CH693776A5 - Lichtprojektionsvorrichtung fuer einen photoelektrischen Rauchsensor. - Google Patents

Description

  



   Technisches Gebiet  



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtprojektionsvorrichtung für  einen fotoelektrischen Rauchsensor, wie sie im Anspruch 1 definiert  ist.  Technischer Hintergrund  



   Konventionell ist in einem Rauchsensor des Reflexionstyps, welcher  verwendet wird, um in einem weiten Bereich Feuerüberwachung auszuüben,  eine Reflektorplatte einer Rauchsensor-Haupteinheit mit einer Lichtprojektionsvorrichtung  und einer Lichtempfangsvorrichtung entgegengesetzt, wobei sie von  der Haupteinheit durch eine vorbestimmte überwachte Distanz von beispielsweise  mehreren zehn Metern getrennt ist. Ein Feuer wird auf der Basis von  Abschwächung von von der Lichtprojektionsvorrichtung empfangenem  Licht detektiert, welche Abschwächung durch in den überwachten Raum  eintretenden Rauch verursacht wird. 



   In diesem Fall wird zum Beispiel eine NIR-LED (im nahen Infrarot  arbeitende Leuchtdiode) als Licht ausstrahlendes Element für die  Lichtprojektionsvorrichtung verwendet. Von der NIR-LED ausgestrahltes  Licht wird durch eine Kondensorlinse zu Lichtstrahlen konvergiert.  Die Lichtstrahlen fallen auf die Reflektorplatte, welche der Lichtprojektionsvorrichtung  gegenüberliegt, wobei sie davon durch die vorbestimmte überwachte  Distanz getrennt ist, und wird dabei reflektiert. Das reflektierte  Licht fällt auf die Lichtempfangsvorrichtung und ein Feuer wird detektiert  auf der Basis von Lichtabschwächung durch Eintreten von Rauch in  den überwachten Raum. 



     In einem solchen Rauchsensor des Reflexionstyps konvertiert die  Lichtprojektionsvorrichtung Licht von der NIR-LED unter Verwendung  der Kondensorlinse in einen parallelen Lichtstrahl und strahlt dann  das Licht in den überwachten Raum aus. Die Lichtstrahlen von der  Lichtprojektionsvorrichtung machen eine Rundreise von der Haupteinheit  und der Reflektorplatte und fällt dann auf die Lichtempfangsvorrichtung.  Im Fall, wo die überwachte Distanz zwischen der Lichtprojektionsvorrichtung  und der Reflektorplatte so lang ist, wie zum Beispiel 40 Meter, ist  das Strahlbild durch Lichtdiffusion grossenteils erweitert, wenn  das Licht die Reflektorplatte erreicht. Wenn das durch die Reflektorplatte  reflektierte Licht zur Lichtempfangsvorrichtung zurückkehrt, ähnlich,  ist das Strahlbild grossenteils verwischt.

   Demzufolge kann die Lichtempfangsvorrichtung  nur einen sehr kleinen Teil der Energie des ausgestrahlten Lichtstrahls  detektieren. 



   Es wurde gemeldet, dass, sogar nachdem eine Vorrichtung eingerichtet  wurde, eine Seitenwand eines Gebäudes wenig zeitliche Deformation  durchmacht. Wenn die Lichtintensitätsverteilung in einem Abschnitt  des Strahls nicht gleichmässig ist, wenn ein Teil mit einer niedrigen  Lichtintensität veranlasst wird, auf eine Reflektorplatte zu treffen,  ist durch die Deformation der Seitenwand das Lichtempfangssignal,  welches in dem Fall erzeugt wird, wo kein Rauch existiert, sehr schwach  im Pegel, mit dem Resultat, dass ein genügender Signalrauschabstand  (S/N ratio) nicht erreicht werden kann. Ausserdem kommt ein Problem  auf, indem die maximal überwachbare Distanz verkürzt wird. Demzufolge  ist es vorzuziehen, dass die Lichtintensitätsverteilung in einem  Abschnitt rechtwinklig zur optische Achse der Lichtstrahlen so gleichmässig  wie möglich gemacht wird. 



   Um das Problem der nicht gleichmässigen Intensitätsverteilung der  Lichtstrahlen zu lösen, wurde zum Beispiel ein in Fig. 9 gezeigter  Lichtprojektor vorgeschlagen (Japanische Patentpublikation (Kokai)  No. HEI5-79979). Betreffend Fig. 9 wird Licht von einer Leuchtdiode  105 im Lichtprojektor durch eine Bilderzeugungslinse 104 in einen  Wellenleiter 103 eingeführt, um es im Wellenleiter 103 fortzupflanzen,  wodurch die Energieverteilung vergleichmässigt wird. Von der Endfläche  des Wellenleiters 103 abgestrahltes Licht wird an einer entfernten  Stelle durch eine Projektionslinse 102 abgebildet. 



     Im Aufbau eines solchen Lichtprojektors, der die Energieverteilung  eines Projektionsstrahls vergleichmässigt, müssen die Bilderzeugungslinse,  der Wellenleiter und die Projektionslinse vor der Leuchtdiode angeordnet  sein. Demzufolge ist das optische System zum Vergleichmässigen relativ  komplex und die Dimension in Richtung der optischen Achse steigt  an. Als Resultat hat der Aufbau den Nachteil, dass der Lichtprojektor  sperrig ist. 



   Die Erfindung wurde gemacht angesichts der Prob-leme des Standes  der Technik. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtprojektionsvorrichtung  für -einen fotoelektrischen Rauchsensor vorzusehen, in welcher Lichtstrahlen  von einer Leuchtdiode in einer Strahlabschnittsrichtung vergleichmässigt  werden kann durch einen einfachen optischen Aufbau, um eine Ablenkung  der optischen Achse zu kompen-sieren.  Offenlegung der Erfindung  



   Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lichtprojektionsvorrichtung für  einen fotoelektrischen Rauchsensor, wie sie im Anspruch 1 definiert  ist. 



   Der Brennpunkt der Kondensorlinse kann an einer Position der zweiten  Lichtquelle oder an einer Position in der Nähe der zweiten Lichtquelle  lokalisiert werden. 



   Der Brennpunkt der Kondensorlinse kann an einer Position getrennt  von der zweiten Lichtquelle lokalisiert werden. 



