EP3908872A1 - Accessoire de vision de couche sous plafond pour detecteur infrarouge - Google Patents

Accessoire de vision de couche sous plafond pour detecteur infrarouge

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EP3908872A1
EP3908872A1 EP20701259.2A EP20701259A EP3908872A1 EP 3908872 A1 EP3908872 A1 EP 3908872A1 EP 20701259 A EP20701259 A EP 20701259A EP 3908872 A1 EP3908872 A1 EP 3908872A1
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EP
European Patent Office
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detector
optical device
infrared
mirror
vision
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Pending
Application number
EP20701259.2A
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English (en)
Inventor
Christophe Martinsons
Pierre LEPRETRE
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Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
Original Assignee
Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
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Publication date
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    • G02B17/061—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
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    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical systems comprising one or more optical components suitable for reflecting or making converge or diverge infrared radiation.
  • the invention aims more particularly to propose a simple and inexpensive optical device which makes it possible to modify the field of vision of an infrared detector installed on the ceiling of a room, in order to observe the layer under the ceiling of the room.
  • the invention also relates to an optical accessory which can be mounted or dismounted on an existing infrared detector, the optical accessory comprising an optical device as mentioned.
  • the main application targeted by the invention relates to the modification of the field of vision of an infrared detector comprising a moderate resolution sensor, comprising for example 64 ⁇ 64 or 80 ⁇ 80 sensitive elements.
  • This type of detector has sufficient resolution to allow imaging applications.
  • the invention applies to any type of infrared detector for which there is a need to modify the detector's field of vision in a simple and inexpensive manner.
  • “Ceiling layer” means a layer located directly under the ceiling of a room, and which has a small thickness compared to the height of the room. Typically, a ceiling layer has a thickness of less than 15% of the height of the room, directly under the ceiling.
  • sensors operating in the infrared domain can be used to manufacture sensors operating in the infrared domain.
  • pyroelectric sensors and thermopiles are widely used for very low resolution detectors conventionally comprising only a few sensitive elements.
  • Sensors incorporating micro-bolometers are used in medium and high resolution sensors that can be used as imagers.
  • sensors of moderate resolution which allow the implementation of basic imaging functions, such as the location of an infrared source.
  • Such sensors can have a resolution between 16x16 pixels and 80x80 pixels and can operate on the basis of one of the aforementioned technologies.
  • An anti-intrusion alarm system typically relies on a pyroelectric sensor comprising two or four sensitive elements associated with a simple and inexpensive optical device defining the detector's field of vision.
  • This optical device can in particular be a Fresnel lens matrix made of polyethylene or a set of mirrors each made from a plastic substrate, such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC), at least metallized on its functional surface.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • An anti-intrusion detector of this type is qualified as a passive detector because it emits no radiation.
  • an intrusion detector is based on the observation of a simultaneous variation in the ambient infrared flux received by all the sensitive elements of the sensor.
  • anti-intrusion detector installation on the ceiling, in which case the field of vision is 360 ° in azimuth and typically of the order of about 45 ° in elevation, on either side of the vertical , or a wall installation, in which case the detector's field of vision can be determined according to the configuration of the walls of the room in which it is installed.
  • Occupancy sensors which usually control the automatic switching on of lighting, are similar to anti-intrusion sensors in their operation. There are also, for fire alarms, so-called thermo-velocimetric detectors, sensitive to an abnormal increase in the temperature of the walls of a room which characterizes the presence of a heat source.
  • a pyroelectric sensor with a resolution of 16x16 pixels.
  • This sensor which can for example be installed above a store queue, is associated with a germanium or chalcogenide glass lens which makes it possible to obtain a field of vision having a limited angle, on the order of 50 ° to 60 °.
  • the resolution of the sensor although relatively low, is nevertheless sufficient to obtain a good approximation of the number of people and their location in the queue.
  • FIG. 1 schematically represents an infrared detector 1 comprising an imager of moderate resolution intended to be arranged on a ceiling.
  • Infrared radiation enters the detector through the optical system 2, which in particular comprises an input lens and an infrared sensor.
  • the layer under the ceiling plays a key role for the comfort of a living place.
  • These include the boundary layer of convection, where heat buildup can take place, especially in summer.
