DE102011076420A1

DE102011076420A1 - Strahlungserfassungsvorrichtung, Schaltung

Info

Publication number: DE102011076420A1
Application number: DE102011076420A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schmidt
Original assignee: Excelitas Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Excelitas Technologies Singapore Pte Ltd
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29
Also published as: JP2014522485A; GB201322517D0; US9395248B2; WO2012160141A3; GB2505616A8; US20140145081A1; WO2012160141A2; GB2505616A

Abstract

Eine Strahlungserfassungsvorrichtung zum Erfassen or (11) zum Erfassen der ersten Strahlung und wenigstens ein erstes Strahlungsführungselement (13), das wenigstens einen Teil eines ersten Strahlungswegs zum Führen und vorzugsweise Konvergierenlassen oder Fokussieren der ersten Strahlung in Richtung des Sensors bildet. Das erste Strahlungsführungselement (13) bildet außerdem wenigstens einen Teil eines zweiten Strahlungsführungswegs zum Führen zweiter Strahlung, die von einer Beleuchtungsvorrichtung (12) ausgesendet wird. Eine Steuerschaltung (20) umfasst eine erste Sensorschaltung (21) zum Betreiben eines oder mehrerer Strahlungssensoren (11), eine Beleuchtungsschaltung (22) zum Betreiben einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen (22) und wenigstens eine Verbindung (26) zwischen den Schaltungen (21, 22).

Description

Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf eine Strahlungserfassungsvorrichtung und auf eine Schaltung nach Maßgabe der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.
Strahlungserfassungsvorrichtungen werden häufig für die Bewegungs- und Anwesenheitserfassung verwendet. Häufig ist die erfasste Strahlung Infrarotstrahlung (Wellenlänge über 800 nm, vorzugsweise über 1,5 μm, vorzugsweise unter 20 μm oder unter 10 μm). Die Bewegungs- oder Anwesenheitserfassung kann z. B. für die Beleuchtungssteuerung oder für die Einbrucherfassung verwendet werden.
Häufig verwendet die Bewegungs- und Anwesenheitserfassung eine Strahlungssignaländerung, um den sich verhältnismäßig schnell änderndem Signalteil, der von einer zu erfassenden Person ausgestrahlt wird, von der sich verhältnismäßig langsam ändernden Hintergrundstrahlung zu unterscheiden. Um auch in Reaktion auf kleine Bewegungen ein sich änderndes Signal zu erhalten, ist eine Abbildung des zu überwachenden Raumsektors auf eines von mehreren nach Maßgabe der gewünschten Auflösung angeordneten Sensorelementen notwendig oder ist eine optische Aufteilung des zu überwachenden Raums erforderlich, sodass unterschiedliche Abschnitte des zu überwachenden Raums abwechselnd auf ein und dasselbe Sensorelement abgebildet werden. Somit erfordern die Erfassungsvorrichtungen nach Maßgabe der gewünschten Erfassungsauflösung ausreichend Empfindlichkeit und Abbildungs- oder Raumsektorierungsfähigkeiten, um eine leistungsfähige Bewegungs- und Anwesenheitserfassung zu leisten.
Infraroterfassungselemente sind häufig nicht empfindlich für die Temperatur selbst, sondern eher für Temperaturgradienten über die Zeit oder über die Entfernung. Um diese Gradienten zu erhalten, haben Bewegungsdetektoren entweder Abbildungstechniken zum Abbilden des zu überwachenden Raums auf eines von mehreren Erfassungselementen verwendet oder verwenden sie Aufteilungstechniken zum Aufteilen eines zu überwachenden Raums durch geeignete Optik in mehrere Raumbruchteile, sodass Änderungen auftreten, während eine Strahlungsquelle in einen Bruchteil des überwachten Raums eintritt oder ihn verlässt. Je mehr Bruchteile gebildet werden, desto besser ist die räumliche Auflösung. Da die Aufteilung mit einer optischen Einrichtung erreicht wird, hängen die Bruchteile von den Fokussierungseigenschaften ab. Da mit langen Brennweiten mehrere einzelne Bruchteile, die auch mit kurzen Brennweiten gebildet werden könnten, in ihrer Erfassungswirkung besser voneinander getrennt werden können, kann mit langen Brennweiten im Vergleich zu kurzen Brennweiten eine viel bessere Aufteilung erreicht werden. Eine Nebenwirkung der langen Brennweiten ist die weitere Apertur und somit ein höherer absoluter Signalpegel.
Dementsprechend ist eine lange Brennweite des Abbildungssystems notwendig, um gleichzeitig ausreichend räumliche Empfindlichkeit (d. h. hohe Aufteilung) und hohe Signalamplitude zu leisten. Allerdings machen die empfehlenswerten langen Brennweiten diese Sensoren groß und somit leicht erkennbar. Insofern werden Bewegungsdetektoren häufig als ästhetisches Problem angesehen und fehlt ihnen in der Architekturplanung die Akzeptanz.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Strahlungserfassungsvorrichtung mit guter räumlicher Empfindlichkeit und Auflösung zu schaffen, die schwer zu erkennen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Eine Strahlungserfassungsvorrichtung weist Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Wegs, vorzugsweise vom Strahlungskonvergenz- oder -fokussierungswesen, für einfallende/empfangene Strahlung auf. Die Wegerzeugungseinrichtung kann ebenfalls von einer Beleuchtungsvorrichtung für ausgesendete Strahlung verwendet werden und/oder ist in einer Beleuchtungsvorrichtung gebildet oder ist mit einem Reflektor einer Beleuchtungsvorrichtung als eine Einheit gebildet.