   Der Brennpunkt der Kondensorlinse kann zwischen der zweiten Lichtquelle  und einem Linsenscheitelpunkt des Spitzenendes des Deckels lokalisiert  werden. 



   Der Brennpunkt der Kondensorlinse kann zwischen der zweiten Lichtquelle  und einer Position eines Spitzenendes eines gebogenen Teils des    Bonddrahtes, welcher elektrisch mit dem Licht aussendenden Chip  verbunden ist, lokalisiert werden. 



   In einer solchen Konfiguration ist Licht, welches in der Frontfläche  des Chips erzeugt und hauptsächlich vom Mittelteil der Spitzenendlinse  ausgestrahlt wird, verwischt, und das verwischte Licht wird kombiniert  mit Licht, welches in der hinteren Fläche des Chips erzeugt wird,  durch den Reflektor reflektiert und hauptsächlich von peripheren  Teil der Spitzenendlinse ausgestrahlt wird, wodurch die Lichtintensitätsverteilung  (Energieintensitätsverteilung) in einem Strahlabschnitt rechtwinklig  zur optischen Achse des zusammengesetzten Lichts erheblich vergleichmässigt  sein kann. 



     Da das optische System der Lichtprojektionsvorrichtung aus nur  zwei Teilen zusammengesetzt ist, das heisst, der Leuchtdiode und  der Kondensorlinse, kann die Lichtintensitätsverteilung in einem  Strahlabschnitt durch eine sehr einfache optische Struktur vergleichmässigt  werden. 



   Die Erfindung kann in einem fotoelektrischen Rauchsensor verwendet  werden, der eine Rauchdetektionsstruktur des Reflexionstyps hat,  in welcher eine Rauchsensor-Haupteinheit eine Lichtprojektionsvorrichtung  und eine Lichtempfangsvorrichtung hat; und ein Reflektorglied zum  Reflektieren von Licht von der Lichtprojektionsvorrichtung zur Lichtempfangsvorrichtung  sind durch einen überwachten Raum einer vorbestimmten überwachten  Distanz angeordnet. Es ist eine Selbstverständlichkeit, dass die  Erfindung in einem Löschungs-Rauchsensor des Trennungstyps verwendet  werden kann, in welchem keine Reflektorplatte verwendet wird und  eine Lichtprojektionsvorrichtung und eine Lichtempfangsvorrichtung  einander gegenüber durch einen überwachten Raum angeordnet sind. 



   Die Leuchtdiode kann ein in engem Kontakt stehendes Maskenglied haben,  welches eine Öffnung mit vorbestimmter Form bildet für die Spitzenende-Linse.                                                  



   Wenn das Maskenglied eng am Spitzenende des Deckels der Leuchtdiode  befestigt ist, kann das Muster des Strahlbildes festgelegt werden,  jegliche Form entsprechend der Form der Öffnung zu haben. Sogar wenn  ein Hindernis, wie ein Träger, was nicht vermieden werden kann, im  überwachten Raum existiert, ist es demzufolge möglich, einfach einen  Teil der Lichtstrahlen zu entfernen, sodass Lichtstrahlen nicht auf  das Hindernis fallen. Entsprechend der Erfindung ist es infolgedessen  möglich, das wesentliche Problem zu lösen, in dem die Detektionsfunktion  verloren geht als ein Resultat von Empfang von Reflexionslicht von  einem Hindernis. 



   Im Maskenglied kann ein kreisförmiges Loch, ein feinstes Loch, ein  Schlitz, welcher sich in einer vorbestimmten Richtung ausdehnt, oder  dergleichen als die Öffnung verwendet werden.    Kurze Beschreibung  der Zeichnungen       Fig. 1 ist ein Schaubild, das einen  Rauchsensor des Reflexionstyps illustriert, der die Lichtprojektionsvorrichtung  der Erfindung verwendet;     Fig. 2 ist ein Schaubild, das die  optische Struktur der Lichtprojektionsvorrichtung der Erfindung illus-triert;     Fig. 3 ist ein Schaubild, das die Lichtintensitätsverteilung  der Lichtprojektionsvorrichtung der Erfindung illustriert, welche  die Energieverteilung vergleichmässigt;     Fig. 4 ist ein Schaubild,  das projizierte Bilder illus-triert im Fall, wo die Position des  Brennpunktes einer Kondensorlinse in Bezug auf eine Leuchtdiode vorwärts  verlagert ist;

       Fig. 5 ist ein Schaubild, das eine Ablenkung  der optischen Achse im Rauchsensor des Reflexionstyps von Fig. 1  illustriert:     Fig. 6 ist ein Schaubild, das eine Änderung eines  projizierten Bildes in Bezug auf eine Reflektorplatte illustriert,  welche Änderung durch eine Ablenkung der optischen Achse verursacht  ist;     Fig. 7 ist ein Schaubild, das eine Ausführungsart der  Erfindung illustriert, in welcher ein Maskenglied angeordnet ist;     Fig. 8 ist ein Schaubild, das reflektiertes Licht illustriert,  das durch ein Hindernis im Rauchsensor des Reflexionstyps von Fig.  1 erzeugt wurde; und     Fig. 9 ist ein Schaubild, das den Aufbau  einer Lichtprojektionsvorrichtung des Standes der Technik illustriert,  in welcher die Energieverteilung vergleichmässigt ist.      Beste Art zur Ausführung der Erfindung  



   Fig. 1 ist ein Schaubild, das einen fotoelektrischen Rauchsensor  illustriert, der die Lichtprojektionsvorrichtung der Erfindung verwendet.  Betreffend Fig. 1 sind eine Lichtprojektionsvorrichtung 25 und eine  Lichtempfangsvorrichtung 26 in der Sensor-Haupteinheit 24 des fotoelektrischen  Rauchsensors angeordnet. Eine Reflektorplatte 27 liegt der Sensor-Haupteinheit  24 gegenüber und ist davon durch eine vorbestimmte überwachte Distanz  L von zum Beispiel 40 Metern getrennt. Die Lichtprojektionsvorrichtung  25 hat eine Leuchtdiode 1 wie eine NIR-LED und eine Kondensorlinse  2. Die Leuchtdiode 1 wird intermittierend betrieben, um Licht auszusenden.  Das Licht von der Leuchtdiode 1 wird konvergiert, um in parallele  Lichtstrahlen konvergiert zu werden und dann ausgestrahlt. 



