DE60202167T2

DE60202167T2 - Segmentierte Fresnel-Linse

Info

Publication number: DE60202167T2
Application number: DE60202167T
Authority: DE
Inventors: Piero Camillo Gusi
Original assignee: Vimar SpA
Current assignee: Vimar SpA
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2022-05-08
Also published as: ES2233741T3; DE60202167D1; EP1258846A3; ITMI20011024A0; ITMI20011024A1; EP1258846B1; ATE284563T1; PT1258846E; EP1258846A2

Description

Die Erfindung betrifft eine segmentierte Fresnel-Linse, die zur Konzentration von Infrarotstrahlen auf ein lichtempfindliches Element (einen optischen Sensor) zu verwenden ist, insbesondere zur Anwendung bei Systemen zum Schutz vor unbefugtem Eindringen, oder im Allgemeinen bei Wohnraummeldesystemen.
Bekanntermaßen umfassen Infrarotwohnraummeldesysteme oder -Sensoren ein Element, das zum Sammeln und Konzentrieren von Strahlen zum Maximieren der Signalverstärkung befähigt ist, sowie einen elektrooptischen Sensor, der zum Empfang des Strahlungssignals befähigt ist.
Mit dem Sensor verbunden ist eine elektronische Schaltung, die zur Erfassung von Fluktuationen bei dem Ausgangssignal des Sensors in der Lage ist, welche die Folge von Variationen bei dem Strahlungssignal sind.
Das Prinzip, auf denen diese passiven Infrarotsensoren basieren, ist nachstehend beschrieben.
Da im Allgemeinen Menschen und Objekte normalerweise Temperaturunterschiede im Hinblick auf die umgebende Umwelt aufweisen, emittieren sie Pegel von infraroter Strahlung, die sich im Allgemeinen von den Hintergrundpegeln unterscheiden. Folglich erzeugen sie Fluktuationen bei der Strahlungsintensität, wenn sie durch das optische Feld passieren, das bei geeigneter Verstärkung durch die mit dem Sensor verbundene elektronische Verschaltung erfasst werden kann.
Unter Verwendung der Strahlungskonzentration sind Temperaturunterschiede von weniger als einem Grad Celsius ausreichend, um die Gegenwart einer sich bewegenden Person bzw. eines Objektes zu erfassen.
Üblicherweise werden Fresnel-Linsen oder segmentierte Fresnel-Linsen, was eine aus einer Vielzahl von Streifen oder Segmenten von Fresnel-Linsen bestehende Linse ist, von denen jede in der Lage ist, eine bestimmte Zone des zu überwachenden Raums abzudecken, als Strahlungskonzentrationselemente verwendet.
Die Druckschrift US-4 930 864 beschreibt ein gewölbtes System einer segmentierten Fresnel-Linse in Verbindung mit einem Infrarotwohnraumsensor.
Das System der Linse umfasst eine Vielzahl von Segmenten einer Fresnel-Linse, die auf der Oberfläche einer kugelförmigen Haube verteilt sind, und die jeweils für den Empfang der Strahlung von einer um eine entsprechende optische Achse zentrierte bestimmte Zone und zu deren Fokussierung im Brennbereich befähigt ist.
Das am 10. August 1987 eingereichte italienische Gebrauchsmuster Nr. 218 696 beschreibt einen ähnlichen Sensor mit einer segmentierten Fresnel-Linse, der in standardisierte wandbefestigte Boxen zum Halten elektrischer Module eingefügt werden kann.
Die Druckschrift EP-0 484 293 beschreibt einen Infrarotwohnraumsensor mit einer Haubenlinse mit einer Vielzahl von Segmenten einer Fresnel-Linse, die in drei Streifen auf der Oberseite der anderen angeordnet ist, damit die vom oberen Teil, dem mittleren Teil bzw. dem unteren Teil des überwachten Raumes kommende Strahlung dazu gebracht wird, auf dem infrarotempfindlichen Element zu konvergieren. Bei den bekannten Lösungen existiert normalerweise eine visuelle Entsprechung zwischen den Segmenten der auf der Kunststoffhaube ausgebildeten Fresnel-Linse und den entsprechenden Elementen oder Strahlen, die auf das sensitive Element durch die Kunststoffsegmente gerichtet sind. Dies erlaubt eine leichte Identifikation der Richtung der Strahlen, selbst aus der Entfernung.
Zudem bietet die durch die Fresnel-Linsensegmente bestimmte Anordnung der Streifen nicht immer eine absolute Barriere, um jeden Eindringsversuch zu unterbinden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen zu eliminieren.
Insbesondere wird eine segmentierte Fresnel-Linse angegeben, bei der es keine visuelle Entsprechung zwischen den Strahlen und den Kunststoffsegmenten gibt, so dass die Richtung der Strahlen verborgen wird.
Zudem wird eine derartige segmentierte Fresnel-Linse mit einer Orientierung der Strahlen angegeben, welche die Erzeugung einer vollständigen Barriere erlaubt, die zur Unterbindung jeglichen Eindringversuchs in den durch den Sensor in Kombination mit der Linse überwachten Raum in der Lage ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine segmentierte Fresnel-Linse mit den Kennzeichen gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Im Wesentlichen umfasst die erfindungsgemäße Linse zwei horizontale Streifen von Kunststoffsegmenten, denen vier horizontale Streifen von Strahlungssegmenten oder Strahlen entsprechen. Es gibt daher keine Entsprechung zwischen den Kunststoffsegmenten und den Strahlungssegmenten oder Abfangstrahlen.
Die vier Streifen der Strahlung oder Abfangsegmente sind von verschiedenen vertikalen Größen und in eine unterschiedliche Anzahl von Segmenten unterteilt.
Insbesondere weist vom Boden aus das erste Band drei Segmente, das zweite fünf, das dritte sechs, und das vierte drei auf.
