DE3235250C3 - Facettenoptik zum Erfassen von Strahlung aus einem großen Raumwinkel, insbesondere für Bewegungsmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Facettenoptik entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Facettenoptik gemäß dem Gattungsbegriff des An­ spruches 1 ist beispielsweise durch Fig. 4 der DE-AS 25 37 380 bekannt. Die Linsenelemente sind hierbei rotati­ onssymmetrisch zu ihrer optischen Achse ausgebildet, wobei die optischen Achsen aller Linsenelemente inner­ halb des Gesichtswinkels des Strahlungsempfängers lie­ gen.

Der Gesichtswinkel wird im allgemeinen durch Halterun­ gen, Gehäusewände oder sonstige Bauteile begrenzt und ist meist nicht größer als 120°; in der Regel liegt er bei etwa 110 bis 115°.

Um einen größeren Raumwinkel zu erfassen, ist es be­ kannt, gesonderte Umlenkspiegel anzubringen. Derartige Einrichtungen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig, da für jedes Sichtfeld ein gesonderter Umlenkspiegel er­ forderlich ist und zusätzlich zumindest ein fokussie­ rendes Element benötigt wird, das alle Strahlenbündel erfaßt. Das fokussierende Element muß dabei so groß ausgebildet sein, daß eine ausreichend intensive Strah­ lung aus allen Gesichtsfeldern auf die Empfängerebene fokussiert werden kann, ohne daß beispielsweise die Um­ lenkspiegel eine unzulässige Abschwächung der benach­ barten Sichtfelder hervorrufen.

Durch die US-PS 40 52 616 ist weiterhin eine Facetten­ optik bekannt, bei der Linsenelemente längs einer Halb­ kugelfläche angeordnet sind, in deren Zentrum die Emp­ fängerebene liegt. Die Linsenelemente fokussieren die Strahlung auf eine halbkugelförmige Brennfläche, die zwischen der die Linsenelemente enthaltenden Halbkugel­ fläche und der zentralen Empfängerebene liegt. Von der Brennfläche wird die Strahlung durch ein Bündel von Lichtleitern zur Empfängerebene weitergeleitet. Eine derartige Facettenoptik ermöglicht zwar das Erfassen von Strahlung aus einem großen Raumwinkel, sie bedingt jedoch einen verhältnismäßig großen technischen Auf­ wand.

Es ist weiterhin ein Passiv-Infrarot-Alarmmelder (Typ S8100 der Firma Arrow Head Enterprises Inc.) mit folgendem Aufbau bekannt:

Hinter einer halbzylindrischen Gehäusewand, die für Infrarotstrahlung durchlässig und im sichtbaren Bereich opak ist, befindet sich eine Sensoreinheit mit einem mittig angeordneten Strahlungsempfänger und einer davor im Abstand der Brennweite aufgespannten, auf einem trichterförmigen Trägerrahmen angeordneten, kreisbogenförmigen Linsenfacettenoptik. Dabei sind die optischen Achsen der Linsenelemente umso mehr nach außen versetzt, je weiter die Linsenelemente von der Mittelebene des Gerätes entfernt sind. Bei den äußersten Linsenelementen fällt die jeweilige optische Achse mit der durch den trichterförmigen Trägerrahmen gegebenen Begrenzung des Gesichtswinkels des Strahlungsempfängers zusammen.

Der horizontale Gesichtswinkel des Strahlungsempfängers wird hierbei durch den trichterförmigen Trägerrahmen auf einen Wert von 80° begrenzt. Das Gesichtsfeld der Linsenfacettenoptik entspricht diesem Gesichtswinkel des Strahlungsempfängers und beträgt gleichfalls 80°. Die Sensoreinheit (mit Strahlungsempfänger und Facettenoptik) kann im übrigen mittels des Chassis unter einem Winkel von 45° (in einer Wandecke) oder unter einem Winkel von 90° (an einer Wandfläche) montiert werden; sie läßt sich ferner innerhalb des Gehäuses um +/- 45° verschwenken.

Auch bei dieser bekannten Ausführung kann der Strahlungsempfänger in der jeweils gewählten Einstellung somit Strahlung nur aus einem Raumwinkel (von 80°) erfassen, der nicht größer als der durch den trichterförmigen Trägerrahmen begrenzte Gesichtswinkel ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Facettenoptik entsprechend dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1 so auszubilden, daß sie bei einfacher Bauweise, insbesondere ohne Verwendung zusätzlicher Umlenkspie­ gel, Strahlung aus einem Raumwinkel erfaßt, der größer als der maximale Gesichtswinkel des Strahlungsempfän­ gers ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung veranschaulicht.

Ein Strahlungsempfänger 1 weist eine Empfängerebene 8 auf, die sich in einem Gehäuse befindet und nur unter einem maximalen Gesichtswinkel 2ϕ Strahlung empfangen kann. Ausgehend von der Rotationsachse 9 des Strah­ lungsempfängers 1 ergeben sich also Begrenzungen 2 des Gesichtswinkels, die mit der Rotationsachse einen Win­ kel ϕ bilden. Nur innerhalb der Begrenzungen 2 können fokussierende Linsenelemente 4, 6, 11 untergebracht sein, wenn sie Strahlung auf die Empfängerebene 8 des Strahlungsempfängers 1 fokussieren sollen.

Um den Gesichtswinkel des Detektors zu erweitern, sind zumindest die im Randbereich des Gesichtswinkels des Strahlungsempfängers 1 angeordneten Linsenelemente als Segmente von Linsen ausgebildet, deren jeweilige optische Achse mit der Winkelhalbierenden des Gesichts­ winkels des Strahlungsempfängers (d. h. mit der Rotati­ onsachse 9) einen Winkel ψ einschließt, der größer ist als die Hälfte des Gesichtswinkels (2ϕ) des Strahlungs­ empfängers.