  • monitoring the ceiling layer produces important information for managing the thermal comfort of a room.
  • monitoring the layer under the ceiling improves safety in the context of preventing or detecting the start of a fire. It makes it possible to observe the thermo-velocimetry of the walls, that is to say the speed of temperature change of the walls, and therefore to detect an abnormal rise in their temperature characteristic of a pre-fire situation.
  • the accumulation of hot smoke in the ceiling layer in the event of a fire can also be detected.
  • a fire detector observing the layer under the ceiling has the advantage of not being able to trigger an alarm on the basis of a false signal, for example from the occupants of the room or hot objects that they are likely to handle.
  • the object of the invention is to meet this need at least in part.
  • the invention relates to an optical device, intended to be arranged on a detector provided with an infrared sensor to modify the field of vision of the detector, comprising:
  • the primary and secondary mirrors being adapted to reflect radiation in the infrared; and the primary and secondary mirrors being configured to define the field of vision of the device, to form an afocal system and to form a continuous image of the periphery of the device, the center of the image being masked by the secondary mirror.
  • peripheral of the device means all the directions substantially perpendicular to the axis of symmetry of the cone of the primary mirror, delimiting a panoramic view.
  • the invention essentially consists in the use of two conical mirrors, the primary mirror collecting the infrared radiation coming from the layer under the ceiling around the device to return it to the secondary mirror, which in turn reflects it to the sensor of the infrared detector.
  • the reflecting surfaces of the mirrors are configured to fulfill this function.
  • the image obtained by the optical device according to the invention comprises central masking: in fact, the presence of the secondary mirror facing the central opening of the primary mirror has the effect of blocking the infrared radiation coming from the floor, when the device is arranged on a detector installed on the ceiling of a room.
  • the sensor therefore only receives signals from the ceiling layer: the floor and any occupants of the room are completely hidden.
  • mirrors make it possible, on the one hand, to avoid the use of expensive infrared lenses, and on the other hand to obtain afocal reflective optics thereby avoiding focus adjustments.
  • a simple infrared optical device is thus obtained, inexpensive and making it possible to modify the field of vision of a detector and to provide a clear image of the periphery of the device (which may be a layer under the ceiling), corrected and with masking of the ground.
  • the angle of the field of vision is between 5 ° and 10 °.
  • the field of vision opens onto the ceiling layer: it is only the infrared radiation coming from the ceiling layer which is transmitted to the detector, and this over the entire periphery of the device, that is to say say 360 ° in azimuth.
  • the device consists of a single piece of injection molded plastic, such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC), at least the surfaces of the primary mirror and of the secondary mirror being metallic.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • the maximum diameter of the primary mirror is less than 1010 mm, preferably less than 70 mm, and the height of the device in the direction of the axis of the cone defining the reflecting surface is less than 40 mm, preferably less at 30 mm.
  • the invention also relates to an infrared detector comprising an optical device as described above, the device being arranged so as to form the image on the infrared sensor of the detector.
  • the invention relates to the use of this infrared detector to detect an accumulation of heat or a cold spot in the ceiling layer of a room. It also relates to the use of this infrared detector to detect an accumulation of hot smoke in the ceiling layer or an abnormal change in the temperature of the walls of a room at the level of the ceiling layer.
  • the invention finally relates to an optical accessory intended to be arranged on an infrared detector, comprising an optical device as described above and a mechanism for hanging the optical device on the infrared detector.
  • Figure 1 is a schematic profile view of an infrared detector according to the state of the art
  • Figure 2 is a schematic view of an optical device according to the invention.
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of an optical device according to the invention in a sectional view
  • Figure 4 is a schematic view of an optical device according to the invention arranged on an infrared detector according to the state of the art;
  • Figure 5 is a side view of an optical device according to the invention arranged on an infrared detector according to the state of the art;
  • Figure 6 is an image obtained by an infrared detector according to the state of the art
  • FIG. 7 is a simulation of the image obtained by an infrared detector according to the state of the art on which an optical device according to the invention is arranged.
  • the optical device 10 comprises a primary mirror 11, a secondary mirror 12 and connecting means 13 for linking the primary mirror and the mirror.
  • connection means 13 are rigid connection means, constituted by four elongated supports, distributed equiangularly, each attached by one of their ends to the primary mirror and by the other end to the mirror secondary.
