無源紅外探測器的制造方法
【專利摘要】無源紅外探測器包括多個無源紅外傳感器（4、5）和布置成將來自目標區域的輻射引導到傳感器上的透鏡構件（2）。透鏡構件（2）形成紅外傳感器（4、5）周圍的實質上半球形的圓頂。圓頂具有中心軸和分布在中心軸周圍的多個鄰接的小面（2a-2g）。每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到傳感器上的內表面。探測器包括與圓頂的中心軸對齊并具有實質上與中心軸正交的敏感表面的第一無源紅外傳感器（4）和分布在圓頂的中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器（5）。第二無源紅外傳感器（5）傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器（5）的敏感表面向外的法線與中心軸的向外方向成銳角。探測器能夠在一個寬區之上相當大的高度探測該區內的人的運動。
【專利說明】 無源紅外探測器
[0001 ] 本發明涉及無源紅外探測器。
[0002]背景
[0003]無源紅外探測器已知用于提供在場和缺席探測以控制例如照明。然而，在一些情況下，無源紅外探測器的當前設計是無效的，特別是在探測器離探測場相對大距離的場合。例如，在大倉庫中，倉庫的高度可超過十米。探測例如在特定的貯藏隔間中的工人的在場是合乎需要的，以便當工人在場時開啟照明而在工人離開時關閉照明。以這種方式，照明不一定在倉庫的每個隔間中一直開啟，且能量被節約。然而，在隔間高且探測器安裝在倉庫的天花板或屋頂的場合，探測器離倉庫的地板的距離非常大。當前探測器設計不能夠在這樣的情況下準確地探測人員的在場和缺席。
發明概要
[0004]根據本發明，提供了包括至少一個無源紅外傳感器和布置成將來自目標區域的輻射引導到傳感器上的透鏡構件的無源紅外探測器。透鏡構件形成紅外傳感器周圍的實質上半球形的圓頂。圓頂具有中心軸并包括分布在中心軸周圍的多個鄰接的小面。每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到傳感器上的內表面。
[0005]因此，根據本發明，小面的平外表面與現有的彎曲透鏡設計比較提高了能量收集。此外，實質上半球形的圓頂從各種方向提供能量收集。
[0006]如本文使用的術語“實質上半球形”預期涵蓋下列情況:在包括橫截面平面中的中心軸的圓頂的橫截面類似于半圓的意義上，圓頂是真正半球形的。然而，該術語也預期涵蓋不是完全的半球的圓頂。例如，圓頂而不是球的一半可由高達球的四分之一的任何東西代替，g卩，由球形表面和在離球的直徑的四分之一和一半之間的表面的距離的最小值處的表面交叉的平面所限定的圓頂。而且，圓頂的表面不需要是真正球形的，但在一些情況下可以是例如橢圓形的。當然，小面的平表面意味著圓頂的表面只接近球形表面。
[0007]在優選布置中，探測器包括與圓頂的中心軸對齊的第一無源紅外傳感器。一般，無源紅外探測器具有實質上與中心軸正交的敏感表面。有利地，探測器還可包括布置在圓頂的中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器。第二無源紅外傳感器可傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線與中心軸的向外方向成銳角。該布置具有下列優點:第二無源紅外傳感器能夠接收來自一系列方向的輻射，而不阻礙第一無源紅外傳感器的探測場。在該布置中，第二無源紅外傳感器表面面對中心軸。然而，本發明的第二無源紅外傳感器背對中心軸的實施方式是可行的，雖然這目前不是優選的。在這種情況下，第二無源紅外傳感器可傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線與中心軸的向內方向成銳角。
