CN201984167U - 一种菲涅尔透镜感应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种菲涅尔透镜感应系统，所述系统由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二菲涅尔透镜单元布置在所述第三菲涅尔透镜单元的两侧。此外，作为另一种实现，还可以包括第四菲涅尔透镜单元或第四、第五菲涅尔透镜单元，以检测从地下、天空、感应系统背后，或其它漏检区域进入到感应监控区的物体信号。本实用新型能够改善现有菲涅尔透镜感应系统侦测范围的不足。

Description

一种菲涅尔透镜感应系统

技术领域

本实用新型涉及一种菲涅尔透镜感应系统。

背景技术

菲涅尔透镜感应系统，是以菲涅尔透镜单元与感应单元配套形成以进行信号感应的系统，其中菲涅尔透镜单元感应光信号，感应单元接收并处理菲涅尔透镜的感应信号。参照图1、2，菲涅尔透镜的表面一般是由同心的锯齿形或阶梯面组成，其感应信号的特点是：中间感应距离长、信号强度大，周边感应距离和信号强度则急剧衰减。其特征光路如图1所示，而从图2可以看到，当入射离散角度越大时，入射信号离散越大，强度衰减越大。

菲涅尔透镜在监控系统中的一个应用是用来启动监控系统的影像系统，使其只在检测到物体运动时才开始摄像或拍照，以达到减少数据量和降低系统功耗的目的。

菲涅尔透镜感应系统主要应用在检测、监控等领域，其主要分为两类，一类一般是布置一个菲涅尔透镜单元来检测一个狭窄区域，例如目前自动抽水马桶的人体检测，其要求检测区域集中在自动抽水马桶正面较短距离的狭窄区域，以避免误检测而产生误冲水操作；一类是区域内的热血生物监控，这种应用传统上的设计思路是基于无盲区内点监控的设计思路，设计为检测区域内的每个点或子区，通过在监控区域内密布多个菲涅尔透镜单元实现无盲区监控的设计。然而，这种密布方式的缺陷在于：1)菲涅尔透镜的密布方式导致每个菲涅尔透镜面积减少，从而使得这种方式的监控距离短；2)菲涅尔透镜的密布方式导致物体在区域内稍有动作就被感应，引起频繁的拍照，而拍照间隔很短的两张照片上的监控信息几乎相同，实际上并无必要，因而造成资源浪费。

实用新型内容

有鉴于上述背景，本实用新型提供了一种菲涅尔透镜感应系统，能够改善现有菲涅尔透镜感应系统侦测范围的不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供的一种菲涅尔透镜感应系统，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三 边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二菲涅尔透镜单元布置在所述第三菲涅尔透镜单元的两侧。

上述菲涅尔透镜感应系统，所述第一、第二和第三菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者布置在由一个平面折成的三个平面上；或者所述第一、第二和第三菲涅尔透镜单元布置在一个圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面、或双曲柱面的二次柱面上。

本实用新型提供的另一种菲涅尔透镜感应系统，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成。

上述菲涅尔透镜感应系统，所述第四边界是指靠近地面的下侧面。

上述菲涅尔透镜感应系统，所述第一至第四菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者一个梯台的四个平面上；或者所述第一至第四菲涅尔透镜单元布置在一个球面、椭球面、抛物面、或双曲面的二次曲面上。

本实用新型提供的又一种菲涅尔透镜感应系统，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第五边界的目标物的信号的第五菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二、第三、第四菲涅尔透镜单元以所述第五菲涅尔透镜单元为中心对称分布。

上述菲涅尔透镜感应系统，所述第一至第五菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者一个梯台的五个平面上；或者所述第一至第五菲涅尔透镜单元布置在一个球面、椭球面、抛物面、或双曲面的二次曲面上。

