CH650604A5 - Optische anordnung fuer einen infrarot-einbruchdetektor. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für einen Infrarot-Einbruchdetektor mit mehreren optischen Bündelungsmitteln, welche die aus mehreren getrennten Empfangsbereichen einfallende Infrarot-Strahlung auf wenigstens ein gemeinsames Sensorelement bündeln.
Solche Anordnungen nehmen die von einer Person im überwachten Bereich ausgehende Infrarot-Strahlung auf und leiten sie auf ein Sensorelement. Wenn der überwachte Bereich in mehrere getrennte Empfangsbereiche mit dazwischenliegenden Dunkelfeldern aufgeteilt ist, so bewirkt jede Bewegung einer Person eine Modulation der vom Sensorelement empfangenen Infrarot-Strahlung, welche mittels einer bekannten Auswerteschaltung zur Anzeige eines Eindringlings s und zur Alarmsignalgabe ausgewertet werden kann.
Zur Schaffung der erforderlichen getrennten Empfangsbereiche ist es beispielsweise aus US 3 703 718, US 4 058 726 oder US 4 081 680 bekannt, mehrere Reflektoren vorzusehen, die in verschiedene Richtung ausgerichtet sind und die die aus xo verschiedenen Empfangsbereichen eintreffende Strahlung auf das gleiche Sensorelement fokussieren. Dabei ist jeder Reflektor einem anderen Empfangsbereich zugeordnet und bündelt nur Strahlung aus diesem Empfangsbereich auf das Sensorelement. Nachteilig ist hierbei, dass die gesamte Empfangsflä-15 che in viele kleine Segmente aufgeteilt ist. Aus den einzelnen Empfangsbereichen wird daher jeweils nur eine kleine Strahlungsmenge aufgenommen, so dass die Empfindlichkeit solcher Infrarot-Einbruchdetektoren häufig unzureichend ist, besonders wenn viele Empfangsbereiche vorgesehen sind. 20 Dieser Nachteil lässt sich zwar mit den in US 3 760 399, US 3 829 693 oder US 3 958 118 beschriebenen Anordnungen vermeiden, bei denen ein einziger Reflektor für alle Empfangsbereiche vorgesehen ist und die Aufteilung in die einzelnen Bereiche mittels mehrerer nebeneinander angeordneter 25 Sensorelemente erfolgt. Damit steht zwar für alle Empfangsbereiche eine gemeinsame, relativ grosse Reflektorfläche zur Verfügung, jedoch erfordern die vielen Sensorelemente eine komplizierte und störanfällige Schaltung, wobei zudem die Zahl der möglichen Sensorelemente und damit der Emp-30 fangsbereiche stark eingeschränkt ist.
Aus der GB-A 2 012 045 und der EP-A 0 014 825 sind bereits Anordnungen bekannt geworden, bei denen die Bündelung der Infrarot-Strahlung auf ein gemeinsames Sensorelement durch mehrfache Reflexion erfolgt. Dabei erfolgt die er-35 ste Reflexion jedoch wiederum an einzelnen Spiegelsegmenten, von denen jedes einem anderen Empfangsbereich zugeordnet ist. Solche Anordnungen weisen daher ebenfalls den Nachteil auf, dass aus den einzelnen Empfangsbereichen nur eine geringe Strahlungsmenge aufgenommen wird und die 40 Empfindlichkeit daher häufig unzureichend ist. Um trotzdem eine gute Empfindlichkeit zu erreichen, war es daher bei solchen vorbekannten Infrarot-Einbruchdetektoren erforderlich, relativ grosse Spiegelsegmente zu verwenden, so dass die Abmessungen solcher Detektoren verhältnismässig gross ge-45 wählt werden mussten, so dass eine unauffällige Anbringung, wie sie bei Einbruchschutzeinrichtungen häufig erwünscht und erforderlich ist, kaum möglich war.
Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere einen In-50 frarot-Einbruchdetektor zu schaffen, der aus den einzelnen Empfangsbereichen eine grössere Strahlungsmenge aufzunehmen vermag, der eine erhöhte Empfindlichkeit und kleinere Abmessungen aufweist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, 55 dass ein erstes, für alle Empfangsbereiche gemeinsames Bündelungsmittel vorgesehen ist, welches die aus allen Empfangsbereichen einfallende Strahlung auf eine Mehrzahl von weiteren Bündelungsmitteln richtet, von denen jedes einem der Empfangsbereiche zugeordnet ist und deren Anzahl der Anso zahl der Empfangsbereiche entspricht und welche so angeordnet und ausgebildet sind, dass die aus jedem der Empfangsbereiche eintreffende Strahlung vom ersten gemeinsamen Bündelungsmittel und dann vom jeweils zugeordneten weiteren Bündelungsmittel auf das Sensorelement gebündelt wird. 65 Die Erfindung wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Figur 1 zeigt eine erste optische Anordnung mit zentral angebrachtem Sensorelement.
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Figur 2 zeigt eine zweite optische Anordnung mit peripher aufweist. Die Frontplatte 11 trägt eine Fresnel-Linse 1 und angebrachtem Sensorelement. unter dieser am Rand ein Sensorelement 7, das an eine inte-
Figur 3 zeigt einen Infrarot-Einbruchdetektor mit Facet- grierte Auswerteschaltung 8 angeschlossen ist, die beispiels-
ten-Spiegel. weise entsprechend US 4 179 691 oder US 4 166 955 ausgebil-Figur 4 zeigt einen Infrarot-Einbruchdetektor mit linearer 5 det sein kann. Das Ausgangssignal dieser Auswerteschaltung
Reflektoranordnung. 8 wird an den Ausgangsklemmen 9 abgenommen. Die Rück-
Bei der in Figur 1 dargestellten optischen Anordnung ist seite 12 trägt einen Facetten-Spiegel 13, dessen einzelne Facet-
als erstes Bündelungsmittel eine Sammellinse 1 vorgesehen, ten den Reflektoren 2,3 ... 6 entsprechen. Die Ausbildung die in diesem Beispiel als Fresnel-Linse ausgebildet ist. und Ausrichtung der einzelnen Facetten ist dabei so, dass in
Solche Stufenlinsen können auf einfache Weise aus einem io Zusammenwirkung mit der Fresnel-Linse 1 ein Bündel vieler geeigneten Transparent-Material durch Pressen oder Giessen Empfangsrichtungen oder Bereiche mit kleinem Öffnungs-
hergestellt werden. Besonders zweckmässig ist es dazu ein winkel entsteht.
Material zu wählen, z.B. ein geeignetes Plastikmaterial, welches vorzugsweise im Bereich der langwelligen Infrarot-Strah- Bei einer zweckmässigen Weiterbildung können statt eines lung durchlässig ist, beispielsweise Polyäthylen, oder As2S3-, 15 einzigen Sensorelementes mehrere nebeneinander angeord-Se-, oder As/Se-Gläser, wobei diese Gläser auch als Filter auf nete Sensorelemente (7,7', 7") vorgesehen sein. Jedes Element der Polyäthylen-Linse aufgedampft sein können. erhält dabei Strahlung aus einer Mehrzahl von Empfangsbein Einstrahlungsrichtung hinter dieser Fresnel-Linse ist reichen. Die Anzahl der möglichen Empfangsbereiche kann eine Mehrzahl von einzelnen Reflektoren 2,3, ... 6 angeord- damit entsprechend der Anzahl der Sensorelemente verviel-net. Diese Reflektoren können als konkave oder konvexe Ku- 20 facht werden, wobei kein Intensitäts- oder Empfindlichkeits-gel-, Paraboloid- oder Ellipsoid-Segmente oder als gegenein- verlust eintritt, da jedes Sensorelement die gesamte Strahlung ander geneigte Planspiegel ausgebildet sein. Im Zentrum der vom gemeinsamen Bündelungsmittel erhält. Zweckmässig Fresnel-Linse 1 ist ein Detektorelement 7 vorgesehen, dessen kann es sein, als Sensorelement ein «Sensor-Array» zu verEmpfindlichkeit auf die zu empfangende Infrarot-Strahlung wenden, bei dem die einzelnen Elemente in einer Linie nebenabgestimmt ist, beispielsweise Lithiumtantalat (LiTa03), Po- 25 einander angeordnet sind. Die einzelnen Empfangsbereiche ly vinyldifluorid (PVF2), Bleizirkonattitanat (PZT) oder ein werden dabei jeweils in ein in einei* Ebene liegendes Bündel anderer geeigneter pyroelektrischer Sensor. mehrerer Empfangsbereiche aufgespalten. Damit lassen sich
Die Brennweite der Fresnel-Linse 1, die Krümmung, die auf einfache Weise eine Anzahl von einem Eindringling zu
Ausrichtung und der Abstand der Reflektoren 2,3 ... 6 kön- passierende Strahlungsvorhänge schaffen.