[0008]這本身被認為是新穎的，且因此從本發明的另一方面看提供了包括多個無源紅外傳感器和布置成將來自目標區域的輻射引導到傳感器上的透鏡構件的無源紅外探測器。透鏡構件形成紅外傳感器周圍的實質上半球形的圓頂。圓頂具有中心軸并包括分布在中心軸周圍的多個鄰接的小面。每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到傳感器上的內表面。探測器包括與圓頂的中心軸對齊并具有實質上與中心軸正交的敏感表面的第一無源紅外傳感器和分布在圓頂的中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器。第二無源紅外傳感器傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線與中心軸的向外方向成銳角。
[0009]在從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線和中心軸的向外方向之間的銳角可大于20度，優選地大于30度。所述角可小于80度，優選地小于60度。
[0010]在該布置中，可提供至少三個第二無源紅外傳感器。在目前優選的布置中，可提供至少四個第二無源紅外傳感器。
[0011]探測器可配置成只有當紅外輻射被多于一個無源紅外傳感器探測到時才產生陽性探測信號。這具有降低假陽性探測信號的概率的優點。因此，探測器可包括布置成處理來自無源紅外傳感器的信號并產生探測信號的電子邏輯。
[0012]圓頂可包括沒有透鏡表面的小面。然而在優選布置中，圓頂完全從具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到傳感器上的內表面的多個鄰接的小面形成。以這種方式，最大輻射能量被收集并聚集到傳感器上。
[0013]在一個布置中，多個鄰接的小面包括布置在中心軸周圍的小面的多個陣列。每個陣列可包括從中心軸延伸到圓頂的底部的一系列鄰接的小面。圓頂可包括至少8個、優選地至少12個所述陣列。在每個陣列內，透鏡的光學中心可在關于中心軸的相同方位角位置處對齊。每個陣列可包括至少三個小面、優選地至少四個小面、更優選地至少五個小面、最優選地至少六個小面。
[0014]每個陣列的第一小面可形成在中心軸周圍的實質上圓透鏡。中間小面可設置在陣列的小面之間以使圓頂的表面完整。
[0015]在本發明的實施方式中，小面是多角形的。圓頂可包括三角形、梯形、五角形和/或六角形的小面。
[0016]優選地，小面的相對面積設置成使得每個透鏡收集來自與中心軸正交的遠處平面輻射源的實質上相同的能量。以這種方式，傳感器的響應與來自整個探測場的輻射一致。
[0017]一般說來，透鏡是菲涅耳透鏡。透鏡的菲涅耳剖面可以是圓形的。在一個實施方式中，至少一個透鏡的菲涅耳剖面具有優化在軸射線的能量收集的第一區和優化離軸射線的能量收集的第二區。
[0018]本發明擴展到用于根據本發明的無源紅外探測器的透鏡構件。
[0019]附圖的簡要說明
[0020]在下文中參考附圖進一步描述了本發明的實施方式，其中:
[0021]圖1是根據本發明的實施方式的探測器的側視圖；
[0022]圖2是圖1的探測器的透鏡和其它部件的側視圖，其它部件被移除；
[0023]圖3是沿探測器的中心平面截取的圖1的探測器的透鏡和其它部件的橫截面視圖，其它部件被移除；
[0024]圖4是從圖1的探測器的PIR傳感器的布置之下看的視圖；
[0025]圖5是從圖1的探測器的透鏡的內表面之上看的視圖；
[0026]圖6是圖1的探測器的透鏡的內表面的一部分的詳細視圖；
[0027]圖7是沿著圖6的部分的邊緣的側視圖；以及[0028]圖8是沿著圖6的虛線的橫截面視圖。
[0029]詳細描述
[0030]圖1是根據本發明的實施方式的紅外在場/缺席探測器的側視圖。如圖1所示，探測器包括圓柱形塑料殼體I，其配置成安裝在表面特別是天花板中的孔中。探測器還包括將在下面更詳細描述的實質上半球形透鏡2。在圖1中，透鏡2部分地被可移動護罩3覆蓋，可移動護罩3可相對于殼體I旋轉，以便限制探測器的探測場，如果需要的話。探測器可在有或沒有可移除護罩3的情況下被使用，取決于探測器在使用中的位置和期望的探測場。另一可移除護罩3可被添加到探測器以提供矩形探測模式，例如其中期望探測場是通道。在這種情況下，矩形探測場被限定在圖1所示的可移除護罩3和另一可移除護罩(未示出)之間。可移除護罩3包括由弱線(lines of weakness)限定的折斷部分,其可被移除以限定探測場的其它形狀或尺寸。折斷部分可以是例如圓形的和/或矩形的。