  • the height of the optical device that is to say its dimension in the vertical direction, can typically be of the order of 25 mm.
  • the primary mirror has a central opening 14 as well as a reflecting surface 15.
  • the diameter of the primary mirror can be of the order of 60 mm.
  • the secondary mirror has a reflecting surface 16.
  • the reflecting surface 16 of the secondary mirror is arranged opposite the central opening 14 of the primary mirror.
  • the secondary mirror 12 masks the ground, and only the radiation reflected by the secondary mirror penetrates into the central opening 14 to reach the optical system 2 of the detector 1.
  • the reflecting surfaces 15, 16 of the primary and secondary mirrors are of frustoconical and conical shape. respectively, and are configured to transmit to the optical system 2 of the detector the rays coming from the layer under the ceiling.
  • the frustoconical profile of the primary mirror is such that the incident rays from the ceiling layer are returned to the secondary mirror, the profile of which is adapted to reflect the rays on the optical system 2 of the detector 1.
  • the field of vision of the device extends continuously over 360 ° around the vertical and has an angle of field a on the layer under the ceiling of between 5 ° and 10 °, as more particularly visible in FIG. 5.
  • the mirrors are configured so that the image formed on the sensor is clear, with aspherical corrections.
  • the two mirrors form an afocal device.
  • the optical device 10 is preferably made in a single piece of injection molded plastic, such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC). The whole part, or at least the reflecting surfaces of the mirrors, are then metallized, in order to be able to reflect incident infrared radiation.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • Figures 4 and 5 schematically represent an optical device 10 according to the invention arranged on an infrared detector 1.
  • the optical system 2 of the detector does not require any modification and no electrical connection is necessary to arrange the optical device 10 on the detector 1.
  • a hanging mechanism can be provided.
  • This mechanism may for example include a semi-transparent semi-spherical polyethylene (PE) dome of small thickness, typically close to 0.5 mm, to efficiently transmit infrared radiation.
  • PE semi-transparent semi-spherical polyethylene
  • the secondary mirror is integral with the internal face of the dome and the latter is attached to the base of the detector, thus covering the device.
  • Figure 6 is an image obtained by an infrared detector according to the state of the art.
  • the detector's field of vision is directed towards the floor of the room, and its angle a does not exceed 90 °.
  • FIG. 7 shows for comparison the result of a computer simulation reproducing the effect obtained by the installation of an optical device according to the invention on the infrared detector used for obtaining the image of FIG. 6. It is noted that the field of vision of the detector is modified and allows the observation of the layer under the ceiling. A total masking of the ground in the center of the image is obtained, because the secondary mirror blocks the field of vision of the detector in the direction of the ground.
  • this central masking makes it possible to avoid any risk of inadvertent triggering of the alarm by a false signal caused for example by an occupant of the room or an object that he manipulates (cup coffee for example).
  • a simple, compact and lensless optical device can be used to modify the field of vision of an infrared detector in order to observe the layer under the ceiling.
  • the invention can be implemented to fulfill a fire alarm function. Indeed, infrared monitoring of the ceiling layer allows the detection of hot smoke. It also makes it possible to observe the thermo-velocimetry of the walls of a room, that is to say the speed of rise in their temperature, likely to indicate a pre-fire situation.
  • the invention can also be implemented with the aim of improving the thermal comfort of a room: infrared monitoring of the layer under the ceiling can indicate an accumulation of heat or makes it possible to detect a window that has remained open when the weather conditions outside are winter.
  • the invention is also applicable to any field in which it is advantageous to modify the field of vision of an infrared vision device with a simple and inexpensive optical device for obtaining a periscopic field of vision.
  • the optical device described can also be used in the automotive and transport fields.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif optique, destiné à être agencé sur un détecteur muni d'un capteur infrarouge pour modifier le champ de vision du détecteur, comportant deux miroirs coniques, le miroir primaire recueillant le rayonnement infrarouge en provenance de la couche sous plafond autour du dispositif pour le renvoyer sur le miroir secondaire, qui à son tour le réfléchit au capteur du détecteur infrarouge.

Description

ACCESSOIRE DE VISION DE COUCHE SOUS PLAFOND POUR DETECTEUR
INFRAROUGE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des systèmes optiques comportant un ou plusieurs composants optiques adaptés pour réfléchir ou faire converger ou diverger un rayonnement infrarouge.
