DE3235250A1 - Fassettenoptik zum erfassen von strahlung aus einem grossen raumwinkel, insbesondere fuer bewegungsmelder - Google Patents

Description

• Fassettenoptik zum Erfassen von Strahlung aus einem
• Qrossen Raumwinkel, insbesondere für Bewequnqsmelder.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fassettenoptik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die üblichen Empfänger haben eine Empfängerebene, welche nur einen durch Halterungen, Gehäusewände oder dergleichen begrenzten Gesichtswinkel ermöglicht, welcher nicht größer als 1200 ist und in der Regel bei etwa 110O bis 115° liegt.
• Um einen größeren Raumwinkel zu erfassen, ist es bekannt, gesonderte Umlenkspiegel anzubringen, welche das Einfallen der Strahlen innerhalb des zulässigen Raumwinkelbereiches ermöglichen.
• Diese Einrichtungen sind jedoch einerseits relativ aufwendig, da für jedes Sichtfeld ein gesonderter Umlenkspiegel erforderlich ist und zusätzlich zumindest ein fokussierendes Element benötigt wird, welches alle Strahlenbündel erfaßt. Das fokussierende Element muß dabei so groß ausgebildet sein, daß eine ausreichend intensive Strahlung aus allen Gesichtsfeldern auf den Empfänger fokussiert werden kann, ohne daß beispielsweise die Umlenkspiegel eine unzulässige Abschwächung der benachbarten Sichtfelder hervorrufen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fassettenoptik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu gestalten, daß sie ohne zusätzliche Umlenkspiegel Strahlung auf einen Strahlungsempfänger fokussiert, die aus einem Raumwinkel kommt, welcher größer tst,-als der maximale Gesichtswinkel des Strah-2D.9.1982/Mhs 1 Lk lungsempfängers.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
• Anordnungen mit fassettenförmig konvokal angeordneten Linsen sind bekannt. Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß der Gesichtswinkel des Strahlungsempfängers mit einfachen Mitteln erweitert wird und daß dabei der Platzbedarf kleingehalten wird. Der Aufwand wird besonders kleingehalten, wenn als fokussierende Elemente Fresnellinsen dienen. In diesem Fall lassen sich die erforderlichen Linsensegmente ganz ohne zusätzlichen Aufwand herstellen. Dabei wird besonders vorteilhaft der strahlungsdurchlässige Querschnitt des Segmentes auf den strahlungsdurchlässigen Querschnitt der benachbarten fokussierenden ELemente abgestimmt.
• Fresnellinsen lassen sich auch vorteilhaft aus infrarotdurchlässigem Material herstellen, so daß vorteilhaft der Empfänger ein Infrarotdetektor ist. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Raumüberwachung unter Auswertung der Körperstrahlung von Personen. Die Fresnellinsen sind dabei vorteilhaft in eine Kunststoffolie eingeformt, beispielsweise eingeprägt, welche den Infrarotdetektor in Form eines Zylinders mit kreissegmentförmigen Querschnitt oder eines Kugelsegmentes umschließt. Diese einfache Form bildet zweckmäßigerweise gleichzeitig einen Teil d-es Gehäuses des Bewegungsmelders. Für eine Raumüberwachung ergänzen die segmentförmigen fokussierenden Elemente vorteilhaft das Gesichtsfeld des Empfängers zu einem Raumwinkel von 1800.
• Besonders einfach herzustellen und für verschiedenste Strahlungen einsetzbar sind Hohlspiegel als fokussierende Elemente. Eine Ausführungsform mit Hohlspiegeln als fokussierende Elemente ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß die parallel zur Empfängerebene einfallende Strahlung durch Zwischenräume zwischen den konvexen Seiten von Spiegeln hindurch auf die konkave Seite des dem jeweiligen Gesichtsfeld zugeordneten Spiegels fällt und von diesem auf den Empfänger fokussiert wird. Diese Anordnung ist bei Spiegeln erforderlich, wenn ein Raumwinkel von 1800 erfaßt werden soll, und wird durch eine geringfügige Versetzung einander gegenüberliegender Spiegel in Bezug auf die Empfangsebene vorteilhaft und mit einfachen Mitteln verwirklicht. Dabei werden die Spiegel vorteilhaft in eine Folie eingeprägt, die für die zu erfassende Strahlung durchlässig ist. Die eigentlichen Hohlspiegel sind dabei verspiegelt, die Zwischenräume zwischen den Hohlspiegeln sind möglichst von verspiegeltem Material frei gehalten.
