物联网图像感知模块的制作方法
【专利摘要】一种物联网图像感知模块，包括：信号处理模块，信号发射模块和传感器元件，信号处理模块用于感知和处理来自所述传感元件的图像信息，并将其传输给信号发射模块，信号发射模块发射图像传感信息到物联网传感网络层，其特征在于：所述传感元件依次包括：焦距为f1第一透镜，焦距为f2的第二透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，第一透镜与第二透镜的使用材料的折射率为1.5至1.7，且该第一透镜满足关系式：-0.9＜f1/f＜-0.4，第二透镜满足关系式：1.2＜f2/f＜4.8；f为整个光学系统的焦距。
【专利说明】物联网图像感知模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网【技术领域】，具体涉及一种用于物联网的传感器，具体涉及一种物联网图像感知模块。
【背景技术】
[0002]物联网是通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时感知任何需要监控、连接、互动的物体或过程，感知其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。
[0003]无线传感器作为物联网的主要技术之一，在应用的过程中出现了一些不足，比如仍然需要连接电源，信号传输距离有限、无线传感器不便定位等问题，困扰着无线传感器的发展。
[0004]现有技术中通常的物联网结构体系为:包括三层:即传感网、传输网和应用网，在此体系结构的基础上有由网络融合、数据融合和服务融合组成的物联网技术架构，该技术架构中的三种融合分别在三层物联网体系结构中得到体现:其中，传感网与传输网之间通过用户网络接口相连，传输网与应用网之间通过应用网络接口相连。物联网将终端按照物理实体的类型、服务器和公共数据平台分别进行归类；然后，通过异构网络间的融合，使网络间数据能够共享与交换，即实现了数据融合；数据融合的实现给同一类型的终端以统一的身份认证或者信息门户，从而实现服务的融合，从而实现物与人、物与物以及人与人之间的互联。
[0005]其中传感网为物联网的周边延伸网，是指有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织方式构成的无线网络。各类能够融合到所述传感网中的传感器就是所述物联网的“神经末梢”。
[0006]现有技术中传感器很多，但是适合于能够方便的融合到物联网中的传感器较为少见。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术的缺陷和不足，目的在于提供一种新型的物联网图像感知模块。该图像感知模块成像质量高，能够方面地与现有的物联网方便地融合，而且整体结构合理，尺寸较小，制造成本较低，相对于现有具有具有诸多的优点。
[0008]具体技术方案如下:
[0009]一种物联网图像感知模块，包括:信号处理模块，信号发射模块和传感器元件，信号处理模块用于感知和处理来自所述传感元件的图像信息，并将其传输给信号发射模块，信号发射模块发射图像传感信息到物联网传感网络层，其特征在于:所述传感元件依次包括:焦距为fl第一透镜，焦距为f2的第二透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，第一透镜与第二透镜的使用材料的折射率为1.5至1.7，且该第一透镜满足关系式:-0.9 < fl/f< -0.4，第二透镜满足关系式:1.2 < f2/f < 4.8 ；f为整个光学系统的焦距。
[0010]所述第一透镜的物方表面凸面,像方表面为凹面。
[0011]第二透镜物方表面为凹面,像方表面为凸面。
[0012]所述第一透镜和第二透镜至少一个表面为非球面。
[0013]优选在所述第一透镜和第二透镜的至少一个表面上形成二元衍射光学结构。
[0014]更优选地在所述第一透镜的物方表面上形成有二元衍射光学结构，以用于消除系
统像差。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1物联网信息感知用传感器一种结构示意图；
[0016]图2感知本发明的图像感知模块的结构示意图。
[0017]图3是图2所述的图像感知模块的光学系统的剖面图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0019]参照图1，
