DE3812969A1

DE3812969A1 - Infrarot-bewegungsmelder

Info

Publication number: DE3812969A1
Application number: DE19883812969
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Schmidt; Manfred Ing Grad Stefanski
Original assignee: Gebrueder Merten GmbH and Co KG
Current assignee: Gebrueder Merten GmbH and Co KG
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-11-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Bewegungsmelder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder dienen der Feststellung der Anwesenheit einer Person in einem Überwachungs gebiet. Die von einer Person ausgehende Infrarot- Strahlung wird durch ein Linsensystem gebündelt und auf einen dahinter angeordneten Sensor fokussiert. Das Linsensystem besteht aus einem den Sensor etwa halb kreisförmig umgebenden Linsenschirm aus zahlreichen Einzellinsen, von denen jede ein gebündeltes Sichtfeld aufweist, das auf den Sensor fokussiert wird. Die Strahlung, die durch die im Mittelbereich des Linsen schirms befindlichen Linsen hindurchgeht, trifft rela tiv steil auf den Sensor, so daß der Bewegungsmelder für Strahlung, die innerhalb eines Öffnungswinkels von etwa ±55° zur Sensorachse einfällt, sehr empfindlich ist. Die Randstrahlen, die von außerhalb dieses Winkel bereichs einfallen, werden von dem Sensor nicht oder nicht mit hinreichender Empfindlichkeit erfaßt. Ein Bewegungsmelder sollte in einer horizontalen Ebene einen Erfassungsbereich von etwa 180° haben, so daß er bei Befestigung an einer Wand Objekte feststellen kann, die sich aus irgendeiner Richtung dem Bewegungsmelder nähern.

Aus DE-OS 35 00 860 ist ein Infrarot-Bewegungsmelder bekannt, bei dem die Randstrahlen über Reflektoren in den Strahlengang der Mittelstrahlen eingespiegelt werden, so daß die Randstrahlen nach Reflektion relativ steil auf den Sensor treffen. Dabei ist ein Reflektor außerhalb des Linsenschirmes angeordnet. Damit die Rückseite des Reflektors die betreffende Linse gegen über dem einfallenden Mittelstrahl nicht vollständig abschottet, ist der Reflektor kleiner als die Linse, so daß etwa die Hälfte des einfallenden Mittelstrahls an dem Reflektor vorbei zu dem nicht abgedeckten Teil der Linse gelangt, während der seitlich einfallende Rand strahl so reflektiert wird, daß er die andere Hälfte der Linse passiert. Hierbei wird durch die Ein spiegelung des Randstrahls in das System ein Teil eines Mittelstrahls abgeschottet, wodurch die Empfindlichkeit verringert wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Reflektoren außerhalb des Linsenschirms un geschützt angebracht werden müssen. Schließlich wird auch der Radius des Bewegungsmelders vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Infra rot-Bewegungsmelder der im Oberbegriff des Patent anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der eine hohe Seitenempfindlichkeit hat, ohne daß die Empfindlichkeit für Strahlung, die ohne Reflektion auf den Sensor trifft, verringert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an gegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Infrarot-Bewegungsmelder sind hinter den seitlichen Linsen jeweils Primärreflektoren angeordnet, die nicht im Strahlenweg irgendeines der anderen Strahlen liegen. Die gesamte Strahlung, die aus dem Sichtfeld dieser Linse einfällt, wird auf den Primärspiegel geworfen und von diesem zu einem oberhalb des Linsenschirms angeordneten Sekundärspiegel reflek tiert, der den Strahl dann auf den Sensor wirft. Auf diese Weise entsteht eine gefaltete Optik mit zwei maliger Reflektion der Randstrahlen, wobei der Rand strahl nach der zweiten Reflektion aus dem Erfassungs bereich auf den Sensor trifft, ohne daß dadurch die unreflektiert aus dem Erfassungsbereich einfallenden Strahlen gestört würden. Die Primärreflektoren sind jeweils hinter der betreffenden seitlichen Linse, deren Strahlung sie reflektieren sollen, angeordnet, während die Sekundärreflektoren oberhalb des Linsenschirms im Winkelbereich des Erfassungsbereichs des Sensors an geordnet sind und die aus dem Erfassungsbereich ein fallende Strahlung nicht behindern. Die aus dem Er fassungsbereich einfallende Strahlung wird ohne Reflek tion auf den Sensor geworfen, während die aus den seit lichen Randbereichen einfallende Strahlung zunächst in den Erfassungsbereich hinein und von dort noch einmal zum Sensor reflektiert wird. Die Erfindung macht von dem Umstand Gebrauch, daß ein Infrarot-Bewegungsmelder normalerweise an erhöhter Stelle montiert wird und einen hauptsächlich nach unten und horizontal ge richteten Erfassungsbereich hat, während er nach oben "blind" sein kann. Der Raum oberhalb des Linsenschirms eignet sich also für die Anbringung der Sekundär reflektoren, ohne daß die Empfangscharakteristik ver schlechtert würde. Wenn eine hohe Empfindlichkeit nach unten nicht erforderlich ist, können auch einige Sekundärreflektoren unterhalb des Linsenschirms an geordnet werden. Normalerweise besteht allerdings die Forderung, daß der Bewegungsmelder nach unten hin eine hohe Empfindlichkeit hat, um einen Schutz gegen Unter kriechen des Bewegungsmelders zu gewährleisten.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß der Linsen schirm, der vorzugsweise aus zahlreichen Fresnel-Linsen besteht, zugleich die Außenwand des Bewegungsmelders bilden kann, weil außerhalb der Kontur des Linsen schirms keine optischen oder anderen Teile angeordnet sind. Nur oberhalb des Linsenschirms muß ein freier Raum zur Aufnahme der Sekundärreflektoren vorhanden sein.