[0031]在探測器離探測場相當大的距離的情況下，本探測器具有特別的應用。例如，在大倉庫中，倉庫的高度可超過十米。希望探測例如在特定的貯藏隔間中的工人的在場，以便當工人在場時開啟照明而在工人離開時關閉照明。以這種方式，照明不一定在倉庫的每個隔間中一直開啟，且能量被節約。然而，在隔間高且探測器安裝在倉庫的天花板或屋頂的場合，探測器離倉庫的地板的距離非常大。因此，探測器的探測場覆蓋倉庫地板的非常大的面積。在場探測器的配置允許這樣的探測場被可靠地覆蓋。
[0032]圖2示出圖1的探測器，且殼體I和一些部件被移除以更清楚地顯示透鏡2的配置。如圖2、3和4所示的，探測器包括五個無源紅外(PIR)傳感器:中心傳感器4和四個外圍傳感器5。傳感器4、5安裝到主電路板6，其設置有用于電連接到另外的電氣部件(未示出)和電源的連接器7。主電路板6攜帶用于處理來自PIR傳感器4、5的信號的電子邏輯。光學無線電路板8攜帶用于探測器的無線控制的電路并可安裝到如圖2所示的主電路板6。中心PIR傳感器4實質上安裝在與實質上半球形透鏡2的軸對齊的圓形主電路板6的中心處。中心PIR傳感器4的敏感表面與透鏡的軸正交，使得中心傳感器4在透鏡2的軸的方向上向外朝向透鏡2。四個外圍PRI傳感器5以均勻的間隔分布在中心傳感器5周圍，并因此在透鏡2的軸周圍。每個外圍傳感器5相對于中心傳感器4的方位朝著透鏡2的軸傾斜。因此,每個外圍傳感器5的敏感表面的向外法線與中心傳感器4的敏感表面的向外法線成銳角。以這種方式，每個外圍傳感器5朝向透鏡2的一部分，該部分相對于相應的外圍傳感器5的位置在透鏡2的中心軸的相對側上。使用這個布置，外圍傳感器5能夠探測在中心傳感器4的探測場外部的輻射，而不阻礙中心傳感器5的探測場。然而，大部分探測場被中心傳感器4覆蓋，外圍傳感器5填充完整的探測場。
[0033]多個PIR傳感器4、5的設置也具有下列優點:陽性探測信號可在多于一個傳感器
4、5記錄到紅外輻射下產生，以便防止假陽性探測。中心PIR傳感器4是記錄到紅外輻射的傳感器之一的條件。
[0034]透鏡2是具有在PIR傳感器4、5周圍形成圓頂的通常半圓形形式的多小面透鏡。透鏡2被形成為透明或半透明塑料的單個模型。然而，透鏡可被考慮為形成完整透鏡2的多個小面的復合體。因此，如圖2到8所示，復合透鏡2包括中心圓小透鏡2a，12個均勻分布的徑向小透鏡陣列從小透鏡2a延伸。圖6中示出一個小透鏡陣列。每個小透鏡陣列包括在徑向方向上的五個連續的菲涅耳透鏡。第一小透鏡2b基于具有實質上梯形形狀以適應相鄰小透鏡2a、2c的實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第一小透鏡2b與中心圓小透鏡2a的界面是彎曲的，以匹配中心圓小透鏡2a的圓周。第二小透鏡2c基于具有不規則但對稱的六角形形狀以適應相鄰小透鏡2b、2d、2g的實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第三小透鏡2d基于具有實質上梯形形狀以適應相鄰小透鏡2c、2e、2g的實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第四小透鏡2e基于具有不規則但對稱的六角形形狀以適應相鄰小透鏡2d、2f、2g、2h的實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第五小透鏡2f基于具有實質上梯形形狀以適應相鄰小透鏡2e、2h的實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第五小透鏡2f在徑向方向上終止于透鏡2的邊緣部分，其提供用于將透鏡2安裝在殼體I中的向外定向的凸緣9。
