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前言：从“感知”出发的智能革命

当我们谈论AI、物联网和智能感知时，往往把注意力集中在芯片与算法。然而，决定一台设备“看见什么”“感知多少”的，不是代码，而是光学系统的前端。而在红外感知领域，那块看似不起眼、却至关重要的塑料结构——菲涅尔透镜（Fresnel Lens），早已在背后推动了整整一代安防系统、自动控制设备和智能空间的演化。

今天，我们以PIR（被动红外）传感专用菲涅尔透镜为主角，回溯其技术路线，探讨它在新时代中如何完成从“聚焦红外”到“精准识别”的跃迁。

一、PIR传感器的诞生与菲涅尔镜头的第一次任务

PIR（Passive Infrared）传感器原理依赖于热释电材料对人体释放的红外波段（8–14μm）进行响应。然而，这种材料本身只有极窄的感应区域和极弱的电信号。因此，菲涅尔透镜的加入就变得至关重要：

• 它通过一系列微小的同心棱镜结构，将宽范围内的红外信号聚焦到热释电探测器上；

• 它同时构建出多个“感应窗口”，让传感器“看到”多个角度内的目标运动；

• 它价格低、易量产，极适合嵌入式、微功耗设备。

在上世纪90年代，安防报警器、自动照明、走廊控制系统中，PIR镜头成为不可替代的标准配件。

二、从“看见”到“识别”：PIR的觉醒时刻

随着嵌入式处理能力提升、AI边缘计算的普及，人们对PIR传感器提出了更高的要求：

不仅仅是“有人走过”，而是**“谁在移动？朝哪个方向？距离多远？”

这催生了诸如单PIR方向与距离识别算法（参考Hirenkumar Gami, 2018）与模拟信号回归建模方法，推动PIR迈向智能化。镜头也因此必须进化：

• 角度控制更精准：避免热源噪声干扰，提高空间分辨率；

• 支持多焦点聚集设计：适应机器学习信号输入的需要；

• 与信号算法协同设计：镜头模式直接影响神经网络识别准确率。

三、非同轴结构的崛起：让每一个角落都能“平等感知”

传统菲涅尔镜头的设计采用同轴聚焦结构：即所有红外能量都集中于焦点中心。这导致中心区域感应强烈、边缘区域信号减弱——形成检测盲区与不均匀照度问题。

近年，新的设计理念诞生：
非同轴结构（Non-coaxial Fresnel），如Vo Quang Sang团队在2024年的设计中，镜头采用旋转棱镜数组，通过非对称光线汇聚，使得红外能量在整个探测面上更加均匀ssrn-5093890。

光线模拟结果显示：

• 检测灵敏度在±30°内保持均匀；

• 小视角+短焦距+高增益场景中优势尤为突出。

四、奥柏尔观察：镜头不再是通用件，而是“策略化设计”结果

在Aubor，我们将PIR镜头的设计不再视为标准件选择，而是战略过程：

我们相信，每一颗镜头背后，都是一组目标函数的最优解。

• 材料选择优先匹配红外波段穿透率（聚合物红外透过率大于85%）；

• 几何结构通过Zemax模拟，确保视场均匀度达标；

• 每一个齿深、倾角都为特定波段与焦距优化；

• 同时根据客户的感知算法特征，调整光斑形状与响应范围。

我们从不盲目使用通用透镜，而是以最终检测结果为目标倒推设计。

关于奥柏尔光学

Aubor Optical 是一家专注于聚合物光学元件研发与制造的企业，擅长小批量定制、快速迭代与高精度模拟设计。我们拥有：

• 注塑+单点钻石车削工艺，打造自由曲面与微结构；

• Zemax+实际透过率测试平台，让模拟与实测严丝合缝；

• 自有模具车间与镀膜产线，满足IR/ToF/LiDAR等多波段镀膜需求；

• 服务客户遍及德国、以色列、北美，已交付超50+PIR方案。

在奥柏尔，我们认为**“感知能力”将是未来每一台设备的标配**，而这背后，是一颗又一颗优秀透镜在默默支持。