   Die Lichtstrahlen von der Lichtprojektionsvorrichtung 25 werden durch  die Reflektorplatte 27 reflektiert, um zur Lichtempfangsvorrichtung  26 der Lichtprojektionsvorrichtung 25 zurückzukehren, wie durch unterbrochene  Linien angedeutet. Als die Reflektorplatte 27 wird ein Reflexreflektor  verwendet, der einfallendes Licht mit hoher Effizienz in dieselbe  Richtung wie die Richtung des Einfalls reflektiert. Eine Kondensorlinse  28 und ein Lichtempfangselement 29 wie eine Photodiode sind in der  Lichtempfangsvorrichtung 26 angeordnet. 



   Fig. 2 zeigt im Detail das optische Projektionssystem der Lichtprojektionsvorrichtung  25, das in der Sensor-Haupteinheit 24 von Fig. 1 angeordnet ist.  In dem optischen Projektionssystem sind die Leuchtdiode 1 und die  Kondensorlinse 2 in der Richtung der optischen Achse 3 angeordnet.  Das Licht von der Leuchtdiode 1 wird durch die Kondensorlinse 2 konvergiert,  um in parallele Strahlen konvergiert und dann ausgesandt zu werden.  Eine NIR-LED mit einer Spitzen-Ausstrahlungs-Wellenlänge von zum  Beispiel 870 nm wird als die Leuchtdiode 1 verwendet. Zum Beispiel  kann OLD2603H, hergestellt durch Oki Electric Industry Co. Ltd.,  als die Leuchtdiode verwendet werden. 



     Die NIR-LED 1 hat einen abgedichteten Aufbau, in welchem Anschlussleitungen  11 aus einer Körperbasis 9 herausgeführt sind, und ein Deckel 4 ist  auf einer Seite der Körperbasis 9 befestigt. Das Spit-zenende des  Deckels 4 dient als Spitzenendlinse 5. Ein LED Chip 6 ist innerhalb  des Deckels 4 getragen. Ein von der durch die Körperbasis 9 hindurchgehenden  Anschlussleitung herausgezogener Bonddraht 8 ist elektrisch mit dem  LED Chip verbunden. 



   Wenn Licht erzeugt wird, indem der LED Chip 6 mit Strom versorgt  wird, wird das Licht von beiden, den Flächen und den Seitenflächen  ausgestrahlt. Ein Reflektor 7 (der durch Bearbeiten eines Teils der  Anschlussleitung geformt ist) ist hinter dem LED Chip angeordnet,  sodass Licht von den Seiten- und Rückflächen des LED Chips durch  den Reflektor reflektiert wird, um vorwärts ausgestrahlt zu werden.  In der Leuchtdiode 1 wird demzufolge hauptsächlich aus direktem Licht  von der Frontfläche des LED Chips 6 bestehendes Licht von dem Mittelteil  ausgestrahlt, durch welchen die optische Achse 3 hindurchgeht, und  Licht, das hauptsächlich aus Licht von den Seiten- und Rückflächen  des LED Chips 6 besteht und dann durch den Reflektor 7 reflektiert  wird, wird von der Peripherie ausgestrahlt. 



   Auf diese Art strahlt die Leuchtdiode 1 zusammengesetztes Licht aus  zwei Arten von Licht aus, das heisst, Licht von der Frontfläche des  LED Chips 6 und jenes, welches von den Seiten- und Rückflächen des  LED Chips ausgesandt und dann durch den Reflektor 7 reflektiert wurde.  Wenn die Leuchtdiode 1 von der Seite der Kondensorlinse 2 gesehen  wird, dient demzufolge der direktes Licht aussendende LED Chip 6  als eine erste Lichtquelle, und die virtuelle Lichtquelle, die Licht  aussendet, welches von den Seiten- und Rückflächen des LED Chips  6 ausgesendet und dann durch den Reflektor 7 reflektiert wird, um  in einer Doughnut-ähnlichen Form an der Spitzenendlinse 5 zu erscheinen,  kann als eine zweite Lichtquelle 10 betrachtet werden. 



   Der Scheitelpunkt der Spitzenendlinse 5 im Deckel 4 der Leuchtdiode  1 ist mit P1 bezeichnet, und die Position der virtuellen zweiten  Lichtquelle 10 durch Licht, das durch den Reflektor 7 reflektiert  wird, ist mit P2 bezeichnet. Die Kondensorlinse 2 ist in Bezug auf  die Leuchtdiode 1 so platziert, dass der Brennpunkt F der Kondensorlinse  2 an einer Position der oder in der Nähe der    zweiten Lichtquelle  10 lokalisiert ist. In der Ausführungsart von Fig. 2 ist zum Beispiel  der Brennpunkt F der Kondensorlinse 2 mit einer Brennweite f auf  der Seite des Inneren der LED in Bezug auf die Distanz d1 zwischen  der Kondensorlinse 2 und dem Scheitelpunkt P1 der Spitzen-endlinse  5, und näher als die Distanz d2 zwischen der Kondensorlinse und der  Position P2 der zweiten Lichtquelle 10.

   Mit anderen Worten, die Kondensorlinse  2 ist so platziert, dass der Brennpunkt F zwischen den Positionen  P1 und P2 angeordnet ist. 



   Der Brennpunkt F der Kondensorlinse 2 ist so festgelegt, dass er  an der Position der oder in der Näher der zweiten Lichtquelle 10  angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsart kann demzufolge der  Brennpunkt F zwischen der Position P2 der zweiten Lichtquelle 10  und dem LED Chip 6 angeordnet sein, entsprechend den Eigenschaften  der gewählten LED. In diesem Fall ist der LED Chip 6 elektrisch mit  dem Bonddraht 8 verbunden, der in einer hakenähnlichen Form von der  durch die Körperbasis 9 hindurchgehenden Anschlussleitung herausgezogen  ist, und der gebogene Teil des Bonddrahtes 8 ist weiter vorne lokalisiert  als der LED Chip 6. Die Distanz zwischen der Kondensorlinse 2 und  dem Spitzenende des gebogenen Teils des Bonddrahtes 8 ist mit d3  bezeichnet.