本实用新型所述的菲涅尔透镜感应系统，所述感应单元为1个，各个菲涅尔透镜单元均聚焦在该感应单元上；或者所述感应单元为多个，与所述菲涅尔透镜单元一一对应。

本实用新型所述的菲涅尔透镜感应系统，所述感应单元为红外感应探测单元(PIR)。

本实用新型所述的菲涅尔透镜感应系统，所述感应区域的感应角度与和感应系统配合的影像系统的视场角大致相等。

本实用新型所述的菲涅尔透镜感应系统，所述的菲涅尔透镜单元的表面刻成同心圆、同心椭圆、或同心多面体的锯齿或阶梯形。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型摒弃了传统的密集区域内点监控的思路，而采用了边界监控的思路，即监控时，主要对监控目标跨越监控区域的边界的情景进行感应，对于应用第一、第二、第三菲涅尔透镜单元的设计，各菲涅尔透镜单元分别负责感应跨越监控(感应)区域的第一边界、第二边界、第三边界的目标物的信号，例如，第一边界是感应区域的左边界、第二边界是感应区域的右边界、第三边界是感应区域的前端边界；以动物监控为例，因为动物进入或离开监控区域，一定要经过监控范围的边界，因此通过设计菲涅尔透镜单元负责监控感应区域的边界即可保证监控效果，并且菲涅尔透镜单元的限制可以大大减少拍照次数，使得能量更加集中使用在最有效的监控区间，并且节省了功耗，增加了待机时间。在第一、第二、第三、第四、第五菲涅尔透镜单元的设计时，则可以监控感应区域的五个边界，例如，第一边界是左侧面、第二边界是右侧面、第三边界是前侧面、第四边界是上侧面，第五边界是靠近地面的下侧面，从而监控区域从立体空间上得到了扩展。作为一种简化，也可以第一、第二、第三、第四菲涅尔透镜单元的设计，即去掉一菲涅尔透镜单元不用。

作为本实用新型的更为实用的优化，除了第一、第二、第三、第四、第五等主要的菲涅尔透镜单元外，还可以在这些主要的菲涅尔透镜单元的下面或周边，增加尺寸更小的菲涅尔透镜单元，用以覆盖从地面、天空、或感应系统背后进入或离开监控区域的情况，而达到全覆盖的监控目的。

2)相比于现有技术，在同样的面积下，由于本实用新型的菲涅尔透镜单元数量显著减少，一方面加工得到简化，节省了加工成本；另一方面，由于菲涅尔透镜的感应距离与菲涅尔透镜的表面积成正相关的关系，因此，在同一个透镜总尺寸下，菲涅尔透镜单元的数量越少，则感应的距离就越远；而在本实用新型的菲涅尔透镜感应系统中，主要的菲涅尔透镜单元数量被减少到三到五个，各个菲涅尔透镜单元的面积相比现有技术的更大，从而菲涅尔透镜单元的感应距离得以增加，使得检测范围更宽，检测装置可以做得更小。

3)通过将多个菲涅尔透镜单元布置在曲面，例如弧面、折面上，一方面让加工更简单，另一方面可以使整个监控范围的形态较为规则，避免形成中央突出的不规则形态。

本实用新型通过最优化的3个到5个菲涅尔透镜单元设计或以3个到5个菲涅尔透镜单元为主体的菲涅尔透镜设计，在降低成本的同时仍然能够保证监控效果。

附图说明

图1是现有的菲涅尔透镜的特征光路示意图；

图2是现有的菲涅尔透镜的入射角度与离散入射角度的关系示意图；

图3是本实用新型一种实施例的菲涅尔透镜感应系统示意图；其中外边的两个透镜单元的中心线形成的夹角Φ，在设计时由所感兴趣的监控区域决定；图3.1示出了水平布置方式的3个菲涅尔透镜单元，图3.2示出了水平方向的3个菲涅尔透镜单元在一个平面的排列结构，图3.3示出了水平方向的3个菲涅尔透镜单元在一个弧面的排列结构，图3.4示出了水平方向的3个菲涅尔透镜单元在由一个平面折成的三个平面的排列结构。

