JPS6375897A - 赤外線侵入物検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光」レグｊシＬ この発明は、一般的には、新規かつ改良された構成をも
つ、赤外放射線を検知し、評価するための装置に関する
ものである。

そのより特定な局面においては、この発明は、新規かつ
改良された赤外線侵入物検知装置に関するものであり、
この検知装置に含まれているものは、センサに向けて入
射された放射光線に対する少なくとも１個の細片状の領
域またはゾーンからの赤外放射線を収束させるための非
球面の光学的手段、および、該センサにおけるある所定
の大きさの放射変化の関数としての出力信号を発生させ
るための、該センサに結合された評価回路である。

換言すれば、この発明による赤外線侵入物検知装置は、
次の諸手段を含む形式のものである。即ち、赤外放射線
を感知するための赤外線センサ、該赤外放射線を受け入
れるための少なくとも１個の細片状の受け入れゾーン、
該赤外線センサ上に赤外放射線の焦点を定めるための少
なくとも１個の非球面の光学的手段、および、赤外放射
線による赤外線センサの照射におけるある所定の変化に
応答する信号を放出するために、該赤外線センサに結合
された評価回路である。

このような侵入物検知装置は、例えば、１９７７年１１
月１５日に許可された米国特許第４，０５８．７２６号
、または、１９８１年１０月９日に許可されたドイツ特
許第２，６４５．０４０号によって知られている。これ
らの特許の各々の第４図には、侵入物検知装置が示され
ている。その受け入れ領域における細片状の区分にされ
たゾーンは、１区分毎に１個のレンズになるように、円
筒型のレンズによって形成されて、検知装置の前方に配
置されている。多くの垂直方向に方位を定められた、平
行で平板状の区分またはゾーンを設けることにより、あ
る空間を監視下に維持するためには、このやり方は極め
て適当なものであり、このやり方によれば、侵入物が横
切ったことに対する信頼度の高いアラームが引き起こさ
れる。

しかしながら、このような既知の装置は、単一の区分ま
たはゾーン、もしくは、互いに近接していない複数個の
区分またはゾーンを必要とする適用における有効性に限
定されるものであり、ドアや窓のような、または、保護
対象の前面における”フラット・ゲート”のような、開
口部の前面における保護カーテンのために必要とされる
ような、正確に規定された境界線をもつものである。第
一に、縦方向の入射角はハウジングによって限定される
ものであり、実際には、充分に有効な保護カーテンのな
めに必要とされる９０゛近傍に至ることは絶対にない、
更に、該円筒型レンズの中心部分だけで適正な焦点法め
が出来るようにされているが、その理由は、該センサが
焦点領域内の特定の場所に配置されているからである。

中心がら離れて入射する放射線のなめには、センサは焦
点領域外に配置されており、焦点のぼけた不鮮明なイメ
ージが生じることになる。その結果として、オフセット
または偏心して入射した放射線のために境界線が拡散さ
れ、極端な条件の下では、隣接した領域が近併の受け入
れゾーンに混入して、有効な保護が不可能になることが
ある。

更に別異の不利益な点としては、円筒型レンズに固有な
入射角の方位の中心からのずれが大きくなるのにつれて
、光学的経路の長さが大きくなることである。レンズの
材料による赤外線の吸収は、例えば、１０μの範囲（人
体のピーク放射）においては無視されるものではなく、
入射される放射線の方位の中心からのずれが大きくなる
につれて、放射線の減衰が更に著しくなる。従って、こ
のような侵入物検知装置は、入射角の範囲が大きくなる
につれて、その感度が損なわれて、保護カーテン形式の
適用のための装置としての有用性が更に制限されること
になる。

１個または複数個の受け入れ領域またはゾーンのための
、１９８３年２月２２日に許可された米国特許第４．３
７５．０３４号による侵入物検知装置には、境界線上の
識別が改良され、開口または受け入れ角が大きくされた
装置が示されている。

この装置に含まれているものは、１個または複数個の円
筒型の反射器の特別な配列からなる、球面状の反射器で
ある。ここで要求されるものは、反射器について相互に
正確な調整がなされている複雑な光学的装置であり、こ
の正確な調整は、当該装置の耐用期間（即ち、多くの年
数）を通じて維持されねばならない、更に、反射器の表
面は経年変化するものであって、時間の経過とともに汚
れてくるものであり、散乱の増大とともに反射特性の減
損が進行して、このような形式の検知装置の感度、効率
および動作上の信頼度が低減されることになる。

