DE2719191A1 - Infrarotstrahlungs-einbruchdetektor - Google Patents

Infrarotstrahlungs-einbruchdetektor

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Description

PATENTANWÄLTE * 28. /A 1977 f
nR-1NG WOLFF. H. BARTELS
SIPL-CHIEM-DR-RSR-MAt-BRANDES Reg.-Hr. 125 322
DIPL-CHEW- DR. R HR
DR.-ING. HELD. DIPL.-PHYS. WOLFF Unsere Ref.: 34 09src
7 STUTTGART 1. LANGE STRASSE 51
CERBERUS AG Mannedorf/Schweiz Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektor
Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektor mit strahlungsbündelnden Mitteln und einem Strahlungsempfänger.
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Solche Detektoren dienen zur Feststellung von Objekten oder unbefugten Personen, beispielsweise eines Einbrechers, in einem geschützten Bereich oder Raum durch Nachweis der vom Objekt oder der Person ausgehenden Infrarotstrahlung. Dabei kann es sich um die Temperatureigenstrahlung des Objektes oder der Person handeln, beispielsweise im Bereich zwischen 4 und 20 μ, vorzugsweise zwischen 7 und 14 μ, oder es kann eine Strahlungsquelle vorgesehen sein, deren Strahlung von dem nachzuweisenden Objekt oder der Person reflektiert wird. Im letzteren Fall kann auch Strahlung im näheren Infrarot verwendet werden, sodass auch Bauteile, z.B. Linsen, Filter, etc., verwendet werden können, welche im ferneren Infrarot bereits eine merkliche Strahlungsabsorption aufweisen.
Um bereits geringste Bewegungen nachweisen zu können, hat es sich als zweckmässig erwiesen, den geschützten Raum oder Bereich in eine Anzahl getrennter Empfangsbereiche oder 5ichtfeider aufzuteilen, welche durch Dunkelfelder voneinander getrennt sind. Bewegt sich ein Einbrecher in einem auf diese Art geschützten Bereich oder Raum, so wird es unvermeidlich sein, dass er dabei eine oder mehrere Grenzen der Empfangsbereiche überschreitet. Am Ausgang des Strahlungsempfängers treten dabei impulsförmige Signale oder ein 5ignal wechselnder Amplitude auf. Durch eine Auswerteschaltung bekannter Art können diese Ausgangssignale des Strahlungsempfängers zur Alarmsignalgabe ausgewertet werden.
Bei vorbekannten Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektoren mit mehreren getrennten Empfangsbereichen ist meist ein vorgegebenes Muster von Empfangsrichtungen, Empfangskegeln oder Empfangsstreifen vorgesehen. Solche Detektoren können zwar mittels einer Schwenkvorrichtung in be-
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stimmte Richtungen eingestellt werden, jedoch ist eine individuelle Anpassung und Verstellbarkeit in einzelne Empfangsrichtungen oder -bereiche nicht möglich. Solche Detektoren können daher im allgemeinen nicht individuell an vorgegebene Anwendungsbedingungen angepasst werden.
