NO794145L - Optisk anordning for passiv infraroedt-bevegelsesmelder - Google Patents

Description

Optisk anordning for nascHv jnfr^^j. v.

y -lux passiv mtrarødt-bevegelsesmelder

Oppfinnelsen angår en anordning for en passiv infrarødt-bevegelsesmelder hvor flere reflekterende flater er anordnet slik at de retter infrarødtstråling som kommer fra flere synsfelter, mot en detektor.

En slik optisk anordning er kjent og er beskrevet f.eks. i DE-ÅS 21 03 909. Infrarødt-bevegelsesmelderen registrerer en person som trenger inn i det rom som overvåkes av den, eller en gjenstand som beveger seg i rommet, på grunnlag av den forårsakede forstyrrelse av infrarødt-strålingen fra bakgrunnen. En elektronisk innretning tyder den karakteristiske endring av den av detektoren mottatte infrarødtstråling for alarmformål.

Med sikte på størst mulig signal-støyavstand inndeler man rommet i flere synsfelter, så synsfelter, dvs. romvinkler som dekkes av detektoren, skifter med mørke felter, altså romvinkler som ikke dekkes. Den skiftning bevegelsen av den overvåkede gjenstand forårsaker fra synsfelt til mørkt felt og omvendt, bevirker den utnyttbare endring i den infrarødtstråling som faller på detektoren.

Ifølge DE-AS 21 03 909 blir oppdelingen av rommet som skal overvåkes, i flere synsfelter oppnådd ved hjelp av en fasettoptikk, bortsett fra en kjeglemantelformet speilblender som av-merker omkretsen av rommet som skal overvåkes. Små hulspeil resp. avsnitt av et hulspeil fokuserer med forholdsvis kort brennvidde til et felles punkt hvor detektoren er plassert. Hvert av disse hulspeil oppfanger stråling fra ett synsfelt. En.slik fasettoptikk har endel ulempers

1. Den største vinkel som kan overvåkes med en fasettoptikk, ligger på ca. 90°, siden innfallsvinkelen for strålingen på detektoren omtrent er like stor som innfallsvinkelen i melderen, og fordi de Vanlig brukte detektorer ved store innfallsvinkler bare leverer svake signaler. For et stort antall anvendelser er det imidlertid ønskelig å kunne overvåke vesentlig større vinke1-områder. 2. På grunn av den korte brennvidde er det elektriske signal som frembringes av detektoren, sterkt avhengig av avstanden til det legeme som skal registreres. Blir forsterkningen innstilt slik at der fra store avstander stadig blir mottatt tilstrekkelige signaler, er nærområdet sterkt overvurdert, så termiske forstyrrelser like foran apparatet (forbiflyvende insekter, konsentrert opp-stigende varmluft) under ugunstige betingelser kan føre til feil-alarm. EnØkning av brennvidden ville ved en fasettoptikk være forbundet med meget store kapseldimensjoner. 3. Enda en ulempe ved fasettoptikken ligger i krysning av stråle— buntene fra forskjellige synsfelter. Den lokalt forhøyede følsom-het ved slike krysningspunkter betyr en ytterligere økning av den fare for fellalarm som er omtalt under 2. Riktignok vil det vssre mulig å henlegge krysningspunktene til apparatets indre bak frontplaten, men allikevel ville strålebuntene foran frontplaten ligge så tett ved hverandre at en termisk forstyrrelse lett kunne komme inn i flere synsfelter samtidig og utløse falsk alarm.

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å dirigere strålingen for en bevegelsesmelder slik at de omtalte ulemper ved fasettoptikken blir unngått. Synsfeltene skal til-sammen kunne dekke en større romvinkel enn svarende til detektorens åpningsvinkel. De enkelte synsfelter skal i den forbindelse ikke skjære hverandre. Det skal være mulig å benytte en stor brennvidde uten å øke apparatets byggelengde.

For løsning av oppgaven foreslås ifølge oppfinnelsen de følgende trekk ved en optisk anordning av den innledningsvis angitte arts

a) Adsklllelse av stråleoppdeling og strålefokusering,

b) de reflekterende flater er plane retningsspeil,

c) retningsspeilet retter sine reflekterende strålinger mot et

eneste fokuseringssystem,

d) fokuseringssystemet fokuserer den mottatte stråling mot detektoren via en foldet strålevei.

Den funksjonelle adskillelse av stråleoppdeling og strålefokusering gir en vidtgående frihet til dels via retningsspeil i vilkårlig anordning å dirigere stråler fra synsfelter under vil-kårlige meridionale og azimutale vinkler og med små romvinkler pr. synsfelt mot fokuseringssystemet og dels å utforme dette eneste fokuseringssystem vilkårlig etter kravene med hensyn til følsomhet og brennvidde. De enkelte synsfelter kan holdes fullstendig frie for krysninger. Fokuseringssystemet øker takket være den foldede strålevei via et speilobjektsystem brennvidden uten at kapselen må gjøres større. Detektoren blir bare bestrålt under forholdsvis små vinkler. Ved detektorer som forekommer vanlig i handelen og har begrenset synsfelt, fører dette til en høy utnyttelsesgrad for den innfallende stråling. Sluttelig gir den foldede strålevei mulighet for å anbringe detektoren på et godt elektrisk og termisk av-skjermet sted utenfor den optiske akse.

