CH682851A5 - Verfahren zum Umlenken optischer Strahlen, Weitwinkel-Sammeloptik zur Ausführung des Verfahrens sowie Verwendung einer Weitwinkel-Sammeloptik. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umlenken optischer Strahlen aus zwei durch eine erste Ebene getrennten Halbräumen auf einen Flächenbereich, in einer die Halbräume im Quadranten unterteilenden zweiten Ebene, um eine Flächennormale der zweiten Ebene in der ersten Ebene, eine Weitwinkel-Sammeloptik zur Ausführung des Verfahrens sowie eine Verwendung einer Weitwinkel-Sammeloptik.

Bekanntlich weisen Strahlungsdetektoren, wie Infrarotdetektoren, eine gerichtete Empfangs-Charakteristik auf. Strahlen, die senkrecht auf eine Detektorfläche auftreffen, werden mit grösster Empfindlichkeit detektiert, während Strahlen, die aus von der senkrechten abweichenden Raumrichtung eintreffen, entsprechend der keulenartigen Empfangs-Charakteristik mit tieferer Empfindlichkeit registriert werden. So werden beispielsweise bereits Strahlen, die aus Richtungen entsprechend einem Kegel mit bezüglich der Flächennormalen auf die Detektorfläche 45° Öffnungswinkel eintreffen, üblicherweise z.B. bei passiven Infrarotsensoren als optoelektri-sche Wandler, mit einer um einen Faktor von ca. 0,5 entsprechend -6dB verringerten Empfindlichkeit gewandelt, bezogen auf die maximale Wandler-resp. Detektor-Empfindlichkeit. Bei Vorsehen derartiger Detektoren, wie von Passiv-Infrarot-Detektoren als optoelektrische Wandler in Sicherungsanlagen oder zur Ansteuerung von Raumbeleuchtungen in Gebäuden, wäre es äusserst wünschenswert, auch Strahlen, die mit Bezug auf besagte Flächennormale entsprechend der Achse grösster Detektor-Empfindlichkeit mit einem Winkel bis zu 90° oder mehr eintreffen, mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren, bedenkt man, dass die Empfindlichkeit direkt mit der möglichen Detektierungsdistanz zusammenhängt. Dies wäre insbesondere dann wünschenswert, wenn ein derartiger Detektor zur Ansteuerung irgend einer Anlage, wie einer Raumbeleuchtung, herbeigezogen werden soll, die so lange aktiviert bleiben soll, als eine Strahlungsquelle, wie im Falle von Infrarot eine Person, irgendwo im betreffenden Raum unabgeschirmt ist. Für solche Fälle wäre es wünschbar, einen einzigen Detektor, z.B. zentral im Raum, beispielsweise an einer Wandung, vorsehen zu können, welcher auch auf weitwinklig eintreffende Strahlen derart empfindlich reagiert, dass er z.B. die Beleuchtung so lange angeschaltet hält, als sich eine Person, in diesem Räume aufhält.

Die vorliegende Erfindung setzt sich deshalb zum Ziel, ein Verfahren eingangs genannter Art zu schaffen, mit dessen Hilfe auch dies realisierbar wird.

Dies wird dadurch erreicht, dass man in jedem Halbraum

- die Strahlen je mit mindestens zwei versetzten Bündelungs-Hauptachsen, bezüglich der Flächennormalen auf Abstand, bündelt,

- die gebündelten Strahlen aus einem der Halbräume, wenigstens vornehmlich im anderen Halbraum, mittels Einfachreflexion derart bündelspezifisch spiegelt, dass der Winkelbereich der reflektierten Strahlen, unter welchem sie mit Bezug auf die Flächennormale auf die zweite Ebene auftreffen, kleiner ist als der Winkelbereich, unter welchem sie vor der Bündelung darauf auftreffen würden.