图4是本实用新型另一种实施例的菲涅尔透镜感应系统示意图；它描述的实际上是图3中的系统旋转了90度后的情况，作为一般性的例子来说明图3所示的系统可能产生的简单变化；图4.1示出了垂直布置方式的3个菲涅尔透镜单元，图4.2示出了垂直方向的3个菲涅尔透镜单元在一个平面的排列结构，图4.3示出了垂直方向的3个菲涅尔透镜单元在一个弧面的排列结构，图4.4示出了垂直方向的3个菲涅尔透镜单元在由一个平面折成的三个平面的排列结构。

图5是本实用新型又一种实施例的菲涅尔透镜感应系统示意图；它是图3所示的系统的一种更为精细的扩充；其中水平和垂直方向上的两个夹角Φ和β，或者锥角Θ，都代表所感兴趣的感应区域；图5.1和图5.2示出了5个菲涅尔透镜单元在平面上以一者居中，其余四者环绕在四周，以该位于中心的菲涅尔透镜单元为中心对称分布的布置方式；图5.3示出了菲涅尔透镜单元分布在由弧面进一步形成的半球面、椭球面、抛物面、或双曲面的一个二次曲面上的布置方式；图5.4示出了5个菲涅尔透镜单元分布在由折面进一步形成的梯台的顶面和四个侧面上的布置方式。

图6是图3在实用上的一种简单扩充，用以说明简单的改变和扩充，仍然属于本实用新型的保护范围；类似的变化也适用于图5所示的菲涅尔透镜感应系统。图6.1给出一种镜头的螺线充满整个镜面的菲涅尔透镜系统设计；图6.2是一种将传统的同心圆菲涅尔透镜单元做成同心椭圆的变化；图6.3是将其中一个菲涅尔透镜边界感应单元用小而密集的菲涅尔透镜单元来实现的变化，用 以覆盖地面、天空、或感应系统背后的物体出入情况。

具体实施方式

下面对照附图并结合具体实施方式对本实用新型做详细说明。

本实用新型主要是依据菲涅尔透镜的中心入射角的信号强，边缘入射角信号弱的特点，充分利用更强的中心信号来检测监控区域的边界线，而不是象现有技术那样监控监控区域的内点，从而达到扩大检测范围，或减低功耗和透镜尺寸的目的，并大幅减少重复的数据量。

本实用新型实施例的菲涅尔透镜感应系统，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二菲涅尔透镜单元布置在所述第三菲涅尔透镜单元的两侧。其中，第一边界是感应区域的左边界，第二边界是右边界，第三边界是前端边界。

在另一实施例中，本实用新型的菲涅尔透镜感应系统由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成。其中，第一边界是感应区域的左侧面、第二边界是感应区域的右侧面，第三边界是感应区域的前侧面，第四边界是感应区域的上侧面或者靠近地面的下侧面。

在又一实施例中，本实用新型的菲涅尔透镜感应系统由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第五边界的目标物的信号的第五菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二、第三、第四菲涅尔透镜单元以所述第五菲涅尔透镜单元为中心对称分布。其中第一边界是感应区域的左侧面、第二边界是感应区域的右侧面，第三边界是感应区域的前侧面，第四边界是感应区域的上侧面，第五边界是靠近地面的下侧面。

菲涅尔透镜单元可以布置在一个平面上，并且周边的菲涅尔透镜单元布置在中心的菲涅尔透镜单元的两侧或者四周，通常可以等距方式布置；或者布置在一个曲面上，通常可以设置为距一中心点具有相同的曲率半径，同样的，周边的菲涅尔透镜单元也可以等距方式布置在中心的菲涅尔透镜单元的两侧或者四周。曲面例如可以是弧面、折面等。

