CN219997329U - 一种柱面菲涅尔光学透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柱面菲涅尔光学透镜，包括一透镜本体，该透镜本体包括一体成型的一柱面探测部，该柱面探测部的外表面为光滑面，柱面探测部的内表面设置有由数个菲涅尔透镜组合而成的一透镜区，该透镜区包括一中间透镜区、分别设置于中间透镜区上下两端的一第一侧翼透镜区、及分别设置于中间透镜区左右两端的一第二侧翼透镜区。该柱面菲涅尔透镜采用专门光学设计，实现大角度、超远距离探测，其对目标物的探测灵敏度在保护区域边缘也有和中心区域相同或接近的灵敏度，使探测器对于整个保护区域具有一致的探测性能。

Description

一种柱面菲涅尔光学透镜

技术领域

本实用新型涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种柱面菲涅尔光学透镜。

背景技术

菲涅尔透镜通常是由聚烯烃等聚合材料注塑而成的薄片，镜片的一面为光面，另一面刻录了由小到大的齿纹同心圆，这些齿纹是根据光的干涉、扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的，这些齿纹可以起到对指定光谱范围的光带进行反射或者折射的作用。

传统的半球红外菲涅尔透镜，是采用聚烯烃塑料一次成型制作，而半球红外菲涅尔透镜的内部相对较深，开口相对较小，如果将内表面设计成菲涅尔，那么在注塑时就容易出现脱模困难的工艺问题，如果将内表面设计成鼓包的光学面，则其厚度就会受到限制，且注塑时很容易缩水，所以传统的半球红外透镜尺寸无法做的很大，光学面很小，导致探测距离受限，传统的半球红外透镜探测距离一般在10米以下。

平面的红外菲涅尔透镜，可以将光学面做大，但是由于透镜本身太薄，在装配后容易发生变形，使得红外菲涅尔透镜表面凹凸不平，出现散焦的现象，导致探测距离急剧下降。

现有的柱面菲涅尔红外透镜以平面的方式开模注塑，然后装配线的工人把平面红外菲涅尔透镜弯曲装配到探测器的透镜支架上面，这样的柱面菲涅尔可用于批量制造，但是它的重大缺陷是：当把平面菲涅尔卷曲成柱面菲涅尔后，它就散焦了，焦点变得模糊，导致探测距离急剧下降，远距离探测效果不理想。

现有技术缺少一种用于红外探测，能实现大角度、超远距离探测的菲涅尔透镜。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于提供一种柱面菲涅尔透镜，该柱面菲涅尔透镜采用专门光学设计，实现大角度、超远距离探测，其对目标物的探测灵敏度在保护区域边缘也有和中心区域相同或接近的灵敏度，使探测器对于整个保护区域具有一致的探测性能。

本实用新型为达到上述目的所采用的技术方案是：一种柱面菲涅尔光学透镜，包括一透镜本体，该透镜本体包括一体成型的一柱面探测部，该柱面探测部的外表面为光滑面，柱面探测部的内表面设置有由数个菲涅尔透镜组合而成的一透镜区，该透镜区包括一中间透镜区、分别设置于中间透镜区上下两端的一第一侧翼透镜区、及分别设置于中间透镜区左右两端的一第二侧翼透镜区。

作为本实用新型的进一步改进，所述中间透镜区具有一中心聚焦点；每个第一侧翼透镜区分别具有至少一第一分聚焦点；每个第二侧翼透镜区分别具有至少一第二分聚焦点。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一分聚焦点分布于中心聚焦点的上下两侧，且所述第一分聚焦点与中心聚焦点的连线与铅垂线平行；所述第二分聚焦点与中心聚焦点重合。

作为本实用新型的进一步改进，在所述中间透镜区内设置有一主菲涅尔透镜、及分别位于该主菲涅尔透镜左右两侧的至少一副菲涅尔透镜；在所述第一侧翼透镜区内设置有至少一组第一侧翼透镜组，该第一侧翼透镜组包括与所述主菲涅尔透镜、及副菲涅尔透镜一一对应且匹配的数个第一侧翼菲涅尔透镜；在所述第二侧翼透镜区内设置有与副菲涅尔透镜匹配的至少一第二侧翼菲涅尔透镜。

作为本实用新型的进一步改进，所述主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点均位于同一直线上；每组第一侧翼透镜组中所有第一侧翼菲涅尔透镜的中心点均位于同一直线上；所述第二侧翼菲涅尔透镜的中心点位于主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线上。

作为本实用新型的进一步改进，所述主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线与水平线平行。

作为本实用新型的进一步改进，每组所述第一侧翼菲涅尔透镜的中心点连线平行于主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线。