   Die Kondensorlinse 2 ist in einem Bereich platziert,  wo die Brennweite f die Distanz d3 nicht überschreitet, das heisst  so, dass der Brennpunkt F an einer Position ist, welche vom Spitzenende  des gebogenen Teils des Bonddrahtes 8 vorwärts verlagert ist. 



   Diese Platzierung des Brennpunktes F der Kondensorlinse 2 in Bezug  auf die Leuchtdiode 1 ist so ausgeführt, dass Licht, welches vom  LED Chip 6 ausgesandt wird und dann durch die Spitzenendlinse 5 weitergegeben  wird, und jenes, welches durch den Reflektor 7 reflektiert oder durch  die virtuelle zweite Lichtquelle 10 erzeugt und dann durch die Spitzen-endlinse  5 weitergegeben wird, durch die Kondensorlinse 2 konvergiert wird  und die Intensitätsverteilung des resultierenden zusammengesetzten  Lichts vergleichmässigt ist. 



   Wenn der Brennpunkt der Kondensorlinse 2 zusammenfallend mit der  Oberfläche des LED Chips 6 der Leuchtdiode 1 gemacht wird, formen  die Lichtstrahlen ein Bild entsprechend dem Hell-und-Dunkel-Muster  der lichtausstrahlenden Vorderseite des LED Chips 6. Gewöhnlich ist  eine kreuzförmige    Elektrode an der Licht aussendenden Vorderseite  des LED Chips angeordnet und der Elektrodenteil sendet kein Licht  aus. Demzufolge hat das resultierende Bild einen Teil, welcher dem  Elektrodenteil entspricht und in welchem die Lichtmenge reduziert  ist. 



   Wenn der Brennpunkt F der Kondensorlinse 2 zusammenfallend mit dem  Spitzenende des gebogenen Teils des Bonddrahtes 8 gemacht wird, blockt  der Bonddraht 8 Licht von der Hinterseite ab, um einen lichtlosen  Teil zu konstituieren, oder es wird ein Bild des Bonddrahtes 8 geformt.  Als ein Resultat ist das Strahlbild ungleichmässig. 



   Wenn der Brennpunkt F vor dem Scheitelpunkt P1 der Spitzenend-linse  5 festgelegt wird, wird die Distanz vom als die erste Lichtquelle  und die zweite Lichtquelle 10 infolge Reflexionslicht vom Reflektor  7 dienenden LED Chip 6 so gross, dass die zwei Arten von Licht von  den zwei Lichtquellen extrem verwischt werden und die Konvergierleistung  gesenkt wird. Dies veranlasst die Lichtstrahlen, ungleichmässig zu  sein. 



   Wegen der oben diskutierten Gründe wird entsprechend der Erfindung  der Brennpunkt F der Kondensorlinse so festgelegt, dass er in einem  der in Fig. 2 gezeigten Bereiche liegt zwischen dem Spitzen-ende  P1 der Deckellinse und der Position P2 der zweiten Lichtquelle 10,  die eine Folge von Reflexionslicht vom Reflektor 7 und im grundlegenden  Teil der Linse ist, und zwischen der Position P2 der zweiten Lichtquelle  10 und dem gebogenen Spitzen-ende des Bonddrahtes 8, der den LED  Chip trägt. Alternativ kann der Brennpunkt so festgelegt werden,  dass er an der Position der zweiten Lichtquelle liegt. 



   Fig. 3(A) zeigt die Intensitätsverteilung im Fall, wo Licht von der  Leuchtdiode 1 von Fig. 2 nicht durch die Kondensorlinse 2 konvergiert  wird und Fig. 3(B) zeigt die Intensitätsverteilung im Fall, wo Licht  durch die Kondensorlinse 2 konvergiert wird, um vergleichmässigt  zu werden. 



   Im Fall von Fig. 3(A) hat vom LED Chip 6 ausgestrahltes Licht eine  Lichtintensitätsverteilung 14, welche erhalten wird durch Kombinieren  einer Intensitätsverteilung 12 von Licht, welches von der Frontfläche  des Chips ausge   strahlt und dann durch die Spitzenendlinse 5 übertragen  wird, um davon ausgestrahlt zu werden, mit einer Intensitätsverteilung  13 von Licht, welches in den Seiten- und Rückflächen des Chips erzeugt,  durch den Reflektor 7 reflektiert und durch die Spitzenendlinse 5  übertragen und ausgestrahlt wird. Gewöhnlich ist die Lichtintensitätsverteilung  12 gradmässig höher als die Lichtintensitätsverteilung 13. 



   In der Lichtintensitätsverteilung 12 steigt die Intensität beim Bewegen  gegen die optische Achse 3 zu einer Spitze an und eine Delle wird  gebildet durch den durch die Elektrode in der Elektroden-Vorderseite  des LED Chips 6 verursachten geringeren Lichtmengenteil. Um die zusammengesetzte  Intensitätsverteilung der Lichtintensitätsverteilungen 12 und 13  zu vergleichmässigen, ist demzufolge die Kondensorlinse 2 vor der  Leuchtdiode 1 angeordnet, wie in Fig. 3(B) gezeigt, und der Brennpunkt  F der Kondensorlinse 2 ist an einer Position lokalisiert, wo das  Licht der Intensitätsverteilung 12 verwischt ist und der Grad der  Verwischung des Lichts der Intensitätsverteilung 13 minimal ist. 



   Hinsichtlich des Lichts der Intensitätsverteilung 12 werden die Hauptkomponenten  vom Teil (Scheitelpunkt) ausgestrahlt, der ein relatives Zentrum  der Spitzenendlinse 5 der Leuchtdiode 1 ist. Hinsichtlich des Lichts  der Intensitätsverteilung 13 werden die Hauptkomponenten in einer  Doughnut-ähnlichen Form von einem relativ äusseren Teil ausgestrahlt.  Da die Spitzenendlinse 5 der Leuchtdiode 1 eine Wölbung hat, sind  der Scheitelteil und die äusseren peripheren Teile durch unterschiedliche  Distanzen von der Kondensorlinse 2 getrennt, und daher sind die jeweiligen,  als die Lichtquellen dienenden Teile in voneinander unterschiedlicher  Position. 