[0020]物联网信息感知用传感器包括信号处理模块1，信号处理模块I连接传感器元件，信号处理模块I还连接一信号发射模块2和一电源模块3，电源模块3包括一发电机构31和一蓄电机构32,发电机构31连接蓄电机构32,蓄电机构32连接信号处理模块I。信号处理模块I连接至少两个传感器元件，以便于产生丰富的信号。
[0021]信号处理模块I包括微型处理器，还包括无线通信模块，微型处理器连接无线通信模块，无线通信模块连接信号发射模块2，信号发射模块2是一用于发射定位信号的定位信号发射模块。物联网信息感知用传感器可以采用GPS定位技术进行定位，微型处理器通过一 GPS信号处理模块连接无线通信模块。GPS信号处理模块选择无线通信模块的通信方式，利用定位信号发射模块对外发射定位信号。物联网信息感知用传感器也可以采用LBS基站定位法进行定位。微型处理器选择无线通信模块的通信方式和信号频率，利用定位信号发射模块对外发射定位信号，在采用手机信号频率的时候，物联网信息感知用传感器就可以直接利用现有的手机基站进行粗略定位。物联网信息感知用传感器还可以利用传感器网络中的多个网络节点进行定位。在小范围内进行定位的时候，可以直接利用多个信号接收装置接收到的信号强度差异进行定位，也可以使用一个可移动的信号接收装置，根据信号的强弱变化进行查找。
[0022]信号发射模块2可以仅仅是天线，或者包括天线和其他天线辅助器件。无线通信模块可以采用蓝牙通信模块、紫蜂(zigbee)通信模块、手机通信模块、无线局域网(WLAN)通信模块等适于组建网络的无线通信模块。
[0023]物联网信息感知用传感器还包括一信号接收模块，信号接收模块连接信号处理模块I内的微型处理器，微型处理器在通过信号接收模块接收到对无线通信模块的通信模式进行设置的数据后，对无线通信模块的通信模式进行设置。微型处理器连接一存储器，存储器内存储有对无线通信模块进行通信模式设置的设定数据，微型处理器在接收到数据读取指令后，通过无线通信模块发送设定数据。以便于外界设备对无线通信模块的通信模式进行设定和读取。
[0024]发电机构31发出的电能首先在蓄电机构32内储存，以便于为包括信号处理模块
1、信号发射模块2在内的耗能模块供电，使这些耗能模块工作。特别是使信号发射模块2能够发送出信号强度较强的无线电信号，进而有效提高作用距离。还有因为可以为信号处理模块I提供更强电流，因此可以支持信号处理模块I进行更加复杂的信号处理。
[0025]具体实施中:发电机构31可以采用一天线式发电机构，天线式发电机构连接蓄电机构32。蓄电机构32可以采用电容。发电机构31还可以采用一电感式发电机构，电感式发电机构包括一电感线圈，通过一单向导通器件连接蓄电机构32，电感线圈通过单向导通器件为蓄电机构32充电。发电机构31还可以米用一光能发电机构,光能发电机构包括一光电转换器件，光电转换器件连接蓄电机构32ο光电转换器件将光能转化为电能，为电容充电。另外发电机构31还可以采用压力发电机构、弯折发电机构、震动发电机构等类型的发电机构。电容可以采用电解电容。以保证具有较大的电容量，能够提供较强的电流。电容也可以采用非电解电容。以保证电容具有足够长的寿命。
[0026]所述传感元件为图像感知模块，具有如下结构特征:
[0027]请参阅图3所示为本发明图像感知模块的光学结构图。其从被摄物体方依序包括:具有负屈光度且凸向被摄物体的第一透镜10 ;孔径光闸20 ;具有正屈光度且凸向成像面呈半月型的第二透镜30;过滤特定波长的光线的过滤元件40，该过滤元件40可以是红外线截止过滤元件，用于可见光成像，或者是可见光截止过滤元件，用以过滤可见光，而通过的光线的波长为780至1050nm，应用于不可见光的红外线光成像；以及用以接收通过前述过滤元件红外线不可见光的成像，并将该成像转换成为数字信号的图像传感器50(成像面)，该图像传感器50包括平面保护透镜51与影像传感器52，该影像传感器52可以是电荷率禹合兀件(ChargeCoupled Device,CCD)或互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor, CMOS)。
[0028]前述第一透镜与第二透镜的使用材料的折射率为1.5至1.7，用以大角度折射入射光线，且该第一透镜10满足关系式:-0.9 < fl/f < -0.4，第二透镜30满足关系式:1.2
<f2/f <4.8 ;其中fl为第一透镜20的光学焦距，f2为第二透镜30的光学焦距，f为微型光学取像装置整个系统的焦距。