感应单元可以设置多个，从而与菲涅尔透镜单元一一对应。或者感应单元为1个，各个菲涅尔透镜单元均聚焦在该感应单元上。

感应单元，例如可以是红外侦测单元(PIR)。下文均以感应单元是PIR为例进行说明，本领域技术人员可知，其他类型的感应单元同样适用于本实用新型所述的感应系统。

图3、4示出了3个菲涅尔透镜单元的设计，可以看到，这些菲涅尔透镜单元，可以布置在一个平面、由一个平面折成的三个面、或一个二次柱面(圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面、或双曲柱面)上，并可布置在不同方向。例如，图3.1示出了水平布置方式的3个菲涅尔透镜单元，其在水平方向，可以形成如图3.2(3个菲涅尔透镜单元在一个平面)，图3.3(3个菲涅尔透镜单元在一个弧面)，图3.4(3个菲涅尔透镜单元在由一个平面折成的三个平面)示出的不同排列结构，3个菲涅尔透镜单元在水平方向上可以形成一个宽范围和远距离(比如120°×25M)的监控区域，即感应区域的感应角度可以达到120度，感应距离可以达到25米。而现有的菲涅尔透镜感应系统，通常只能覆盖120°×6M或50°×9M的区域。

图4示出了图3菲涅尔透镜感应系统的在监控或安装方向上的简单的变化。

图5示出了5个菲涅尔透镜单元的设计，可以看到，这些菲涅尔透镜单元，可以布置在一个平面、由一个平面折成的五个面、或一个二次曲面(球面、椭球面、抛物面、或双曲面)上。参照图5的示例，图5.1和图5.2示出了5个菲涅尔透镜单元在平面上以一者居中，其余四者环绕在四周，以该位于中心的菲涅尔透镜单元为中心对称分布的布置方式，即包括位于中心的一个中心菲涅尔透镜单元，沿水平方向分布在该中心菲涅尔透镜单元左右的两个菲涅尔透镜单元，以及沿垂直方向分布在该中心菲涅尔透镜单元上下的两个菲涅尔透镜单元。在图5.3的示例中，弧面进一步形成半球面、椭球面、抛物面、或双曲面的一个二次曲面；在图5.4的示例中，折面进一步形成梯台面，5个菲涅尔透镜单元分布在梯台的顶面和四个侧面上，使PIR在具有比较远的侦测距离的同时在各方向和侦测角度上不会产生侦测死角。由此可见，多个菲涅尔透镜单元的分布是非常灵活的，完全可以根据预配置分布在不同侦测位置，而各个菲涅尔 透镜单元在各自的位置或者说方向上都是独立使用的。

如图3、4、5所示，通过改变菲涅尔镜头的监测重点，将内点检测改为边界检测，就可以利用菲涅尔镜片中心信号强、周边信号衰减大的特点，扩大监控区域，降低系统能耗，减小系统尺寸，并同时减少重复的信息。菲涅尔透镜系统可以是圆形或直方型，菲涅尔透镜单元可以是同心圆，同心椭圆(如图6.2所示)，或同心的多边形(仅为圆形换为多边形的简单变化，未示出)。

显而易见，以上所示实施案例，只是本实用新型的简单的案例。对于熟谙菲涅尔感应系统或红外检测的专业人员，轻易地可以根据本实用新型的精神做许多简易的变化来享受本实用新型带来的优点。