Dadurch, dass die bündelspezifische Spiegelung jeweils im anderen Halbraum vorgenommen wird, so dass die gebündelten Strahlen aus dem einen Halbraum die erste Ebene erst durchstossen, bevor sie reflektiert werden, wird ermöglicht, dass auch weitwinklig eintreffende Strahlen steilwinklig auf den Bereich in der ersten Ebene um den Durchstoss-punkt der Flächennormalen geworfen werden können.

Dadurch, dass man die Bündelung in jedem der Halbräume mit wenigstens nahezu in einer zur zweiten, senkrechten dritten Ebene liegenden Hauptachsen vornimmt, ergibt sich eine fächerartige Strahlenkonzentration der aus jedem der Halbräume auch weitwinklig eintreffenden Strahlen, wobei sich dann, wenn die dritten Ebenen parallel sind, ein entsprechend fächerförmig symmetrischer Strahlengang, im Halbraum über der zweiten Ebene ergibt.

Eine Weitwinkel-Sammeloptik zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass vorgesehen sind:

- in jedem der durch die erste Ebene gebildeten Halbräume mindestens zwei Sammellinsen,

- in jedem der Halbräume ein Spiegelelement mit einer gegen die Flächennormale hin konkav geknickten oder gebogenen Schnittkurve, aus ihm geschnitten durch eine weitere Ebene, die die Flächennormale enthält, zur Bildung sammellinsenzugeordneter Spiegelflächen.

Dadurch, dass in jedem Halbraum ein Spiegelelement vorgesehen ist, mit, wie spezifiziert geknickter oder gebogener Form, wird erreicht, dass einerseits, generell Strahlen aus dem einen Halbraum durch Einfachreflexion gegen den Fusspunkt der Flächennormalen hin zurückreflektiert werden. Durch entsprechende Zuordnung von Sammellinsen und Spiegelflächen am Spiegelelement wird weiter erzielt, dass auch Strahlen, die bezüglich der Flächennormalen mit grossem Winkel, bis zu 90°, ja darüber hinaus, auf die Weitwinkel-Sammeloptik einfallen, mit in bezug auf die erwähnte Flächennormale wesentlich verringertem Winkel auf die zweite Ebene fallen, womit bei Vorsehen eines entsprechenden Sensors am Fusspunkt der Flächennormalen, auch diese Strahlen in dessen hochempfindlichen «Kernbereich» der Empfangs-Charakteristik fallen.

Obwohl sich bei dieser Ausbildung dann, wenn sich die Projektionen der Hauptachsen der vorgesehenen Sammellinsen auf die zweite Ebene unter rechtem Winkel mit den Schnittgeraden, gebildet durch die durch entsprechende Spiegelflächen definierten Ebenen und besagte zweite Ebene schneiden, nicht eine punktförmige Konzentration der reflektierten Strahlen auf die zweite Ebene ergibt, sondern eine Konzentration in einem axial in der Schnittgeraden zwischen erster und zweiter Ebene ausgedehnten Bereich, was z.B. beim Vorsehen mehrerer Sensoren wünschbar sein mag, wird aber bevorzugterweise vorgeschlagen, dass die Spiegelfläche das jeweils zugeordnete Bündel derart

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schneidet, dass sich die Projektion der entsprechenden Bündelungs-Hauptachse auf die zweite Ebene und die jeweilige Schnittgerade der durch die Spiegelfläche definierten Ebene mit der zweiten Ebene, schief schneiden. Dadurch wird ein Sammeln der reflektierten Strahlen um den Normalen-Fusspunktbereich erzielt.

Ein kompakter Aufbau mit fächerförmig verteilten Sammellinsen wird dadurch erreicht, dass ihre Bündelungs-Hauptachsen in jedem Halbraum in derselben Projektionsebene auf die zweite Ebene liegen, wobei vorzugsweise diese Projektionsebenen parallel, vorzugsweise symmetrisch, bezüglich der Flächennormalen angeordnet sind.

Um eine eindeutige Spiegelflächen-Zuordnung zu jedem der durch die Sammellinsen gebildeten Bündel zu erzielen, wird weiter vorgeschlagen, dass jedes Spiegelelement mindestens zwei relativ zueinander abgewinkelte, vorzugsweise plane Spiegelflächen umfasst.

