DE2645040C3

DE2645040C3 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2645040C3
Application number: DE19762645040
Authority: DE
Inventors: Hansjürg Dipl.-Phys. Männedorf Keller
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1981-09-10
Also published as: CH591733A5; DE2645040A1; DE2645040B2

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,

ίο z. B. Licht, Infrarot- oder Ultraviolett-Strahlung, aus mehreren unterschiedlichen Empfar.gsrichtungen in der Weise festzustellen, daß mehrere getrennte Strahlungsdetektoren mit Richtcharakteristik verwendet werden, wobei die Empfangsrichtung der einzelnen Strahlungsdetektoren auf die gewünschten Strahlungsempfangsrichtungen 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 Strahlungsdelektor 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 Strah-

lungsempfänger zu den einzelnen Öffnungen den verschiedenen vorgesehenen Strahlungsempfangsrichtungen. Bei einer solchen Anordnung haben die einzelnen Empfangsbereiche jedoch einen verhältnismäßig großen Öffnungswinkel, welcher zudem nicht

^5 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

■to 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. 1 zeigt einen Strahlungsdetektor mit drei getrennten,Empfangslichtungen im Horizontalschnitt.

^hr> F i g. 2 zeigt eine Reflektorfläche eines Strahlungsdeektors mit zwei verschiedenen Hauptkrümmungsradien in perspektivischer Ansicht.

F i g. 3 zeigt einen Strahlungsdetektor zur Raumüber-

wachung mit mehreren Reflektorflachen.

F i g. 4 zeigt einen Strahlungsdetektor mit mehreren Zylinderlinsen.

Bei dem in F i g. 1 im Schnitt dargestellten Strahlungsdetektor ist an der offenen Vorderseite ein;s Gehäuses C ein Strahlungsempfänger 5 mit seiner Empfangsrichtung nach innen angeordnet Dieser Strahlungsempfänger kann eine spezifische Empfindlichkeit für die zu detektierende Strahlung, d.h. für Licht, Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung besitzen. Im Inneren des Geh5uses C befindet sich ein aus mehreren Teilen 1, R 2 und R 3 bestehender Reflektor. Die einzelnen Reflektorteile sind so angeordnet, daß die Brennpunkte ihrer Horizontalschnitte angenähert in einem Punkt F zusammenfallen, welcher in unmittelbarer Nähe des Strahlungsempfängers S liegt- Die Achsen der drei Reflektorflachen sind nach verschiedenen Richtungen £1, £2, und £3 ausgerichtet Diese Richtungen werden nun so gewählt, daß sie mit den Mitten der gewünschten Strahlungsempfangsrichtungen zusammenbauen. Der Strahlungsempfänger 5 ist weiterhin mit einer elektrischen Auswerteschaltung A zur Anzeige der Intensität oder Änderung der aus den vorgesehenen Empfangsrichtungen eintreffenden Strahlung verbunden.

Falls nun die Horizontalschnitte der Reflektorteile parabelförmig gestaltet sind, so haben sie die Eigenschaft, die aus Richtung der Parabelachse eintreffende Strahlung im Brennpunkt £1 zu sammeln. Der in F i g. 1 dargestellte Strahlungsdetektor wird also nur Strahlung aus Richtung der Parabelachsen der drei Reflektorflä- Jo chen Ri, R2 und R 3, d.h. nur aus den drei Empfangsrichtungen £1, £2 und £3 aufnehmen, jedoch keine Strahlung aus anderen Richtungen welche zwischen £ 1, £2 und £3 liegen.

Es sei bemerkt, daß die Anzahl der vorgesehenen Strahlungsempfangsrichtungen bei der in F i g. 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 to Empfangsrichtungen 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 zusammenfallen. Bei der Montage des Strahlungsdetektors muß dann der Strahlungsempfänger 5 nur noch in bezug auf diesen einzigen Punkt justiert werden. Eine Einzeljustierung jeder Reflektorfläche zum Strahlungsempfänger wird dadurch vermieden.

