DE2129666B2 - Ueberwachungseinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung einer Fläche auf Durchdringen mit einer im Brennpunkt eines gekrümmten optischen Elementes angeordneten punktförmigen Lichtquelle, bei der das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel von dem gekrümmten optischen Element in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen unterschiedlich verformt ist, um ein die Überwachungsfläche vollständig abtastendes Abtastlichtbündel zu erzeugen, das an einer dem gekrümmten optischen Element gegenüberliegenden Tripelspiegelanordnung in sich reflektierbar und einem fotoelektronischen Bauelement zuführbar ist.

Lichtschrankenanordnungen sind für verschiedene Zwecke seit langem in Gebrauch. Für einfache Registrier- und Zähleinrichtungen genügt hierbei meist ein einzelner Lichtstrahl, der bei Passieren der zu zählenden Gegenstände oder Personen jeweils einmal unterbrochen wird und damit einen Zählimpuls auslöst. Für Unfallschutzmaßnahmen und für Diebstahlsicherungen dagegen ist eine derart einfache Anordnung nicht geeignet, da sie zu leicht umgangen werden kann.

Für diese zuletzt genannten Zwecke ist man bestrebt, einen möglichst lückenlosen Lichtvorhang zu bilden, bei dem jedes beliebige Durchdringen einer geschützten Fläche unweigerlich ein Alarmsignal auslöst. Auch hierbei sind bereits verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden. Am sichersten wäre die Verwendung eines linienförmigen Strahlers und eines ebenfalls linienförmigen Empfängers, die beide jeweils eine ganze Seite der zu schützenden Fläche einnehmen. Da aber derartig linienförmige Bauelemente entweder überhaupt nicht bekannt oder wegen technischer Schwierigkeiten nicht allgemein anwendbar sind, versucht man auf andere Weise einen ähnlichen Effekt zu erzielen.

So ist beispielsweise aus der DT-AS 11 70 286 eine Vorrichtung bekannt, bei der viele einander zugeordnete Lampen und Fotozellen durch parallel verlaufende einzelne Lichtstrahlen eine Art Gitter bilden. Eine derartige Anordnung erfordert einen hohen Aufwand an Lampen und Fotozellen und bringt zudem immer noch keine lückenlose Absicherung der zu schützenden Fläche.

Weiterhin ist in der DT-AS 9 60 785 eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein einziger Lichtstrahl durch Ablenkung über die gesamte Schutzfläche hinweggeführt wird und dadurch eine Art Lichtvorhang erzeugt. Hierzu ist allerdings ein rotierender Ablenkmechanismus erforderlich, was einen entsprechenden Aufwand für Steuerung und Wartung erfordert.

Nach OS 14 41 426 ist ein Lichtgitter mit mehreren verstellbaren Planspiegeln pro Lichtquelle bekannt, wobei ein flacher streifenförmiger Lichtvorhang erzeugt wird. Die Anordnung ist jedoch sehr aufwendig, da viele einzelne Linsensysteme benötigt werden. In der DT-AS 12 75 913 wird ein streifenförmiger Hohlspiegel zur Erzeugung einer flächenförmigen Lichtschranke verwendet mit dem Ziel, eine Lichtschranke zu schaffen, die keine beweglichen Teile hat. Die Anordnung bedingt aber einen großen Hohlspiegel und bestreut nur eine geringe Fläche. Nach PS 7 65 353 wird mittels Prismen ein ständig weiterreflektiertes Lichtbündel über eine zu überwachende Fläche transportiert. Die Verwendung vieler optischer Bauteile macht diese Anordnung aufwendig. In der Literaturstelle »ABC der Optik« Mütze, Karl, Seite 756 und Seite 896 werden optische Elemente mit zwei senkrecht aufeinanderstellenden Schnitten verschiedener Krümmung gezeigt. Es ergibt sich aber nicht das Wissen daraus diese anamorphotischen Systeme zur Erzeugung von Lichtvorhängen zu verwende;!.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die lückenlose Überwachung einer Fläche fächerförmig zu ermöglichen, wobei sowohl die Strahlungsquelle als auch der Strahlungsempfänger punktförmig ausgebildet sein können, ohne daß zusätzlich bewegte Teile zur Ablenkung eines Energiestrahlers erforderlich sind. Dies wird bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch zwei gleichwertige Lösungen erreicht. Die erste Lösung besteht darin, daß das gekrümmte optische Element ein in der Ebene der zu überwachenden Fläche kreisförmig und in den dazu senkrechten Ebenen ellipsenförmig gekrümmter Spiegel ist.