Dadurch, dass in jedem der Halbräume diejenigen Bündelungs-Hauptachsen, mit bezüglich der Flächennormalen grösserem Winkel auf Spiegelflächen gerichtet sind, deren eigene Flächennormale bezüglich der Flächennormalen einen kleineren Winkel einschliesst, wird erzielt, dass diejenigen Strahlen, welche unter grossem Winkel, wie erwähnt, bis hin oder über 90° mit Bezug auf die Flächennormale einfallen, am stärksten umgelenkt, unter kleinem Winkel bezüglich der Flächennormalen auf die zweite Ebene auftreffen, somit in den erwähnten hochempfindlichen «Kernbereich» der Empfangs-Charakteristik eines vorzusehenden Detektors.

Um konstruktiv die Lage der Spiegelelemente bezüglich eines allenfalls vorzusehenden Detektors festzulegen, wird vorgeschlagen, dass sie an einem gemeinsamen Halter angeordnet sind.

Dabei können Spiegel und Halter einteilig, beispielsweise aus Kunststoff gespritzt, ausgebildet sein.

Da die an den Sammellinsen gebündelten Strahlen aus jedem Halbraum erst am ihnen nicht zugeordneten Spiegelelement im eigenen Halbraum vorbeilaufen, bevor sie am ihnen zugeordneten Spiegelelement im anderen Halbraum auftreffen, kann es bei gewissen Linsenanordnungen, Linsengrössen resp. Brennweiten dazu kommen, dass das nicht zugeordnete Spiegelelement in die entsprechenden Bündelungskegel einragt und somit einen Teil der Strahlen abdeckt.

Um dies zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass jedes Spiegelelement mindestens angenähert entsprechend der Schnittkurve seiner Fläche mit dem durch die dem anderen Spiegelelement zugeordneten Sammellinsen geformten Strahlen-Bündel eingeformt ist und/oder nicht grösser ist als es die Schnittfigur seiner Fläche mit dem durch die ihm zugeordneten Sammellinsen geformten Strahlen-Bündel erfordert.

Das Vorsehen mindestens einer weiteren Sammellinse, deren Hauptachse direkt auf den Flächenbereich um den Fusspunkt der Flächennormalen auf der zweiten Ebene gerichtet ist, ergibt insbesondere im Zusammenwirken mit der Umlenkung weitwinklig einfallender Strahlen, so dass sie bezüglich der Flächennormalen unter kleinem Winkel auf die zweite Ebene auftreffen, bei Vorsehen eines Sensors im Bereich des Fusspunktes der Flächen-normalen mit keulenförmiger, hierzu symmetrischer Empfangs-Charakteristik, ein Gesamtempfindlich-keitsverlauf der Extremalstellen für Strahleneinfallswinkel - bezüglich der Flächennormalen - um Null und z.B. um ± 90° aufweist, bei entsprechend angeordneten Sammellinsen.

Der vorgesehene Halter weist für die Aufnahme eines Sensors, bei Inbetrachtziehen invers verlaufender Strahlengänge eines Senders, wie für einen optoelektrischen Wandler, einer Aufnahme auf, in seinem durch die Flächennormale festgelegten Zentralbereich.

Ein äusserst kompakter, relativ unaufwendig herstellbarer Aufbau der Sammeloptik wird dadurch erreicht, dass die Sammellinsen, vorzugsweise aus Kunststoff, gewölbeförmig in einer Linsenanordnung angeordnet sind.