L’invention vise plus particulièrement à proposer un dispositif optique simple et peu coûteux qui permette de modifier le champ de vision d’un détecteur infrarouge installé au plafond d’une pièce, dans le but d’observer la couche sous plafond de la pièce.
Sous un autre de ses aspects, l’invention concerne également un accessoire optique pouvant être monté ou démonté sur un détecteur infrarouge existant, l’accessoire optique comportant un dispositif optique tel que mentionné.
L’application principale visée par l’invention concerne la modification du champ de vision d’un détecteur infrarouge comprenant un capteur de résolution modérée, comportant par exemple 64x64 ou 80x80 éléments sensibles. Ce type de détecteur possède une résolution suffisante pour permettre des applications d’imagerie.
Bien que décrite en référence à l’application principale, l’invention s’applique à tout type de détecteur infrarouge pour lequel existe un besoin de modifier de façon simple et peu coûteuse le champ de vision du détecteur.
Par « couche sous plafond », on entend une couche située directement sous un plafond d’une pièce, et qui présente une faible épaisseur en comparaison de la hauteur de la pièce. Typiquement, une couche sous plafond présente une épaisseur de moins de 15% de la hauteur de la pièce, directement sous le plafond.
Technique antérieure
Plusieurs technologies peuvent être utilisées pour fabriquer des capteurs fonctionnant dans le domaine infrarouge. Ainsi, les capteurs pyroélectriques et les thermopiles sont largement utilisés pour des détecteurs de très faible résolution comportant classiquement seulement quelques éléments sensibles. Des capteurs intégrant des micro- bolomètres sont mis en œuvre dans des capteurs de moyenne et haute résolution pouvant servir d’imageurs. Il existe un intérêt grandissant pour des capteurs de résolution modérée, qui permettent la mise en œuvre de fonctions basiques d’imagerie, telle que la localisation d’une source infrarouge.
De tels capteurs peuvent avoir une résolution comprise entre 16x16 pixels et 80x80 pixels et peuvent fonctionner sur la base de l’une des technologies précitées.
L’exécution de nombreuses fonctions des détecteurs de très faible résolution peut être améliorée par la mise en œuvre de capteurs de résolution modérée. De plus, ce type de capteurs autorise de nouvelles applications.
Une des principales applications des capteurs infrarouges existants, de type pyroélectrique, est la détection de mouvement.
C’est le principe mis en œuvre par exemple par les détecteurs anti -intrusion, qui sont installés dans un grand nombre de bâtiments. Un système d’alarme anti -intrusion repose typiquement sur un capteur pyroélectrique comportant deux ou quatre éléments sensibles associés à un dispositif optique simple et bon marché définissant le champ de vision du détecteur. Ce dispositif optique peut notamment être une matrice de lentille de Fresnel réalisée en polyéthylène ou un ensemble de miroirs réalisés chacun à partir d’un substrat en plastique, tel que du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC), métallisé au moins sur sa surface fonctionnelle.
Un détecteur anti-intrusion de ce type est qualifié de détecteur passif car il n’émet aucun rayonnement.
Le fonctionnement d’un détecteur anti-intrusion repose sur l’observation d’une variation simultanée du flux infrarouge ambiant reçu par tous les éléments sensibles du capteur.
Plusieurs configurations de détecteur anti-intrusion sont possibles : une installation au plafond, auquel cas le champ de vision est de 360° en azimut et typiquement de l’ordre d’environ 45° en élévation, de part et d’autre de la verticale, ou une installation murale, auquel cas le champ de vision du détecteur peut être déterminé en fonction de la configuration des murs de la pièce dans laquelle il est installé.
Les détecteurs d’occupation, qui contrôlent usuellement l’allumage automatique d’un éclairage, sont semblables aux détecteurs anti-intrusion dans leur fonctionnement. Il existe également, pour des alarmes anti-incendie, des détecteurs dits thermo- vélocimétriques, sensibles à une augmentation anormale de la température des parois d’une pièce qui caractérise la présence d’un foyer de chaleur.
Bien que fiables, ces détecteurs sont limités en ce qu’ils ne permettent pas la localisation du foyer de chaleur.