Genauer umfasst eine Strahlungserfassungsvorrichtung zum Erfassen einer ersten Strahlung, vorzugsweise Infrarotstrahlung, einen Strahlungssensor zum Erfassen der ersten Strahlung und ein Strahlungsführungselement, das wenigstens einen Teil eines ersten Strahlungswegs zum Führen und vorzugsweise Konvergierenlassen oder Fokussieren der ersten Strahlung in Richtung des Sensors bildet. Außerdem bildet das erste Strahlungsführungselement wenigstens einen Teil eines zweiten Strahlungswegs zum Führen zweiter Strahlung, vorzugsweise im sichtbaren Bereich, die von der Beleuchtungsvorrichtung ausgesendet wird, und/oder ist es in einer Beleuchtungsvorrichtung gebildet oder ist es als eine Einheit mit einem Reflektor einer Beleuchtungsvorrichtung gebildet und wird von ihr verwendet.
Mit einer solchen Konstruktion kann die Strahlungserfassungsvorrichtung die Wegformungskomponenten der Beleuchtungsvorrichtung verwenden oder kann sie die Beleuchtungsinstallationen als ”Maskierung” oder ”Versteck” der Erfassungsstruktur verwenden. Beleuchtungsvorrichtungen sind in ihrer Anwesenheit akzeptiert und sind ohnehin verhältnismäßig groß, sodass in diesen Vorrichtungen ebenfalls verhältnismäßig leicht auch optische Wege mit langer Brennweite gebildet und untergebracht werden können.
Der elektrische/elektronische Teil des Strahlungserfassungsabschnitts kann in der Nähe und vorzugsweise als eine Einheit mit dem elektrischen/elektronischen Teil des Beleuchtungsabschnitts gebildet sein, sodass der Strahlungserfassungsabschnitt nicht als eine getrennte Einheit erkennbar ist. Der Strahlungssensor und die Beleuchtungsvorrichtung können auf einem gemeinsamen Substrat vorgesehen sein, das eine übliche Leiterplatte oder eine übliche Einheit sein kann. Zwischen dem Erfassungsabschnitt und dem Beleuchtungsabschnitt kann eine Wärmeisolation vorgesehen sein. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eine oder eine Anordnung von Punktbeleuchtungsvorrichtungen, vorzugsweise eine oder mehrere LEDs oder OLEDs, sein oder umfassen. Für die Anwesenheitserfassung ist die Verwendung von Pyrodetektoren bevorzugt.
Eine Steuerschaltung für eine kombinierte Strahlungserfassungs- und Strahlungsemissionsvorrichtung, vorzugsweise wie sie in dieser Beschreibung beschrieben ist, weist Steuerabschnitte sowohl für einen Strahlungssensor als auch für eine Beleuchtungsvorrichtung auf, wobei die Steuerabschnitte für den Signal- und Informationsaustausch miteinander verbunden sind.
Genauer umfasst die Steuerschaltung eine Sensorschaltung zum Betreiben eines oder mehrerer Strahlungssensoren, eine Beleuchtungsschaltung zum Betreiben einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen und eine Verbindung zwischen den Schaltungen.
Eine solche Steuerschaltung ist praktisch brauchbar, wenn ein Strahlungssensor und eine Beleuchtungsvorrichtung nahe zusammen sind (wie etwa, wenn sie als eine Einheit gebildet sind oder gemeinsame Strahlungsführungselemente verwenden), sodass der Signalaustausch zwischen der Sensorschaltung und der Beleuchtungsschaltung, z. B. durch Steuern der Beleuchtung nach Maßgabe der erfassten Signale, leicht ausgeführt werden kann.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann eine mehr oder weniger gestaltete Beleuchtungsvorrichtung für die reguläre Raumbeleuchtung sein und kann – zusammen mit dem Sensorabschnitt – an einer Wand oder unter einer Decke eines Zimmers montierbar sein oder kann daran aufhängbar sein oder kann eine Stehleuchte sein.