ｌ朋ＬＩＬＬ 前述されたことを考えに入れて、この発明の主要な目的
は、従来からの構成のものについて前記された欠点や短
所を呈することのない、新規かつ改良された構成の侵入
物検知装置を提供することにある。

この発明の更に重要な目的は、新規かつ改良された構成
の赤外線侵入物検知装置を提供することにあり、これは
、近接して規定されたゾーンの境界線について広い入射
角の細片状の受け入れゾーンを少なくとも１個含んでい
る保護カーテンを形成するためのものであって、フレネ
ル・レンズによって規定される全体的な保護開口部また
は分野における放射線感度を実質的に一様にするための
ものである。

この発明の別異の注目すべき目的は、前述されたような
新規かつ改良された構成の侵入物検知装置を提供するこ
とにあり、この装置に含まれているものは、効果的で信
頼度のある配列にされた最小限の光学的要素であって、
長期にわたる動作的な感度、有効性および信頼度を確実
なものにしている。

説明が進行するにつれて容易に明らかにされることであ
るが、この発明によるこれらの目的および更に別異の目
的を実現するためには、この発明の侵入物検知装置は以
下の特徴によって明らかにされる。即ち、その光学的手
段には少なくとも１個の実質的に円筒型のフレネル・レ
ンズが含まれており、その長手軸または方向によって円
弧状の区分が規定され、該円弧状の区分の半径はその焦
点距離によって決定されるものであり、また、センサは
、円の中心点、即ち、円筒型のフレネル・レンズの焦点
に少なくとも近接して配置されているものである。

換言すれば、この発明の赤外線侵入物検知装置は以下の
特徴によって明らかにされる。即ち、少なくとも１個の
非球面の光学的手段には、長手軸、焦点および焦点距離
を有する少なくとも１個の実質的に円筒型のフレネル・
レンズが含まれており、このレンズは長手軸の周囲に屈
曲されて、中心点を有する円の区分を形成するようにさ
れている。

この円の区分は焦点に対応する半径を有しており、赤外
線センサは中心点および焦点の少なくとも近傍に配置さ
れている。

前述された特徴によれば、光学的なイメージの品質に関
して装置の実行能力を向上させることは可能であり、放
射線の吸収と同様に、受け入れ領域またはゾーンの境界
線の鮮明度を改良することができるものであり、また、
検知装置の感度を放射線の入射角とは無関係にして、広
い入射角または開口角を有する平板状の分野の形式の保
護力一テンを生じさせるためには、このような検知装置
は特に好適なものにされる。更に、１個の簡単に搭載さ
れる光学的要素が必要とされるだけである。

赤外線センサ・エレメントを二重式のセンサ・エレメン
トとして構成させることは特に有利なものであり、この
ような二重式のセンサ・エレメントは差動回路手段に組
み込まれることができる。

かくして、２個の受け入れ領域を有する二重のカーテン
手段は円形のフレネル・レンズによって構成されること
ができて、侵入をしようとする者に対する干渉・抵抗お
よび選択的な検知が特別になされることになる。

以下の詳細な説明を参照することにより、この発明はよ
り良く理解され、かつ、前述された以外の目的が明らか
にされる。この説明は添付された図面を参照してなされ
るものであるが、これらの図面を通して使用される同一
の参照記号は同一または類似の構成部品を表しているも
のである。

幻■ ここで図面について説明しておくと、この発明の基礎的
な原理および概念が当業者にとって容易に理解できるよ
うに、赤外線侵入物検知装置の構成が充分に示されてい
る程度に簡略化されているものである。いま、第１図を
参照すると、−例として、しかも限定的なものとしてで
なく示されている赤外線侵入物検知装置は、全体として
参照数字１′によって指示されており、これにはハウジ
ング１が含まれている。ハウジング１の内部には赤外線
センサ２が配置されており、そのピーク感度は、好まし
くは、人体の放射線スペクトル範囲内にあるようにされ
ている（例えば、５・・１５μ面の範囲内、好ましくは
、１０μ面の近傍に）。

従って、センサ２は焦電気の検知手段として構成されて
いる。単一の保護カーテンを形成させるために１−個だ
けの単一の受け入れ領域またはゾーンが要求されるとき
には、センサ２は放射線受け入れのための１個だけの領
域を有する単一センサとして構成されることができる。