De plus, un intérêt grandissant pour des applications de comptage de personnes ou de gestion de files d’attente peut être constaté, par exemple pour des raisons de sécurité ou de gestion d’espace. Dans ce cadre, la société Irisys a développé un capteur pyroélectrique de résolution 16x16 pixels. Ce capteur, qui peut par exemple être installé au-dessus d’une file d’attente d’un magasin, est associé à une lentille en germanium ou en verre de chalcogénure qui permet d’obtenir un champ de vision ayant un angle limité, de l’ordre de 50° à 60°. La résolution du capteur, bien que relativement faible, est néanmoins suffisante pour obtenir une bonne approximation du nombre de personnes et de leur localisation dans la file d’attente.
La figure 1 représente de manière schématique un détecteur infrarouge 1 comportant un imageur de résolution modérée destiné à être agencé sur un plafond. Le rayonnement infrarouge entre dans le détecteur à travers le système optique 2, qui comporte notamment une lentille d’entrée et un capteur infrarouge.
L’angle a du champ de vision d’un tel détecteur est classiquement compris entre
70° et 90°.
Dans un grand nombre d’applications pratiques, les différents types de détecteurs précités sont installés sur le plafond d’une pièce.
Or, les inventeurs ont déterminé qu’il existait un intérêt à surveiller la couche sous plafond d’une pièce.
En effet, la couche sous plafond joue un rôle primordial pour le confort d’un lieu de vie. Il s’agit notamment de la couche limite de la convection, où une accumulation de chaleur peut avoir lieu, notamment en été.
D’autre part, des points froids peuvent y apparaître par exemple lorsque des fenêtres sont ouvertes par temps hivernal. Autrement dit, la surveillance de la couche sous plafond produit des informations importantes pour la gestion du confort thermique d’une pièce. Par ailleurs, la surveillance de la couche sous plafond améliore la sécurité dans le cadre de la prévention ou de la détection d’un départ de feu. Elle permet en effet d’observer la thermo-vélocimétrie des parois, c’est-à-dire la vitesse de changement de température des parois, et donc de détecter une montée anormale de leur température caractéristique d’une situation de pré-incendie. De plus, l’accumulation de fumée chaude dans la couche sous plafond en cas d’incendie peut également être détectée.
Par rapport aux solutions existantes de détecteurs anti-incendie dont le champ de vision est dirigé vers le sol d’une pièce, un détecteur anti-incendie observant la couche sous plafond a pour avantage de ne pas pouvoir déclencher une alarme sur la base d’un faux signal issu par exemple des occupants de la pièce ou d’objets chauds que ceux-ci sont susceptibles de manipuler.
Il existe donc un intérêt pour une fonctionnalité de surveillance infrarouge de couche sous plafond.
Il existe par ailleurs de nombreux détecteurs infrarouges, d’ores et déjà installés sur un plafond d’une pièce, mais dont le champ de vision est orienté vers le sol de la pièce.
Par conséquent, il existe un besoin pour une solution permettant de modifier le champ de vision des détecteurs existants afin de surveiller la couche sous plafond.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention a pour objet un dispositif optique, destiné à être agencé sur un détecteur muni d’un capteur infrarouge pour modifier le champ de vision du détecteur, comportant :
- un miroir primaire de forme générale tronconique, comportant en son centre une ouverture circulaire,
- un miroir secondaire de forme générale conique,
- au moins un moyen de liaison pour lier le miroir primaire et le miroir secondaire, de telle sorte que la surface réfléchissante du miroir primaire est agencée en regard de la surface réfléchissante du miroir secondaire,
les miroirs primaire et secondaire étant adaptés pour réfléchir des rayonnements dans l’infrarouge ; et les miroirs primaire et secondaire étant configurés pour définir le champ de vision du dispositif, pour former un système afocal et pour former une image continue de la périphérie du dispositif, le centre de l’image étant masqué par le miroir secondaire.
Dans le contexte de l’invention, on entend par « périphérie du dispositif » l’ensemble des directions sensiblement perpendiculaires à l’axe de symétrie du cône du miroir primaire, délimitant une vue panoramique.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en l’utilisation de deux miroirs coniques, le miroir primaire recueillant le rayonnement infrarouge en provenance de la couche sous plafond autour du dispositif pour le renvoyer sur le miroir secondaire, qui à son tour le réfléchit au capteur du détecteur infrarouge.
