DE2645040B2

DE2645040B2 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2645040B2
Application number: DE19762645040
Authority: DE
Inventors: Hansjuerg Dipl.-Phys. Keller; Hansjoachim Dipl.-Math. Paschedag
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1979-02-22
Also published as: CH591733A5; DE2645040C3; DE2645040A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zum Feststellen des Eindringens einer bewegten Sache oder

Person, die eine elektromagnetische Eigenstrahlung aussendet, in einen Raum, der mehrere räumlich getrennte Strahlungsempfangsbereiche aufweist, die von den Strahlungsempfangsrichtungen mehrerer optischer Bündelungsmittel des Detektors bestimmt sind, welche eintreffende Strahlen auf einen Brennort fokussieren, an dem ein gemeinsamer Strahlungsempfänger des Detektors angeordnet ist

Es ist bereits bekannt, elektromagnetische Strahlung, z. B. Licht, Infrarot- oder Ultraviolett-Strahlung, aus mehreren unterschiedlichen Empfangsrichtungen in der Weise festzustellen, daß mehrere getrennte Strahlungsdetektoren mit Richtcharakteristik verwendet werden, wobei die Empfangsrichtung der einzelnen Strahlungsdetektoren auf die gewünschten Strahlungsempfangsr.'chtungen eingestellt wird. Ein solches Verfahren ist jedoch außerordentlich aufwendig und die Justierung auf die gewünschten Empfangsrichtungen außerordentlich mühsam.

Es ist daher immer wieder versucht worden, einen Strahlungsdetektor zum Strahlungsempfang aus mehreren unterschiedlichen Richtungen mit nur einem einzigen Strahlungsempfänger zu konstruieren. Bei einem aus der US-PS 21 98 725 vorbekannten Strahlungsdetektor dieser Art ist in einem gewissen Abstand vom einzigen Strahlungsempfänger ein Schirm mit einer Anzahl von öffnungen angebracht, durch welche die Strahlung auf den Strahlungsempfänger treffen kann. Dabei entsprechen die Verbindungslinien vom Strahlungsempfänger zu den einzelnen öffnungen den verschiedenen vorgesehenen Strahlungsempfangsrichtungen. Bei einer solchen Anordnung haben die einzelnen Empfangsbereiche jedoch einen verhältnismäßig großen öffnungswinkel, welcher zudem nicht einstellbar ist. Eine genaue Einstellung auf bestimmte Punkte oder Sektoren ist bei diesen vorbekannten Anordnungen daher nicht möglich.

Aus der DE-OS 2103 909 ist es weiter bekannt geworden, verschiedene diskrete Empfangsrichtungen mit optisch bündelnden Mitteln zu erzeugen, wie mit mehreren sphärischen Linsen oder Kugelspiegel-Abschnitten, deren optische Achsen nach den gewünschten Empfangsrichtungen ausgerichtet sind, wobei ein gemeinsamer Strahlungsempfänger in deren Brennpunkten angeordnet ist. Nachteilig ist dabei, daß die Form und Ausdehnung der Empfangsbereiche nicht beliebig gewählt und an gegebene Bedingungen angepaßt werden kann. Für größere Empfangsbereiche mußte eine Vielzahl von Reflektoren vorgesehen werden, was die Installation unzulässig kompliziert und verteuert.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Strahlungsdetektors, welcher einfach und billig im Aufbau und in der Herstellung ist und welcher sich an die einzelnen Empfangsbereiche in bezug auf Richtung, Form und öffnungswinkel leicht und mit geringem Aufwand anpassen läßt.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gekennzeichnet und wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig I zeigt einen Strahlungsdetektor mit drei getrennten, Empfangsrichtungen im Horizontalschnitt.

F i g. 2 zeigt eine Reflektorfläche eines Strahlungsdetektors mit zwei verschiedenen Hauptkrümmungsradien in perspektivischer Ansicht.

F i g. 3 zeigt einen Strahlungsdetektor zur Raumüber-

wachung mit mehreren Reflektorfläehen.

Fig.4 zeigt einen Strahlungsdetektor mit mehreren Zylinderlinsen.

Bei dem in F i g. 1 im Schnitt dargestellten Strahlungsdetektor ist an der offenen Vorderseite eines Gehäuses G ein Strahlungsempfänger S mit seiner Empfangsrichtung nach innen angeordnet. Dieser Strahlungsempfän ger kann eine spezifische Empfindlichkeit für die zu detektierende Strahlung, d. Ji. für Licht, Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung besitzen. Im Inneren des Gehäuses G befindet sich ein aus mehreren Teilen 1, Λ 2 und R 3 bestehender Reflektor. Die einzelnen Reflektorteile sind i» angeordnet, daß die Brennpunkte ihrer Horizontalschnitte angenähert in einem Punkt F zusammenfallen, welch« in unmittelbarer Nähe des Strahlungsempfängers S liegt Die Achsen der drei Reflektorfläehen sind nach verschiedenen Richtungen Ei, Et, und £3 ausgerichtet Diese Richtungen werden nun so gewählt, daß sie mit den Mitten der gewünschten Strahlungsempfangsrichtungen zusammenfallen. Der Strahlungsempfänger 5 ist weiterhin mit einer elektrischen Auswerteschaltung A zur Anzeige der Intensität oder Änderung der aus den vorgesehenen Fmpfangsrichtungen eintreffenden Strahlung verbunden.