[0029]在所述第一透镜和第二透镜的表面至少一个表面上形成二元衍射光学结构，优选在第一透镜的物方表面设置有所述二元衍射光学结构，其目的在于有效地消除系统像差，提闻成像质量。
[0030]该两片透镜构成的图像感知模块满足公式1.6 < L/f < 4.9，其中，L是从微型光学取像装置的光学总长，即第一透镜10面对被摄物体的表面到成像焦点的距离；f是微型光学取像装置整个系统的焦距。
[0031]该第一透镜10包含有面对被摄物体的第一面11及面对成像面的第二面12，所述第一面11为相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第二面12为相对于成像面呈凹陷构形的凹陷。该第二透镜30包含有面对被摄物体的第三面31及面对成像面的第四面32，所述第三面31为相对于被摄物体呈凹陷构形的凹陷，第四面32为相对于成像面呈凸面构形的凸面。且前述第一、二、三、四面11、12、31、32皆为非球面，藉此全面矫正球差及像差，并具有低公差敏感度的特性。
[0032]通过前述结构组合，被摄物体在经过二透镜而在该图像传感器50上的最大成像高度最大满足如下关系式:0.8 < d/f < 3，其中d为该图像传感器上的最大成像高度，f为微型光学取像装置整个系统的焦距。
[0033]实施上第一透镜20与第二透镜30为目前一般市面产品的圆形透镜形状(如图2所示)，也可以是圆形去掉两对称边而呈长条状劣弓形的透镜，可应用于不同外壳模型的光学镜头装置。
[0034]实施上，该第一透镜10为负透镜，其第一面11相对于被摄物体呈凸面构形，用以超广角的接受外在的入射光束，从而使光束在第二面12上，藉此可充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度，也使的本装置具有超广角度，取像角度可达100°以上。再由该孔径光闸20取得所要的入射光束，入射光束再经过该第二透镜30上相对于被摄物体呈凹陷构形的凹陷的第三面31进行阔束，第四面32相对于成像面呈凸面构形的正透镜，使光束在第四面32上可分布较大的面积。也就是说，入射光束经过第三面31的阔束，从而使光束在第四面32上可分布较大的面积，而该第二透镜30的半月形构造可充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度。
[0035]采用非球面设计除了可矫正球差及像差外还有助于缩短镜头光学系统的总长，且第一、二透镜片20、30均可采用塑料材质，有利于消除像差及减轻镜头重量，整个光学系统只用到两个塑料透镜，适合大量生产，且其公差敏感度低，加上景深的自由度(Depthoffield)够大，组合公差小于光学聚焦的可用的焦深范围，应用时不需进行调焦的动作，易于制造组立，符合大规模量产的要求。而用以过滤可见光，只通过红外线不可见光的过滤元件40，形成一种可对人体的热辐射进行取像的图像感知模块。
[0036]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
【权利要求】
1.一种物联网图像感知模块，包括:信号处理模块，信号发射模块和传感器元件，信号处理模块用于感知和处理来自所述传感元件的图像信息，并将其传输给信号发射模块，信号发射模块发射图像传感信息到物联网传感网络层，其特征在于:所述传感元件依次包括:焦距为fl第一透镜，焦距为f2的第二透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，第一透镜与第二透镜的使用材料的折射率为1.5至1.7，且该第一透镜满足关系式:-0.9 < fl/f< -0.4，第二透镜满足关系式:1.2 < f2/f < 4.8 ；f为整个光学系统的焦距。
2.如权利要求1所述的图像感知模块，所述第一透镜的物方表面凸面，像方表面为凹面。
3.如权利要求1所述的图像感知模块，第二透镜物方表面为凹面，像方表面为凸面。
4.如权利要求1所述的图像感知模块，所述第一透镜和第二透镜至少一个表面为非球面。
5.如权利要求1所述的图像感知模块，在所述第一透镜和第二透镜的至少一个表面上形成二元衍射光学结构。
6.如权利要求1所述的图像感知模块，在所述第一透镜的物方表面上形成有二元衍射光学结构，以用于消除系统像差。
【文档编号】G02B13/18GK103813060SQ201210447136
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】耿振民 申请人:无锡华御信息技术有限公司