Die horizontale Winkelbereichserstreckung des Abdeckungsfeldes der Linse beträgt etwa 112°, während die vertikale Winkelbereichserstreckung bei etwa 36° liegt, +6° auf der Horizontalen und –30° unter der Horizontalen.
Der erste und unterste Streifen umfasst eine auf ein Maximum von 1,5 Meter begrenzte Abdeckung auf, während die anderen eine Barriere von etwa 7 Metern erzeugen.
Der dritte Streifen vom Boden mit sechs Segmenten weist praktisch keine Neigung bezüglich der Horizontalen auf.
Weitere Kennzeichen der Erfindung werden durch die ausführliche nachstehende Beschreibung unter Bezugnahme auf ein rein beispielhaft und daher nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, deutlicher. Es zeigen:
1 eine schematische axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen segmentierten Fresnel-Linse;
2 eine Abwicklung der Linse aus 1;
3 eine Draufsicht der Winkelabdeckung der Linse auf der horizontalen Ebene; und
4 eine Seitenansicht der Winkelabdeckung der Linse auf der vertikalen Ebene.
Unter Bezugnahme auf die Figuren und zunächst insbesondere bezüglich der 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Linse als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Linse 1 wird segmentierte Fresnel-Linse genannt, weil sie aus einer Vielzahl von Segmenten oder Längen einer Fresnel-Linse besteht, wie nachstehend im Einzelnen beschrieben ist.
Die eigentliche Linse 1 gemäß 1 weist eine kugelförmige Oberfläche auf, und wird von einem kastenförmigen Körper 2 gestützt, der aus Paaren von flachen gegenüberliegenden einander zugewandten Wänden besteht.
Die Linse 1 und der Stützkörper 2 sind normalerweise durch das Gießen von Kunststoffmaterial in einem einzelnen Körper ausgebildet.
Wie aus 1 schematisch ersichtlich ist, können Führungen 3 und Kopplungseinrichtungen 4 zum Fixieren der Linse beispielsweise mit einem elektrischen Modul, das in einen wandbefestigten Kasten eingefügt werden kann, auf dem Körper 2 bereitgestellt werden.
Wie in 1 schematisch gezeigt ist, ist die Linse 1 durch eine Linie L in zwei horizontale Streifen 5, 6 mit jeweils neun Kunststoffsegmenten geometrisch unterteilt, was bei der Abwicklung gemäß 2 besser ersichtlich ist. Die in den 1 und 2 schematisch mit S bezeichneten Kunststoffsegmente entsprechen bezüglich der äußeren Geometrie der Linse nicht derselben Anzahl von optischen Segmenten, d. h. Strahlungssegmenten.
Wie aus 2 und noch besser aus den 3 und 4 ersichtlich ist, welche die Abdeckungswinkelbereiche der Linse darstellen, fallen im Gegenteil die beiden Streifen 5 und 6 der Kunststoffsegmente S in vier Streifen A, B, C, D von Strahlungssegmenten zusammen, wobei die entsprechenden Brennpunkte (Fokusse) F_A, F_B, F_C, und F_D in 2 gezeigt sind.
Insbesondere umfasst von unten nach oben fortschreitend das Band C drei Strahlungssegmente, das Band B fünf Strahlungssegmente, das Band A sechs Segmente und das Band D wiederum drei Segmente.
Das Fehlen einer visuellen Entsprechung zwischen den Kunststoffsegmenten S und den Strahlungssegmenten ermöglicht das Verbergen der Richtung der Strahlen bzw. Strahlenbündel. Dies ist insbesondere bei Diebstahlschutzanwendungen nützlich.
Die Orientierung der Strahlen bzw. Strahlenbündel, die in den (in 2 schraffiert gezeigten) Fokalbereich 11 (bzw. Brennpunktbereich) der Linse gerichtet sind, wo ein optischer Sensor 10 angeordnet ist, kann den 3 und 4 entnommen werden.
In Anbetracht, dass der Sensor bei normalen wandbefestigten Boxinstallationen in einer Höhe von etwa 1,2 Metern vom Boden angeordnet ist, ist im Einzelnen der untere Streifen C abwärts gerichtet und erstreckt sich etwa 1,5 Meter (4) mit einer Winkelbereichsabdeckung auf der horizontalen Ebene von etwa 75°.
Die verbleibenden drei Streifen B, A und D erzeugen eine Barriere über etwa 7,5 Meter und bestimmen insgesamt eine Winkelbereichsabdeckung auf der horizontalen Ebene von etwa 112°.
3 zeigt die den Segmenten der verschiedenen Streifen A, B, C und D entsprechenden Strahlen bzw. Strahlenbündel.
Gemäß 4 liegt die Winkelbereichserstreckung auf der vertikalen Ebene bei etwa 36°, mit einer Neigung von +6° nach oben und –30° nach unten. Das dritte Band von unten von Band A mit sechs Segmenten weist keine Neigung bezüglich der Horizontalen auf, so dass es die größte Strahlenkonzentration bei der typischen Abfanghöhe für eine Person bestimmt, was dem Installationsniveau des Sensors entspricht, d. h. etwa 1,2 Metern.
Die Unterteilung der Linse in vier Strahlungsstreifen mit insgesamt 17 Segmenten ermöglicht im Vergleich zu den bekannten Lösungen eine größere Winkelbereichsabdeckung sowohl auf der Vertikalen als auch auf der Horizontalen, wobei die geometrische Größe der Linse dieselbe bleibt.
Die Erzeugung einer Barriere, die jeden abfangen kann, der sich dem Sensor nähert, ist auf jeden Fall sichergestellt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen segmentierten Fresnel-Linse sind aus der vorstehend wiedergegebenen Beschreibung offensichtlich, aber ihr Aufbau ist nichts desto trotz nicht darauf beschränkt, was in den beigefügten Zeichnungen beschrieben und dargestellt ist, sondern unterliegt verschiedenen Abwandlungen im Detail innerhalb der Reichweite eines Durchschnittsfachmanns, ohne vom Erfindungsbereich gemäß den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen.

