CN201387418Y - 准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统。属于日用电器控制技术领域。它是在菲涅尔透镜和探测器之间，加装一个用对远红外波段具有高反射率金属制成或用塑料制造再镀上高反射率的金属镀层的特殊形状的匹配反射镜，它的外形一般为喇叭型，口部大，朝向菲涅尔透镜；底部小，直接套在探测器上。本实用新型利用了折射式透镜和反射镜的优点，用匹配反射镜来弥补透镜的不足，可以满足准静态人体探测的要求。

Description

准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统

技术领域

本实用新型公开了一种准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统，属于日用电器控制技术领域。

背景技术

被动红外人体探测器的一个重要组件是光学系统，由于人体辐射的红外线能量相当微弱，如不采用光学系统，探测器的探测距离将会很小。光学系统的作用一是聚焦，将红外线能量聚焦在红外传感器上；二是将探测区域划分为若干个视区，把区域内人体的运动转化为传感器表面的脉动热能变化，为信号的后续处理创造条件。

光学系统主要有抛物面反射镜和菲涅尔透镜等。抛物面反射镜具有热能吸收少，散射损失小，效率高，成像精度好等优点，探测距离可达60米。但体积大，不好密封，在防尘、防水、抗冲击、隐蔽性方面不易做好；菲涅尔透镜是一种塑料注成的薄膜片，片上刻有精细的镜面和排列有序的纹理，它是根据对灵敏度和接收角度的要求来设计和制作的，技术精度要求相当高。主要缺点是红外衰减大、灵敏度低。但体积小，密封容易，稳定性好，价格相对较低。因此国内外广泛采用菲涅尔透镜作为被动红外人体探测的光学系统。

目前，几乎所有的菲涅尔透镜都是为安防的入侵探测器和楼梯走廊灯具控制所设计的，从抗干扰的角度考虑，视区的数量有限，属于检测运动型人体的光学系统，对运动人体的检测效果较好。但用于人体准静止状态，如办公、学习和工作时的人体检测，由于此时人体动作的幅度很小，无法在菲涅尔透镜的视区间形成有效的运动，会使探测器的灵敏度降低很多，探测信号幅度很小，甚至没有，造成检测电路的漏检测而没有控制信号输出。之后人体如有大一点的动作时，又会被检测到而产生控制信号输出。这样就会造成被控设备的频繁启停，严重时将无法正常工作。如用于灯具控制，频繁的启停不但影响人员的学习效果，而且还会严重地缩短灯具的寿命。因此运动型人体检测的菲涅尔透镜不能适应准静态的人体检测要求。

发明内容

本实用新型针对已有技术的不足，提供一种可以提高准静止状态下人体探测精度的准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统。

由于每一个热电元件的大小约为2×1mm，经过透镜能够投射到元件矩形范围内的现场景物就局限在一个漏斗型的空间里，换言之，热电元件只能“看”到这个漏斗形空间内的热能景物，我们称这个漏斗形热敏感空间为热电元件的视区。单一镜头所能形成的视区只有两个，为了提高探测精度，需要增加不重叠的视区数目。普遍做法是设置多个镜头，镜头法线汇聚热电元件中心，法线向外辐射，形成一系列视区分布。为了适应准静态人体检测的要求，需要将菲涅尔透镜视区的数目大大提高。这就需要专门设计的菲涅尔透镜，但菲涅尔透镜系统的设计很复杂，需要考虑到各种影响因素，技术和加工的精度要求很高，不是一般的生产厂家所能完成的。

本实用新型的技术特征是在运动型人体检测的菲涅尔透镜和探测器之间，加装一个匹配的反射镜，将菲涅尔透镜折射后偏离探测器视角的红外线重新反射回探测器，达到增加视区数量，提高探测精度的目的。所述匹配反射镜采用对中远红外波段具有高反射率金属或用塑料制造并镀上高反射率金属镀层制成。所述匹配反射镜的外形为喇叭型，口部大，朝向菲涅尔透镜；底部小，直接套在探测器上，由形状、张角和分段数量参数决定。

以下详细介绍本实用新型的结构，折反式光学系统主要由菲涅尔透镜和安装在透镜与探测器之间的匹配反射镜组成。匹配反射镜采用对中远红外波段具有高反射率金属或用塑料制造并镀上高反射率金属而制成的特殊形状反射镜，它匹配菲涅尔透镜本身的视区特性和探测器的视角等性能，将经过菲涅尔透镜折射后偏离探测器视角的红外线，按照我们的要求重新反射回探测器，达到增强整个光学系统性能的目的。这种方法充分利用了折射式透镜和反射镜的优点，弥补了菲涅尔透镜的不足，满足准静态人体探测的要求。