Les surfaces réfléchissantes des miroirs sont configurées pour remplir cette fonction.
De manière avantageuse, l’image obtenue par le dispositif optique selon l’invention comporte un masquage central: en effet, la présence du miroir secondaire en regard de l’ouverture centrale du miroir primaire a pour conséquence de bloquer le rayonnement infrarouge en provenance du sol, lorsque le dispositif est agencé sur un détecteur installé sur le plafond d’une pièce.
Le capteur ne reçoit donc que les signaux issus de la couche sous plafond : le sol et les occupants éventuels de la pièce sont complètement masqués.
L’utilisation de miroirs permet d’une part d’éviter l’utilisation de lentilles infrarouges, coûteuses, et d’autre part d’obtenir une optique réflective afocale évitant ainsi des réglages de mise au point.
En outre, des corrections asphériques de l’image peuvent avantageusement être obtenues.
Grâce à l’invention, on obtient donc un dispositif optique infrarouge simple, peu coûteux et permettant de modifier le champ de vision d’un détecteur et de procurer une image de la périphérie du dispositif (qui peut être une couche sous plafond) nette, corrigée et avec masquage du sol.
De préférence, l’angle du champ de vision est compris entre 5° et 10°. Ainsi, le champ de vision s’ouvre sur la couche sous plafond : c’est uniquement le rayonnement infrarouge en provenance de la couche sous plafond qui est transmis au détecteur, et ce sur toute la périphérie du dispositif, c’est-à-dire sur 360° en azimut. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est constitué d’une seule pièce en matière plastique moulée par injection, tel que polyméhtylacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC), au moins les surfaces du miroir primaire et du miroir secondaire étant métallisées.
De manière préférentielle, le diamètre maximal du miroir primaire est inférieur à 1010 mm, de préférence inférieur à 70 mm, et la hauteur du dispositif dans la direction de l’axe du cône définissant la surface réfléchissante est inférieure à 40 mm, de préférence inférieure à 30 mm.
L’invention concerne également un détecteur infrarouge comprenant un dispositif optique tel que décrit précédemment, le dispositif étant agencé de manière à former l’image sur le capteur infrarouge du détecteur.
L’invention porte sur l’utilisation de ce détecteur infrarouge pour détecter une accumulation de chaleur ou un point froid dans la couche sous plafond d’une pièce. Elle porte également sur l’utilisation de ce détecteur infrarouge pour détecter une accumulation de fumées chaudes dans la couche sous plafond ou une évolution anormale de la température des parois d’une pièce au niveau de la couche sous plafond.
L’invention concerne enfin un accessoire optique destiné à être agencé sur un détecteur infrarouge, comportant un dispositif optique tel que décrit précédemment et un mécanisme d’ accroche du dispositif optique sur le détecteur infrarouge.
Brève description des dessins
La figure 1 est une vue schématique de profil d’un détecteur infrarouge selon l’état de l’art ;
La figure 2 est une vue schématique d’un dispositif optique selon l’invention ;
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d’un dispositif optique selon l’invention dans une vue en coupe ;
La figure 4 est une vue schématique d’un dispositif optique selon l’invention agencé sur un détecteur infrarouge selon l’état de l’art ;
La figure 5 est une vue de côté d’un dispositif optique selon l’invention agencé sur un détecteur infrarouge selon l’état de l’art ;
La figure 6 est une image obtenue par un détecteur infrarouge selon l’état de l’art La figure 7 est une simulation de l’image obtenue par un détecteur infrarouge selon l’état de l’art sur lequel est agencé un dispositif optique selon l’invention.
Description détaillée
Dans l’ensemble de la présente demande, les termes « vertical », « inférieur », « supérieur », « bas », « haut », « dessous » et « dessus » sont à comprendre par référence par rapport à un détecteur infrarouge en configuration de fonctionnement installé sur un plafond et faisant face au sol. Ainsi, dans une configuration de fonctionnement, le capteur du détecteur infrarouge fait face au sol dans la direction verticale.
La figure 1 a déjà été décrite en préambule et n’est donc pas commentée ci-après.