I og for seg har en spesiell utførelse av en adskillelse av stråleoppdeling og strålefokusering som nevnt allerede vært fore-slått av søkerne selv (tysk patentsøknad P 27 34 157.7) og er i forbindelse med belegning av fokuseringsspeilene kjent fra det dermed parallelle belgiske patentskrift 869 369. Den prinsipielle betydning av den funksjonelle adskillelse er imidlertid ikke fremhevet der.

For valget av brennvidde gjelder følgende overveielser: Apparatet skal opptil en på forhånd fastsatt såkalt "sikker rekkevidde" R med sikkerhet konstatere en inntrenger av bredde D, og signalstyrken skal samtidig i avstandsområdet 0 < r < R være uavhengig av avstanden. Den effektive rekkevidde avhenger av inntrengningshastigheten og av temperaturforskjellen mellom inntrenger og bakgrunn. Den er i alminnelighet vesentlig større enn R. Uavhengigheten av avstand blir oppnådd ved at bredden av et synsfelt og bredden av inntrengeren stemmer overens akkurat i avstanden R. Ved avstander r < R blir stigningen i bestrålings-styrke etter loven om avstandens kvadrat kompensert ved endringen i det delareal av inntrengeren som befinner seg i synsfeltet. For avstander r > R avtar signalet til å begynne med proporsjonalt med (r-R)""*" så lenge inntrengeren ennå fyller ut målefeltet i vertikal retning. Ved ytterligere øket avstand synker signalstyrken kvad-ratisk. Den optiske brennvidde kan beregnes til

med

d = effektiv diameter av detektor

R = "sikker rekkevidde"

D = bredde av inntrenger.

For eksempel fås med

D = 40 cm

R = 8 m

d 3,5 mm

en optimal brennvidde f = 70 mm.

I en med spesiell utforming inneholder fokuseringssystemet et hulspeil som sjalusiaktig anordnede plane retningsspeil projiserer de tilhørende synsfelter imot. Foråt samme reaksjonsfølsomhet skal gjelde for alle synsfeltene, bør samme flateandel av hulspeilet stå til rådighet for hver delstrålebunt. I tillegg skal retnings-speilenes flater projisert på et plan loddrett på den optiske akse være like for alle synsfeltene. For tilfellet av at retningsspeilene ligger mellom det overvåkede rom og detektoren, skal der for en strålebunt i rett vinkel til den optiske akse anordnes en og en åpning med samme areal mellom de enkelte retningsspeil. Retningsspeilene og dermed beliggenheten av de enkelte synsfelter kan være innstillbare. I tillegg byr anordningen ifølge oppfinnelsen på muligheten for å tildekke enkelte retningsspeil og gjøre de tilsvarende synsfelter uvirksomme. Dermed kan apparatets overvåkningsområder innstilles optimalt på de faktiske særegen-heter ved det rom som skal overvåkes. For eksempel kan retningsspeilene være stillet slik at der oppstår et overvåkningsområde som er usymmetrisk med hensyn på den optiske akse, og bevegeises-melderen kan anbringes i et hjørne av rommet som skal overvåkes. En spesiell utforming av retningsspeilene består i at de forløper innbyrdes parallelt i en retning i rett vinkel til den optiske akse.

Ifølge en annen utforming inneholder fokuseringssystemet et hulspeil som en speilanordning med plane speilfasetter projiserer de tilhørende synsfelter på. Denne speilanordning ligger da i det indre av en kapsel som for de enkelte synsfelter har tilsvarende åpninger. I en videre utvikling av denne utforming sitter der et avbøyningsspeil mellom hulspeil og detektor. En slik anordning kan med fordel anvendes med vertikal optisk akse når der skal overvåkes en total vertikalvinkel mindre enn 45°.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere ved to

utførelseseksempler som er vist skjematisk på tegningen.

Fig. 1 er et grunnriss av en optisk anordning ifølge oppfinnelsen utført med sjalusi-stråledeling.

Fig. 2 er et sideriss av denne anordning.

Fig. 3 er et tilsvarende sideriss av en optisk anordning

ifølge oppfinnelsen med plane speilfasetter, og

fig. 4 er et tilhørende frontoppriss.

På fig. 1 betegner 1 en infrarødt-detektor, 2 et plant av-bøyningsspeil og 3 et hulspeil. 4-9 betegner plane retningsspeil som ér anordnet sjalusiaktig og forløper parallelt med tegnings-planet. De har rektangulære speilflater, mens avbøyningsspeilet 2 har trapesformet spellflate.