Eine Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Strahlungserfassungsvorrichtung zum Erfassen einer ersten Strahlung, vorzugsweise Infrarotstrahlung, durch einen Strahlungssensor, wenigstens ein erstes Strahlungsführungselement, das wenigstens einen Teil eines ersten Strahlungswegs zum Führen und vorzugsweise Konvergierenlassen oder Fokussieren der ersten Strahlung in Richtung des Sensors bildet, und eine Beleuchtungsvorrichtung, wobei das erste Strahlungsführungselement ebenfalls wenigstens einen Teil eines zweiten Strahlungsführungswegs zum Führen von zweiter Strahlung, vorzugsweise im sichtbaren Bereich, die von der Beleuchtungsvorrichtung ausgesendet wird, bilden kann oder in dem Beleuchtungsgerät gebildet sein kann oder als eine Einheit mit der Strahlungsführung einer Beleuchtungsvorrichtung gebildet sein kann. Die Beleuchtungsvorrichtung kann ein oder kein Strahlungsführungselement zum Aussenden ihrer Strahlung aufweisen.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, in der:
1 eine schematische Seitenansicht einer Strahlungserfassungsvorrichtung ist,
2 eine schematische Ausführungsform einer elektrischen/elektronischen Anordnung zeigt,
3 eine bestimmte Strahlungsführungsausführungsform zeigt,
4 eine Einheit eines Strahlungssensors und einer Beleuchtungsvorrichtung zeigt, und
5 eine Ausführungsform eines Strahlungsführungselements zeigt.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Strahlungserfassungsvorrichtung in der Seiten- oder Schnittansicht. In 1 symbolisiert 10 die gesamte Strahlungserfassungsvorrichtung. Sie umfasst einen Strahlungssensor 11, der ein Infrarotstrahlungssensor in einem Gehäuse sein kann, der in eine Schaltung eingebaut ist. 12 ist eine Beleuchtungsvorrichtung oder wenigstens eine Fassung davon. 13 ist ein erstes Strahlungsführungselement, das in der gezeigten Ausführungsform als ein Reflektor gebildet ist. 14 ist ein Substrat, das in der gezeigten Ausführungsform sowohl den Sensor 11 als auch die Beleuchtungsvorrichtung 12 trägt. 15 symbolisiert erste Strahlung, die entlang des gezeigten Wegs (ersten Strahlungswegs) in Richtung des Strahlungssensors 11 fortschreitet. 16 symbolisiert von der Beleuchtungsvorrichtung ausgesendete zweite Strahlung, vorzugsweise im sichtbaren Bereich (400 nm bis 800 nm), entlang des gezeigten Wegs (des zweiten Strahlungswegs).
Ein Beleuchtungsgerät umfasst wenigstens die Beleuchtungsvorrichtung und möglicherweise außerdem einen Reflektor, Befestigungseinrichtung und andere Komponenten. Das erste Strahlungsführungselement ist als eine Einheit mit dem Beleuchtungsgerät gebildet.
Ferner zeigt 1 eine Ausführungsform, in der das erste Strahlungsführungselement 13 gemeinsam zum Führen einfallender Strahlung (Infrarotstrahlung) in Richtung des Sensors 11 und zum Führen ausgesendeter Strahlung (sichtbares Licht, ein Wellenlängengemisch, vorzugsweise 400 nm–800 nm) von der Beleuchtungsvorrichtung 12 weg verwendet ist.
Das Strahlungsführungselement 13 kann, braucht aber nicht notwendig, von fokussierendem oder konvergierendem Wesen zu sein. Es kann aus verschiedenen Abschnitten mit verschiedenen Brennweiten bestehen. Die Brennweite des Gesamtstrahlungswegs kann größer als 20 mm oder größer als 35 mm oder größer als 50 mm sein. Beleuchtungsreflektoren haben üblicherweise eine Brennweite in diesen Dimensionen, sodass dadurch, dass Beleuchtungsreflektoren ebenfalls zum Führen einfallender Strahlung in Richtung eines Sensors verwendet werden, diese Erfassungsvorrichtungen eine verhältnismäßig lange Brennweite haben, sodass sie sowohl ausreichend Erfassungsempfindlichkeit aufweisen als auch die räumliche Aufteilung erfüllen, um die gewünschten Temperaturänderungen bei den Sensorelementen des Sensors zu erhalten. Da die Erfassungsstruktur in die Beleuchtungsstruktur integriert ist, ist sie außerdem an sich nicht getrennt erkennbar, sodass Akzeptanzprobleme vermieden werden. Die äußere Erscheinung der gesamten Vorrichtung kann die einer regulären Beleuchtungsvorrichtung sein.
In 1 nicht gezeigt sind Haltestrukturen, die das Element 13 und die Struktur 11, 12, 14 in einer bestimmten räumlichen Beziehung in Bezug zueinander halten. Solche Haltestrukturen sind sicher vorgesehen, um die gewünschte relative Positionsbeziehung zwischen den betroffenen Komponenten aufrecht zu erhalten.
2 zeigt als Blockschaltplan eine mögliche Schaltungsanordnung einer Steuerschaltung 20. 11 ist der Strahlungssensor, der IR-Strahlung 15 empfängt. 12 ist die Beleuchtungsvorrichtung, die Strahlung 16, vorzugsweise im sichtbaren Bereich, und die vorzugsweise ein Gemisch von Wellenlängen/Frequenzen ist, aussendet. Die gezeigte Struktur ist eine Steuerschaltung für einen oder mehrere Sensoren 11 und für die eine oder für die mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 22. Der Sensor (die Sensoren) 11 und die Beleuchtungsvorrichtung(en) 12 können wie gezeigt eine gemeinsame Stromversorgung 29 (DC oder AC) aufweisen oder können getrennte Stromversorgungen aufweisen. Gleichfalls können sie eine gemeinsame Signalzuführungsleitung 28 aufweisen, die mit geeigneter Multiplexierung verwendet wird, oder können sie getrennte Signalzuführungen 27 aufweisen. Die Signalzuführung kann sowohl Signale in Richtung der jeweiligen Einheiten als auch Signale von den jeweiligen Einheiten weg enthalten.