   In der Erfindung ist der Brennpunkt der Kondensorlinse 2 an einer  Position festgelegt, wo das Licht der Intensitätsverteilung 12 verwischt  ist, um in jenes einer Intensitätsverteilung 15 konvertiert zu werden,  Licht der Intensitätsverteilung 13 wird konvergiert, um in jenes  einer Intensitätsverteilung 16 konvertiert zu werden, und die Intensitätsverteilung  von zusammengesetztem Licht, das durch Kombinieren von Licht der  Intensitätsverteilungen 15 und 16 erhalten wird, wird vergleichmässigt  als eine Intensitätsverteilung 17. 



     In diesem Fall, wenn die Lichtintensitätsverteilung 13 höher im  Grad ist, als die Lichtintensitätsverteilung 12, ist der Brennpunkt  F der Kondensorlinse 2 an einer Position festgelegt, wo das Licht  der Lichtintensitätsverteilung 13 verwischt ist und die zusammengesetzte  Verteilung gleichmässig ist, das heisst, dass der Brennpunkt F so  festgelegt ist, dass er weiter vorne ist als der Scheitelpunkt der  LED-Deckellinse. 



   Die Intensitätsverteilung der Emissionskomponenten der zwei Lichtquellen  der Leuchtdiode 1 in Fig. 3 variiert mit LEDs. Wenn der Brennpunkt  F der Kondensorlinse 2 tatsächlich festzulegen ist, muss die optimale  Position des Brennpunkts F bestimmt werden mit Kontrolle der Intensitätsverteilung  von durch die Kondensorlinse 2 produzierten Lichtstrahlen, während  die Position des Brennpunkts F in einem der Bereiche zwischen den  Positionen P1 und P2 der Leuchtdiode 1 von Fig. 2 und zwischen der  Position P2 und dem Spitzenende des Bonddrahtes 8 eingestellt wird.                                                            



   Die dimensionsmässigen Beziehungen des projektionsoptischen Systems  von Fig. 2 werden diskutiert. Zum Beispiel hat die Leuchtdiode 1  einen Aussendurchmesser von ungefähr 5 Millimetern. Wenn eine Linse  mit einer Brennweite f = 32,57 Millimetern als Kondensorlinse 2 verwendet  wird und der Brennpunkt F wie erläutert zwischen P1 und P2 festgelegt  wird, ist zum Beispiel die effektive Einfalllinie, entlang welcher  vom LED Chip 6 ausgestrahltes Licht auf die Kondensorlinse 2 fällt,  in einem auf der optischen Achse 3 zentrierten Bereich und hat einen  Durchmesser von ungefähr 10 Millimetern. Demzufolge kann eine Linse,  welche einen Aussendurchmesser von etwa 10 Millimeter und einen vorbestimmten  Brechungsindex hat, als die Kondensorlinse 2 verwendet werden. 



   Fig. 4 zeigt Variationen des projizierten Bildes im Fall, wo die  Position des Brennpunktes F der Kondensorlinse 2 von jener der vorderen,  Licht aussendenden Vorderseite des LED Chips 6 nach vorne verschoben  ist. 



   Fig. 4(A) zeigt das projizierte Bild im Fall, wo der Brennpunkt der  Kondensorlinse 2 mit der vorderen, Licht aussendenden Vorderseite  des LED Chips 6 zusammenfällt. In diesem Fall ist ein Bild A des  Lichts, welches in der    Frontfläche des Chips erzeugt und dann  durch die Spitzenendlinse 5 übertragen und ausgestrahlt wurde, im  Zentrum des projiezierten Bildes gebildet. Der Teil mit durch die  Elektrode verursachter verringerter Lichtquantität erscheint nämlich  als ein kreuzförmiger Schatten. Ein Doughnut-förmiges Bild B des  Lichts, welches in den Seiten- und Rückflächen des Chips erzeugt,  durch den Reflektor 7 reflektiert und unter Übertragung durch die  Spitzen-endlinse 5 ausgestrahlt wurde, erscheint in der Peripherie  des zentralen Bildes A. 



   Wenn der Brennpunkt F der Kondensorlinse 2 vom Zustand von Fig. 4(A)  nach vorne verschoben wird, wird das zentrale Bild A verschwommen,  wie in den Fig. 4(B) und 4(C) gezeigt. Wenn der Brennpunkt weiter  nach vorne verschoben wird, verschwindet der Schatten zwischen den  Bildern A und B, wie in Fig. 4(D) gezeigt, und die Intensitätsverteilung  ist im Wesentlichen gleichmässig. Wenn die Position, wo Licht, welches  durch den Reflektor 7 hinter dem Licht aussendenden Chip 6 nach vorne  reflektiert wird, auf die Linse am Spitzenende des Deckels fällt,  als die virtuelle zweite Lichtquelle festgelegt ist, ist der Brennpunkt  F der Kondensorlinse 2 im Fall, wo die gleichmässige Intensitätsverteilung  von Fig. 4(D) erreicht wird, an einer Position getrennt von der zweiten  Lichtquelle oder jener in der zweiten Lichtquelle lokalisiert. 



   Das Licht von der Leuchtdiode 1 wird durch die Kondensorlinse 2 konvergiert  und dann im Wesentlichen parallel ausgestrahlt. Ein Strahl mit taillenartiger  Verengung wird in einem Teil nahe der Projektionsvorrichtung geformt.  Danach wird das Licht mit geradliniger Ausbreitung in den überwachten  Raum fortgepflanzt. In diesem Fall ist der Ausbreitungswinkel 0 des  Strahls in Bezug auf die optische Achse 3 ungefähr 4 DEG . Im Ausbreitungswinkel  kann die vorliegende Vorrichtung effektiv einen Bereich von 9 = etwa  2 DEG im Sinn von Luminanz verwenden. 



   Fig. 5 illustriert eine Ablenkung der optischen Achse infolge einer  zeitlichen Variation einer Seitenwand eines Gebäudes, an welcher  der fotoelektrische Rauchsensor von Fig. 1 installiert ist. Fig.  5(A) zeigt die optische Achse an der Installation. Die Ausrichtung  der optischen Achse ist geführt, während die Rauchsensor-Haupteinheit  24 an einer Seitenwand 30 des Gebäudes installiert ist und die Reflektorplatte  27 an einer gegenüberliegenden Seiten   wand 31 des Gebäudes, welche  der Rauchsensor-Haupteinheit 24 gegenüberliegt. 