Avbøyningsspeilet 2 og hulspeilet 3 danner et Newtonsk speil-objekt hvormed strålene fra retningsspeilene 4-9 blir fokusert på detektoren 1.

Stråleoppdelingen skjer med retningsspeilene 4-9. Strålebunter fra fem retninger over en total vinkel på 170° betraktet i tegningsplanene blir ved hjelp av retningsspeilene 4-9 omdannet til akseparallelle strålebunter og som sådanne dirigert mot hulspeilet 3. For å holde byggedybden liten er retningsspeilene 7 og 8 - og på tilsvarende måte retningsspeilene 5 og 6 - innbyrdes

parallelle og supplerer hverandre til et tilstrekkelig synsfelt for vinkelområdet omkring 40° til den optiske akse. Stråler fra synsfeltet omkring den optiske akse faller direkte inn på hulspeilet 3. Retningsspeilet 9 oppfanger stråling fra synsfeltet omkring 85° til den optiske akse, og tilsvarende gjelder symmetrisk hertil for retningsspeilet 4. Retningsspeilene 4-9 er takket være tilstrekkelig mellomrom anordnet slik at hver strålebunt som skal oppfanges og kommer inn gjennom et separat vindu i kapselen, kan falle på det tilhørende retningsspeil i tilstrekkelig bredde. Enkelte vinduer kan uten videre tildekkes dersom vedkommende

anvendelse krever det. De vertikale åpningsvinkler for de enkelte synsfelter er bestemt ved den vertikale stilling av retningsspeilene 4-9 og ved deres optiske avstand fra detektoren 1, resp. ved de gjensidige avstander av samtlige optikkdeler.

På fig. 2 ses i sideriss stillingen av detektoren 1 via retningsspeilet 2 til hulspeilet 3. Avbøyningsspeilet knekker den mot hulspeilet 3 vannrettliggende optiske loddrett ned til detektoren 1.

Fig. 3 er et sideriss av en optisk anordning for en bevegelses— melder som istedenfor en stråleoppdeling med sjalusianordning har en stråleoppdeling med fasettanordning. Denne egner seg for vertikale romvinkler opptil 45°. 1 betyr igjen en infrarødtdetektor, 2 et plant avbøyningsspeil og 3 et hulspeil. 10 betegner en fasettanordning av plane speil. 11 betegner en kapsel anbragt på en vegg 1 rommet. I sin forside har kapselen 11 to åpninger, som hver kan dannes enten av en vannrett sliss eller av en vannrett hullrekke med horisontal romvinkel på f.eks. 180°. Fasettanordningen 11 er anordnet i den øvre bakre del av kapselen 10 og inneholder to over hinannen og konvekst til hinannen liggende rader av plane speii som i hver rad slutter seg konvekst og fasettformig til hverandre. Speilradene dekker hver en vannrett romvinkel på 180°. De øvre enkeltspeil er trapesformet og de nedre trekantet. Gjennom de to slisser eller hullrader kommer stråler fra synsfelter med en romvinkel vannrett på ialt 180° og loddrett svarende til høyden av sliss- resp. hullradene i vannrett retning og 45° til dem nedover til de to speilrader. Disse kaster strålene loddrett nedover mot hulspeilet 3. Hulspeilet fokuserer strålene via avbøyningsspeilet 2 mot detektoren 1, som er anbragt på bakveggen av kapselen 11.

Claims (7)

1. Optisk anordning for en passiv infrarødt-bevegelsesmelder hvor flere reflekterende flater er anordnet slik at de retter den fra flere synsfelter kommende infrarødtstråling mot en detektor, karakterisert ved følgende trekks a) Adskillelse av stråleoppdeling og strålefokusering, b) de reflekterende flater er plane retningsspeil ( 4- 9), c) retningsspeilene (4-9) retter sine reflekterte stråler mot et eneste fokuseringssystem, d) fokuseringssystemet fokuserer den mottatte stråling mot detektoren (1) via en foldet strålevei.

2. Optisk anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at fokuseringssystemet inneholder et hulspeil (3) som sjalusiaktig anordnede plane retningsspeil (4-9) projiserer de tilhørende synsfelter imot.

3. Optisk anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at retningsspeilene (4-9) forløper innbyrdes parallelt i en retning loddrett på den optiske akse.

4. Anordning som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at retningsspeilene (4-9) ligger mellom det overvåkede rom og detektoren (1), og at der mellom de enkelte retningsspeil (4-9) ligger åpninger som i rett vinkel til den optiske akse er arealmessig like.

5. Anordning som angitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at retningsspeilene (4-9) er stillbare.

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at fokuseringssystemet inneholder et hulspeil (3) som en speilanordning (10) med plane speilfasetter projiserer de til-hørende synsfelter på.

7. Anordning som angitt i et av kravene 2-6, karakterisert ved et avbøyningsspeil (2) anordnet mellom hulspeil (3) og detektor (1).