多视区的菲涅尔透镜元的分布示意图。
34.图12为本技术实施例中球面阵列菲涅尔透镜处于壁挂安装方式下的有效探测区域的侧视图。
35.图13为本技术实施例中球面阵列菲涅尔透镜处于壁挂安装方式下的有效探测区域的俯视图。
36.图14为本技术实施例中球面阵列菲涅尔透镜处于吸顶安装方式下的有效探测区域的侧视图。
37.图15为本技术实施例中球面阵列菲涅尔透镜处于吸顶安装方式下的有效探测区域的俯视图。
38.图16为本技术实施例提供的探测器处于壁挂安装方式下的结构示意图。
39.图17为本技术实施例提供的探测器处于吸顶安装方式下的结构示意图。
40.其中，图中各附图标记：
41.101、安装底座；
42.102、红外探测器本体；21、热释电传感器；
43.103、球面阵列菲涅尔透镜；31、透镜本体；311、球面部；312、环形安装部；3121、定位槽；3122、卡扣孔；32、中心透镜片层；33、第一环形透镜片层；331、第一菲涅尔透镜元；34、第二环形透镜片层；341、第二菲涅尔透镜元；35、第三环形透镜片层；351、第三菲涅尔透镜元；300、菲涅尔齿。
具体实施方式
44.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
46.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.请一并参阅图1-图17，现对本技术实施例提供的一种球面阵列菲涅尔透镜、探测器及安防系统进行说明。
49.本技术实施例提供一种球面阵列菲涅尔透镜，请参阅图1至图3，包括透镜本体31，透镜本体31具有内球面和外球面，外球面均为光滑曲面，内球面是由回旋体加工而成的菲涅尔齿形成。
50.球面阵列菲涅尔透镜主要采用高密度聚乙烯材料制作而成，而且透镜本体31包括一体成型的球面部311和环形安装部312，菲涅尔透镜元均安装于球面部311的内球面，环形安装部312连接于球面部311的内球面的周沿，球面部311的球心位于环形安装部312的中心轴线上，而且球面部311的外周直径略大于环形安装部312的外直径。
51.环形安装部312远离球面部311的端部设置有一个定位槽3121，定位槽3121主要用于该球面阵列菲涅尔透镜安装固定时，和其他安装结构进行卡接定位，进而安装位置会更加精准，安装过程会更加高效。
52.在其他实施例中，定位槽3121的数量还可以为两个、三个甚至更多。
53.环形安装部312上设置有四个卡扣孔3122，四个卡扣孔3122沿环形安装部312均匀对称且间隔布置，卡扣孔3122的形状大致为方形状，而且卡扣孔3122的四个角落均为圆弧角设计。卡扣孔3122主要用于该球面阵列菲涅尔透镜安装固定时，和其他安装结构(可以卡入卡扣孔3122的弹性凸起结构)进行卡接固定，进而安装位置会更加精准，而且连接结构更加牢固。
54.透镜本体31的内球面中心设置有中心透镜片层32，透镜本体31的内球面还设置有多组环形透镜片层，位于最内圈的环形透镜片层环绕中心透镜片层32布置，相邻外圈的环形透镜片层环绕相邻内圈的环形透镜片层布置。
55.参照图3和图5，中心透镜片层32包括一个菲涅尔透镜元，环形透镜片层包括多个菲涅尔透镜元，菲涅尔透镜元和透镜本体31之间一体注塑成型。每个菲涅尔透镜元的焦距小于菲涅尔透镜元所在部位的透镜本体31内表面的曲率半径。
56.菲涅尔齿300的齿高在0.15-0.25毫米之间，在本实施例中菲涅尔齿300的齿高优选为0.2毫米，菲涅尔透镜元的厚度在0.5-1.0毫米之间，在本实施例中菲涅尔透镜元的厚度优选为0.8毫米。在强度允许的条件下，菲涅尔透镜元的厚度越薄，折射聚光效果越好。
57.在本实施例中，环形透镜片层设置有三组且分别为第一环形透镜片层33、第二环形透镜片层34和第三环形透镜片层35，第三环形透镜片层35的外周沿和透镜本体31的内球面周沿相对齐。
58.在其他实施例中，环形透镜片层的数量可以为两组、四组、五组甚至更多，具体可以根据球面阵列菲涅尔透镜的尺寸、大小和功能要求进行设计。
59.参照图2和图4，菲涅尔透镜元的外表面贴合透镜本体31的内球面，菲涅尔透镜元的内表面设置有多条同心布置的菲涅尔齿300。在菲涅尔齿300的作用下，热红外光线经过菲涅尔透镜元的折射，汇集至内球面的球心位置，该球心位置刚好设置有热释电传感器(见图16或者图17)。
60.参照图3和图6，第一环形透镜片层33包括八个相等的第一菲涅尔透镜元331，八个第一菲涅尔透镜元331环绕中心透镜片层32的中心点均匀对称阵列布置。