nen dabei so gewählt sein, dass eine möglichst gute Abbildung 30 Figur 4 zeigt eine besonders flache Ausführungsform eider aus bestimmten gewünschten Richtungen eintreffenden nes Infrarot-Einbruchdetektors, bei welchem die gesamte Infrarot-Strahlung stattfindet. Die einzelnen Empfangsberei- Vorderseite 11 von einem Segment einer Fresnel-Linse 1 ein-che werden hierbei zu Empfangsrichtungen mit relativ klei- genommen wird in deren Zentrum das Sensorelement 7 ange-nem Öffnungswinkel, der von der Genauigkeit der optischen bracht ist. An der Rückseite 12 sind in einer Reihe nebenein-Bauteile und deren Justierung, sowie von den Abmessungen 35 ander einzelne Reflektore 2,3, ... 6 vorgesehen. Auf der des Sensorelementes abhängt. Falls eine andere Form von Grundplatte 14 ist die Auswerteschaltung 8 angebracht. Mit Empfangsbereichen gewünscht ist, beispielsweise Rechteck- dieser Anordnung lässt sich ein Fächer von in einer Ebene lie-oder Streifenform, können die Reflektoren asphärisch ausge- genden Empfangsbereichen, oder ein Schutzvorhang bilden, bildet sein. Der Detektor kann Dank seiner flachen Ausführung unauf-
40 fällig in einem schmalen Spalt angeordnet sein, wobei die
Mit der beschriebenen optischen Anordnung wird er- Vorderfläche 11 optimal zur Aufnahme von Infrarot-Strah-
reicht, dass einfallende Infrarot-Strahlung vom ersten Bünde- lung aus den Empfangsbereichen ausgenützt wird.
lungsmittel, d.h. von der Fresnel-Linse 1 mit ihrer vollen Flä- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kön-
che aufgenommen wird und erst danach den einzelnen, den nen vor oder hinter Teilen der Sammellinse 1 ein oder meh-
verschiedenen Empfangsbereichen zugeordneten Spiegel-Seg- 45 rere Prismen vorgesehen sein, durch die die einzelnen Emp-
menten zugeleitet wird. Jedes Spiegel-Segment 2,3, ... 6 er- fangsstrahlen jeweils in mehrere Strahlen aufgespalten wer-
hält dabei Strahlung von der vollen Fläche der Fresnel-Linse den können. Dadurch kann die Anzahl der Strahlungsemp-
1 und bündelt diese Strahlung dann auf das Sensorelement 7. fangsbereiche vervielfacht werden, falls eine gewisse Intensi-Damit wird also die grösstmögliche Menge einfallender Infra- tätsschwächung der einzelnen Bereiche in Kauf genommen rot-Strahlung erfasst und detektiert. Die Empfindlichkeit ei- 50 werden kann.
nes mit einer solchen Anordnung ausgerüsteten Infrarot-Einbruchdetektors ist daher erheblich vergrössert. Dabei spielen Bei dem in Figur 4 dargestellten Infrarot-Einbruchdetek-die Abmessungen der Reflektoren keine entscheidende Rolle, tor können beispielsweise vor beiden Seiten der Fresnel-Linse so dass auch bei einer Vielzahl von Empfangsbereichen kleine 1 Prismen 15,15' angeordnet sein. Diese bewirken, dass die Geräteabmessungen möglich sind. ss auf die Prismen auftreffende Stahlung um einen bestimmten
Winkel abgelenkt wird, während die auf die Linse direkt aufFigur 2 zeigt eine ähnliche Anordnung, die sich von der treffende Strahlung unbeeinflusst bleibt. Jeder Empfangsbe-ersten Ausführung dadurch unterscheidet, dass das Sensorele- reich wird daher in drei getrennte Bereiche aufgespalten.