   Nachdem die Ausrichtung der optischen Achse ausgeführt wurde, können  die Seitenwände 30 und 31 geneigt werden, sodass zum Beispiel ihre  Oberseiten weiter voneinander entfernt sind, durch Deformation der  Seitenwände 30 und 31, was hauptsächlich durch Ausdehnung des Daches  verursacht wird. In solch einem Fall wird die optische Achse um einen  Winkel ( phi ) in Bezug auf die korrekte Richtung der optischen Achse  abgelenkt. Entsprechend durch die Erfinder et. al. durchgeführter  Forschung wurde gefunden, dass der maximale Winkel  phi  der Ablenkung  der optischen Achse ungefähr 1,7 DEG ist. 



   Wenn die Ablenkung der optischen Achse wie Fig. 5 infolge Deformation  der Gebäudeseitenwände auftritt, wird der einseitige Ausbreitungswinkel  theta  in Bezug auf die optische Achse des Strahls von der Kondensorlinse  2 in dem in Fig. 2 gezeigten projektionsoptischen System so festgelegt,  dass er gleich oder grösser als der Ablenkungswinkel  theta  0 =1,7  DEG  von Fig. 5 ist und die Reflektorplatte wird in der Mitte des  Bildes platziert. Als Resultat kann, sogar wenn solch eine Ablenkung  der optischen Achse auftritt, die Projektionsvorrichtung Licht gegen  die Reflektorplatte 27 aussenden und dann das reflektierte Licht  empfangen.

   In der Ausführungsart von Fig. 2 ist der Ausbreitungswinkel  theta  des parallelen Strahls von der Kondensorlinse 2 ungefähr  4 DEG  (der effektive Ausbreitungswinkel ist etwa 2 DEG ) oder grösser  als der Ablenkungswinkel  theta  0 =1,7 DEG  von Fig. 4. Sogar wenn  eine Ablenkung der optischen Achse infolge Deformation des Gebäudes  oder dergleichen auftritt, kann demzufolge der Detektionsstatus stabil  aufrechterhalten werden, insbesondere ohne zu erfordern, dass die  optische Achse nachgestellt wird. 



   In diesem Fall ist der Brennpunkt F der Kondensorlinse 2 in dem in  Fig. 2 gezeigten projektionsoptischen Systems so angeordnet, um die  Strahlintensitätsverteilung zu vergleichmässigen in Bezug auf die  Leuchtdiode 1, wodurch die Intensitätsverteilung im Bereich des Strahlausbreitungswinkels  theta  = 2 DEG  im Wesentlichen vergleichmässigt ist, wie zum Beispiel  die Intensitätsverteilung 17 von Fig. 3. Sogar wenn eine Ablenkung  der optischen Achse auftritt, wie in Fig. 5(B) gezeigt, erlaubt diese  Vergleichmässigung einem Teil des Lichtstrahls,    sicher auf die  Reflektorplatte 27 zu fallen, sodass die Rauchsensor-Haupteinheit  24 reflektiertes Licht empfangen kann.

   Als ein Resultat kann die  Änderung des Niveaus der Quantität von reflektiertem Licht, welche  durch die Ablenkung der optischen Achse verursacht wird, auf ein  tiefes Niveau reduziert werden, welches unwesentlich ist. 



   Wenn der Brennpunkt der Kondensorlinse 2 mit der Licht aussendenden  Vorderfläche des Licht aussendenden Chips zusammenfällt, wird zum  Beispiel ein Projektionsbild 40a mit einem Muster wie Fig. 4(A) durch  einen Lichtempfangsteil 27, wie in Fig. 6(B) gezeigt, empfangen.  Wenn das Projektionsbild durch eine Ablenkung der optischen Achse  an die Position eines Projektionsbildes 40b verschoben wird, überlappt  der Doughnut-ähnliche Schattenteil zwischen dem Mittenbild und dem  peripheren Bild die Reflektorplatte 27, und die Lichtenergie, welche  auf den Lichtempfangsteil fällt, ist grossenteils reduziert. 



   Demgegenüber wird in der Erfindung, wie in Fig. 6(A) gezeigt, ein  Projektionsbild 50a, in welchem die Lichtintensitätsverteilung, wie  in Fig. 4 gezeigt, vergleichmässigt ist, durch den Lichtempfangsteil  27 empfangen. Sogar wenn das Projektionsbild durch eine Ablenkung  der optischen Achse an die Position eines Projektionsbildes 50b verschoben  ist, wird die Lichtenergie, welche auf den Lichtempfangsteil trifft,  wenig geändert. 



   Fig. 7 zeigt die Lichtprojektionsvorrichtung der Erfindung, die dadurch  gekennzeichnet ist, dass ferner ein Maskenglied, welches verwendet  wird, um die Form des Strahlbildes willkürlich einzustellen, in der  Leuchtdiode des optischen Systems angeordnet ist, in welchem der  Brennpunkt F der Kondensorlinse in Bezug auf die in Fig. 2 gezeigte  Kondensorlinse 2 lokalisiert ist. 



   Fig. 7(A) zeigt eine erste Ausführungsart eines Maskenglieds 18.  Das Maskenglied 18, in welchem ein kreisförmiges Loch 19, das auf  der rechten Seite in einer Endansicht gezeigt ist, geformt ist, ist  nahe an der Leuchtdiode 1 befestigt, sodass nur die Spitzenendlinse  5 am Spitzenende des Deckels 4 der Leuchtdiode 1 der Aussenseite  ausgesetzt ist. Die Bildung des kreisförmigen Lochs 19 des Maskenglieds  18 erlaubt, dass peripheres Licht von der    Leuchtdiode 1 weggeschnitten  wird, und nur Licht, welches durch das kreisförmige, als eine Öffnung  dienende Loch 19 hindurchgeht, auf die Kondensorlinse fällt. Als  ein Resultat kann ein Strahlbild 19a, welches von einem Teil der  optischen Achse aus gesehen kreisförmig ist, geformt werden, wie  gezeigt in der Frontfläche entlang der optischen Achse 3. 