Die Größe des Signals des Sensors ist abhängig von der aufgenommenen Strahlungsmenge und von der Bewegungs geschwindigkeit des im Sensor fokussierten Objekts. Im Seitenbereich sind die Winkelgeschwindigkeiten des zu erfassenden Objekts naturgemäß kleiner als im mittleren Bereich. Durch die erfindungsgemäße Spiegeloptik ist die Brennweite im Randbereich des Bewegungsmelders größer als im mittleren Bereich. Dadurch wird eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit des zu fokussierenden Objekts im Randbereich erreicht, was eine gleichmäßige Erfassung von Objekten über den genannten Ansprech bereich des Bewegungsmelders zur Folge hat.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht des inneren Auf baus eines Infrarot-Bewegungsmelders,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1, und

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Infrarot-Bewegungsmelders.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, das den Infrarot-Sensor 11 ent hält. Vor dem Sensor 11 ist ein generell halb zylindrisch gebogener Linsenschirm 12 aus einer für Infrarot-Strahlen durchlässigen Folie angeordnet. In dem Linsenschirm 12 sind zahlreiche Linsen L 1-L 10; L 1 a-L 10 a; L 1b-L 10 b in Form rechteckiger Felder aus gebildet. Jede der Linsen ist eine Fresnel-Linse aus zahlreichen ringförmigen Rillen, die in die Folie ein gearbeitet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungs beispiel sind drei horizontale Reihen von Linsen über einander angeordnet. In den einzelnen Reihen sind die Mittelpunkte der kreisförmigen Rillen jeweils gegenüber dem Zentrum des betreffenden Linsenfeldes versetzt, um zu erreichen, daß die in einer vertikalen Ebene ent haltenen Sichtfelder F, Fa, Fb der drei Linsenreihen auf die Empfangsfläche des Sensors 11 fokussiert werden, wobei die Sichtfelder F, Fa, Fb gemäß Fig. 2 sämtlich schräg nach unten gerichtet sind. Der Sensor 11 be findet sich hinter dem Linsenschirm 12 in einer Höhe, die etwa 2/3 der Höhe des Linsenschirms entspricht.

In Fig. 1 sind die Sichtfelder F 1-F 10 der Linsen L 1-L 10 der unteren Linsenreihe in einer horizontalen Ebene dargestellt. Die Sichtfelder F 3- F 8 liegen symmetrisch im mittleren Bereich MA des Linsenschirmes 12, d.h. in einem Winkelbereich von ±55° zur Mittelachse des Sensors 11. Die Vertikalebenen, die die optischen Achsen dieser Linsen L 3- L 8 enthalten, gehen durch die Aufnahmefläche des Sensors 11 hindurch. Die aus den mittleren Sichtfeldern F 3- F 8 einfallende Strahlung wird daher ohne Reflektion auf den Sensor 11 fokussiert.