ment 7 peripher, d.h. am Rande der Fresnel-Linse 1 angeord- Das Prismen-Element kann auch mit der Sammellinse net ist. Damit steht die gesamte Öffnung der Fresnel-Linse 60 vereint und in diese integriert sein, indem sie als Mehr-Zonen-
zur Aufnahme von Infrarot-Strahlung zur Verfügung und Linse mit Zonen unterschiedlicher optischer Achse ausge-
durch das Sensorelement entstehen keine Verluste. In diesem führt ist. In Figur 4 können beispielsweise die Seiten der Fres-
Beispiel ist es zweckmässig, die Reflektoren 2,3 und 4 nur nel-Linse 1 auf ihrer Vorder- oder Rückseite die Form von schwach gekrümmt oder plan auszubilden, um Abbildungs- Keilen 16,16' aufweisen, die die Prismen 15,15' ersetzen und fehler infolge schiefen Strahlungseinfalles möglichst klein zu 6s die gleiche optische Wirkung zeigen. Ein solches optisches halten. Element ist besonders einfach herstellbar und erfordert keine
Figur 3 zeigt einen Infrarot-Einbruchdetektor mit einem spezielle Justierung.
Gehäuse 10, das eine Frontplatte 11 und eine Rückseite 12 Der dargestellte Infrarot-Einbruchdetektor besitzt trotz
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seiner flachen unauffälligen Form und seiner kleinen Abmes- eignet sich besonders für Verwendungen wo ein Infrarot-
sungen eine optimale Empfindlichkeit und weist zu dem eine Schutzvorhang mit eng nebeneinander in einer Ebene liegen-
besonders einfache und störunanfällige Konstruktion auf. Er den Empfangsbereichen erwünscht ist.
C
1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Optische Anordnung für einen Infrarot-Einbruchdetek-tor mit mehreren optischen Bündelungsmitteln, welche die aus mehreren getrennten Empfangsbereichen einfallende Infrarot-Strahlung auf wenigstens ein gemeinsames Sensorelement bündeln, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, für alle Empfangsbereiche gemeinsames Bündelungsmittel (1) vorgesehen ist, welches die aus allen Empfangsbereichen einfallende Strahlung auf eine Mehrzahl von weiteren Bündelungsmitteln (2-6) richtet, von denen jedes pro Sensorelement einem der Empfangsbereiche zugeordnet ist und deren Anzahl der Anzahl der Empfangsbereiche pro Sensorelement entspricht und welche so angeordnet und ausgebildet sind, dass die aus jedem Empfangsbereich eintreffende Strahlung vom ersten, gemeinsamen Bündelungsmittel (1) und dann vom jeweils zugeordneten weiteren Bündelungsmittel (2-6) auf das gemeinsame Sensorelement (7) gebündelt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bündelungsmittel als Sammellinse (1) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bündelungsmittel als Fresnel-Linse (1) ausgebildet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder hinter dem ersten Bündelungsmittel (1) wenigstens ein Prismen-Element (15,15') zur Aufspaltung und Vervielfachung der Empfangsbereiche angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Prismen-Elemente mit dem ersten Bündelungsmittel zu einer Mehrzonenlinse (1, 16,16') vereint ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bündelungsmittel als Reflektoren (2-6) ausgebildet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (2-6) als Kugelspiegel-Segmente ausgebildet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (2-6) als gegeneinander geneigte Planspiegel ausgebildet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren zu einem Facettenspiegel (13) vereint sind.
10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) im Zentrum des ersten Bündelungsmittels (1) angeordnet ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) am Rand des ersten Bündelungsmittels (1) angeordnet ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, für mehrere Empfangsbereiche gemeinsame Sensorelemente (7,7', 7") nebeneinander angeordnet sind.
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