[0035]在小透鏡2c_2f之間設置跨越相鄰小透鏡陣列的兩個另外的中間小透鏡。第一中間小透鏡2g位于相鄰小透鏡陣列的第二、第三和第四小透鏡2c、2d、2e之間，并具有細長的六角形形狀以適應相鄰小透鏡2c、2d、2e。第一中間小透鏡2g基于實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。第二中間小透鏡2h位于相鄰小透鏡陣列的第四和第五小透鏡2e、2f之間，并具有風箏形狀以適應相鄰小透鏡2e、2f。第二中間小透鏡2g基于實質上光學上圓形的菲涅耳透鏡。
[0036]對于第一、第二、第三和第四小透鏡2b、2c、2d、2e中的每個，小透鏡的光學中心比小透鏡所占據的區域的幾何中心定位得比更靠近中心圓透鏡2a。第五小透鏡2f在形成第五小透鏡2f的概念上完整的圓透鏡的部分不包括透鏡的中心的意義上具有虛擬中心。第五小透鏡2f的虛擬中心因此朝著中心圓小透鏡2a位于由小透鏡占據的區域外部。第五小透鏡2f的菲涅耳剖面不同于標準圓菲涅耳透鏡，因為當剖面遠離實質上半球形透鏡2的中心圓透鏡2a延伸時，透鏡剖面對(虛擬)中心區中的在軸射線優化，并對離軸射線優化。
[0037]第一中間小透鏡2g的光學中心比小透鏡所占據的區域的幾何中心定位得更遠離中心圓透鏡2a。第二中間小透鏡2h也具有朝著中心圓小透鏡2a位于由小透鏡占據的區域外部的虛擬光學中心。第二中間小透鏡2h的菲涅耳剖面不同于標準圓菲涅耳透鏡，因為當剖面遠離實質上半球形透鏡2的中心圓透鏡2a延伸時，透鏡剖面對(虛擬)中心區中的在軸射線優化，并對離軸射線優化。
[0038]小透鏡2a_2h中的每個的外表面是平的，這幫助模制和透鏡設計。此外，平小面的使用與相同面積和焦距的彎曲菲涅耳透鏡比較提高了收集效率。小透鏡的焦距被選擇成使得在典型使用位置上探測的最遠的物體的寬度正好填充PIR傳感器4、5的敏感區域。在本實施方式中，每個小透鏡2a-2h具有相同的焦距，其相應于實質上半球形透鏡2的半徑。在所示的特定實施方式中，該半徑是35mm。
[0039]使用形成實質上半球形透鏡2的小透鏡2a_2h的所述布置，每個小透鏡2a_2h具有相似的能量收集，使得一致的信號水平在PIR傳感器4、5處產生，而不考慮探測場中的物體的位置。每個小透鏡2a-2h的能量收集由其面積和輻射入射在透鏡和PIR傳感器4、5上的角度確定。參考在探測場中的探測中心的期望模式來確定在半球上的每個小透鏡2a-2h的中心的位置，以給出物體的運動的期望最小可探測的距離，并記住小透鏡2a-2h的收集效率。探測中心的所需模式也確定小透鏡的所需數量。在所述布置中，小透鏡被定位和定向成將來自相應的探測中心的輻射引導到PIR傳感器4、5上。
[0040]因此，使用根據所述布置的探測器，來自寬探測場中的人的紅外輻射可被探測，即使探測器位于地板之上相當大的高度處。[0041]總之，無源紅外探測器包括多個無源紅外傳感器4、5和布置成將來自目標區域的輻射引導到傳感器上的透鏡構件2。透鏡構件2形成紅外傳感器4、5周圍的實質上半球形的圓頂。圓頂具有中心軸和分布在中心軸周圍的多個鄰接的小面2a-2g。每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到傳感器上的內表面。探測器還包括與圓頂的中心軸對齊并具有實質上與中心軸正交的敏感表面的第一無源紅外傳感器4和分布在圓頂的中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器5。第二無源紅外傳感器5傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器5的敏感表面向外的法線與中心軸的向外方向成銳角。探測器能夠在離寬區之上相當大的聞度探測該區內的人的運動。
[0042]在本說明書的全部描述和權利要求中，詞“包括”和“包含”及其變形意指“包括但不限于”，且它們不預期(和不)排除其它部件、整體或步驟。在本說明書的全部描述和權利要求中，單數包括復數，除非上下文另外要求。特別是，在不定冠詞被使用的場合，說明書應被理解為設想復數以及單數，除非上下文另外要求。