Die Schaltungsanordnung umfasst eine erste Sensorschaltung 21 zum Betreiben eines oder mehrerer Strahlungssensoren 11. Die Sensorschaltung 21 kann eine Signalverarbeitungsschaltung 23 und eine Schnittstellenschaltung 24 umfassen. Die Signalverarbeitungsschaltung 23 kann Signale von dem Sensor 11 empfangen und Signale an den Sensor 11 liefern. Sie kann eine Analog/Digital-Umsetzungseinheit (analog in Richtung des Sensors) umfassen. Sie kann eine Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung zum Formatieren, Kompensieren, Korrigieren und Multiplexieren von Signalen in Richtung des und von dem Sensor 11 umfassen. Sie kann einen Speicher zum Halten von Programmdaten, Steuerdaten oder Steuerparametern umfassen. Der Speicher kann wenigstens teilweise wiederbeschreibbar sein und kann wenigstens teilweise resident sein. Die Schnittstellenschaltung 24 kann Signale von außen empfangen und kann Signale nach außen liefern. Sie kann eine Verbindung mit einer dedizierten Steuerleitung 27 und/oder mit einer gemeinsamen Steuerleitung 28 aufweisen. Außerdem kann sie eine Superpositionsschaltung zum Überlagern von Signalen (wie etwa moduliertem AC) auf Leistung (AC oder DC) auf einer Stromversorgungsleitung 29 aufweisen oder kann sie einen drahtlosen Schnittstellenabschnitt aufweisen. Daneben kann sie eine Direktverbindung zu der Beleuchtungsschaltung 22 aufweisen. Außerdem ist sie mit der Signalverarbeitungsschaltung 23 verbunden.
Die Beleuchtungsschaltung 22 kann eine Beleuchtungsvorrichtungs-Steuerschaltung 25 aufweisen, die ein Ein/Aus-Schalter für die Beleuchtungsvorrichtungen 12, eine Dimmerschaltungsanordnung oder dergleichen sein oder umfassen kann. Sie kann ihr Anweisungssignal von einer Steuerleitung 28 oder über die Leitung 26 direkt von der Sensorschaltung 21 empfangen.
Die Beleuchtungsschaltung 22 und die erste Sensorschaltung 21 können als eine Einheit gebildet sein. Sie können auf einer getrennten oder auf derselben Leiterplatte gebildet sein. Außerdem können sie Komponenten, z. B. eine digitale Steuerkomponente (digitale integrierte Schaltung, digitaler Controller), gemeinsam nutzen und können sie verschiedene, wenigstens teilweise analoge Ausgänge in Richtung der Beleuchtungsvorrichtung 12 und der Sensorvorrichtung 11 aufweisen. Sie kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) sein oder umfassen.
Die Beleuchtungsschaltung 22 kann zum Einschalten der Beleuchtung nach Maßgabe eines Erfassungssignals von der Sensorschaltung 21 ausgelegt sein. Sie kann ferner einen Zeitgeber zum Ausschalten der Beleuchtung nach einer bestimmten Zeitspanne nach der letzten Erfassung umfassen. Sie kann ferner zum Empfangen eines Steuersignals Von einer fernen Sensorschaltung wie etwa einer Sensorschaltung, die als in 2 gezeigte Sensorschaltung 21 gebildet ist, ausgelegt sein. Die Beleuchtungsvorrichtungen 12 können eines oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen oder Steueranschlüsse davon umfassen. Wenigstens einige der Beleuchtungseinrichtungen können fern, insbesondere auf einem getrennten Substrat, gebildet sein und ihre Ansteuersignale über eine geeignete Leitung oder über einen geeigneten Kanal von der Beleuchtungsschaltung 22 empfangen.
Neben dem Strahlungssensor 11 kann außerdem, z. B. innerhalb des Strahlungssensors 11 oder getrennt von ihm, ein Temperatursensor (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Es kann eine zweite Sensorsteuerschaltung (nicht gezeigt) zum Betreiben des Temperatursensors 11 vorgesehen sein. Sie kann ebenfalls durch Multiplexierung/Timesharing durch die Strahlungssensor-Steuerschaltung 21 implementiert sein. Sowohl das Temperatursignal als auch das Strahlungssignal können zum Steuern der Beleuchtungsvorrichtung 12 verwendet werden. Gleichfalls kann das Temperatursignal zum Steuern der Signalverarbeitung des Strahlungssensorsignals, z. B. zum Korrigieren des Strahlungssensorsignals nach Maßgabe des Temperatursensorsignals oder dergleichen, verwendet werden.
Die Stromversorgung kann eine DC-Stromversorgung oder eine AC-Stromversorgung sein. Sie kann in den jeweiligen Schaltungen (Gleichrichtung, Glättung) in die geforderte Versorgung umgesetzt werden.
