CN203630379U - 菲涅尔透镜、探测器及安防系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于光学领域，提供了一种菲涅尔透镜、具有该菲涅尔透镜的探测器和安防系统，旨在解决现有技术中透镜光传播损失多以及聚焦和准直效果不理想的问题。该菲涅尔透镜的整体形状为冠状并包括旋转对称的环带，环带具有相背对设置的菲涅尔面和光滑面，环带设有多个连续设置的菲涅尔齿；菲涅尔齿的外表面构成菲涅尔面，各齿峰在垂直于环带的中心法线方向上为相互平行排布的旋转曲线，并位于同一旋转曲面上，光滑面是以环带之中心法线为轴旋转对称的连续曲面。该菲涅尔透镜为冠状结构，利用所述菲涅尔面与所述光滑面共同承担像差贡献，比普通菲涅尔透镜具有更好的准直聚光能力。
Description
技术领域
本实用新型属于光学领域，尤其涉及一种菲涅尔透镜、具有该菲涅尔透镜的探测器和安防系统。
背景技术
菲涅尔透镜多由聚烯烃等材料注压而成，可按照光学设计或者结构进行分类，其作用有三个：一是聚焦作用；二是将探测区域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PIR（Passive Infrared，被动红外传感元件）上产生变化热释红外信号；三是准直作用，将主动红外探测器所发出的光准直后投射到受光器透镜上进行聚焦，将光信号转化为电信号
现有的探测器主要使用厚透镜或者一般的菲涅尔透镜，然而，使用厚透镜存在以下缺陷：厚度大，例如直径50mm，厚度达16mm以上，增加生产成本，使得透镜中光传播损失多；中心与边缘的厚度相差大，透镜经注塑冷却后各厚度间的收缩率不同会大大影响面型精度，从而影响透镜性能。同样地，使用一般菲涅尔透镜也存在一些缺陷：由于一般的菲涅耳透镜的一面为平面，光焦度及相差控制仅靠菲涅尔面，因此，聚焦和准直性能不理想。由于这两种透镜的这些缺陷，将直接影响探测器的性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜为冠状旋转对称结构，旨在解决现有技术中透镜光传播损失多以及聚焦和准直效果不理想的问题。
本实用新型是这样实现的，一种菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的整体形状为冠状并包括旋转对称的环带，所述环带具有相背对设置的菲涅尔面和光滑面，所述环带设有多个连续设置的菲涅尔齿；所述菲涅尔齿的外表面构成所述菲涅尔面，各所述菲涅尔齿分别具有一个齿峰，各所述齿峰在垂直于所述环带的中心法线方向上为相互平行排布的旋转曲线，所有齿峰位于同一旋转曲面上，所述光滑面是以所述环带之中心法线为轴旋转对称的连续曲面。
进一步地，各所述菲涅尔齿包括位于所述齿峰两侧以连接相邻两所述菲涅尔齿的第一齿谷和第二齿谷、连接所述第一齿谷和所述齿峰之间以接收入射光线的子菲涅尔面以及连接于所述齿峰与所述第二齿谷之间的连接面，各所述子菲涅尔面均为不连续的旋转曲面。
优选地，各所述子菲涅尔面为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。
优选地，各所述菲涅尔齿之齿峰与相应的所述光滑面的法线之间连接线的长度相等或者相近。
优选地，相邻两所述齿峰之间于垂直于中心法线方向的方向等距设置。
可选地，沿所述子菲涅尔面的径向方向，每毫米具有3～6个菲涅尔齿。
进一步地，所述菲涅尔透镜的总体厚度为0.5～5毫米。
进一步地，所述光滑面为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。
本实用新型的另一目的在于提供一种探测器，所述探测器具有上述的菲涅尔透镜。
本实用新型的另一目的在于提供一种安防系统，所述安防系统采用上述的探测器。
本实用新型提供的菲涅尔透镜为冠状结构，通过将菲涅尔面设置成在垂直于中心法线方向的方向上连续排布的菲涅尔齿，且所述菲涅尔齿的齿峰位于同一旋转曲面上，利用所述菲涅尔面与所述光滑面共同承担像差贡献，比普通菲涅尔透镜具有更好的准直聚光能力。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的菲涅尔透镜的结构示意图。
图2是图1中菲涅尔透镜的正面视图。
图3是图1中菲涅尔透镜的剖视图。
图4是图3中菲涅尔透镜的剖视图，只显示剖面。
图5是图4中V的放大图。