Eine Verwendung einer vorgeschlagenen Weitwinkel-Sammeloptik eignet sich insbesondere für den Einsatz mit einem Passiv-Infrarot-Detektor, wie als Raumbeleuchtungs-Steuermodul.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a eine Aufsicht auf eine Spiegelanordnung, wie sie grundsätzlich der Erfindung zugrunde liegt,

Fig. 1b eine Seitenansicht der Darstellung gemäss Fig. 1a,

Fig. 2a eine Aufsicht auf eine erfindungsgemässe Anordnung, in Analogie zu Fig. 1a,

Fig. 2b eine teilweise Seitenansicht der Anordnung gemäss Fig. 2a,

Fig. 3a eine Aufsicht auf eine erfindungsgemässe Weitwinkel-Sammeloptik,

Fig. 3b eine Seitenansicht der Anordnung gemäss Fig. 3a,

Fig. 4 die Empfangs-Charakteristik eines Infrarotsensors mit den Auswirkungen der vorgesehenen, erfindungsgemässen Weitwinkel-Sammeloptik.

In den Fig. 1 a und 1 b ist die prinzipielle Spiegelanordnung der noch zu beschreibenden Optik dargestellt, welche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sondern an sich in der Schweizer Anmeldung 43/83-0 vom 5. Januar 1983, «Verfahren zum Umlenken optischer Strahlen, Anordnung zur Ausführung des Verfahrens sowie Verwendung des Verfahrens» desselben Anmelders, beschrieben und geschützt ist. Diese Figuren sollen dazu dienen, die zur Beschreibung und Beanspruchung der vorliegenden Erfindung verwendeten geometrischen Verhältnisse zu definieren.

Durch eine erste Ebene Ei wird der Raum in zwei Halbräume HRi und HR2 geteilt. Eine zweite Ebene E2 unterteilt die Halbräume HR1 resp. HR2 in Raumquadranten Qu bis Q22. In der ersten Ebene Ei sei eine Flächennormale N der Ebene E2 festgelegt. Strahlen Si resp. S2 aus den Halbräumen HRi resp. HR2, die insbesondere gemäss Fig. 1 b unter relativ flachem Winkel <pi resp. <p2 mit

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Bezug auf die Flächennormale N eintreffen, sollen so umgelenkt werden, dass sie mit kleinerem Winkel bezüglich besagter Flächennormalen N, ßi resp. ß2, auf die zweite Ebene E2 auftreffen. Dazu werden die Strahlen Si aus dem einen Halbraum HRi resp. HR2 durch Einfachreflexion an Spiegelelementen 1 resp. 2 auf die zweite Ebene E2 zurückgeworfen und zwar in einen Fiächenbereich der Ebene E2 um den Fusspunkt P der Flächennormalen N. Hierzu ist derjenige Spiegel 2, der für die Reflexion der Strahlen Si aus dem Halbraum HRi vorgesehen ist, grundsätzlich mindestens teilweise im Halbraum HR2 angeordnet, derjenige, 1, für die Strahlen S2 aus dem Halbraum HR2, im Halbraum HRi. Bei bereits spezieller, jedoch in den meisten Fällen angezeigter Anordnung der Spiegelelemente 1, 2 auf einer Positionierungsebene wird dabei vorzugsweise die zweite Ebene E2 als Positionierungsebene verwendet. Wie gestrichelt angedeutet, in Fig. 1a, können sich die Spiegelelemente 1, 2 mindestens teilweise auch in den anderen Halbraum erstrecken, d.h. Spiegelelement 1 in den Halbraum HR2 und Spiegelelement 2 in den Halbraum HRi. Sie sind beide so angeordnet, dass die Flächennormale N mit dem Flächenbereich F um ihren Fusspunkt P, auf welchen die Strahlen zu reflektieren sind, dazwischen liegt, vorzugsweise achsialsym-metrisch zur Normalen N. Obwohl auch eine derart symmetrische Anordnung der Spiegelelemente 1 und 2 in den meisten Fällen angezeigt sein wird, versteht es sich von selbst, dass Abweichungen davon durchaus möglich sind, solange eine Zurückspiegelung der eintreffenden Strahlen auf das Flächenelement F erfolgt. Die Ausrichtungen der Spie-geielemente 1 und 2 in der Ebene E2, wie ihre Neigungen gegen die Flächennormale N hin, bestimmen sich nach der Einfallsrichtung der auszuwertenden Strahlen Si und S2, der Lage und der erwünschten Ausdehnung des Flächenelementes F sowie nach den Ge- setzen der Optik.