   Fig. 7(B) zeigt eine Ausführungsart, in welcher ein feinstes Loch  21 im Maskenglied 18 geformt ist, um nahe am Spitzenende der Leuchtdiode  1 befestigt zu sein. In der Ausführungsart hat das Maskenglied 18  einen zweigeteilten Aufbau, bestehend aus einem Gliedkörper 18a und  einem Öffnungsglied 18b und ist, wie dargestellt, auf das Spitzenende  der Leuchtdiode 1 gepasst, während der Gliedkörper und das Öffnungsglied  miteinander verbunden sind. 



   Das feinste Loch 21 ist an einer Position geöffnet, welche am Spitzenende  des Maskenglieds 18 ist und durch welche die optische Achse 3 hindurchgeht.  Als ein Resultat geht nur Licht des auf der optischen Achse 3 zentrierten  Teils durch das feinste Loch 21, um auf die Kondensorlinse 2 zu treffen,  und ein Strahlbild 21a, welches im Durchmesser kleiner ist, als jenes  von Fig. 7(A), kann geformt werden wie gezeigt in einem Bild in einer  Abschnittsrichtung und in der Frontfläche entlang der optischen Achse  3. 



   Fig. 7(C) zeigt eine Ausführungsart, in welcher ein feinstes Loch  22 mit einem ausgeschnittenen Teil geformt ist. Wenn der obere Teil  des feinsten Loches an einer willkürlichen Stelle geschlossen ist,  kann zum Beispiel ein Bild 22a eines ausgeschnittenen feinsten Loches  geformt werden, wie gesehen von einem Abschnitt des Strahlbilds entlang  der Richtung der optischen Achse. Die ausgeschnittene Position des  Bildes 22a des ausgeschnittenen feinsten Loches kann passend justiert  werden durch Drehen eines Maskenglieds 18b, das an der Leuchtdiode  1 in Richtung des Pfeils befestigt ist, wie zum Beispiel gezeigt  in einem Bild 22b eines ausgeschnittenen feinsten Loches, welches  durch die unterbrochene Linie auf der rechten Seite angegeben ist.                                                             



   Fig. 7(D) zeigt eine Ausführungsart, in welcher ein rechteckiger  Schlitz 23 im Maskenglied 18 geöffnet ist. Ein Bild 23a eines rechteckigen  Schlitzes ist an einer Bildposition des durch die Kondensorlinse  2 produzierten    Strahlbildes geformt. Auch in Bezug auf das Schlitzbild  23a kann die Längsrichtung durch Drehen des Maskenglieds 18b der  Leuchtdiode 1 in der Richtung des Pfeils passend geändert werden,  wie in einem rechteckigen Schlitz 23b gezeigt. Es ist eine Selbstverständlichkeit,  dass, wenn erforderlich, die Öffnung in einer willkürlichen Form  geformt werden kann, anders als jene der Fig. 7(A) bis 7(D). 



   Wie in den Fig. 7(A) bis 7(D) gezeigt, kann die Form des Strahlbildes  der Projektionsvorrichtung durch das Maskenglied 18 passend festgelegt  werden. Entsprechend dieser Konfiguration, wenn ein Hindernis wie  ein Träger 32 zwischen der Rauchsensor-Haupteinheit 24 und der Reflektorplatte  27 existiert, wie in Fig. 8(A) gezeigt, wird ein Teil der Lichtstrahlen  von der Lichtprojektionsvorrichtung 25 durch den Träger 32 reflektiert  und trifft dann auf die Lichtempfangsvorrichtung 26, kann zum Beispiel  die Form der Lichtstrahlen von der Lichtprojektionsvorrichtung 25  durch die Bildung der Öffnung des Maskenglieds 18 festgelegt werden,  um die Lichtstrahlen daran zu hindern, auf den Träger 32 zu fallen.                                                            



   Um die oben erwähnte Ablenkung der optischen Achse zu kompensieren,  wird zum Beispiel eine Öffnung im Maskenglied so geformt, dass  theta  > 1,7 DEG  erzielt wird. In diesem Fall kann die Öffnung jegliche  Form haben. 



   Im Fall wo kein Maskenglied vorgesehen ist, fallen zum Beispiel die  Lichtstrahlen von der Lichtprojektionsvorrichtung 25 auf den Träger  32, um dadurch reflektiert zu werden, wie durch unterbrochene Linien  in Fig. 8(B) angedeutet. Wenn das Maskenglied 18b mit dem feinsten  Loch 21 wie in Fig. 7(B) gezeigt festgelegt ist, kann zum Beispiel  die optische Achse der Lichtprojektionsvorrichtung 25, wie durch  die ausgezogenen Linien angegeben, eingeschränkt werden, um Reflexion  durch den Träger 32 zu vermeiden. In diesem Fall, wo ein feinstes  Loch oder ein sehr kleiner Schlitz, wie in den Fig. 7(B), 7(C), oder  7(D) gezeigt, geformt ist, wird erwartet, dass der Strahl durch das  Diffraktionsphänomen verwischt wird.

   Jedoch wurde bestätigt, dass  zum Beispiel das feinste Loch 21 mit einer Grösse von etwa 0,5 Millimetern  oder weniger dem Strahlbild erlauben kann, beschränkt zu werden,  ohne das Diffraktionsphänomen zu erzeugen. 



     Im Fall, wo ein feinstes Loch oder ein sehr kleiner Schlitz, wie  in den Fig. 7(B), 7(C) oder 7(D) gezeigt, geformt ist, wird ausserdem  die Verteilung von ausgestrahltem Licht von der LED leicht geändert.  Genau gesprochen, wird demzufolge das Lichtbild leicht verwischt.  Jedoch erzeugt dies kein praktisches Problem. Wenn erforderlich,  kann die Position der Kondensorlinse noch einmal nachgestellt werden.                                                          



   Die oben beschriebenen Ausführungsarten sind in ähnlicher Art konfiguriert  wie der fotoelektrische Rauchsensor des Reflexionstyps von Fig. 1.  Die Konfiguration kann als solche angewendet werden bei einem als  andere Ausführungsart ausgebildeten Löschungs-Rauchsensor des Trennungstyps,  in welchem die Lichtprojektionsvorrichtung 25 und die Lichtempfangsvorrichtung  26 einander durch einen überwachten Raum gegenüberliegen.