本实用新型与菲涅尔透镜系统相比优点有：

1、显著增加光学系统的视区的数量，提高检测精度；

2、改变探测区域的大小和形状，使之符合我们的要求；

3、改善透镜与探测器之间视角的匹配，降低了噪声；

4、设计生产容易。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为折反式光学系统的光路图。

其中，1.探测器，2.匹配反射镜，3.菲涅尔透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详述：

折反式光学系统主要由菲涅尔透镜3和安装在透镜与探测器1之间的匹配反射镜2组成。匹配反射镜2采用对中远红外波段具有高反射率的金属制成，或用塑料制造再镀上高反射率的金属镀层。它的外形一般为喇叭型，口部大，朝向菲涅尔透镜3；底部小，直接套在探测器1上。结构如图1所示。

匹配反射镜2主要由形状、张角和分段数量等参数决定。形状要根据菲涅尔透镜3的形状、视区数量和所需增加的视区数量及加工的难易程度等因素确定；张角由菲涅尔透镜3和探测器1的视角及整个系统所需的探测角度决定；分段数量由菲涅尔透镜视区的数量和张角及探测器1的视角等参数来决定。由于反射镜的各种参数必须和菲涅尔透镜3及探测器1的参数相匹配，因此称之为匹配反射镜2。

匹配反射镜2的光路图如图2所示，假设菲涅尔透镜3是由三段透镜组成，如果单纯使用菲涅尔透镜系统，只会在三段透镜的光轴方向形成三段视区，在三段透镜之间形成两段盲区。加上匹配反射镜2后，在上下两段透镜与中间透镜视区之间特定夹角的红外线，通过透镜折射后，照在反射镜上，通过反射也可以进入探测器1，这就增加了两段视区和盲区，使透镜的分段密度达到五个，提高了整个光学系统的分辨率。我们还可以改变反射镜的各种参数，让经过菲涅尔透镜3折射后的不同角度的红外线，按照我们的要求多次反射回探测器1，可以增加更多的反射视区。因此，在不更换菲涅尔透镜3的情况下，可以使透镜的视区数量得到成倍的增加，达到甚至超过专门设计的高分辨透镜的效果，使整个探测区域内的检测精度得到很大提高。

匹配反射镜2可以改变探测区域的大小和形状，满足不同的需求。原菲涅尔透镜3的探测范围可能与实际的需求有一定的差距，如比我们的要求大，那么，在我们所需的探测范围之外的人员动作也将被探测到，造成误判断。这时虽然可以采取在透镜和探测器1之间加遮挡片的方法解决，但是这就相当于减小了探测器1的孔径，减少了通光量，降低了探测灵敏度，是不可取的。而匹配反射镜2的形状、口径和张角等参数是经过严格设计的，它在限定探测区域的同时，将探测器1剩余部分的视角反射到探测区域之内，不但没有降低探测器1的孔径，反而增加了探测区域的灵敏度。

匹配反射镜2改善了透镜与探测器1之间视角的匹配，降低了噪声。探测器1的视角一般比透镜的视角大，探测器1的性能没有得到充分利用，而且探测器1视角多余的部分照在透镜旁边的机壳上，探测器1内部的电路工作所产生的温度变化，也会通过这部分机壳的反射而进入探测器1，由于距离很近，将产生较大的噪声，严重的时候还会引起误动作。匹配反射镜2保证了探测器1的视角与透镜一直，从根本上解决这个问题。

匹配反射镜2可以根据可见光学反射特性进行设计，无须涉及难以测量的材料红外特性。设计方便灵活，加工制作容易，价格便宜。由于不需要更换菲涅尔透镜3，匹配反射镜2的体积又不大，直接安装在探测器1上，因此，折反式光学系统无须改变产品的结构设计，兼容性好，升级容易。

折反式光学系统利用了菲涅尔透镜3和反射镜的优点，弥补了菲涅尔透镜3的缺点，满足了准静态人体检测的需要，具有广泛的应用前景。

Claims (3)

1、一种准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统，其特征是，在菲涅尔透镜和探测器之间，加装一个匹配反射镜。

2、根据权利要求1所述的准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统，其特征是，所述匹配反射镜采用对中远红外波段具有高反射率金属或用塑料制造并镀上高反射率金属镀层制成。

3、根据权利要求1或2所述的准静态被动红外人体探测器的折反式光学系统，其特征是，所述匹配反射镜的外形为喇叭型，口部大，朝向菲涅尔透镜；底部小，直接套在探测器上。

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