61.参照图3和图7，第二环形透镜片层34包括十二个相等的第二菲涅尔透镜元341，十二个第二菲涅尔透镜元341环绕中心透镜片层32的中心点均匀对称阵列布置。
62.参照图3和图8，第三环形透镜片层35包括十二个相等的第三菲涅尔透镜元351，十二个第三菲涅尔透镜元351环绕中心透镜片层32的中心点均匀对称阵列布置。
63.在本实施例中，当球面阵列菲涅尔透镜处于壁挂安装方式下，所有菲涅尔透镜元被划分为三个多视区：近距多视区、中距多视区、远距多视区。
64.参照图3和图9，远距多视区的所有菲涅尔透镜元处于一条直线上，且包含中心透镜片层32的一个菲涅尔透镜元、第一环形透镜片层33的两个第一菲涅尔透镜元331、第二环形透镜片层34的两个第二菲涅尔透镜元341、第三环形透镜片层35的两个第三菲涅尔透镜元351。
65.其中两个第一菲涅尔透镜元331对称布置于中心透镜片层32的菲涅尔透镜元的两侧，两个第二菲涅尔透镜元341对称布置于中心透镜片层32的菲涅尔透镜元的两侧，两个第三菲涅尔透镜元351对称布置于中心透镜片层32的菲涅尔透镜元的两侧。
66.参照图3和图10，中距多视区的所有菲涅尔透镜元分为两组且分别位于远距多视区的所有菲涅尔透镜元的两侧，中距多视区的菲涅尔透镜元包含第一环形透镜片层33中除去属于远距多视区以外的所有第一菲涅尔透镜元331、第二环形透镜片层34中除去属于远距多视区以外的所有第二菲涅尔透镜元341、第三环形透镜片层35中靠近远距多视区的四个第三菲涅尔透镜元351。
67.参照图3和图11，近距多视区的所有菲涅尔透镜元分为两组且分别对称间隔布置于远距多视区的所有菲涅尔透镜元的两侧，近距多视区的菲涅尔透镜元包含第三环形透镜片层35中剩下的六个第三菲涅尔透镜元351，且三个第三菲涅尔透镜元351为一组。
68.在本实施例中，当球面阵列菲涅尔透镜处于壁挂安装方式下，球面阵列菲涅尔透镜在高度为2.2米的位置，球面阵列菲涅尔透镜探测范围为俯视角90度，侧视距离为1-8米且呈立体扇形状，具体的，附图12为球面阵列菲涅尔透镜在上述状态下的有效探测区域的侧视图，附图13为球面阵列菲涅尔透镜在上述状态下的有效探测区域的俯视图。
69.在本实施例中，当球面阵列菲涅尔透镜处于吸顶安装方式下，球面阵列菲涅尔透镜在高度为3.6米的位置，球面阵列菲涅尔透镜探测范围为360度，直径为8米且呈圆锥状，具体的，附图14为球面阵列菲涅尔透镜在上述状态下的有效探测区域的侧视图，附图15为球面阵列菲涅尔透镜在上述状态下的有效探测区域的俯视图。
70.本技术提供的一种球面阵列菲涅尔透镜的工作原理为：
71.设置有内球面和外球面的球面部311为完全对称式设计，而且多组环形透镜片层环绕中心透镜片层32周围一圈一圈排布，也同样为对称式设计，基于菲涅尔透镜元的内表面设置有多条同心布置的菲涅尔齿300，所以无论是该球面阵列菲涅尔透镜在墙壁安装时或者是屋顶安装时，发热物体所发出的热红外光线都可以透过透镜本体31和菲涅尔透镜元，然后聚焦于内球面的球心位置上，配合在上述球心位置设置的热释电传感器，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热释电传感器上产生变化热释红外信号。
72.本技术提供的一种球面阵列菲涅尔透镜，与现有技术相比，具有以下可预期的技术效果：
73.在满足探测角度和探测距离的要求下，该球面阵列菲涅尔透镜可以同时适用于壁挂安装方式和吸顶安装方式，可满足不同使用场景，市场竞争力更强，且因菲涅尔透镜元采用上述布局设计，球面阵列菲涅尔透镜的体积较小、厚度较薄、制作成本较低。
74.本技术实施例还提供一种探测器，请参阅图16和图17，包括安装底座101、红外探测器本体102和如上述的球面阵列菲涅尔透镜103，红外探测器本体102安装于安装底座101上，红外探测器本体102内设置有热释电传感器21，球面阵列菲涅尔透镜103安装于红外探
测器本体102远离安装底座的端部，球面阵列菲涅尔透镜103的安装方式为常见的卡扣连接。
75.红外探测器本体102和球面阵列菲涅尔透镜103共同形成大致的球心结构，图16为探测器处于壁挂安装方式下的结构示意图，图17为探测器处于吸顶安装方式下的结构示意图。
76.该探测器可以为被动红外入侵探测器或者红外微波综合探测器。
77.本技术实施例还提供一种安防系统，采用如上述的探测器。
78.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。