作为本实用新型的进一步改进，所述透镜本体由HDPE材料制备而成。

作为本实用新型的进一步改进，所述透镜本体还包括环设柱面探测部周围的装配部。

作为本实用新型的进一步改进，所述透镜本体由HDPE材料制备而成。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的柱面菲涅尔光学透镜，由于透镜本体上的柱面探测部相对与球形结构来说具有较大的开口，成型后容易脱模；

所述透镜本体用聚烯烃塑料一次成型制作，直接在透镜本体上形成柱面探测部，透镜区中的每个菲涅尔透镜将来自目标物的红外光线经过折射后汇聚于一点形成单波束状态，没有散焦现象，可以探测到距离长达百米的目标物；

数个菲涅尔透镜排列在柱面探测部的弧形面上，中间透镜区探测主要区域的目标物，第一侧翼透镜区探测上下边界位置的目标物，第二侧翼透镜区探测左右边界位置的目标物，探测范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，在水平方向上的探测角度可以达120°左右，垂直方向上的探测角度也可以达到90°左右，而且，对目标物的探测灵敏度在保护区域边缘也有和中心区域相同或接近的灵敏度，实现柱面菲涅尔光学透镜的远距离，大角度探测；

该柱面菲涅尔光学透镜作为红外探测器的光学元件，在装配时，不需要对透镜本体进行弯折，不存在散焦现象，探测器的探测距离和探测角度不会受到影响，探测器对于整个保护区域具有一致的探测性能。

上述是实用新型技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视图；

图3为图1中沿B-B方向的剖视图；

图4为本实用新型中透镜区的排布简图；

图5为本实用新型中透镜区的俯视图；

图6为本实用新型中透镜区各区菲涅尔透镜的中心点连线图；

图7为另一实施例中透镜区的排布简图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式详细说明。

请参照图1至图6，本实用新型实施例提供一种柱面菲涅尔光学透镜，包括一透镜本体，该透镜本体包括一体成型的一柱面探测部1，该柱面探测部1的外表面为光滑面，柱面探测部1的内表面设置有由数个菲涅尔透镜组合而成的一透镜区2，该透镜区2包括一中间透镜区21、分别设置于中间透镜区上下两端的一第一侧翼透镜区22、及分别设置于中间透镜区左右两端的一第二侧翼透镜区23。

本实施例中，由于透镜本体上的柱面探测部1相对与球形结构来说具有较大的开口，成型后容易脱模；所述透镜本体用聚烯烃塑料一次成型制作，直接在透镜本体上形成柱面探测部1，透镜区2中的每个菲涅尔透镜将来自目标物的红外光线经过折射后汇聚于一点形成单波束状态，没有散焦现象，可以探测到距离长达百米的目标物；数个菲涅尔透镜排列在柱面探测部1的弧形面上，中间透镜区21探测主要区域的目标物，第一侧翼透镜区22探测上下边界位置的目标物，第二侧翼透镜区23探测左右边界位置的目标物，探测范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，在水平方向上的探测角度可以达120°左右，垂直方向上的探测角度也可以达到90°左右，而且，对目标物的探测灵敏度在保护区域边缘也有和中心区域相同或接近的灵敏度，由此，实现柱面菲涅尔光学透镜的远距离，大角度探测，该柱面菲涅尔光学透镜作为红外探测器的光学元件，在装配时，不需要对透镜本体进行弯折，不存在散焦现象，探测器的探测距离和探测角度不会受到影响，探测器对于整个保护区域具有一致的探测性能。

本实施例中，如图4所示，所述中间透镜区具有一中心聚焦点F1；每个第一侧翼透镜区分别具有至少一第一分聚焦点F2；每个第二侧翼透镜区分别具有至少一第二分聚焦点F3。更具体的，所述第一分聚焦点F2分布于中心聚焦点F1的上下两侧，且所述第一分聚焦点与中心聚焦点的连线L0与铅垂线平行；所述第二分聚焦点F3与中心聚焦点F1重合。这样，柱面探测部1在竖直方向和水平方向被分割成多个探测单元，来自对应区域的目标物发出的红外光线经过相应的透镜区折射后，均汇聚于对应的聚焦点，使得柱面菲涅尔透镜在各个角度上的探测距离更远，且每个区域具有一致的探测灵敏度。