On décrit maintenant, en référence aux figures 2 à 5, un dispositif optique selon l’invention.
Le dispositif optique 10 comporte un miroir primaire 11, un miroir secondaire 12 et des moyens de liaison 13 pour lier le miroir primaire et le miroir.
Dans le mode de réalisation illustré, les moyens de liaison 13 sont des moyens de liaison rigides, constitués par quatre supports de forme allongée, répartis équi- angulairement, chacun attaché par une de leurs extrémités au miroir primaire et par l’autre extrémité au miroir secondaire.
La hauteur du dispositif optique, c’est-à-dire sa dimension selon la direction verticale, peut être typiquement de l’ordre de 25 mm.
Le miroir primaire comporte une ouverture centrale 14 ainsi qu’une surface réfléchissante 15.
Typiquement, le diamètre du miroir primaire peut être de l’ordre de 60 mm.
Le miroir secondaire comporte une surface réfléchissante 16. La surface réfléchissante 16 du miroir secondaire est agencée en regard de l’ouverture centrale 14 du miroir primaire.
Ainsi, du point de vue du capteur, le miroir secondaire 12 masque le sol, et seul le rayonnement réfléchi par le miroir secondaire pénètre dans l’ouverture centrale 14 pour atteindre le système optique 2 du détecteur 1.
Comme cela apparaît plus clairement en figure 3 qui montre les tracés optiques de rayons infrarouges en provenance de la couche sous plafond, les surfaces réfléchissantes 15, 16 des miroirs primaire et secondaire sont de forme tronconique et conique respectivement, et sont configurées pour transmettre au système optique 2 du détecteur les rayons en provenance de la couche sous plafond.
Le profil tronconique du miroir primaire est tel que les rayons incidents en provenance de la couche sous plafond sont renvoyés sur le miroir secondaire, dont le profil est adapté pour réfléchir les rayons sur le système optique 2 du détecteur 1.
Le champ de vision du dispositif s’étend en continu sur 360° autour de la verticale et possède un angle de champ a sur la couche sous plafond compris entre 5° et 10°, comme plus particulièrement visible en figure 5.
Les miroirs sont configurés de sorte que l’image formée sur le capteur soit nette, avec des corrections asphériques.
De manière avantageuse, les deux miroirs forment un dispositif afocal.
Le dispositif optique 10 est de préférence réalisé en un une seule pièce en matière plastique moulée par injection, tel que du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC). Toute la pièce, ou a minima les surfaces réfléchissantes des miroirs, sont ensuite métallisées, afin de pouvoir réfléchir un rayonnement infrarouge incident.
Les figures 4 et 5 représentent schématiquement un dispositif optique 10 selon l’invention agencé sur un détecteur infrarouge 1.
De manière avantageuse, le système optique 2 du détecteur ne nécessite aucune modification et aucune connexion électrique n’est nécessaire pour agencer le dispositif optique 10 sur le détecteur 1.
Afin de fixer le dispositif optique 10 au détecteur 1, un mécanisme d’ accroche peut être prévu. Ce mécanisme peut par exemple comporter un dôme hémisphérique semi- transparent en polyéthylène (PE) de faible épaisseur, typiquement proche de 0,5 mm pour transmettre efficacement le rayonnement infrarouge. Le miroir secondaire est solidaire de la face interne du dôme et ce dernier est rattaché à la base du détecteur, recouvrant ainsi le dispositif.
La figure 6 est une image obtenue par un détecteur infrarouge selon l’état de l’art. Le champ de vision du détecteur est dirigé vers le sol de la pièce, et son angle a ne dépasse pas 90°.
La figure 7 montre pour comparaison le résultat d’une simulation informatique reproduisant l’effet obtenu par la mise en place d’un dispositif optique selon l’invention sur le détecteur infrarouge utilisé pour l’obtention de l’image de la figure 6. On constate que le champ de vision du détecteur est modifié et permet l’observation de la couche sous plafond. Un masquage total du sol au centre de l’image est obtenu, car le miroir secondaire bloque le champ de vision du détecteur en direction du sol.
Dans le cas d’un détecteur anti -incendie, ce masquage central permet d’éviter tout risque de déclenchement intempestif de l’alarme par un faux signal provoqué par exemple par un occupant de la pièce ou un objet que celui-ci manipule (tasse de café par exemple).