图6是图4中VI的放大图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参照图1至图5，本实用新型实施例提供的菲涅尔透镜1的整体形状为冠状并包括旋转对称的环带11，所述环带11具有相背对设置的菲涅尔面12和光滑面13，所述环带11设有多个连续设置的菲涅尔齿15；所述菲涅尔齿15的外表面构成所述菲涅尔面12，各所述菲涅尔齿15分别具有一个齿峰151，各所述齿峰151在垂直于所述环带11的中心法线方向上为相互平行排布的旋转曲线，所述齿峰151位于同一旋转曲面上，所述光滑面13是以所述环带11之中心法线为轴旋转对称的连续曲面。可以理解地，所述菲涅尔透镜1为冠状结构，通过将菲涅尔面12设置成在垂直于中心法线方向的方向上连续排布的菲涅尔齿15，各菲涅尔齿15的齿峰151以所述中心法线为轴的旋转曲线，该旋转曲线为圆形结构，各菲涅尔齿15的齿峰151位于同一旋转曲面上，利用所述菲涅尔面12与所述光滑面13共同承担像差贡献，比普通菲涅尔透镜1具有更好的准直聚光能力。
请参照图4和图5，进一步地，各所述菲涅尔齿15包括位于所述齿峰151两侧以连接相邻两所述菲涅尔齿15的第一齿谷152和第二齿谷153、连接于所述第一齿谷152与所述齿峰151之间以起到光学作用的子菲涅尔面154以及连接于所述齿峰151和所述第二齿谷153之间的连接面155，各所述子菲涅尔面154均为不连续的旋转曲面。可以理解地，所述菲涅尔齿15是以所述环带11之中心法线为轴旋转对称的结构，所述第一齿谷152位于所述齿峰151之远离所述中心法线的一侧，所述第二齿谷153位于所述齿峰151之靠近所述中心法线的一侧；各所述子菲涅尔面154为以所述环带11之中心法线为轴旋转对称的不连续曲面，即各子菲涅尔面154为旋转曲面的一部分；各连接面155为以所述环带11之中心法线为轴旋转对称的圆柱面或者圆锥面，而且，为圆柱面或者圆锥面的一部分，该连接面154用于连接各子菲涅尔面154，不具有光线性能。所述菲涅尔面12由多个间隔设置的子菲涅尔面154构成，即所述菲涅尔面12由多个不连续的旋转曲面拼接而构成，使用过程中，光线从光滑面13入射至菲涅尔透镜1中，并通过各子菲涅尔面154对光线进行准直或者聚焦作用，即利用菲涅尔面12和光滑面13同时控制光焦度和像差，提高聚焦和准直性能。
请参照图5，优选地，各所述子菲涅尔面154为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。可以理解地，各所述子菲涅尔面154为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面的一部分，通过各所述子菲涅尔面154相互连接而构成具有菲涅尔齿15的菲涅尔面12，而且，各所述菲涅尔齿15之齿峰151在同一垂直于中心法线方向的方向上连接而成的旋转曲面也为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。利用这种曲面形状的菲涅尔面12能够获得更好的准直和聚焦能力。
请参照图4和图5，优选地，各所述菲涅尔齿15之齿峰151与相应的所述光滑面13的法线之间连接线的长度相等或者相近。可以理解地，所述连接线是以所述菲涅尔齿15的齿峰151为起点，以该法线与所述光滑面13的交点为终点，各连接线的长度相等或者相近，也就是说，该菲涅尔透镜1的厚度在同一垂直于中心法线方向的方向大致相等，这可以避免中心与边缘厚度相差大，在所述菲涅尔透镜1经注塑冷却后各厚度将的收缩率大致相同，提高了面型精度，从而提高了所述菲涅尔透镜1的性能。
请参照图5和图6，优选地，相邻两所述齿峰151之间于垂直于中心法线方向的方向等距设置。也就是说，各所述菲涅尔齿15径向等齿距，具体地，各菲涅尔齿15的第一齿谷152和第二齿谷153于垂直于中心法线方向的距离相等，相邻两齿峰151之间于垂直于中心法线方向的方向等距设置，以降低加工难度。
请参照图5，更优地，沿所述子菲涅尔面154的径向方向，每毫米具有3～6个菲涅尔齿15。可以理解地，每毫米所设菲涅尔齿15的数量多少可以根据不同的应用场合而定，在该实施例中，通过在所述子菲涅尔面154的径向方向设置3～6个菲涅尔齿15，以提高光效，并降低开模难度。
请参照图4，进一步地，所述菲涅尔透镜1的总体厚度为0.5～5毫米。优选地，所述菲涅尔透镜1的总体厚度为2毫米。该菲涅尔透镜1的厚度小，有利于减小所述菲涅尔透镜1中光传播的损失，而且还能大大降低生产成本。
请参照图4，进一步地，所述光滑面13和所述环带11均为椭球面、双曲面、球面或者非球面。