In Fig. 2a ist eine Darstellung analog zu Fig. 1a gezeigt, um einer erfindungsgemässen beispielsweisen Anordnung, unter grundsätzlicher Verwendung der anhand von Fig. 1a und 1b gezeigten Spiegelanordnung. Wiederum unterteilt die erste Ebene Ei den Raum in Halbräume HRi und HR2. Weiter unterteilt die zweite Ebene E2, senkrecht zur ersten Ei, die Halbräume HRi, HR2 in Quadranten Qu, Q12 resp. Q21, Q22. Die Flächennormale N der zweiten Ebene E2 liegt in der Ebene Ei. In jedem der Halbräume HRi resp. HR2, insbesondere in denjenigen Quadranten Q21, Qu auf einer Seite der zweiten Ebene E2, sind je Sammellinsen vorgesehen, im einen Halbraum HRi, beispielsweise vier Linsen Lu bis L14, im anderen Halbraum HR2, beispielsweise ebenfalls vier Linsen L21 bis L24. Die Hauptachsen HA11 bis HA14 der Linsen Lu bis L14 im einen Halbraum, sind in einer zur Ebene E2 senkrechten Projektionsebene EPi angeordnet, wie beispielsweise dargestellt, senkrecht auch auf der ersten Ebene Ei steht. Desgleichen sind die Hauptachsen HA21 bis HA24 der Linsen L21 bis L24 im Halbraum HR2 in einer Projektionsebene EP2 angeordnet, ebenfalls senkrecht zur Ebene Ei. Dabei versteht es sich von selbst, dass die gezeigten bevorzugten speziellen

Anordnungsverhältnisse der Linsen Lu bis L14 resp. L21 bis L24 nicht zwingend sind.

In Analogie zu Fig. 1a und 1b ist nun, zur Einfachreflexion der im Halbraum HR2 durch die Linsen L21 bis L24 gebündelten Strahlen im Halbraum HRi auf der zweiten Ebene E2 ein erstes Spiegelelement SPi vorgesehen, und entsprechend im Halbraum HR2 ein Spiegelelement SP2 zur Reflexion der aus dem ersten Halbraum HRi eintreffenden und durch die Linsen L11 bis L14 gebündelten Strahlen. Jeder der Spiegelelemente SP1, SP2 ist gegen die Flächennormale N hin konkav gebogen oder geknickt, indem jedes Spiegelelement SP1, SP2 plane Spiegelflächen SFu bis SF14 entsprechend den Linsen L21 bis L24 zugeordnet resp. SF21 bis SF24, entsprechend den Linsen Lu bis L14 zugeordnet, umfassen. Die Spiegelflächen SF werden durch plane Flächen gebildet, die relativ zueinander gegen die Flächennormale N hin geknickt sind. Die durch die Flächen definierten Ebenen schneiden dabei die Ebene E2 in zueinander schiefen Geraden, wie mit Gì, G2, G3 angedeutet.