图6.1是图3.1和图4.1的一种实例。图6.2是采用了同心椭圆的菲涅尔透镜单元的图3.1和图4.1的一种实例。图6.3是以图3.1和图4.1(三个菲涅尔透镜单元系统)为主体，在周边做少许变化的一个实例。可以看到，其是在第一至第三菲涅尔透镜单元下方设置监控区域的第四边界，即靠近地面的下侧面设置为第四边界。对应于第四边界的四个第四菲涅尔透镜单元感应跨越第四边界的目标物的信号，从而扩展了第四边界，即靠近地面的下侧面的监控面积。然而第四菲涅尔透镜单元的每一个菲涅尔透镜单元的尺寸相较第一、二、三菲涅尔透镜单元中的菲涅尔透镜小。如果称第一至第三菲涅尔透镜单元为第一组菲涅尔透镜单元。第四菲涅尔透镜单元为第二组菲涅尔透镜单元，则可知第二组菲涅尔透镜单元的密集度相较第一组菲涅尔透镜单元更高，即由于第二组菲涅尔透镜单元中的菲涅尔透镜单元的尺寸相较第一组菲涅尔透镜单元中的菲涅尔透镜单元小，从而在同样的镜面面积下，第二组菲涅尔透镜单元中的菲涅尔透镜单元数多于第一组菲涅尔透镜单元中的菲涅尔透镜单元数，设置第二组菲涅尔透镜单元的目的在于覆盖地面和感应系统背后的物体出入情况。很显然，这种简易的变化，也可用于采用了5个菲涅尔透镜单元系统的感应系统中。而如果我们去掉一个5个菲涅尔透镜单元中的一个不使用，那么就轻易得到退化的具有4个菲涅尔透镜单元的感应系统，既可以去掉中心的菲涅尔透镜单元，也可以去掉边缘中的一个菲涅尔透镜单元。这种简单的变化，仍然属于本实用新型的范畴。类似的，第一、二、三菲涅尔透镜单元也可分别采用布置几个菲涅尔透镜单元的形式扩展第一边界面、第二边界面、第三边界面的监控面积。

作为整个监控系统的一部分，菲涅尔透镜感应系统与影像系统配合使用，即当菲涅尔透镜感应系统感应到物体，则启动影像系统进行拍照。为此，菲涅尔透镜感应系统的感应区域的感应角度与影像系统的视场角大致相等，从而保证启动拍照的准确性，避免误拍或漏拍。

本实用新型可以通过菲涅尔透镜单元的排列分布，可以形成水平、垂直、全方位半球面等侦测方向上加强侦测信号的放大。能够提高菲涅尔透镜及红外感觉系统的侦测范围与侦测距离，扩展整个系统的侦测范围，提高整个侦测系统的性能。可以形成多向、多点、多目标及大范围的侦测系统或安保侦察系统。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二菲涅尔透镜单元布置在所述第三菲涅尔透镜单元的两侧。

2.如权利要求1所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述第一、第二和第三菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者布置在由一个平面折成的三个平面上；或者所述第一、第二和第三菲涅尔透镜单元布置在一个圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面、或双曲柱面的二次柱面上。

3.一种菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成。

4.如权利要求3所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述第四边界是指靠近地面的下侧面。

5.如权利要求3所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述第一至第四菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者一个梯台的四个平面上；或者所述第一至第四菲涅尔透镜单元布置在一个球面、椭球面、抛物面、或双曲面的二次曲面上。

6.一种菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，由用于感应跨越感应区域的第一边界的目标物的信号的第一菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第二边界的目标物的信号的第二菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第三边界的目标物的信号的第三菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第四边界的目标物的信号的第四菲涅尔透镜单元、用于感应跨越感应区域的第五边界的目标物的信号的第五菲涅尔透镜单元和用于接受并处理上述菲涅尔透镜单元感应信号的感应单元组成，所述第一、第二、第三、第四菲涅尔透镜单元以所述第五菲涅尔透镜单元为中心对称分布。

7.如权利要求6所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述第一至第五菲涅尔透镜单元布置在一个平面上，或者一个梯台的五个平面上；或者所 述第一至第五菲涅尔透镜单元布置在一个球面、椭球面、抛物面、或双曲面的二次曲面上。

8.如权利要求1-7任一所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述感应单元为1个，各个菲涅尔透镜单元均聚焦在该感应单元上；或者所述感应单元为多个，与所述菲涅尔透镜单元一一对应。

9.如权利要求1-7任一所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，所述感应单元为红外感应探测单元，即PIR。

10.如权利要求1-7任一所述的菲涅尔透镜感应系统，其特征在于，在作为整个监控系统的一部分而与影像系统配合使用时，所述菲涅尔透镜感应系统的感应区域的感应角度与该配合使用的影像系统的视场角大致相等。 

Images