Der Strahlungssensor 11 kann ein Sensorelement sein oder umfassen, das durch eine Thermosäule oder durch ein Bolometer oder durch einen Pyrodetektor oder durch eine Photodiode oder durch eine Infrarotdiode gebildet ist. Er kann ein solches Sensorelement oder eine Anordnung mehrerer solcher Sensorelemente umfassen. Der Sensor 11 kann ein Standardgehäuse wie etwa TO5 aufweisen oder kann als eine Oberflächenmontagevorrichtung (SMD) gebildet sein. Er kann ein spezifisches Strahlungseintrittsfenster aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung 12 kann eine oder eine Anordnung von Punktbeleuchtungsvorrichtungen, vorzugsweise eine oder mehrere LEDs oder OLEDs, sein oder umfassen oder kann eine Leuchtstofflampe umfassen. Für die Anwesenheitserfassung ist die Verwendung von Pyrodetektoren bevorzugt.
3 zeigt schematisch in einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform der Strahlungserfassungsvorrichtung. Sie umfasst das erste Strahlungsführungselement 13 und ein zweites Strahlungsführungselement 31. Das erste Strahlungsführungselement 13 kann wie oben beschrieben sowohl für einfallende Strahlung in Richtung des Sensors als auch für ausfallende Strahlung von den Beleuchtungsvorrichtungen 12 weg verwendet werden. Das zweite Strahlungsführungselement 31 kann nur zum Führen von Strahlung 15 in Richtung des Sensors 11 verwendet werden. Die Anordnung des Sensors 11 und der Beleuchtungsvorrichtung 12 kann derart sein, dass sie auf gegenüberliegenden Oberflächen eines einheitlichen Körpers angeordnet sind. Das zweite Strahlungsführungselement 31 kann ebenfalls ein reflektierendes Element, insbesondere ein Spiegel, sein, der je nach Geometrie ein Planspiegel oder ein Hohlspiegel oder ein Wölbspiegel oder ein Facettenspiegel sein kann.
Wenn, allgemein gesagt, mehrere Strahlungsführungselemente vorgesehen sind, ist wenigstens eines von ihnen in einer Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen und kann vorzugsweise sowohl für einfallende als auch für ausfallende Strahlung 15 und 16 verwendet werden, während eines oder mehrere andere anderswo vorgesehen sein können oder nur für eine von ihnen verwendet werden.
Diesbezüglich wird dargelegt, dass die von dem Sensor 11 überwachten Bereiche oder räumlichen Sektoren auf der einen Seite und die von der Beleuchtungsvorrichtung 12 beleuchteten Raumteile auf der anderen Seite nicht notwendig zusammenzufallen brauchen. Für die Anwesenheitserfassung ist es nicht immer notwendig, dass der Strahlungssensor in jene Raumsektoren blickt, die von der Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet werden. Vielmehr kann die Gesamtstrahlungsführungsanordnung z. B. derart sein, dass die Beleuchtung in Richtung bestimmter (zentraler) Bereiche oder Sensoren geführt wird, während die Sensorempfindlichkeit in anderen, z. B. peripheren Bereichen oder Sektoren des Raums maximal ist.
Das erste Strahlungsführungselement 13 kann eine glatte Oberfläche aufweisen oder kann, wie in 3 gezeigt ist, gebogene Punkte oder Linien oder einen Scheitel 34 aufweisen, um die Geometrie für die Ausstrahlungseigenschaften der Gesamtbeleuchtungsvorrichtung zu optimieren.
Das erste Strahlungsführungselement 13 und/oder das zweite Strahlungsführungselement 31 können Facetten aufweisen, d. h, mehrere verhältnismäßig kleine Oberflächenabschnitte mit Kanten zwischen ihnen aufweisen, sodass die gewünschte Raumsegmentierung für die Strahlungserfassung erreicht wird.
Beide Strahlungsführungselemente können Spiegel oder andere Körper mit reflektierenden Oberflächen sein. Ihre reflektierenden Oberflächen können einander gegenüberliegen. Der Sensor 11 und die Beleuchtungsvorrichtung 12 können zwischen den zwei Strahlungsführungselementen 13, 31 vorgesehen sein. Das erste Strahlungsführungselement 13 kann ebenfalls durch mehrere Elemente gebildet sein, die zu einer Betriebseinheit zusammengesetzt sind. Um die betroffenen Elemente in einer gewünschten räumlichen Beziehung zu halten, ist wieder eine Halteeinrichtung vorgesehen. Diese Komponenten sind in 3 nicht gezeigt, sind aber natürlich vorgesehen. Das zweite Strahlungsführungselement 31 kann, z. B. dadurch, dass es an das Sensorgehäuse geklemmt ist, direkt an dem Sensor befestigt sein.
Die Strahlungsführungselemente können symmetrisch oder asymmetrisch geformt sein. Die Symmetrie kann eine Liniensymmetrie oder eine Rotationssymmetrie sein. Die in 2 gezeigten elektrischen und elektronischen Strom- und Signalversorgungsleitungen 27, 28 und 29 sind in 1 und 3 nicht gezeigt. Natürlich sind sie aber bei Bedarf vorgesehen.