Die zweite Lösung zeichnet sich dadurch aus. daß das gekrümmte optische Element eine Linse ist, die in der Ebene der zu überwachenden Fläche die Strahlung ungebrochen passieren läßt und in den dazu senkrechten Ebenen eine sammelnde Charakteristik aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Überwachung einer Fläche,

Fig.2 das Blockschaltbild für eine derartige Einrichtung,

F i g. 3 einen Kreis- Ellipsenspiegel,

F i g. 4 eine in der Einrichtung verwendbare Linse.

Die Fig. 1 zeigt einen rechteckigen Rahmen 1, beispielsweise einen Schaufensterrahmen, dessen gesamte umschlossene Fläche durch einen Lichtvorhang gegen das Eindringen von Personer/ oder auch Gegenständen abgesichert werden soll. Die hierzu notwendige Strahlung wird von einer Lumineszenzdiode 2 erzeugt, die in einer Ecke des Rahmens 1 angeordnet ist. Hinter dieser Lumineszenzdiode 2 ist ein Kreis-Ellipsen-Spiegel 3 angeordnet, der den auf ihn fallenden Lichtkegel reflektiert und dabei in einen Lichtfächer umwandelt

Dieser Lichtfächer weist einen Öffnungswinkel von mindestens 90° auf, so daß er die gesamte Rahmenfläche überstreicht; in der Ebene des Rahmens dagegen besitzt er nur eine geringe Dicke aufgrund der Ellipsenkrümmung des Spiegels und der damit verbundenen Bündelung der Lichtstrahlen. Die der Senderanordnung — bestehend aus der Lumineszenzdiode 2 und dem Spiegel 3 — gegenüberstehenden Rahmenseiten sind mit einer Vielzahl von Tripeistücken 4 versehen, von denen die Lichtenergie des ausgesandten Fächers zum größten Teil in die Richtung reflektiert wird, aus der sie empfangen wurde. In der Zeichnung sind die hinlaufenden Strahlen mit Sh, die reflektierten Strahlen Sr bezeichnet. Wenn die Tripeloberfläche senkrecht zu den einfallenden Strahlen Sh steht, wird ein maximaler Anteil an Lichtenergie von den Tripein als reflektierte Strahlung zum Ausgangspunkt rückgesandt. Da die Entfernung zwischen der Lichtsendeanordnung und den einzelnen Tripeistücken nicht immer gleich ist, kann durch eine etwas schräge Anordnung der näher gelegenen Tripeistücke die gesamte Überwachungsfläche etwa gleichmäßig mit Reflexionsenergie überdeckt werden.

Die reflektierten Lichtstrahlen Sr fallen auf eine Fotodiode 5, die vor der Lumineszenzdiode 2 angeordnet ist. Diese Fotodiode 5 gibt innerhalb eines bestimmten Lichtwellenlängenbereiches einen der auffallenden Lichtjeistung proportionalen Kurzschlußstrom ab. Jede Änderung dieses Stromes wird in einer differenzierenden Auswerteschaltung erkannt und zur Alarmgabe ausgewertet. Wird beispielsweise ein Störgegenstand 6 in die überwachte Fläche gebracht, so wird dadurch ein bestimmter Winkelbereich 7 des Lichtfächers abgedeckt. Die Fotodiode 5 erhäit weniger reflektierte Strahlungsenergie und gibt damit weniger Strom ab, was zur Alarmauslösung führt.

Die Fig.2 zeigt in einem Blockschaltbild die Einordnung der Sende- und Empfangsoptik in eine differenzierende Alarmschaltung. Der Sender 8 kann beispielsweise aus einem Multivibrator bestehen, der die Lichtmodulationsfrequenz erzeugt und die Lumineszenzdiode 2 zum Aussenden von Licht einer bestimmten Wellenlänge anregt. Dieses Licht wird am Spiegel 3 in einen Lichtfächer umgesetzt und überdeckt den zu schützenden Raum. Von den Tripelspiegeln 4 wird die Strahlung reflektiert und gelangt dann auf die Fotodiode 5, welche einen der empfangenen Lichtleitung proportionalen Wechselstrom erzeugt. Dieser Wechselstrom gelangt über einen Vorverstärker 9 und eine phasenempfindliche GSeichrichteranordnung 10 als Gleichspannungssignal an den Eingang eines Differenzierverstärkers 11. Änderungen dieser Gleichspannung,