Bei einem vorbekannten Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektor dieser Art werden die verschiedenen Empfangsbereiche durch eine Vielzahl von Reflektoren erzeugt, welche die Strahlung aus jeweils einer Empfangsrichtung aufnehmen und auf einen gemeinsamen Strahlungsempfänger fokussieren. Es wäre zwar denkbar, die einzelnen Reflektoren verstellbar auszubilden, dies würde jedoch eine ausserordentlich komplizierte und aufwendige Konstruktion erforderlich machen. Zudem ist es notwendig, die einzelnen Reflektorflächen je nach Anstellwinkel, bzw. Reflexionswinkel optisch zu korrigieren, um eine gute Bündelung zu erreichen und somit sauber getrennte Empfangsbereiche mit verhältnismässig scharfen Begrenzungen zu bekommen. Die bei vorbekannten Detektoren verwendeten sphärischen Spiegel eignen sich dafür nur schlecht, insbesondere bei flachem Reflexionswinkel. Dazu wäre es erforderlich, einen exzentrischen Ausschnitt aus einem Rotations-Paraboloid zu wählen, wobei der Ausschnitt umso exzentrischer gewählt werden muss, je flacher der Reflexionswinkel ist, d.h. für jede einzelne Empfangsrichtung muss ein anderer Paraboloid-Ausschnitt gewählt werden. Bei vorbekannten Detektoren mit sphärischen Spiegeln oder zentrischen Paraboloid-Spiegeln wurden die seitlichen Empfangsbereiche bei starker Reflektorneigung an den Grenzen verschwimmen und ineinander übergehen. Solche vorbekannten Detektoren wären also, auch wenn die Reflektoren verstellbar ausgeführt wären, wegen der unzureichenden optischen Abbildung nur sehr schlecht geeignet, einen Einbrecher in einem grossen Raumwinkelbereich sicher zu erfassen.
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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektors mit mehreren, getrennten Empfangsbereichen mittels nur eines einzigen Reflektors, bei welchem die einzelnen Empfangsbereiche beliebig einstellbar sind und an gewünschte Anwendungsbedingungen angepasst werden können, und bei welchem die Qualität der optischen Bündelung unabhängig von der Einstrahlungsoder Empfangsrichtung ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bündel strahlungsleitender Elemente vorgesehen ist, deren Strahlungseintrittsöffnungen in der Brennfläche der strahlungsbündelnden Mittel und deren Strahlungsaustritte vor dem Strahlungsempfänger angeordnet sind.
Besonders zweckmässig ist es, die strahlungsbündelnden Mittel als innenreflektierende Kugelflächen auszubilden, wobei die Brennfläche eine Kugel mit halbem Radius ist, den Strahlungsempfänger etwa im Kugelmittelpunkt anzuordnen und die Länge der strahlungsleitenden Elemente so zu wählen, dass sie dem halben Reflektorkugelradius entsprechen. Dadurch kommen die Eintrittsöffnungen dieser strahlungsleitenden Elemente bei einer Verbiegung stets automatisch in jeder Stellung in der Brennfläche zu liegen.
Um einen Einbruchdetektor mit guter Rundumempfindlichkeit zu bekommen, welcher Strahlung annäherungsweise aus einem gesamten Halbraum aufnehmen kann, ist es zweckmässig, den Reflektor als innenverspiegelte Halbkugel auszubilden. Ein solcher Detektor lässt sich beispielsweise als
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Deckenmelder verwenden, welcher in der Mitte der Raumdecke eines geschützten Raumes angebracht ist. Dabei ist die optische Korrektur und die Qualität der Abbildung unabhängig von der Einstrahlungsrichtung.
In einem Beispiel wird durch flexible Ausbildung der strahlungsleitenden Elemente gewährleistet, dass jedes beliebige Empfangsbereichsmuster individuell eingestellt werden kann, je nach den Bedürfnissen der Praxis. Die Zahl der Empfangsbereiche ist dabei durch die Zahl der in dem Bündel enthaltenen, strahlungsleitenden Elemente bestimmt. In der Praxis lässt sich auf diese Weise eine wesentlich grössere Anzahl von Empfangsbereichen erzeugen als mit einer Anzahl verschiedener Reflektoren, die einen erheblichen Platz beanspruchen und deren Zahl daher begrenzt ist. Dadurch kann der geschützte Raum oder Bereich wesentlich besser mit Strahlungsempfangsbereichen überdeckt werden.
Die Erfindung wird anhand eines der in den Figuren dargestellten Auführungsbeispiele erläutert. Figur 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel, die Figuren 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem Gehäuse G eine Reflektorfläche R angeordnet, welche als Teil einer Kugelfläche ausgebildet ist, Der gewählte Kugelteil bestimmt den erfassbaren Raumwinkel. Falls eine Empfindlichkeit in einem möglichst grossen Raumbereich gewünscht wird, ist es zweckmässig, eine Halbkugel zu verwenden. Die Kugelfläche R kann als Metallspiegel ausgeführt sein oder als innenverspiegeltes Kunststoff- oder Glasteil mit kugelförmiger Aushöhlung.