对于菲涅尔透镜的具体排布方式，如图5与图6所示，在本实施例中，在所述中间透镜区内设置有一主菲涅尔透镜211、及分别位于该主菲涅尔透镜211左右两侧的至少一副菲涅尔透镜212；在所述第一侧翼透镜区22内设置有至少一组第一侧翼透镜组，该第一侧翼透镜组包括与所述主菲涅尔透镜211、及副菲涅尔透镜212一一对应且匹配的数个第一侧翼菲涅尔透镜(221，221')；在所述第二侧翼透镜23区内设置有与副菲涅尔透镜212匹配的至少一第二侧翼菲涅尔透镜231。更具体的，所述主菲涅尔透镜211与副菲涅尔透镜212的中心点均位于同一直线上；每组第一侧翼透镜组中所有第一侧翼菲涅尔透镜(221，221')的中心点均位于同一直线上；所述第二侧翼菲涅尔透镜231的中心点位于主菲涅尔透镜211与副菲涅尔透镜212的中心点连线上。这样，对整个透镜区2进行合理分割，使得柱面菲涅尔光学透镜实现远距离，大角度探测的同时，保证各个位置具有一致的探测灵敏度。

在本实施例中，如图5与图6所示，在所述中间透镜区内设置有一主菲涅尔透镜211、及分别位于该主菲涅尔透镜211左右两侧的一副菲涅尔透镜212；所述第一侧翼透镜区22包括一组第一侧翼透镜组，该第一侧翼透镜组包括与所述主菲涅尔透镜211、及副菲涅尔透镜212一一对应且匹配的三第一侧翼菲涅尔透镜(221，221')；所述第二侧翼透镜23区包括与副菲涅尔透镜212匹配的一第二侧翼菲涅尔透镜231。

在其他实施例中，也可以根据透镜本体的面积大小在透镜区各区中增加菲涅尔透镜的数量，如图7所示，所示副菲涅尔透镜212为两个，所述第一侧翼透镜区22包括两组第一侧翼透镜组，所述第二侧翼透镜包括两个第二侧翼菲涅尔透镜231。当然，透镜区各区中菲涅尔透镜增加的数量可以更多，透镜区各区中菲涅尔透镜增加的数量也可以是不相等的。

在本实施例中，如图6所示，所述主菲涅尔透镜211与副菲涅尔透镜212的中心点连线L1与水平线平行；每组所述第一侧翼菲涅尔透镜(221，221')的中心点连线L2平行于主菲涅尔透镜211与副菲涅尔透镜212的中心点连线L1。整个透镜区2中的菲涅尔光学透镜排布紧凑，便于加工。

所述透镜本体由HDPE(HighDensityPolyethylene，高密度聚乙烯)材料制备而成。HDPE结晶度高，强度相对较高，不易变形，而且HDPE在可见光和近红外光谱范围内是不透明的，可以过滤该波段内的杂散光。

为了方便装配，所述透镜本体还包括环设柱面探测部1周围的装配部。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故采用与本实用新型上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柱面菲涅尔光学透镜，包括一透镜本体，其特征在于，该透镜本体包括一体成型的一柱面探测部，该柱面探测部的外表面为光滑面，柱面探测部的内表面设置有由数个菲涅尔透镜组合而成的一透镜区，该透镜区包括一中间透镜区、分别设置于中间透镜区上下两端的一第一侧翼透镜区、及分别设置于中间透镜区左右两端的一第二侧翼透镜区。

2.根据权利要求1所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述中间透镜区具有一中心聚焦点；每个第一侧翼透镜区分别具有至少一第一分聚焦点；每个第二侧翼透镜区分别具有至少一第二分聚焦点。

3.根据权利要求2所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述第一分聚焦点分布于中心聚焦点的上下两侧，且所述第一分聚焦点与中心聚焦点的连线与铅垂线平行；所述第二分聚焦点与中心聚焦点重合。

4.根据权利要求1至3任一所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，在所述中间透镜区内设置有一主菲涅尔透镜、及分别位于该主菲涅尔透镜左右两侧的至少一副菲涅尔透镜；在所述第一侧翼透镜区内设置有至少一组第一侧翼透镜组，该第一侧翼透镜组包括与所述主菲涅尔透镜、及副菲涅尔透镜一一对应且匹配的数个第一侧翼菲涅尔透镜；在所述第二侧翼透镜区内设置有与副菲涅尔透镜匹配的至少一第二侧翼菲涅尔透镜。

5.根据权利要求4所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点均位于同一直线上；每组第一侧翼透镜组中所有第一侧翼菲涅尔透镜的中心点均位于同一直线上；所述第二侧翼菲涅尔透镜的中心点位于主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线上。

6.根据权利要求5所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线与水平线平行。

7.根据权利要求5所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，每组所述第一侧翼菲涅尔透镜的中心点连线平行于主菲涅尔透镜与副菲涅尔透镜的中心点连线。

8.根据权利要求1所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述透镜本体由HDPE材料制备而成。

9.根据权利要求1所述的柱面菲涅尔光学透镜，其特征在于，所述透镜本体还包括环设柱面探测部周围的装配部。