Wären die Reflektorteile Ri, R 2 und Λ 3 möglichst genau als Rotationsparaboloid ausgebildet und der Strahlungsempfänger S möglichst genau im gemeinsamen Brennpunkt F der Rotationsparaboloide angebracht, so würden die Empfangsrichtungen £1, £2 und £3 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. *>o nur Strahlung aus genau vorbestimmten Himmelsrichtungen, jedoch aus einem Höhenbereich relativ großer Ausdehnung. Hierbei muß der horizontale Öffnungswinkel der Strahlungsempfangsbereiche möglichst klein sein, der vertikale öffnungswinkel jedoch relativ groß. ^ In Fig. 2 ist ein für einen solchen Anwendungszweck geeigneter Reflektorteil R 2 dargestellt. Dieser Reflektor R 2 ist als doppelt gekrümmte Fläche mit 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 £1 und £2 der beiden Schnitte H und V, d. h. die Hauptbrennpunkie sind Jäher verschieden. Der Strahlungsempfänger 5 ist nun so angeordnet, daß er wenigstens angenähert mit dem Brennpunkt £ 1 des horizontalen Schnittes H übereinstimmt, während der Brennpunkt £2 des Vertikalschnittes V so weit entfernt vom Strahlungsempfänger S gewählt 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 A bekannter Art tragenden Platte 2 mit einem Bügel 4 ein Strahlungsdetektor 5 der beschriebenen Art angebracht. Dieser enthält fünf Reflektorabschnitte Rl, R 2,... der in den F i g. 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 is¹, ein Raumüberwachungsgerät dargestellt, bei welchem als optische Bündelungsmittel anstelle von Reflektorabschnitten der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele an der Vorderseite des Gehäuses 7 mehrere parallel angeordnete, vertikal orientierte Zylinderlinsen Li, L 2,... L 5 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 Fig.3 völlig äquivalent, wobei lediglich die reflektierenden Flächen durch Refraktionsflächen 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 Empfangsfelder £1, £2... £5 nur einen sehr kleinen, horizontalen öffnungswinkel besitzen, jedoch einen relativ großen, vertikalen öffnungswinkel. Es entsteht also ein streifenförmiges Empfangsbereichsmuster, wie es besonders bei der Verwendung zum Einbruchschutz 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 Präzision in bezug auf Richtung und Öffnungswinkel der gewünschten Strahlungsempfangsbereiche aufweist, ohne daß eine aufwendige Justierung der einzelnen Empfangsbereiche notwendig wäre.

Es sei noch bemerkt, daß die gleiche Wirkung wie in dem Beispiel nach F i g. 3 anstatt mit Reflektoren auch mit einer Anzahl asphärischer Linsen erzielt werden kann. Ebenso können im Beispiel nach F i g. 4 die Zylinderlinsen durch Zylinder-Reflektoren mit parallelen Achsen ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I.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, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel (R-_H 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 (ErJ= U - -.) gebildet sind.
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel als Reflektoren (Rl, R2, R3,...) mit wenigstens angenähert parabelförmigen Hauptschnitten (H, V) ausgebildet sind.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reflektorflächen (RX, R 2, A3...) 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 Hauptbrennpunkte (Fl) wenigstens angenähert zusammenfallen.
5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel als Zylinderlinsen (Li,L2,...)ausgebildet sind.
6. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkrümmungsrichtungen der Flächen zur optischen Bündelung horizontal und vertikal orientiert sind.
7. Strahlungsdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Öffnungswinkel (β) der Empfangsbereiche größer als die horizontalen sind.
8. Strahlungsdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Öffnungswinkel der Empfangsbereiche verschwindend klein sind.
9. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel (7? 1, R2, Ll, L2,...) und der Strahlungsempfänger (S, 8) in einem Gehäuse (1, 7) mit infrarotdurchlässiger Vorderseite (3) angeordnet sind.
10. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel als asphärische Linsen ausgebildet sind.
11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bündelungsmittel als Zylinder-Reflektoren mit parallelen Achsen ausgebildet sind.