Allgemein gesagt, können das eine oder die mehreren Strahlungsführungselemente Spiegel/reflektierende Oberflächen umfassen. Allerdings können eines oder mehrere von ihnen ebenfalls eine Linse oder eine Fresnel-Linse oder ein Phasenplättchen oder ein Interferenzgitter sein. Die Gesamtbrennweite für den Strahlungssensor kann länger als 20 oder länger als 25 oder länger als 30 oder länger als 35 mm sein. Sie kann länger als 50 mm sein. Sie kann kürzer als 300 mm oder 200 mm oder 150 mm oder 100 mm sein. Die Gesamtbrennweite kann durch eine Kombination der erwähnten ersten und/oder zweiten Strahlungsführungselemente 13, 31 und möglicherweise durch ein bei dem Sensor selbst vorgesehenes optisches Element erreicht werden.
Der Sensor ist üblicherweise eine Komponente in einem Gehäuse, wobei das Gehäuse ein Strahlungseintrittsfenster aufweist, das durch ein strahlungsdurchlässiges Material geschlossen ist. Für die Infraroterfassung kann Silicium oder eine Art Harz als Material verwendet werden. Das Fenster des Sensors selbst braucht überhaupt keine fokussierenden Eigenschaften aufzuweisen und kann dann üblicherweise eine ebene Platte sein, sodass dann die Fokussierungslänge durch das erste und durch das zweite Führungselement 13, 31 erzeugt werden müsste.
Die Brennweite, wie sie in dieser Beschreibung behandelt ist, kann wie üblicherweise in der Optik für Linsen- oder Spiegelsysteme definiert verstanden werden. In Verbindung mit einem Erfassungsdetektor kann sie aber auch als die Entfernung der Erfassungselemente des Sensors 11 von dem Strahlführungselement und insbesondere von dem entferntesten Strahlführungselement, falls in dem Strahlungsweg in Richtung des Sensors 11 mehrere von ihnen vorgesehen sind (13 in 1 und 3), verstanden werden. Um die Notwendigkeiten der Aufteilung und Beleuchtung zu behandeln, können die einzelnen Strahlführungselemente verschiedene Brennweiten aufweisen. Falls die Entfernung oder Brennweite über die effektive (Strahlungsempfangs-)Apertur des Sensors 11 nicht konstant ist, kann der Durchschnitt oder die größte oder kleinste Entfernung oder Brennweite als Brennweite verwendet werden.
4 zeigt schematisch ein Substrat zum Tragen eines Sensors 11 und einer Beleuchtungsvorrichtung 12. Es umfasst verschiedene Abschnitte 32 und 33, die Hauptoberflächen eines flachen Substrats sein können. Der eine Abschnitt oder die Hauptoberfläche 32 trägt die Beleuchtungsvorrichtung, der andere Abschnitt oder die Hauptoberfläche 33 trägt den Sensor 11. Zwischen ihnen kann eine Wärmeisolationseinrichtung 41 vorgesehen sein und die Abschnitte trennen. Die Wärmeisolation kann eine Wärmestromsperre umfassen und/oder kann eine Strahlungssperre umfassen. Die Strahlungssperre kann ein geeignetes Abschattungselement sein, um zu vermeiden, dass direkt oder indirekt von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Strahlung direkt oder indirekt in den Sensor eintritt. Die Wärmestromsperre kann eine Art isolierender Substanz oder isolierender Struktur mit hohem Wärmestromwiderstand sein, sodass verringert oder unterdrückt wird, dass in der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Abwärme den Strahlungssensor erreicht. Die Wärmestromsperre kann z. B. ein Luftspalt 41 oder ähnliche Installationen sein.
Außerdem kann eine Wärmestrom-Verteilungseinrichtung vorgesehen sein, um den Wärmestrom von der Beleuchtungsvorrichtung 12 in Richtung des Sensors 11 zu formen oder auszugleichen. Wenn der Wärmestrom nicht vollständig unterdrückt werden kann, kann es bevorzugt sein, ihn auf definierte Weise zu formen (z. B. ihn über einen bestimmten Querschnitt auszugleichen), sodass der Strahlungssensor bekannte Temperaturen oder Temperaturgradienten erfährt. Zum Beispiel kann eine Wärmestrom-Verteilungseinrichtung als eine Wärmestromsperre mit unterschiedlichen Wärmestromwiderständen an verschiedenen Abschnitten davon gebildet sein.
Eines der Strahlungsführungselemente 13, 31 kann in seiner Strahlungsführungsrichtung (seinen Strahlungsführungsrichtungen) und/oder hinsichtlich seiner Fokussierungseigenschaften einstellbar sein. Vorzugsweise kann das zweite Strahlungsführungselement 31 einstellbar sein. Es kann erwünscht sein, das Fokussierungsgebiet für den Sensor zu einem anderen Gebiet als dem der Beleuchtungsvorrichtung zu lenken. Insofern können das erste und/oder das zweite Strahlungsführungselement 31 in ihrer Orientierung oder Lage einstellbar sein oder eine einstellbare Schattierung umfassen.