Falls nun die Horizontalschnitte der Refiektorteile parabelförmig gestaltet sind, so haben sie die Eigenschaft, die aus Richtung der Parabelachse eintreffende Strahiung im Brennpunkt Fl zu sammeln. Der in F i g. 1 dargestellte Strahlungsdetektor wird also nur Strahlung aus Richtung der Parabelachsen der drei Reflektorflächen Ri, R 2 und R 3, d.h. nur aus den drei Empfangsrichtungen El, £2und £3aufnehmen, jedoch keine Strahlung aus anderen Richtungen welche zwischen El, El und E 3 liegen.

Es sei bemerkt, daß die Anzahl der vorgesehenen Strahlungsempfangsrichtungen bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung prinzipiell nicht begrenzt ist. Ihre Anzahl entspricht der Anzahl der Reflektorflächenteile. Es ist zwar möglich, getrennte Reflektorflächenteile zu verwenden, welche einzeln auf die gewünschten Empfangsric\tungen justiert werden. Von Vorteil ist es jedoch, die Reflektorteile in mechanisch zusammenhängender Form, d. h. als Teile eines zusammenhängenden Reflektors auszuführen. Dies bietet den Vorteil, daß sichergestellt werden kann, daß die einzelnen Brennpunkte der Reflektorteilflächen wirklich in einem Punkt zusammenbauen. Bei der Montage dts Strahlungsdetektors muß dann der Strahlungsempfänger S nur noch in bezug auf diesen einzigen Punkt justiert werden Eine Einzeljustierung jeder Reflektorfläche zum Strahlungsempfänger wird dadurch .,errnieden.

Wären die Reflektorteile R 1, R2 und R3 möglichst genau als Rotationsparaboloid ausgebildet und der Strahlungsempfänger 5 möglichst genau im gemeinsamen Brennpunkt F der Rotationsparaboloide angebracht, so wurden die Empfangsrichtungen El. C2 und E3 relativ genau auf bestimmte Punkte ausgerichtet. In der Praxis ist es jedoch sehr häufig, daß Strahlungsempfangsbereiche einer bestimmten Größe, d. h. mit einem bestimmten Öffnungswinkel gewünscht werden. z. B. nur Strahlung aus genau vorbestimmten Hirpnidsnehtungen, jedoch aus einem Höhenbereich relativ großer Ausdehnung. Hierbei muß der horizontale Öffnungswinkel der Strahlungsempfang.shcrcichc möglich¹.! klein sein, der vertikale öffnungswinkel jedoch relativ groß. In Fig. 2 ist ein für einen solchen Anwenclungszwcck geeigneter Reflektorteil R 2 dargestellt. Dieser Reflektor R2 ist als doppelt gekrümmte fläche mil zwei

verschiedenen Hauptkrümmungsradien ausgebildet, wobei die Hauptkrümmungsrichtungen vertikal und horizontal angeordnet sind. Im Horizontal- und Vertikalschnitt H, V hat der Reflektor R jeweils eine Parabelform, wobei die Parabeln durch Kreise mit gleichen Hauptkrümmungsradien angenähert sein können.

Die Brennpunkte Fl und F2 der beiden Schnitte H und V, d. h. die Hauptbrennpunkte sind daher verschieden. Der Strahlungsempfänger S ist nun so angeordnet, daß er wenigstens angenähert mit dem Brennpunkt Fl des horizontalen Schnittes H übereinstimmt, während der Brennpunkt F2 des Vertikalschnittes V so weit entfernt vom Strahlungsempfänger 5gewählt wird, daß der gewünschte vertikale öffnungswinkel β des Empfangsbereiches entsteht. Die übrigen Reflektorteile sind dann in ähnlicher Weise ausgebildet und deren Achsen jeweils auf die gewünschte Himmelsrichtung ausgerichtet. Somit kann also gleichzeitig Strahlung aus mehreren getrennten vertikalstreifenförmigen Empfangsbereichen mit unterschiedlicher Ausrichtung aufgenommen werden.

Ein Strahlungsdetektor dieser Art ist besonders geeignet, festzustellen, ob in den jeweiligen Empfangsbereichen ein selbststrahlender Gegenstand, beispielsweise eine Infrarot- oder Wärmestrahlung aussendende Person, vorhanden ist. Für den Fall, daß es sich um eine bewegte Strahlungsquelle handelt, welche nacheinander die einzelnen Empfangsbereiche durchschreitet, wird die Auswerteschaltung A in diesem Fall einen oder mehrere aufeinanderfolgende Impulse registrieren.

