[发明专利]具有提高离轴光学效应的菲涅尔透镜阵列

说明书

本文描述了菲涅尔透镜阵列、装置、系统以及它们的形成方法。一种阵列包括菲涅尔透镜阵列，其具有包括一个或多个菲涅尔透镜的一个或多个限定区域的第一部分，以及包括光学中心位于第二区段中的第一区段的第二部分，所述第二区段处于所述第一区段的竖直上方或下方，并且其中每个区段由所述一个或多个菲涅尔透镜的限定区域形成。

技术领域

本公开涉及用于提供具有提高离轴光学效应的菲涅尔透镜阵列的装置、方法和系统。

背景技术

菲涅尔透镜在从其前方观察时通常为圆形，因此其形状因数在某些情况下可能无法使用。例如，在需要小的和/或多边形的具体实施的情况下，此类圆形装置可能不适合于需要透镜的区域内。

此外，在一些具体实施中，可能需要宽视场。然而，菲涅尔透镜具有有限视场，该视场可能太有限而无法用于此类具体实施。

在一些具体实施中，菲涅尔透镜的阵列可用于建立离散检测区并增加视场。由于离轴问题，平面菲涅尔透镜阵列将在阵列的外部元件中产生低光学效应。柱面或球面形成物可用于稍微减轻离轴效应问题。

然而，尽管柱面或球面透镜阵列在光学上将更有效，但针对美观原因或者由于透镜阵列即将安装在其上的装置的形状因数内可用的区域，而可能需要平面透镜阵列。在柱面或球面阵列中，阵列中的每个元件可取向，使得对透镜中心(例如，每个透镜元件的光学轴)垂直矢量指向意欲透镜元件检测内部运动的检测区。

在该共轴透镜取向中，聚焦在处于此透镜元件检测区中目标(例如，来自人)的热电传感器的检测器上的图像将形成精焦且无消融的图像。另外，柱面或球面透镜阵列中的所有透镜元件可具有等于阵列曲率半径的单个焦长。在传统的平面菲涅尔透镜阵列中，在热电传感器正前方的阵列中心中的透镜元件将在检测器上产生目标图像，该目标图像在使用正确焦长菲涅尔透镜时为聚焦且无消融的。然而，在目标移出中心并且透镜元件被放置到透镜中心的侧部时，使用焦长相同的透镜元件所产生的图像变得越来越失焦。

为了进行补偿，随着元件偏离中心而使用更长焦长。在元件偏离中心时，离轴效应产生越来越多的消融图像，即使当使用适当焦长时，随着更多能量去往热电传感器检测器的上方、下方、左方和右方而导致到达焦电检测器的能量逐渐减少。

为了补偿失焦问题，透镜设计者可逐渐增加元件焦长以平衡每个检测器上的能量，并且随着元件偏离中心位置而逐渐增加元件尺寸。增加元件尺寸的目的在于，当目标处于侧部透镜元件的两个检测区之一中时与当目标处于中心透镜元件的两个检测区之一中时，实现着落在焦电检测器上的能量的量相同。

在平面透镜阵列中，这些侧部元件的透镜尺寸受到限制，其中将元件的尺寸增加超出某个尺寸不再导致能量的成比例增加，并且最终导致着落在热电(焦电)传感器的检测器上的能量不增加。正是这个问题限制了平面菲涅尔透镜阵列的实际水平视场角。这可能是一个问题，例如，在该问题中，期望自检测区中9.5米距离处从水平达到远至60°离轴的外侧透镜元件走来的目标着落在热电检测器上的能量水平与自检测区中12.0米距离处从中心透镜元件(该处图像为共轴)走来的目标着落在热电检测器上的能量水平几乎相同。

附图说明

图1示出了利用根据本公开一个或多个实施方案构造的菲涅尔透镜阵列的系统。

图2A示出了具有根据本公开一个或多个实施方案构造的菲涅尔透镜阵列的另一个系统。

图2B示出了包含热电传感器的红外运动检测系统的顶部剖视图，该热电传感器包含两个检测器元件和两个根据本公开一个或多个实施方案的菲涅尔透镜元件。

图3A示出了用于形成根据本公开一个或多个实施方案的菲涅尔透镜阵列的菲涅尔透镜部分的布局。

图3B示出了如何选择和放置不同透镜部分以形成根据本公开一个或多个实施方案的菲涅尔透镜阵列的示例。