Wie in Fig. 2b gestrichelt angedeutet, kann diese Ausformung auch durch entsprechende Formgebung eines Körpers 3 realisiert werden. Die durch die Linse L21 mit Bezug auf die Flächennormale N unter grösstem Winkel einfallenden Strahlen, wie dargestellt, von z.B. 90°, werden gebündelt und auf das Flächenelement SF21 des Spiegelelementes SPi geworfen, dessen eigene Flächennormale N2 gemäss Fig. 2b, verglichen mit den entsprechenden Flächennormalen (nicht eingezeichnet) der anderen Spiegelflächen am selben Spiegelelement SPi mit Bezug auf die Flächennormale N, den kleinsten Winkel einschliesst. Entsprechendes gilt für die übrigen Strahlenbündel, der im einen wie im anderen Halbraum HRi resp. HR2 angeordneten Sammellinse L. Dabei ist es auch möglich, wie in Fig. 2b gestrichelt eingetragen, mit einer entsprechend angeordneten Linse L20 Strahlen, bei entsprechender Formgebung und Neigung einer hierfür vorgesehenen (nicht eingezeichneten) Spiegelfläche zu detek-tieren, die unter einem Winkel von grösser als 90° bezüglich der Flächennormalen N eintreffen. Das Spiegelelement SPi ist mit Bezug auf die Projektionsebene EP2 der zugeordneten Linsenhauptachsen HA21 bis HA24 derart geneigt, dass sich die Schnittgeraden, der durch die Spiegelflächen SF gebildeten Ebenen Esf. in Fig. 2b eingetragen, mit der Schnittgeraden der Projektionsebene EP2 mit der zweiten Ebene E2 schiefwinklig schneiden. Damit wird eine Konzentration der an den entsprechenden Spiegelelementen SPi, SP2 reflektierten Strahlenbündel in einen punktsymmetrischen Flächenbereich um den Fusspunkt P der Flächennormalen N auf der Ebene E2 erzielt.

Wie in Fig. 2a eingetragen, ist eine weitere Sammellinse Lo vorgesehen, deren Hauptachse HAo mit der Flächennormalen N zusammenfällt, vorzugsweise werden jedoch mehrere Linsen zusätzlich so angeordnet, dass ihre Bündel-Hauptachsen unre-flektiert, direkt auf die Ebene E2 im Bereich des Normalenfusspunktes stossen.

In der gewählten Darstellung beeinträchtigt das Spiegelelement SP2 den Strahlengang der Strahlen

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im selben Halbraum HR2 nicht und ebensowenig das Spiegelelement SPi die Strahlen aus dem Halbraum HRi. In gewissen Fällen ergibt sich jedoch aus Erfordernissen, wie kompaktest möglicher Bauweise, Brennweite der Linsen etc. eine Beeinträchtigung der Strahlengänge im Halbraum HR2 durch das Spiegelelement SP2 und entsprechend der Strahlengänge auf dem Halbraum HRi durch das Spiegelelement SPi. Dies ist in Fig. 2a andeutungsweise durch den strichpunktierten Strahlenkegel 4 angedeutet. Ist dies der Fall, so wird das entsprechend den Strahlengang teilweise abdeckende Spiegelelement, hier SP2, wie strichpunktiert bei 6 angedeutet, entsprechend der Schnittfigur, die es mit dem Strahlengang bildet, ausgeformt.

In den Fig. 3a und 3b ist eine Realisationsform der beschriebenen Weitwinkel-Sammeloptik dargestellt. Über einem Träger 10 ist eine Mehrzahl von Linsen 12a und 12b gewölbeartig angeordnet. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Kunststofflinsen. Die Brennpunkte der Linsen 12a, deren Bündel an den Spiegelelementen 21 reflektiert werden, sind, wie in Fig. 3a angedeutet, mit Bezug auf eine Achse 4 des Gewölbes beidseitig in Ebenen Ea versetzt. Die Hauptachsen der Linsen 12b, deren Bündel direkt auf die Ebene E2 gerichtet sind, liegen in der Ebene Eb symmetrisch zwischen Ea. In der Ebene Eb ist im Zentrumsbereich ein Detektor/Spiegel-Träger 15 in den Träger 10 eingelassen, der eine Zentrumsöffnung 17 für einen Detektor 19, wie einen Infrarotdetektor, aufweist. Am Detektor/Spiegel-Träger 15 sind Spiegelelemente 21 mit in beschriebener Art und Weise gegen die Flächennormale N hin konkav gebogenen resp. geknickten Spiegelflächen angeordnet. Da insbesondere die exakte geometrische Ausrichtung der Spiegelelemente 21 mit Bezug auf die Flächennormale N resp. den Zentrumsbereich eines vorzusehenden Detektors 19 von ausschlaggebender Bedeutung ist, wird, wie ersichtlich, vorzugsweise der Sensor 19 und die Spiegel 21 im selben Trägerelement 15 angebracht. Der Linsenträger resp. Sockel 10 ist dabei vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff gefertigt. Auch die Spiegel 21 mit dem Detektor/Spiegel-Träger 15 können ebenfalls einteilig aus Kunststoff gefertigt sein.