Fig. 3 zeigt ein Gerät zur Raumüberwachung oder zur Feststellung unbefugter Personen, z. B. eines Einbrechers, in einem überwachten Raum mit einem solchen Strahlungsdetektor. Dabei ist in einem Gehäuse 1 auf einer die Auswerteschaltung Λ bekannter Art tragenden Platte 2 mit einem Bügel 4 ein Strahlungsdetektor 5 der beschriebenen Art angebracht. Dieser

enthält fünf Reflektorabschnitte Ri, R2 der in den

Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung und in deren einen Brennpunkten einen gemeinsamen Strahlungsempfänger 6. Die Vorderseite des Gehäuses 1 ist mit einer infrarotdurchlässigen Abschluß-Scheibe 3 abgedeckt.

In F i g. 4 ist ein Raumüberwachungsgerät dargestellt, bei welchem als optische Bündelungsmitlei anstelle von Reflektorabschnitten der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele an der Vorderseite des Gehäuses 7 mehrere parallel angeordnete, vertikal orientierte Zylinderlinsen Li, L 2,... LS angeordnet sind. Der an der Gehäuserückseite angebrachte Strahlungsempfänger 8 ist der Vorderseite zugewandt und in den Brennlinien der Zylinderlinsen angeordnet.

Die Wirkung ist der des Beispieles nach F i e. 3 völlig äquivalent, wobei lediglich die reflektierenden Flächen durch Refraktionsflü.chen ersetzt sind. Da die Zylinderlinsen vertikal angeordnet sind, ist deren vertikaler Hauptkrümmungsradius unendlich groß, während der horizontale Krümmungsradius endlich ist. Dadurch wird erreicht, daß die ^rmpfangsfelder El, E2... £"5 nur einen sehr kleinen, horizontalen öffnungswinkel besitzen, jedoch einen relativ großen, vertikalen Öffnungswinkel. Rs entsteht also ein streifenförmig es Empfangsbereichstnuster, wie es besonders bei der Verwendung zum F.inbruchschutz erwünscht ist.

In der beschriebenen Weise läßt sich also ein Strahlungsdetektor schaffen, welcher einfacher und schneller herzustellen ist als vorbekannte Detektoren.

welcher jedoch eine verbesserte l'riizision in bezug auf Richtung und Öffnungswinkel der gewünschten Strahliingscmpfiingsbcrciche aufweist, ohne daß eine aufwendige justierung der einzelnen F.mpfangsbcreiche notwendig wäre.

V.s sei noch bemerkt, daß die gleiche Wirkung wie in dem Heispiel nach IΊ g. i anstatt mit Reflektoren au mit einer Anzahl »sphärischer Linsen erzielt werd kann, Eibenso können im Beispiel nach F ig. 4 c Zylinderlinsen durch Zylinder-Reflektoren mit parall len Achsen ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

K Strahlungsdetektor zum Feststellendes Eindringens einer bewegten Sache oder Person, die eine elektromagnetische Eigenstrahlung aussendet, in einen Raum, der mehrere räumlich getrennte Strahlungsempfangsbereiche aufweist, die von den Strahlungsempfangsrichtungen mehrerer optischer Bündelungsmittel des Detektors bestimmt sind, welche eintreffende Strahlen auf einen Brennort fokussieren, an dem ein gemeinsamer Strahlungsempfänger des Detektors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel (R„ Lr, i = 1,2...) je eine asphärische brechende oder reflektierende Fläche mit zwei verschiedenen Hauptkrümmungen aufweisen, wobei jeweils nur einer der Brennorte oder dessen nächste Umgebung dem Strahlungsempfänger (S, 8) eingeräumt ist, so daß streifenförmige Empfangsbereiche (E₁-J= 1,2...) gebildet sind.
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündeiur-gsrniüei als Reflektoren (Ri, R2, R3,...) mit wenigstens angenähert parabelförmigen Hauptschnitten (H, V) ausgebildet sind.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reflektorflächen (Ri, R2, R3...) zu einer mechanischen Einheit verbunden sind.
4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer mechanischen Einheit verbundenen Reflektorflächen so ausgerichtet sind, daß ihre einen Hanotbrennpunkte (FX) wenigstens angenähert zusammenfallen.
5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmitlel als Zylinderlinsen (L 1. L 2 ) ausgebildet sind.
6. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkrümmungsrichtungen der Flächen zur optisehen Bündelung horizontal und vertikal orientiert sind.
7. Strahlungsdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen öffnungswinkel (ß) der Empfangsbereiche größer als die horizontalen sind.
8. Strahlungsdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen öffnungswinkel der Empfangsbereichc verschwindend klein sind.
9. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüehe I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

optischen Bündelungsmittel (RX, R2, LX, L2 )

und der Strahlungsempfänger (S, 8) in einem Gehäuse (1, 7) mit infraroidtirchlässiger Vorderseite (3) angeordnet sind.
10. Strahlungsdetektor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündclungsmittcl als asphärische Linsen ausgebildet sind.
11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündclungsmittcl als Zylinder-Reflektoren mit parallelen Achsen ausgebildet sind