Die seitlichen Randstrahlen F 1, F 2, F 9 und F 10 können nicht direkt auf die Sensorfläche fokussiert werden, weil sie zu schräg einfallen. Daher ist hinter jeder der seitlichen Linsen L 1, L 1 a, L 1 b; L 2, L 2 a, L 2 b; L 9, L 9 a, L 9 b und L 10, L 10 a, L 10 b ein Primärreflektor angeordnet, der die durch die Linse einfallende Strahlung auf einen oberhalb des Linsenschirmes 12 angeordneten Sekundär reflektor wirft. In den Zeichnungen sind zur Ver einfachung nur die Primärreflektoren RP 1, RP 10 und die Sekundärreflektoren RS 1, RS 10 der Linsen L 1 und L 10 dar gestellt. Für die übrigen Rand-Linsen, die außerhalb des Mittelbereichs MA angeordnet sind, ist jeweils ein solches Reflektorpaar vorhanden, das aber in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Primärreflektor RP 1 der Linse L 1 ist unmittelbar hinter dieser Linse im Inneren des von dem Linsenschirm 12 umschlossenen Raumes angeordnet und derart schräggestellt, daß die aus dem seitlichen Sichtfeld F 1 einfallende Strahlung schräg nach oben reflektiert wird, und zwar auf den Sekundärreflektor RS 1, der oberhalb des Linsenschirms 12, jedoch innerhalb der Umfangskontur des Linsen schirms, angeordnet ist. Der Sekundärreflektor RS 1 be findet sich - in Draufsicht betrachtet - innerhalb des mittleren Bereichs MA. Die Brennweiten der Rand-Linsen sind so bemessen, daß die aus den Rand-Sichtfeldern eintreffende Strahlung nach zweimaliger Reflektion auf die Empfangsfläche des Sensors 11 fokussiert wird. Auf diese Weise gelangen alle aus einem Winkelbereich von 180° einfallenden Strahlen in dem mittleren Bereich MA von 110° auf den Sensor 11. Durch die Reflektoren, die für die Randstrahlen vorgesehen sind, werden die Strahlengänge der mittleren Strahlen nicht abgeschirmt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist unter dem Linsenschirm 12 ein weiterer Linsenschirm 13 angeordnet, der kegelförmig ausgebildet ist und weitere Reihen von Fresnel-Linsen enthält. Die Sichtfelder Fc und Fd dieser weiteren Linsen erfassen den Bereich unterhalb des Bewegungs melders, um zu verhindern, daß eine Person unbemerkt unter dem Bewegungsmelder hindurchkriechen kann. Auch die Fresnel-Linsen des weiteren Linsenschirms 13 sind auf den Sensor 11 fokussiert. Hinter den seitlichen Linsen des weiteren Linsenschirms 13 können ebenfalls Primärreflektoren angeordnet sein, deren reflektierte Strahlung auf oberhalb des Linsenschirms 12 angeordnete Sekundärreflektoren geworfen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 1 und 2 sind die Primärreflektoren RP unmittelbar dicht hinter der je weiligen seitlichen Linse angeordnet, so daß sie die Linse zum Inneren des Gehäuses bedecken.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Primärreflektor RP 1 der Linse L 1 in der Nähe des gegen überliegenden Endes des Linsenschirms 12 angeordnet ist, so daß die aus dem seitlichen Sichtfeld F 1 ein fallende Strahlung nach dem Passieren der Linse L 1 an der Vorderseite des Sensors 11 bis in die Nähe der gegenüberliegenden Linse L 10 gelangt und erst dort von dem zugehörigen Primärreflektor RP 1 schräg nach oben auf den im Mittelbereich MA angeordneten zugehörigen Sekundärreflektor RS 1 reflektiert wird, der den Strahl dann auf die Empfangsfläche des Sensors 11 richtet. Auch hier ist der Sekundärreflektor RS 1 - in Draufsicht betrachtet - im Mittelbereich MA angeordnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Infrarot-Bewegungsmelder werden die Randstrahlen durch die aus Primärreflektor und Sekundärreflektor bestehende gefaltete Optik in den Mittelbereich MA des Sensor-Empfangsbereichs reflek tiert, und zwar an eine Stelle oberhalb des Linsen schirmes 12 und vorzugsweise an eine Stelle, die inner halb der vertikalen Verlängerung des von dem Linsen schirm 12 umschlossenen Raums liegt. Der Linsenschirm 12 bildet daher die äußere Begrenzungswand des Gehäuses des Bewegungsmelders.

Claims

1. Infrarot-Bewegungsmelder mit einem vor einem Sensor (11) montierten bogenförmigen Linsenschirm (12) , dessen Linsen jeweils ein Sichtfeld (F 1- F 10) erfassen und auf den Sensor (11) fokussieren, wo bei die im mittleren Bereich (MA) des Linsen schirms (12) befindlichen Linsen die einfallende Strahlung unreflektiert auf den Sensor (11) werfen, während zur Erfassung seitlich ein fallender Randstrahlen (F 1, F 2, F 9, F 10) Reflektoren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den seitlichen Linsen (F 1, F 2, F 9, F 10) des Linsenschirmes (12) jeweils ein Primär reflektor (RP 1, RP 10) angeordnet ist, der das ein fallende Licht über einen oberhalb der mittleren Linsen (L 3- L 8) befestigten Sekundärreflektor (RS 1-RS 10) auf den Sensor (11) wirft.

2. Infrarot-Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärreflektor (RP 1, RP 10) unmittelbar hinter der zugehörigen Linse (L 1, L 10) angeordnet ist.

3. Infrarot-Bewegungsmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenschirm (12) im wesentlichen halbzylindrisch ist und daß unter ihm ein halbkegeliger weiterer Linsenschirm (13) angeordnet ist, dessen Linsen ebenfalls auf den Sensor (11) fokussiert sind.

4. Infrarot-Bewegungsmelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch hinter den seitlichen Linsen des weiteren Linsenschirms (13) Primär reflektoren angeordnet sind.