In Fig. 4 ist eine Empfangs-Charakteristik 23 eines Detektors, beispielsweise eines infrarotdetek-tors 19a gemäss Fig. 3a, dargestellt. Wie daraus ersichtlich und allgemein bekannt, ist seine Empfindlichkeit auf Strahlen, die bezüglich seiner Zentralachse N unter dem Nullwinkel einfallen, maximal, beispielsweise entsprechend OdB, mit zunehmendem Einfallswinkel 9, insbesondere bei Winkeln grösser als 45° nimmt sie rasch ab. Mit der Kurve 25 ist die Empfindlichkeit dargestellt, die mit einem Detektor mit der Empfangs-Charakteristik entsprechend der Keule 23, jedoch mit Vorsehen der erfin-dungsgemässen Weitwinkel-Sammeloptik erzielt wurde. Über den gesamten Winkelbereich von <p < 90° werden mit Bezug auf die Maximalempfindlichkeit des Detektors entsprechend OdB, Minimalstellen mit lediglich etwa -3dB Abfall bei ca. <p = 45° erzielt, die Winkelrandgebiete bei ca. <p = 90° weisen jedoch lediglich Dämpfungen entsprechend ca. -1dB auf. Dies zeigt, dass mit dem erfindungs-gemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Anordnung ausserordentlich gute Resultate erzielt werden, die es ermöglichen, mit einem einzigen Detektor mit relativ schmaler Empfangs-Charakteristik, weitwinklig ganze Räume zu überwachen, wie zum Aufschalten einer Raumbeleuchtung und zur Aufrechterhaltung der Beleuchtung, solange sich jemand im Raum aufhält. Dabei muss im weiteren betont werden, dass üblicherweise derartige Detektoren nicht durch statische Strahlungsintensitätswerte angesteuert werden, sondern durch Wechsel der Strahlungsintensität, wie sie bei Eintritt und Austritt von Infrarotquellen in überwachte Achsen erfolgen. Es wurde gefunden, dass dadurch, dass eine diskrete, relativ scharfe Zuordnung von Linsen und Spiegelflächen realisiert wird, dieses Prinzip aufrechterhalten werden kann, indem schon bei geringsten Bewegungen einer Quelle, Wechsel aus dem einen Linsenbereich in den anderen erfolgen, was genügt, ausgangsseitig eines als optoelektri-scher Wandler ausgebildeten Detektors 19 durch Impulsauswertung die Aussage zu gewinnen, ob eine Strahlungsquelle immer noch anwesend ist oder nicht.

Claims (17)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Umlenken optischer Strahlen aus zwei durch eine erste Ebene (Ei) getrennten Halbräumen (HRi, HR2) auf einen Flächenbereich (F) in einer die Halbräume (HR-t, HR2) in Quadranten (Q) unterteilenden zweiten Ebene (E2), um eine Flächennormale (N) der zweiten Ebene (É2) in der ersten Ebene (Ei), dadurch gekennzeichnet, dass man in jedem Halbraum (HRi, HR2)

- die Strahlen je mit mindestens zwei versetzten Bündelungs-Hauptachsen (HA) bezüglich der Flächennormalen (N) auf Abstand, bündelt,

- die gebündelten Strahlen aus einem der Halbräume (HR) wenigstens vornehmlich im anderen Halbraum mittels Einfachreflexion derart bündelspezifisch spiegelt, dass der Winkelbereich der reflektierten Strahlen (ß), unter welchem sie mit Bezug auf die Flächennormale (N) auf die zweite Ebene (E2) auftreffen, kleiner ist als der Winkelbereich (<p), unter welchem sie vor der Bündelung darauf auftreffen würden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bündelung in jedem der Halbräume (HR) mit je wenigstens nahezu in einer zur zweiten (E2) senkrechten dritten Ebene (EP) liegenden Hauptachsen (HA) vornimmt, wobei diese dritten Ebenen, vorzugsweise parallel und vorzugsweise bezüglich der Flächennormalen (N) symmetrisch gewählt werden.