ίο die durch Änderung der empfangenen Lichtleistung hervorgerufen werden, bewirken Ober einen elektronischen Schalter 12 die Steuerung eines Alarmgerätes 13. In der Fig. 3 ist die Konstruktion des in den Fig. 1 und 2 verwendeten Ellipsenspiegels gezeigt. Aus der Ellipse 21 mit den Brennpunkten Fl und F2 wird ein kleiner Abschnitt 22 ausgewählt. Durch Rotation um die durch den Brennpunkt Fl gehenden Achse 23 entsteht die Spiegelfläche 22, die in der eine Ebene elliptisch, und in der dazu senkrechten Ebene kreisförmig gekrümmt ist. Da die von einem Brennpunkt Fl ausgehenden Strahlen an der Ellipse alle auf den zweiten Brennpunkt F2 reflektiert werden, entsteht durch die Rotation um die Achse 23 eine Brennlinie F2, auf die alle von Fl ausgehenden Strahlen durch den Spiegel 22, 22 vereinigt werden. Durch Anordnung des Strahlers, beispielsweise der Lumineszenzdiode 2, im Brennpunkt Fl erhält man also den erwünschten Lichtfächer, dessen Strahlen alle durch die Rotationsachse 23 des Spiegels gehen.

Der öffnungswinkel des Lichtfächers kann unabhängig vom Öffnungswinkel des von der Lumineszenzdiode ausgesandten Lichtkegels maximal so groß wie der Winkel des Spiegelsektors gemacht werden. Der für eine rechteckige Schutzfläche benötigte 90°-Winkel für den Lichtfächer kann hierbei ohne weiteres realisiert werden.

In der F i g. 4 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, aus einem Strahlenkegel einen Strahlenfächer zu erzeugen. In diesem Fall geschieht dies durch eine Linse 31, die vor der Strahlenquelle angeordnet ist und die divergierenden Strahlen in einer Eübene bündelt. Die Konstruktion der Linse erfolgt durch Rotation eines konvexen Linsenquerschnittes 31a um eine Rotationsachse 32, die durch den Brennpunkt F3 geht. Wird in F3 die Strahlenquelle angeordnet, so werden die Strahlen in Richtung auf die Achse des Linsenquerschnitts zum Brennpunkt F4 hin gebündelt, während sie in der dazu senkrechten Ebene durch diesen Linsenquerschnitt sich ungehindert fächerförmig ausbreiten können. Es entsteht also wiederum eine Art Brennlinie F4. Die F i g. 4 zeigt diese Konstruktion in zwei Ansichten, von denen jede einen Schnitt durch die Hauptachse der jeweils anderen darstellt. Die Reflexion und Auswertung der Strahlung erfolgt im übrigen genauso wie bei den Anordnungen der F i g. 1 und 2.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung einer Fläche auf Durchdringen mit einer im Brennpunkt eines gekrümmten optischen Elementes angeordneten s punktförmigen Lichtquelle, bei der das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel von dem gekrümmten optischen Element in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen unterschiedlich verformt ist, um ein die Überwachungsfläche vollständig abtastendes Abtastlichtbündel zu erzeugen, das an einer dem gekrümmten optischen Element gegenüberliegenden Tripelspiegelanordnung in sich reflektierbar und einem fotoelektronischen Bauelement zuführbar ist, dadurch ge- IS kennzeichnet, daß das gekrümmte optische Element ein in der Ebene der zu überwachenden Fläche kreisförmig und in den dazu senkrechten Ebenen ellipsenförmig gekrümmter Spiegel (3) ist.

2. Einrichtung zur Überwachung einer Fläche auf Durchdringen mit einer im Brennpunkt eines gekrümmten optischen Elementes angeordneten punktförmigen Lichtquelle, bei der das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel von dem gekrümmten optischen Element in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen unterschiedlich verformt ist, um ein die Überwachungsfläche vollständig abtastendes Abtastlichtbündel zu erzeugen, das an einer dem gekrümmten optischen Element gegenüberliegenden Tripelspiegelanordnung in sich reflektierbar und einem fotoelektronischen Bauelement zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte optische Element eine Linse (31, 31a) ist, die in der Ebene der zu überwachenden Fläche die Strahlung ungebrochen passieren läßt und in den dazu senkrechten Ebenen eine sammelnde Charakteristik aufweist.