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Im Kugelmittelpunkt ist mittels eines Haltesteges H1 welcher nur wenig Strahlung abschattet, ein Strahlungsempfänger S angeordnet, dessen spektrale Empfindlichkeit auf den verwendeten Wellenlängenbereich abgestimmt sein kann. Eine slektive Empfindlichkeit für ein bestimmtes Spektralgebiet kann auch durch ein vorgeschaltetes Filter F, welches z.B. als Abdeckscheibe des Gerätes an der Gehäusevorderwand und/oder des Strahlungsempfängers ausgeführt ist, erreicht werden.
Auf die Vorderseite des Strahlungsempfängers F, welche der reflektierenden Kugelfläche R zugewandt ist, ist ein Strahlungsleiterbündel aufgesetzt, welches aus einer Vielzahl einzelner strahlungsleitender Elemente Ll, L 2 ... zusammengesetzt ist. Die Länge der einzelnen Elemente ist so gewählt, dass sie ungefähr dem halben Kugelradius entspricht. In diesem Fall kommen die Strahlungseintritte der einzelnen Elemente Ll, L 2, L 3... auf einer Kugel mit halbem Radius zu liegen, welche genau die Brennfläche der Reflektorkugel R darstellt.
Die einzelnen strahlungsleitenden Elemente sind''flexibel oder biegsam ausgeführt, sodass sie sich verbiegen lassen und deren Strahlungseintritte beliebig auf dieser kugelförmigen Brennfläche B eingestellt werden können. Die einzelnen strahlungsleitenden Elemente können als Fasern oder Stäbe aus einem, je nach verwendeter Wellenlänge, genügend strahlungsdurchlässigen Glas oder Kunststoff ausgebildet sein, in denen sich die Strahlung durch Totalreflexion an der Oberfläche oder durch Reflexion an einer zusätzlich aufgebrachten, reflektierenden Schicht fortpflanzt. Die einzelnen strahlungsleitenden Elemente können auch aus einer Mehrzahl solcher Stäbe oder Fasern der vorgenannten Art
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bestehen. Eine solche Ausführung ist z.B. in Form von Glasfaserbündeln in der Praxis als Lichtleiter bereits gebräuchlich. Je nach Wellenlänge kann es vorteilhaft sein, anstelle der massiven und daher möglicherweise stark absorbierenden, strahlungsleitenden Elemente solche als innenreflektierende oder -verspiegelte Hohlkörper, z.B. Rohre, auszuführen, oder als Hohlleiter für elektromagnetische Wellen, in der Art wie sie in der Mikrowellentechnik gebräuchlich sind, mit Wänden aus gut leitendem Metall und/oder dielektrischem Material (Glas, Kunststoff). Der Querschnitt dieser strahlungsleitenden Elemente entspricht an dem auf der Brennebene liegenden Ende den Anforderungen an die Grösse des Brennpunktes, z.B. möglichst klein und rund, und zeigt auf der anderen Seite den gleichen oder einen an die Grösse des Strahlungsempfängers angepassten Querschnitt, z.B. rechteckig. Die strahlungsleitenden Elemente zeigen daher im gestreckten Zustand im einfachsten Fall prismatische Ausbildung, z.B. in Form von Rundstäben, bei einer Anpassung an die Brennpunkt- und Strahlungsenpfängergrösse konische oder pyramidale Ausbildung oder im allgemeinen Fall die Form eines Körpers mit Ein- oder Ausgangsfläche, bei dem der Mantel lediglich so ausgebildet werden muss, dass eingestrahlte Strahlung auf irgendeinem Wege zum Ausgang gelangen muss. Es kann auch zweckmässig sein, den Querschnitt der strahlungsleitenden Elemente nach den Gesichtspunkten einer optimalen Durchlässigkeit oder optimalen Biegsamkeit auszulegen, z.B. bandförmig, und lediglich an den Enden Uebergangsstücke auf den gewünschten Querschnitt vorzusehen. Statt der in den Figuren aus Gründen der Uebersichtlichkeit dargestell ten fünf Elemente L 1 ... L 5 kann ein Lichtleiterbündel aus einer grossen Zahl von Fasern, z.B. mehr als hundert, verwendet werden.