5 zeigt Ausführungsformen von Strahlungsführungselementen. 5a kann das üblicherweise verwendete erste Strahlungsführungselement 13 sein. Es kann unterschiedliche Abschnitte 51 und 52 aufweisen. Einer oder mehrere Abschnitte 51, vorzugsweise in einem zentralen Bereich des Strahlungsführungselements 13, sind hauptsächlich zum Führen von der Beleuchtungsvorrichtung 12 ausgesendeter Strahlung 16 geformt und optimiert, während einer oder mehrere Abschnitte 52, die vorzugsweise in dem peripheren Bereich des Strahlungsführungselements 13 geformt sind, hauptsächlich zum Führen von Strahlung in Richtung des Sensors 11 geformt und optimiert sind. Der Übergang 53 zwischen den Bereichen 51 und 52 kann eine erkennbare Biegung oder Ecke sein oder kann glatt sein. Es wird hervorgehoben, dass dennoch beide Gebiete 51 und 52 sowohl einfallende Strahlung, die von dem Sensor 11 erfasst werden soll, als auch ausfallende Strahlung, die von der Beleuchtungsvorrichtung 12 ausgesendet wird, empfangen und reflektieren können. Allerdings können sie in ihrer Lage jeweils für die eine oder für die andere von ihnen optimiert sein.
5b zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Facetten-Strahlungsführungselement, das ein Facettenspiegel oder eine reflektierende Facettenoberfläche sein kann. Es kann das erste oder das zweite Strahlungsführungselement 13, 31 oder ein Abschnitt 51, 52 davon sein. Es umfasst unterscheidbare Gebiete oder Facetten 55a, 55b, 55c und 55d mit erkennbaren Übergängen 56 zwischen ihnen. Die Übergänge 56 können leichte Biegungen oder Scheitel zwischen den jeweiligen Facetten sein. Die optischen Achsen der jeweiligen Facetten können untereinander nicht parallel sein, sodass sie in verschiedene Raumsektoren ”blicken” und jeweils den jeweiligen Sektor auf das Strahlungserfassungselement abbilden. Die verhältnismäßig lange Brennweite sichert eine klare Trennung der Wirkung der Strahlung von den jeweiligen Sektoren. Dennoch ist die lange Brennweite auch dann nützlich bei der Bereitstellung eines schmalen Überwachungssektors, von dem ein deutlich unterscheidbares Signal erzeugt wird, wenn darin ein relevantes Ereignis auftritt, wenn nur eine Fassette vorgesehen ist. Wenn die Größe des abgebildeten Bereichs eines Sektors (”Hintergrund”) kleiner wird, nimmt die verhältnismäßige Stärke des Strahlungssignals von einer zu überwachenden Person (”Vordergrund”) zu, da in dem absolut kleineren Hintergrund ein Vordergrund mit derselben Größe – und dementsprechend von ihm ausgehenden Strahlung – verhältnismäßig größer wird.
Ein Facettenstrahlungsführungselement kann irgendwo in dem Strahlungsweg in Richtung des Strahlungssensors 11 vorgesehen sein, um die gewünschte räumliche Aufteilung bereitzustellen. Es kann z. B. bei dem gemeinsamen ersten Strahlungsführungselement 13, insbesondere in dem Bereich 52 in 5a, der sich in einem oder in mehreren peripheren Abschnitten eines Strahlungsführungselements befinden kann und der ihn ringartig umgeben kann, vorgesehen sein. Außerdem kann es für das zweite Strahlungsführungselement 31 vorgesehen sein. Die einzelnen Facetten 55 können eben oder konkav oder konvex sein. Die globale Gesamtquerschnittsform des Facettenstrahlungsführungselements kann eben oder konkav oder konvex, z. B. in Abhängigkeit von Raumbedeckungsbetrachtungen, geformt sein. Ein stärker konkaver globaler Querschnitt eines Spiegels kann die den einzelnen Facetten entsprechenden Raumsektoren nahe zusammenhalten, während eine ebene oder sogar eine konvexe Form sie im Raum verbreitern kann.
Auch wenn dies nicht explizit gesagt ist, sollen die in dieser Beschreibung beschriebenen Merkmale, sofern die Kombination nicht aus technischen Gründen ausgeschlossen ist, als miteinander kombinierbar gelten. Gleichfalls können Merkmale getrennt voneinander verwendet werden, auch wenn sie hier in Kombination miteinander beschrieben sind, sofern die verbleibende Merkmalskombination technisch nützlich ist und innerhalb des weitesten beschriebenen Konzepts der Erfindung bleibt.