请参照图1，本实用新型实施例提供的探测器具有所述菲涅尔透镜1。在该实施例中，所述菲涅尔透镜1的结构和作用与所述各菲涅尔透镜1的结构和作用均相同，此处不赘述。优选地，所述探测器为被动红外探测器。该探测器利用菲涅尔透镜1作为光聚焦元件，具有较大的探测范围和较强的近距探测能力。所述菲涅尔透镜1也可替代主动红外探测器所用的厚透镜。
在其他实施例中，可以用太阳能聚光元件或者光固化光学系统替换所述探测器，只需增大所述菲涅尔透镜1的厚度即可。
请参照图1，本实用新型实施例提供的安防系统采用所述探测器。该探测器具有所述菲涅尔透镜1，而且，所述菲涅尔透镜1的结构和作用与所述各菲涅尔透镜1的结构和作用均相同，此处不赘述。在该实施例中，所述安防系统还包括与所述探测器相连接的报警器。该安防系统采用以菲涅尔透镜1作为光聚焦元件的探测器，使得该安防系统具有较大的探测范围和较强的近距探测能力。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜的整体形状为冠状并包括旋转对称的环带，所述环带具有相背对设置的菲涅尔面和光滑面，所述环带设有多个连续设置的菲涅尔齿；所述菲涅尔齿的外表面构成所述菲涅尔面，各所述菲涅尔齿分别具有一个齿峰，各所述齿峰在垂直于所述环带的中心法线方向上为相互平行排布的旋转曲线，所述齿峰位于同一旋转曲面上，所述光滑面是以所述环带之中心法线为轴旋转对称的连续曲面。
2.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，各所述菲涅尔齿包括位于所述齿峰两侧以连接相邻两所述菲涅尔齿的第一齿谷和第二齿谷、连接所述第一齿谷和所述齿峰之间以接收入射光线的子菲涅尔面以及连接于所述齿峰与所述第二齿谷之间的连接面，各所述子菲涅尔面均为不连续的旋转曲面。
3.如权利要求2所述的菲涅尔透镜，其特征在于，各所述子菲涅尔面为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。
4.如权利要求2所述的菲涅尔透镜，其特征在于，各所述菲涅尔齿之齿峰与相应的所述光滑面的法线之间连接线的长度相等或者相近。
5.如权利要求2所述的菲涅尔透镜，其特征在于，相邻两所述齿峰之间于垂直于中心法线方向的方向等距设置。
6.如权利要求5所述的菲涅尔透镜，其特征在于，沿所述子菲涅尔面的径向方向，每毫米具有3～6个菲涅尔齿。
7.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜的总体厚度为0.5～5毫米。
8.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述光滑面和所述环带均为椭球面、双曲面、球面或者多项式非球面。
9.一种探测器，其特征在于，所述探测器具有如权利要求1至8任意一项所述的菲涅尔透镜。
10.一种安防系统，其特征在于，所述安防系统采用如权利要求9所述的探测器。
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Address after: Shenzhen City, Guangdong Province, Guangming New District 518000 000 Daiheng Guangming high tech Industrial Park, building fourth, building fifth, first floor Patentee after: CHINA SECURITY & FIRE IOT SENSING Co.,Ltd. Address before: 518106, Guangdong, Shenzhen Guangming District, public Chang Road (Shenzhen Village) security manufacturing (China) Industrial Park, 4, 5 Patentee before: Shenzhen Longhorn Security Technology Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20140604 Termination date: 20211122 |
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