   In den  oben beschriebenen Ausführungsarten wird ein Feuer detektiert auf  der Basis von Abschwächung von Licht infolge Eintretens von Rauch  in den überwachten Raum. Ähnlich kann die Erfindung ebenso auf eine  Lichtprojektionsvorrichtung für eine Einbruchdetektiervorrichtung  angewendet werden, in welcher Lichtstrahlen in einen überwachten  Raum gerichtet sind und ein Eindringling auf der Basis einer Unterbrechung  der Lichtstrahlen detektiert wird. 



   Wie oben beschrieben, ist entsprechend der Erfindung der Brennpunkt  der Kondensorlinse an einer Position lokalisiert, welche getrennt  von oder an einer Position einer virtuellen zweiten Lichtquelle ist,  welche von durch einen Reflektor einer Leuchtdiode reflektiertem  Licht abhängt und welche in einem unteren Teil einer Spitzenendlinse  am Spitzenende eines Deckels ist.

   Demzufolge wird Licht, welches  in der Frontfläche des Chips erzeugt und hauptsächlich vom Mittelteil  der Spitzenendlinse ausgestrahlt wird, verwischt, und das verwischte  Licht wird kombiniert mit Licht, welches in den Seiten- und Rückflächen  des Chips erzeugt, durch den Reflektor reflektiert und hauptsächlich  vom peripheren Teil der Spitzen-endlinse ausgestrahlt wird, wodurch  die Intensitätsverteilung (Energie im nahen Infrarot) in einem Strahlabschnitt  rechtwinklig zur optischen Achse vergleichmässigt werden kann. 



   Als ein Resultat dieser Vergleichmässigung der Intensitätsverteilung  eines Lichtstrahls kann, sogar wenn eine Ablenkung der optischen  Achse infol   ge Verformung von Installationswänden eines Gebäudes  oder dergleichen auftritt, jeglicher Teil des gleichmässigen Abbildungsbereichs  veranlasst werden, sicher zum Beispiel auf einer gegenüberliegenden  Reflektorplatte aufzutreffen, indem der Strahlausbreitungswinkel  festgelegt wird, den Ablenkungswinkel der optischen Achse zu überschreiten.  Demzufolge kann der Detektionsstatus stabil aufrechterhalten werden,  ohne durch eine Ablenkung der optischen Achse infolge Deformation  des Gebäudes beeinflusst zu werden. 



   Das optische System der Lichtprojektionsvorrichtung ist zusammengesetzt  aus nur zwei Teilen, das heisst der Leuchtdiode und der Kondensorlinse,  und die Leuchtdiode kann gebildet werden durch Verwenden einer kommerziell  verfügbaren Leuchtdiode als solche. Demzufolge kann die Vergleichmässigung  der Lichtintensität durch eine einfache optische Struktur realisiert  werden, deren Produktionskosten niedrig sind.

Claims (8)

1. Lichtprojektionsvorrichtung für einen fotoelektrischen Rauchsensor, in welchem Lichtstrahlen in einen überwachten Raum ausgesandt werden und ein Feuer detektiert wird durch Empfangen von Lichtstrahlen, welche durch in den überwachten Raum eintretenden Rauch abgeschwächt sind, worin die genannte Vorrichtung eine Leuchtdiode und eine Kondensorlinse umfasst, welche in einer Richtung einer optischen Achse angeordnet sind, die genannte Leuchtdiode enthält: eine Haupteinheitbasis; einen zylindrischen Deckel, welcher an einem Spitzenende der genannten Haupteinheitbasis befestigt ist und in welchem eine Linse integral angeordnet ist; einen Licht aussendenden Chip, welcher an einer vorbestimmten Position innerhalb des genannten Deckels platziert ist;

einen Bonddraht, durch welchen ein durch die genannte Haupteinheitbasis hindurchgehender Anschlussdraht mit dem genannten Licht aussendenden Chip elektrisch verbunden ist; und einen Reflektor, welcher hinter dem genannten Licht aussendenden Chip platziert ist, und der genannte Licht aussendende Chip als eine erste Lichtquelle angesehen wird; und eine Position, wo Licht, welches durch den genannten Reflektor nach vorne reflektiert wird, durch die genannte Linse des genannten Deckels projiziert wird, als eine virtuelle zweite Lichtquelle angesehen wird.

2. Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin ein Brennpunkt der genannten Kondensorlinse an der Position der genannten zweiten Lichtquelle lokalisiert ist.

3.

Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin ein Brennpunkt der genannten Kondensorlinse an einer Position in der Nähe der genannten zweiten Lichtquelle lokalisiert ist.

4. Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin ein Brennpunkt der genannten Kondensorlinse an einer Position getrennt von der genannten zweiten Lichtquelle lokalisiert ist.

5.Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Brennpunkt der genannten Kondensorlinse zwischen der genannten zweiten Lichtquelle und einem Scheitelpunkt der Linse im Spitzenende des genannten Deckels lokalisiert ist.

6.

Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Brennpunkt der genannten Kondensorlinse zwischen der genannten zweiten Lichtquelle und einer Position eines Spitzenendes eines gebogenen Teils des genannten Bonddrahtes, welcher elektrisch mit dem genannten Licht aussendenden Chip verbunden ist, lokalisiert ist.

7. Lichtprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die genannte Leuchtdiode ein Maskenglied hat, welches eine Öffnung mit einer vorbestimmten Form für die genannte Linse im Spitzenende bildet und das genannte Maskenglied eng mit der genannten Linse im Spitzenende kontaktiert ist.

8.

Fotoelektrischer Rauchsensor mit einer Rauchdetektionsstruktur des Reflexionstyps, in welcher eine Rauchsensor-Haupteinheit eine Lichtprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hat, in welcher eine Rauchsensor-Haupteinheit eine Lichtprojektionsvorrichtung und eine Lichtempfangsvorrichtung hat und ein Reflektorglied zum Reflektieren von Licht von der genannten Lichtprojektionsvorrichtung zur genannten Lichtempfangsvorrichtung durch einen überwachten Raum einer vorbestimmten überwachten Distanz an geordnet sind.