• Die Erfindung wird nun anhand von drei Figuren näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform m-it verschiedenen optischen Linsen bzw. Linsensegmenten, die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform mit Spiegeln Ein Strahlungsempfänger 1 weist eine Empfängerebene 8 auf, welche in einem Gehäuse eingebaut ist und nur unter einem maximalen Gesichtswinkel von 2+ Strahlung empfangen kann. Ausgehend von der Rotationsachse 9 des Empfängers 1 ergeben sich also Begrenzungen 2 des Gesichtswinkels des Detektors, die zur Rotationsachse 9 einen Winkels bilden.
• Nur innerhalb der Begrenzungen 2 können fokussierende Elemente 4, 6, 11 untergebracht sein, wenn sie Strahlung auf den Empfänger 1 fokussieren sollen.
• Um den Gesichtswinkel des Detektors zu erweitern, sind die fokussierenden Elemente zumindest teilweise als Segmente ausgebildet. Das fokussierende Element 11 ist z.B.
• als Segment einer optischen Linse 12 ausgebildet, deren Rotationsachse 7 parallel zur Empfängerebene 8 und in dieser verläuft. Das Linsensegment 11 fokussiert somit die parallel zur Empfängerebene 8 eintreffende Strahlung auf diese Empfängerebene 8.
• Die zum Linsenelement 11 gehörende, gedachte Linse 12 hat vorteilhaft einen wesentlich größeren Druchmesser, der so dimensioniert ist, daß die optisch wirksame Fläche des Linsensegmentes 11 auf die optisch wirksame Flächen der übrigen fokussierenden Elemente (4, 6) der Fassettenoptik abgestimmt ist. Dabei können die optisch wirksamen Querschnitte aller fokussierenden Elemente gleichgroß gemacht werden, vorteilhaft kann aber auch der optisch wirksame Querschnitt der am Rand befindlichen Elemente größer gemacht werden, so daß gegebenenfalls ein Intensitätsverlust, der aufgrund der zur Empfängerebene schrägen Strahlrichtung auftreten kann, kompensiert wird.
• Das fokussierende Element 4 ist als Segment einer Fresnellinse ausgebildet, deren Rotationsachse 3 ausserhalb des Cesichtswinkels 2 des Detektors liegt.
• Die. Rotationsachse 3 nimmt also einen Winkel Y zur Rotationsachse des Empfängers ein, welcher größer ist als der Winkel? zwischen der Begrenzung des Gesichtswinkels des Detektors und dessen Rotationsachse 9. Das von dem fokussierenden Element 4 erfaßte Gesichtsfeld liegt also außerhalb des Gesichtswinkels des Detektors, es kann ebenfalls parallel zur Detektorebene 8 liegen, es kann auch die Detektorebene 8 schneiden, also Strahlung erfassen, die unter einem Winkels von mehr als 900 ankommt.
• Das fokussierende Element 6 und weitere, nicht dargestellte fokussierende Elemente können ebenfalls segmentförmig ausgebildet sein, sie können aber auch rotationssymmetrische Linsen oder Fresnellinsen sein.
• Figur 2 zeigt eine Fassette mit Spiegeln, wobei naturgemäß die Einfallsrichtung der zu erfassenden Strahlung auf derselben Seite liegt, wie der Strahlungsdetektor 1.
• Die parallel zur Empfängerebene 8 oder in einem geringen Winkel zu dieser eintreffende Strahlung muß bei Ausführungsformen mit Spiegeln durch die Haube 13 , welche die Spiegel 14 bis 18 trägt hindurchtreten, um auf den entsprechenden Spiegel 14 bzw. 18 gelangen zu können.
• Die Haube 13 muß also im Durchtrittsbereich für die entsprechende Strahlung durchlässig sein. Dies wurde in der Fig. 2 durch entsprechende Fenster 19 bzw. 20 angedeutet.