Claims

Eine segmentierte, kugelförmige Fresnel-Linse, die eine Vielzahl von Fresnel-Linsen-Segmenten umfasst, welche in der Lage sind, entsprechende Strahlenbündel auf einen optischen Sensor (10) zu leiten, der im Fokalbereich (11) der Linse angeordnet ist, sowie eine Vielzahl von übereinander gelagerten äußeren Streifen (5, 6) von Kunststoffsegmenten (S), dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Kunststoffsegmenten (S) sich von der Anzahl der Fresnel-Linsen-Segmente unterscheidet, so dass keine direkte visuelle Übereinstimmung zwischen den genannten Kunststoffsegmenten (S) und den genannten Fresnel-Linsen-Segmenten oder Strahlungssegmenten besteht.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Streifen (5, 6) von Kunststoffsegmenten (S) und vier Streifen (A, B, C, D) von Strahlungssegmenten umfasst.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie achtzehn Kunststoffsegmente (S) und siebzehn Strahlungssegmente umfasst.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten siebzehn Strahlungssegmente, welche die vier übereinander gelagerten Streifen einnehmen, von unten nach oben vorgehend wie folgt verteilt sind: drei im unteren Streifen (C), fünf im mittleren Streifen (B), sechs im mittleren Streifen (A) und drei im oberen Streifen (D).
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß einem beliebigen der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelabdeckung der genannten Strahlungssegmente auf horizontaler Ebene etwa 112° entspricht.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß einem beliebigen der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelabdeckung der genannten Strahlungssegmente auf vertikaler Ebene etwa 36° + 6° über der Horizontalen und –30° unter der Horizontalen entspricht.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Streifen (A) mit sechs Strahlungssegmenten im Verhältnis zur Horizontalen keine Neigung aufweist.
Eine segmentierte Fresnel-Linse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte untere Streifen (C) eine Abdeckung von etwa 1,5 m in Entfernung aufweist, während die übrigen drei Streifen (B, A, D) auf etwa 7,5 m eine Barriere bilden.
Eine Fresnel-Linse gemäß einem beliebigen der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen kastenförmigen Körper (2) aufweist, und mit dem genannten optischen Sensor (11) und der entsprechenden elektronischen Steuertechnik in einem in die Wand eingelassenen Kasten zusammen montiert ist, und zwar auf einer Höhe von 1,2 m.
Ein Infrarot-Belegungssensor, der eine segmentierte Fresnel-Linse (1) umfasst, die in der Lage ist, die Erkennungsstrahlung auf ein empfindliches Element oder einen optischen Sensor (10) zu konzentrieren, an den ein elektronisches Steuersystem angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Fresnel-Linse (1) Eigenschaften aufweist, die einem beliebigen der Ansprüche von 1 bis 9 entsprechen.