Claims

Strahlungserfassungsvorrichtung (10) zum Erfassen einer ersten Strahlung (15), vorzugsweise Infrarotstrahlung, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Strahlungssensor (11) zum Erfassen der ersten Strahlung, wenigstens ein erstes Strahlungsführungselement (13), das wenigstens einen Teil eines ersten Strahlungswegs bildet, um die erste Strahlung in Richtung des Sensors zu führen und vorzugsweise konvergieren zu lassen oder zu fokussieren, wobei das erste Strahlungsführungselement (13) außerdem wenigstens einen Teil eines zweiten Strahlungswegs zum Führen zweiter Strahlung (16), vorzugsweise im sichtbaren Bereich, die von einer Beleuchtungsvorrichtung (12) ausgesendet wird, bildet oder in einem Beleuchtungsgerät gebildet ist oder als eine Einheit mit einer Strahlungsführung eines Beleuchtungsgeräts gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein zweites Strahlungsführungselement (31) umfasst, das wenigstens einen Teil des ersten Strahlungsführungswegs bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Signalisierungsschnittstelle (24) zum Ausgeben von nach Maßgabe der Sensorausgabe erhaltener Informationen umfasst, wobei die Schnittstelle zum Ausgeben von Signalen in Richtung einer dedizierten Leitung (26, 27) oder zum Überlagern von Signalen auf einer Stromversorgungsleitung (29) oder unter Verwendung einer drahtlosen Schnittstelle ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungssensor (11) und die Beleuchtungsvorrichtung (12) eine gemeinsame Stromversorgung (29) und/oder eine oder mehrere gemeinsame Steuersignalleitungen (28) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungssensor (11) und die Beleuchtungsvorrichtung (12) ein gemeinsames Substrat (14) und/oder eine gemeinsame Steuerschaltung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Substrat (14) zwei Hauptoberflächen (32, 33) aufweist, wobei der Sensor (11) und die Beleuchtungsvorrichtung (12) auf derselben oder auf verschiedenen Hauptoberflächen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Strahlungsführungselement (13) eine erste und eine zweite Strahlungsführungsregion aufweist, die ein erstes und ein zweites Fokussierungsgebiet bzw. einen ersten und einen zweiten Brennfleck bereitstellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Isolationseinrichtung (41) zum Bereitstellen einer Wärmeisolation zwischen dem Strahlungssensor (11) und der Beleuchtungsvorrichtung (12) umfasst, wobei die Isolationseinrichtung eine Strahlungssperre und/oder eine Wärmeleitungssperre und/oder eine Belüftungsstruktur für den Sensor (11) umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Wärmestrom-Verteilungseinrichtung zum Formen des Wärmestromes von der Beleuchtungsvorrichtung zu dem Strahlungssensor umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Sensorschaltung (11, 21, 23, 24), eine Beleuchtungsschaltung (12, 22, 25) und eine Verbindung (26) zwischen ihnen umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Strahlungsführungselemente an dem Sensor befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Strahlungsführungselemente einstellbar ist, um eine wählbare räumliche Empfindlichkeit bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfasst: der Strahlungssensor umfasst eine Thermosäule oder ein Bolometer oder einen Pyrodetektor oder eine Photodiode oder eine Infrarotdiode oder eine Anordnung dieser Komponenten, die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere Punktstrahlungsvorrichtungen oder lineare Strahlungsvorrichtungen, vorzugsweise LEDs oder OLEDs oder eine Leuchtstofflampe, die Stromversorgung ist eine DC-Stromversorgung, das erste und/oder das zweite Strahlungsführungselement umfassen einen Spiegel oder einen Mehrfacettenspiegel oder eine Linse oder eine Mehrfacettenlinse oder eine Fresnel-Linse oder eine Mehrfacetten-Fresnel-Linse oder ein Phasenplättchen oder ein Interferenzgitter, das erste und/oder das zweite Strahlungsführungselement weisen einen strahlungskonvergierenden oder strahlungsfokussierenden Entwurf auf, um Strahlung in Richtung zu oder von einem Fokussierungsgebiet oder Brennfleck zu führen, eine Haltestruktur zum Halten des Strahlungssensors (11), der Beleuchtungsvorrichtung (12) und des Strahlungsführungselements in einer definierten räumlichen Beziehung zueinander, einen oder mehrere A/D-Umsetzer zwischen dem Strahlungssensor (11) und/oder der Beleuchtungsvorrichtung (12) und einer digitalen Steuerschaltung, einen Speicher, vorzugsweise wenigstens teilweise wiederbeschreibbar, zum Halten eines Steuerprogramms und/oder von Steuerdaten und/oder von Steuerparametern, der erste Strahlungsweg weist eine Brennweite von wenigstens 20 mm, vorzugsweise von wenigstens 30 mm, bevorzugter von wenigstens 40 mm auf, der Strahlungssensor, die Beleuchtungsvorrichtung oder eine Fassung für sie und das erste Strahlungsführungselement sind als eine Einheit gebildet, der Strahlungssensor weist ein Gehäuse mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster mit einer Brennweite größer als 50 mm, vorzugsweise einer flachen Platte, auf.
Steuerschaltung, vorzugsweise für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung umfasst: eine erste Sensorschaltung (21) zum Betreiben eines oder mehrerer Strahlungssensoren (11), eine Beleuchtungsschaltung (22) zum Betreiben einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen (22), wenigstens eine Verbindung (26) zwischen den Schaltungen (21, 22), Stromversorgungsleitungen (29) für die Schaltungen, und vorzugsweise eine Signalisierungsschnittstelle (24, 27, 28) für die Schaltungen.
Schaltung nach Anspruch 11, die eine zweite Steuerschaltung zum Betreiben eines Temperatursensors und eine Verbindung zwischen der zweiten Steuerschaltung und der ersten Steuerschaltung und/oder der Beleuchtungsschaltung umfasst.