3. Weitwinkel-Sammeloptik zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen sind:

- in jedem der durch die erste Ebene (Ei) gebildeten Halbräume (HR) mindestens zwei Sammellinsen (L),

- in jedem der Halbräume (HR) ein Spiegelelement (SP) mit einer, gegen die Flächennormale (N) hin konkav geknickten oder gebogenen Schnittkurve,

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aus ihm geschnitten durch eine weitere Ebene, die die Flächennormale (N) enthält, zur Bildung sammellinsenzugeordneter Spiegelflächen (SF).

4. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche (SF) das jeweils zugeordnete Bündel derart schneidet, dass sich die Projektion der entsprechenden Bün-delungs-Hauptachse (HA) auf die zweite Ebene (E2) und die jeweilige Schnittgerade der durch die Spiegelfläche (SF) definierten Ebene (Esf) mit der zweiten Ebene (E2), schief schneiden.

5. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündelungs-Hauptachsen (HA) der Sammellinsen (L) in jedem Halbraum (HR) In derselben Projektionsebene (EP) auf die zweite Ebene (E2) liegen, wobei vorzugsweise diese Projektionsebenen parallel, vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Flächennormalen (N) angeordnet sind.

6. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch . gekennzeichnet, dass jedes Spiegelelement (SP) mindestens zwei relativ zueinander abgewinkelte, vorzugsweise plane Spiegelflächen (SF) um-fasst.

7. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Halbräume (HR) diejenige Bündelungs-Hauptachse (HA21) mit bezüglich der Flächennormalen (N) grösserem Winkel (<p) auf eine Spiegelfläche (SF) gerichtet ist, deren eigene Flächen normale (N2) bezüglich der Flächennormalen (N) einen kleineren Winkel (ß) einschliesst.

8. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch mindestens teilweise plane Spiegelflächen festgelegte Ebenen mit der zweiten Ebene (E2) in zueinander schiefen Geraden (Gì, G2, G3) schneiden.

9. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (SP; 21) an einem gemeinsamen Halter (15) angeordnet sind.

10. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (15) und die Spiegelelemente (21) einteilig ausgebildet sind.

11. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spiegelelement mindestens angenähert entsprechend der Schnittkurve seiner Fläche mit dem durch die dem anderen Spiegelelement zugeordneten Sammellinsen geformten Strahlen-Bündel eingeformt ist und/ oder nicht grösser ist als es die Schnittfigur seiner Fläche, mit dem durch die ihm zugeordneten Sammellinsen geformten Strahlen-Bündel erfordert.

12. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Sammellinse (Lo) vorgesehen ist, deren Hauptachse direkt auf den Flächenbereich um den Fusspunkt der Flächennormalen (N) auf der zweiten Ebene (E2) gerichtet ist.

13. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (15) in seinem durch die Flächennormale (N) festgelegten Zentrumsbereich für die Aufnahme eines optischen Sensors (19) oder Senders ausgebildet ist, wie für einen optoelektrischen Wandler.

14. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinsen, vorzugsweise aus Kunststoff, gewölbeförmig in einer Linsenanordnung angeordnet sind.

15. Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenanordnung auf einem Träger (10) angeordnet ist, worin eine Positionierungsanordnung für die Spiegelelemente und für ein Detektor- oder Senderelement vorgesehen ist.

16. Venwendung einer Weitwinkel-Sammeloptik nach Anspruch 3 mit einem Passiv-Infrarotdetektor zum Umlenken optischer Strahlen im Infrarotbereich.

17. Verwendung nach Anspruch 16 als Raumbe-leuchtungs-Steuermodul.

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