Ainsi, grâce à l’invention, un dispositif optique simple, compact et ne comportant pas de lentilles peut être utilisé pour modifier le champ de vision d’un détecteur infrarouge afin d’observer la couche sous plafond.
Il peut notamment s’agir d’un accessoire que l’on monte sur un détecteur existant. L’installation d’un dispositif optique sur un détecteur existant est aisée : en effet, la lentille d’origine du détecteur est toujours utilisable, aucune connexion électrique n’est nécessaire et le positionnement du dispositif optique ne requiert pas une précision importante.
L’invention peut être mise en œuvre pour remplir une fonction d’alarme incendie. En effet, la surveillance infrarouge de la couche sous plafond permet la détection de fumées chaudes. Elle permet également d’observer la thermo-vélocimétrie des parois d’une pièce, c’est-à-dire la vitesse d’élévation de leur température, susceptible d’indiquer une situation de pré-incendie.
L’invention peut aussi être mise en œuvre dans le but d’améliorer le confort thermique d’une pièce : la surveillance infrarouge de la couche sous plafond peut indiquer une accumulation de chaleur ou permet de détecter une fenêtre restée ouverte lorsque les conditions climatiques extérieures sont hivernales.
D’autres variantes et avantages de l’invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l’invention. L’invention n’est ainsi pas limitée aux exemples décrits précédemment.
Bien que décrite en référence à l’application principale visée, à savoir modifier le champ de vision d’un détecteur infrarouge installé au plafond d’une pièce, l’invention est également applicable à tout domaine dans lequel il est avantageux de modifier le champ de vision d’un appareil de vision infrarouge avec un dispositif optique simple et peu coûteux pour obtenir un champ de vision périscopique. Ainsi, le dispositif optique décrit peut aussi être utilisé dans le domaine automobile et des transports.

Claims

Revendications
1. Dispositif optique (10) destiné à être agencé sur un détecteur (1) muni d’un capteur infrarouge pour modifier le champ de vision du détecteur, comportant :
- un miroir primaire (11) de forme générale tronconique, comportant en son centre une ouverture circulaire (14),
- un miroir secondaire (12) de forme générale conique,
- au moins un moyen de liaison (13) pour lier le miroir primaire et le miroir secondaire, de telle sorte que la surface réfléchissante du miroir primaire est agencée en regard de la surface réfléchissante du miroir secondaire,
les miroirs primaire et secondaire étant adaptés pour réfléchir des rayonnements dans l’infrarouge ; et
les miroirs primaire et secondaire étant configurés pour définir le champ de vision du dispositif, pour former un système afocal et pour former une image continue de la périphérie du dispositif, le centre de l’image étant masqué par le miroir secondaire.
2. Dispositif optique selon la revendication 1, l’angle (a) du champ de vision du dispositif étant compris entre 5° et 10°.
3. Dispositif optique selon l’une des revendications précédentes, constitué d’une seule pièce en matière plastique moulée par injection, tel que du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du polycarbonate (PC), au moins les surfaces du miroir primaire et du miroir secondaire étant métallisées.
4. Dispositif optique selon l’une des revendications précédentes, le diamètre maximal du miroir primaire étant inférieur à 100 mm, de préférence inférieur à 70 mm, et la hauteur du dispositif dans la direction de l’axe du cône définissant la surface réfléchissante du miroir primaire étant inférieure à 40 mm, de préférence inférieure à 30 mm.
5. Détecteur infrarouge comprenant un dispositif optique selon l’une des précédentes revendications, agencé de manière à former l’image sur le capteur infrarouge du détecteur.
6. Utilisation du détecteur infrarouge selon la revendication 5, pour détecter une accumulation de chaleur ou un point froid dans la couche sous plafond d’une pièce.
7. Utilisation du détecteur infrarouge selon la revendication 5, pour détecter une accumulation de fumées chaudes dans la couche sous plafond ou une évolution anormale de la température des parois d’une pièce au niveau de la couche sous plafond.
8. Accessoire optique destiné à être agencé sur un détecteur infrarouge, comportant un dispositif optique selon l’une des revendications 1 à 4 et un mécanisme d’ accroche du dispositif optique sur le détecteur infrarouge.
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