• Diese Fenster brauchen aber dann nicht gesondert eingesetzt zu sein, wenn die Haube 13 an und für sich für die zu messende Strahlung durchlässig ist. Die Fenster 19 und 20 sollen auch nicht verspiegelt sein.
• Die zum Empfang der zur Empfängerebene parallelen Strahlung aus den Gesichtsfeldern 21 bzw. 22 vorgesehenen Spiegel segmente 18 bzw. 14 gehören zu gedachten Hohlspiegeln, deren Achsen parallel zur Empfängerebene 8 liegen und durch diese hindurchgehen. Der Durchmesser der entsprechenden Hohlspiegel ist unterschiedlich, die Spiegelsegmente sind gegeneinander versetzt angebracht, so daß die einfallende Strahlung. nicht von dem gegenüberliegenden Spiegelelement 14 bzw. 18 gestört wird.
• Die übrigen Spiegelelemente 15 bis 17 können ebenfalls als Spiegelsegmente ausgebildet sein, wodurch die Gesichtsfel.der wunschgemäß gelegt, beispielsweise am Empfänger 1 vorbeigeführt werden können.
• Die Spiegel können einfach durch Verspiegelung von Teilen einer Kugelkalotte erzeugt werden. Für höhere Cenauigkeit der Abbildung ist es jedoch zweckmäßig, daß in die Haube 13 Parabolspiegel oder Parabolspiegelsegmente eingeprägt sind. Dies gilt insbesondere für die schmalen Spiegelsegmente 14 und 18, vor denen das Spiegelsegment 18 in Fig. 3 in Draufsicht dargestellt ist.
• Durch entsprechende Wahl der Segmente der fokussierenden Elemente kann spwohl bei Verwendung von Linsen als auch bei Verwendung von Spiegeln ein kreuzungsfreier Verlauf der Sichtfelder außerhalb der Abdeckhaube gewährleistet werden. Dadurch wird die Gefahr von Fehlalarmen verringert, die entstehen können, wenn Störungen gleichzeitig in mehreren Gesichtsfeldern erscheinen können.
• 7 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Fassettenoptik' zum Erfassen von Strahlung aus einem großen Raumwinkel, insbesondere für Bewegungsmelder, welche die erfaßte Strahlung auf eine Empfängerfläche fokussiert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h net, daß zumindest die den Randbereich des Raumwinkels erfassenden fokussierenden Elemente segmentförmig ausgebildet sind und daß die optischen Achsen der diesen Segmenten entsprechenden fokussierenden Elemente die Empfängerfläche nicht oder unter einem so spitzen Winkel schneiden, daß im Empfänger kein der Fläche des fokussierenden Elementes entsprechendes Signal erzeugt werden kann.
2. 2. Fassettenoptik nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als fokussierende Elemente Fresnellinsen dienen.
3. 3. Fassettenoptik nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der strahlungsdurchlässige Querschnitt des Segmentes auf den strahlungsdurchlässigen Querschnitt der benachbarten fokussierenden Elemente abgestimmt ist.
4. 4. Fassetenoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Empfänger ein Infrarotdetektor ist.
5. 5. Fassettenoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie aus Fresnellinsen gebildet ist, welche in eine infrarotdurchlässige Kunststoffolie eingeformt sind, daß die Kunstoffolie einen Infrarotdetektor umschließt und die Form eines Zylinders mit kreissegmentförmigem Querschnitt oder eines Kugelsegmentes besitzt.
6. 6. Fassettenoptik nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die segmentförmigen fokussierende Elemente zur Erfassung eines Raumwinkels von 180O ausgelegt sind.
7. 7. Fassettenoptik nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie als fokussierende Elemente Hohlspiegel bzw. Segmente von Hohlspiegeln enthält und daß diese so angeordnet sind, daß die paraI-lel zur Empfängerebene auftreffenden Strahlen eines Sichtfeldes jeweils zwischen zwei konvexen Seiten von Hohlspiegeln hindurch auf die konkave Seite des entsprechenden Hohlspiegels gelangen und von dort auf die Empfängerebene fokussiert werden.