So ist beispielsweise das Linsenelement 11 als Segment einer optischen Linse 12 ausgebildet, deren optische Achse 7 parallel zur Empfängerebene 8 und in dieser verläuft. Das Linsensegment 11 fokussiert somit die parallel zur Empfängerebene 8 eintreffende Strahlung auf diese Empfängerebene 8.

Die zum Linsenelement 11 gehörende, gedachte Linse 12 hat vorteilhaft einen wesentlich größeren Durchmesser, der so dimensioniert ist, daß die optisch wirksame Flä­ che des Linsensegmentes 11 auf die optisch wirksamen Flächen der übrigen fokussierenden Linsenelemente 4 und 6 der Facettenoptik abgestimmt ist. Dabei können die optisch wirksamen Querschnitte aller fokussierenden Linsenelemente gleichgroß gemacht werden; vorteilhaft kann aber auch der optisch wirksame Querschnitt der am Rand befindlichen Linsenelemente größer gemacht werden, so daß ggf. ein Intensitätsverlust, der aufgrund der zur Empfängerebene schrägen Strahlrichtung auftreten kann, kompensiert wird.

Das fokussierende Linsenelement 4 ist als Segment einer Fresnellinse ausgebildet, deren optische Achse 3 außer­ halb der Begrenzungen 2 des Gesichtswinkels des Detek­ tors liegt. Die optische Achse 3 bildet also mit der Winkelhalbierenden 9 des Gesichtswinkels des Strah­ lungsempfängers einen Winkel ψ, der größer ist als der Winkel ϕ zwischen der Begrenzung 2 des Gesichtswinkels und der Winkelhalbierenden 9 des Gesichtswinkels. Das von dem Linsenelement 4 erfaßte Gesichtsfeld liegt also außerhalb des maximalen Gesichtswinkels 2ϕ des Detek­ tors; es kann ebenfalls parallel zur Empfängerebene 8 liegen, es kann auch die Empfängerebene 8 schneiden, also Strahlung erfassen, die unter einem Winkel ψ von mehr als 90° ankommt.

Das fokussierende Linsenelement 6 und weitere nicht dargestellte fokussierende Elemente können ebenfalls segmentförmig ausgebildet sein; sie können aber auch rotationssymmetrische Linsen oder Fresnellinsen sein.

Derartige Fresnellinsen können aus infrarotdurchlässigem Ma­ terial hergestellt werden; in diesem Falle ist der Strahlungsempfänger 1 vorteilhaft ein Infrarotdetektor. Eine derartige Ausführungsform eignet sich vor allem zur Raumüberwachung unter Auswertung der Körperstrah­ lung von Personen.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind als Linsenele­ mente Fresnellinsen vorgesehen, die in eine infrarot­ durchlässige Kunststoffolie eingeformt sind, die einen Infrarotdetektor umschließt und die Form eines Zylin­ der- oder Kugelsegmentes besitzt. Diese einfache Form bildet zweckmäßigerweise gleichzeitig einen Teil des Gehäuses des Bewegungsmelders.

Für eine Raumüberwachung ergänzen die als Segmente von Linsen ausgebildeten Linsenelemente das Gesichtsfeld des Empfängers vorteilhaft zu einem Raumwinkel von 180°.

Claims (7)

1. Facettenoptik zum Erfassen von Strahlung aus einem großen Raumwinkel, insbesondere für Bewegungsmelder, enthaltend eine Anzahl von benachbarten Linsenelementen, die die erfaßte Strahlung auf die Empfängerebene (8) eines Strahlungsempfängers (1) fokussieren, der nur unter einem durch Halterungen, Gehäusewände oder sonstige Bauteile begrenzten maximalen Gesichtswinkel (2ϕ) von bis zu 120° Strahlung empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die im Randbereich des Gesichtswinkels des Strahlungsempfängers (1) angeordneten Linsenelemente (4, 6, 11) als Segmente von Linsen (z. B. 12) ausgebildet sind, deren jeweilige optische Achse (3, 7) mit der Winkelhalbierenden (9) des Gesichtswinkels des Strahlungsempfängers (1) einen Winkel (ψ) einschließt, der größer ist als die Hälfte des Gesichtswinkels (2ϕ) des Strahlungsempfängers (1), so daß die Linsenelemente einen Gesichtsfeldwinkel (2ψ) von mehr als 120° erfassen.

2. Facettenoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Linsen durch Fresnellinsen gebildet werden.

3. Facettenoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der optisch wirksame Querschnitt aller Linsenelemente gleich groß ist.

4. Facettenoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der optisch wirksame Querschnitt der im Randbereich des Gesichtswinkels des Strah­ lungsempfängers befindlichen Linsenelemente größer als der Querschnitt der übrigen Linsenelemente ge­ wählt ist, so daß ein aufgrund der zur Empfänger­ ebene schrägen Strahlrichtung auftretender Intensi­ tätsverlust kompensiert wird.

5. Facettenoptik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fresnellinsen aus infrarotdurchlässigem Material hergestellt sind.

6. Facettenoptik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fresnellinsen in eine infrarot­ durchlässige Kunststoffolie eingeformt sind, die einen Infrarotdetektor umschließt und die Form eines Zylinders oder Kugelsegmentes besitzt.

7. Facettenoptik nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenelemente zur Erfassung eines Winkels von 180° angelegt sind.