[0043]結合本發明的特定的方面、實施方式或例子描述的特征、整體或特性應被理解為可應用于本文描述的任何其它方面、實施方式或例子，除非與其不兼容。在本說明書(包括任何附隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征和/或這樣公開的任何方法或過程的所有步驟可被組合在任何組合中，除了這樣的特征和/或步驟相互排他的組合。本發明不限于任何前述實施方式的細節。本發明擴展到在本說明書(包括任何附隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的任何新穎的特征或特征的任何新穎的組合、或這樣公開的任何方法或過程的任何新穎的步驟或步驟的任何新穎的組合。
【權利要求】
1.一種無源紅外探測器，其包括至少一個無源紅外傳感器和布置成將來自目標區域的輻射引導到所述傳感器上的透鏡構件， 其中所述透鏡構件形成所述紅外傳感器周圍的實質上半球形的圓頂，所述圓頂具有中心軸并包括分布在所述中心軸周圍的多個鄰接的小面，每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到所述傳感器上的內表面。
2.如權利要求1所述的無源紅外探測器，包括與所述圓頂的所述中心軸對齊并具有實質上與所述中心軸正交的敏感表面的第一無源紅外傳感器。
3.如權利要求2所述的無源紅外探測器，還包括布置在所述圓頂的所述中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器，其中所述第二無源紅外傳感器傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線與所述中心軸的向外方向成銳角。
4.一種無源紅外探測器，包括多個無源紅外傳感器和布置成將來自目標區域的輻射引導到所述傳感器上的透鏡構件， 其中所述透鏡構件形成所述紅外傳感器周圍的實質上半球形的圓頂，所述圓頂具有中心軸并包括分布在所述中心軸周圍的多個鄰接的小面，每個小面具有平外表面和形成透鏡以將輻射引導到所述傳感器上的內表面， 其中所述探測器包括與所述圓頂的所述中心軸對齊并具有實質上與所述中心軸正交的敏感表面的第一無源紅外傳感器和分布在所述圓頂的所述中心軸周圍的多個第二無源紅外傳感器，其中所述第二無源紅外傳感器傾斜，使得從每個第二無源紅外傳感器的敏感表面向外的法線與所述中心軸的向外方向成銳角。
5.如權利要求3或4所述的無源紅外探測器，其中所述探測器配置成只有當紅外輻射被多于一個所述無源紅外傳感器探測到時才產生陽性探測信號。
6.如任一前述權利要 求所述的無源紅外探測器，其中所述圓頂完全從所述多個鄰接的小面形成。
7.如任一前述權利要求所述的無源紅外探測器，其中所述多個鄰接的小面包括布置在所述中心軸周圍的小面的多個陣列，每個陣列包括從所述中心軸延伸到所述圓頂的底部的一系列鄰接的小面。
8.如權利要求7所述的無源紅外探測器，其中所述圓頂包括至少十二個所述陣列。
9.如權利要求7或8所述的無源紅外探測器，其中在每個陣列內，所述透鏡的光學中心在關于所述中心軸的相同方位角位置處對齊。
10.如權利要求7到9中的任一項所述的無源紅外探測器，其中每個陣列包括至少五個小面。
11.如權利要求7到10中的任一項所述的無源紅外探測器，其中每個陣列的第一小面形成在所述中心軸周圍的實質上圓透鏡。
12.如任一前述權利要求所述的無源紅外探測器，其中所述小面的相對面積設置成使得每個透鏡從與所述中心軸正交的遠處平面輻射源收集實質上相同的能量。
13.如任一前述權利要求所述的無源紅外探測器，其中所述透鏡是菲涅耳透鏡。
14.如權利要求13所述的無源紅外探測器，其中至少一個所述透鏡具有菲涅耳剖面，所述菲涅耳剖面具有優化對在軸射線的能量收集的第一區和優化對離軸射線的能量收集的第二區。
15.一種用于如任一前 述權利要求所述的無源紅外探測器的透鏡構件。
【文檔編號】G08B13/193GK103477375SQ201280018345
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月20日 優先權日:2011年4月21日
【發明者】安托萬·伊凡·麥斯歐, 梅林·米爾納, 保羅·曼斯 申請人:喜平電子有限公司