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r-
41 27Ί9Ί91
Durch jedes der einzelnen Elemente wird eine Strahlungsempfangsrichtung E 1... E 5 festgelegt, welche der Verbindungsgeraden des Lichtleitereintrittes Ll ... L 5 mit dem Kugelmittelpunkt 5 entspricht. Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass lediglich Strahlung aus diesen, voneinander getrennten Empfangsrichtungen durch den Kugelreflektor R auf eines der strahlungsleitenden Elemente L 1 ... L 5 fokussiert und somit dem Strahlungsempfänger S zugeleitet wird, nicht jedoch Strahlung aus anderen Empfangsrichtungen. Es entsteht also ein Empfangsrichtungsmuster, welches der Verteilung der Strahlungseintritte der einzelnen Elemente auf der Brennfläche B entspricht. Dieses Muster kann einfach und bequem eingestellt und den gewünschten Anwendungsbedingungen angepasst werden.
Ausserdem wird durch diese Anordnung erreicht, dass die optische Korrektur völlig unabhängig von der Empfangsrichtung ist. Der für jede Empfangsrichtung wirksame Ausschnitt des Reflektors und damit die Güte der optischen Abbildung wird durch den Raumwinkel β bestimmt, auf dem das strahlungsleitende Element Strahlung aus Richtung des Reflektors aufnehmen und weiterleiten kann. Dieser Raumwinkel und damit die durch die sphärische Aberration verursachten Abbildungsfehler können durch eine vor dem Reflektor angeordnete Apertur oder Lochblenden LB begrenzt werden, oder durch Ausbildung der Strahlungseintritte der strahlungsleitenden Elemente mit einer entsprechenden Richtcharakteristik. Damit kann also erreicht werden, dass nicht nur die zentralen Empfangsbereiche eine scharfe Begrenzung aufweisen, sondern sämtliche Empfangsrichtungen, auch solche mit sehr schrägem Strahlungseinfall. Damit ist gewährleistet, dass die im Sockel untergebrachte Auswerteschaltung A ausserordentlich empfindlich reagiert und ein Alarmsignal auslöst, auch bei Durchschreiten
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einer stark seitlich ausgerichteten Empfangsrichtung. Ein Empfindlichkeitsverlust ausserhalb des zentralen Bereiches wird dadurch praktisch völlig ausgeschaltet.
Statt die strahlungsleitenden Elemente flexibel oder biegsam auszubilden, sodass sie im Detektor selbst verbogen und auf die gewünschten Empfangsrichtungen ausgerichtet werden können, kann dafür auch ein Material ge- " wählt werden, welches erst durch eine bestimmte Behandlung, z.B. durch Temperaturerhöhung, biegsam wird, danach jedoch wieder erstarrt, sodass die Empfangsrichtungen fixiert sind. Es können auch starre strahlungsleitende Elemente verwendet werden, die bei Aufsetzen auf den Strahlungsempfänger durch geeignete Mittel nach den gewünschten Empfangsrichtungen ausgerichtet und danach, z.B. durch Vergiessen, ir dieser Stellung fixiert werden. Die Ausrichtung der Elemente kann in allen erwähnten Fällen sowohl im fertig montierten Detektor vorgesehen sein, als auch vor oder während der Montage. So kann z.B. auch ein vorher fertig ausgerichtetes Elementbündel, gegebenenfalls zusammen mit dem Strahlungsempfänger, in das Gehäuse oder den Reflektor eingesetzt werden.
Es sei bemerkt, dass statt einer Reflektorkugel auch andere strahlungsbündelnde Mittel mit äquivalenter Wirkung vorgesehen sein können, z.B. eine Sammellinse, die auch als Stufen- oder Fresnel-Linse ausgebildet sein kann, oder mehrere wabenförmig zusammengesetzte Linsen, in deren Brennfläche oder Brennebene die einzelnen Strahlungsleiteröffnungen liegen. In den Figuren 3 und 4 sind solche Detektoren mit einer Stufenlinse SL bzw. mehreren, facettenförmig auf der Kugel angeordneten Einzellinsen SLj, 5L2 ..., dargestellt. Die übrigen Teile entsprechen denen in Figur 1. Dabei liegen die Enden der Strahlungsleiter Lj-, L2 ... L^ wiederum auf der Brennebene B (Fig. 3) bzw. der aus den Brennflächen der einzelnen Facetten zusammengesetzten Kugel B (Fig. 4).
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Claims (16)

  1. Patentansprüche 2 / 1 w I ν Ι
    1/ Infrarotstrahlungs-Einbruchdetektor mit strahlungsbündelnden Mitteln und einem Strahlungsempfänger, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bündel strahlungsleitender Elemente (L 1, L2t*..) vorgesehen ist, deren Strahlungseintrittsöffnungen in der Brennfläche (B) der strahlungsbündelnden Mittel (R) und deren 5trahlungsaustritte vor dem Strahlungsempfänger (S) angeordnet sind.
  2. 2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsbündelnden Mittel als Teil einer innenreflektierenden Kugelfläche (R) ausgebildet sind, wobei die Strahlungseintrittsöffnungen in der als Kugelfläche mit halbem Radius ausgebildeten Brennfläche (B) der Kugelfläche (R) angeordnet sind.
  3. 3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsbündelnden Mittel als Halbkugel (R) ausgebildet sind.
  4. 4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsbündelnden Mittel als Sammellinse (5L) ausgebildet sind.
  5. 5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (SL) als Stufenlinse ausgebildet ist.
  6. 6. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsbündelnden Mittel mehrere, facettenförmig auf einer Kugelfläche angeordnete Sammellinsen (5Ll, SL 2 ...) aufweisen, deren Brennflächen sich wenigstens angenähert zu einer Kugelfläche zusammenschliessen.
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    OWGlNAL INSPECTED
  7. 7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die facettenförmig angeordneten Sammellinsen etwa eine Halbkugel einnehmen.
  8. 8. Detektor nach Anspruch 2, 3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsempfänger (S) etwa im Kugelmittelpunkt angeordnet ist, und dass die strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) alle die gleiche Länge haben.
  9. 9. Detektor nach Anspruch 2, 3 oder B, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsempfänger (5) im Kugelmittelpunkt angeordnet ist und dass die strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) eine Länge aufweisen, welche etwa dem halben Kugelradius entspricht.
  10. 10. Detektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (R) aus einem Kunststoff- bzw. Glaskörper mit einer als Teil einer Kugel ausgebildeten, innenverspiegelten Aushöhlung besteht.
  11. 11. Detektor nach Patentanspruch oder einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) als Fasern aus strahlungsdurchlässigem Material ausgebildet sind, in welchem die Strahlungsleitung vermittels innerer Totalreflexionen erfolgt.
  12. 12. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) als innenreflektierende Rohre mit beliebigem Querschnitt ausgebildet sind.
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    -Mt-
  13. 13. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass die strahlungsleitenden Elemente (L I1 L 2 ...) als Hohlleiter für elektromagnetische Wellen ausgebildet sind.
  14. 14. Detektor nach einem der Ansprüche 2, 3, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Reflektor (R) eine Lochblende (LB) angeordnet ist.
  15. 15. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseintritte der strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) eine Richtcharakteristik besitzen.
  16. 16. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsleitenden Elemente (L 1, L 2 ...) flexibel sind.
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