さもなければ、第１図に示されているように、二重式の
センサ構成のものとすることができる。この第１図の場
合には、２個の隣接するセンサ・エレメント３および４
が設けられており、これらは、２個の隣接する検知また
は受け入れゾーンまたは領域Ｅ３およびＥ４に対応して
、保護カーテンとしての機能を果たすようにされる。セ
ンサ・エレメント３および４は、それぞれに、検知装置
１′の長手方向に伸長する方位を有している。

この目的のために、ハウジング１の前方側面には、突貫
的に円筒型のフレネル・レンズ８からなる光学的手段が
設けられている。実際的な例においては、円筒型のフレ
ネル・レンズ８は、その横断方位において、その構成に
関する横断軸を規定する所定の焦点距離を有してあり、
また、いくつかの特性溝５が設けられている。その全幅
を横切るフレネル・レンズ８の光学的厚みは、ある所定
の最大値に限定されており、その横断軸は、好ましくは
、水平の方位にされている０通常は、長手方向に焦点法
めをすることはなく、実際には、垂直の方位にされてい
るのが普通である。即ち、同円筒型のレンズの特性を有
しており、横断方向においてのみ焦点法めがなされるも
のであるけれども、更に別異の焦点法めがなされたり、
または、光線に対する屈折特性を有したりするものでは
ない、横方向と同様に長さ方向にも一様な厚みを有する
円筒型のフレネル・レンズとして円筒型のフレネル・レ
ンズ８を構成することにより、その柔軟性および安定性
は、重みのあるレンズ構成で普通に達成される特性をは
るかにこえている。このことは、実際的な構成を容易に
するものであって、円弧の区分の形式にされている円筒
型のフレネル・レンズは、ハウジング１の前方区分にお
いて配置され、円筒型のフレネル・レンズ８の中央部分
または中間領域は、ハウジングの前方側部または壁部か
ら突出するようにされている。フレネル・レンズ８の開
口側部は、この実例において示されているように、シー
ルド６によって閉じられている。フレネル・レンズ８の
曲面の半径−は、横方向の焦点距離に対してできるだけ
近接して対応すして配置されるようにする。かくして、
その焦点内では、センサ２のレンズ８からの距離は入射
の受け入れ角とは無関係であることを維持するようにさ
れ、横方向の焦点距離に等しい焦点距離を維持するよう
にされる。最適な効果かえられるようにするなめに、円
筒型のフレネル・レンズ８の円弧は、横方向の焦点距離
の値にできるだけ近接して対応する縦方向の曲面の半径
りを有するようにされ、また、センサは、中心または焦
点にできるだけ近接して配置されるようにすべきである
。

この発明による顕著な特徴は、全体的な縦方向の入力ま
たは受け入れ開口部を横切って、使用される入射角の全
範囲に対して有効な、一様で高品質の光学的イメージを
生成させるための装置の構成が許容されることにある。

かくして、このようにして達成された受け入れゾーンま
たは領域は、全体的な受け入れまたはレンズ開口部にわ
たって一様にかつ正確に規定されて、全体的な受け入れ
またはレンズ開口部にわたって等しい感度を有する保護
カーテンを生じさせることが許容される。

前述された特徴に加えて、レンズの放射線吸収と同様に
、その光学的経路は入射角によって影響されることがな
く、この入射角の幅の増大による感度の減退が起きるこ
とはない、更に、フレネル・レンズの曲面によりハウジ
ングを浅く構成することが許容され、また、センサをハ
ウジングの前方端部に近接して配置することが許容され
て、使用可能な入射角を９０”まで上げることができる
。

これらの利点は、単一の堅固な、容易に搭載することの
できる光学的要素によっても得られるもの前述された検
知装置は、１個だけの単一の受け入れゾーンまたは領域
、即ち、１個の単一の保護または評価カーテンを形成さ
せるために、１個の単一のセンサで実現させることがで
きる。センサからの出力信号は、例えば、１９７２年１
１月２１日に許可された米国特許第３，７０３，７１８
号に説明されているような、従来技術による方法に従っ
て処理されることができる。二重のカーテン構成を達成
し、互いに近接している２個の隣接する受け入れ領域ま
たはゾーンを形成させるために２個の分離したセンサ・
エレメントを含む二重式のセンサ手段が使用されるとき
には、これらのセンサを差動回路７に接続させることが
有利である。

この差動回路７は、次いで、既知の回路に接続されるが
、これは、第１図において参照文字５０で示されている
ような、評価機能または処理を選択的に実行する回路に
接続されている。この評価・処理回路５０は、例えば、
１９８２年７月１３日に許可された米国特許第４，３３
９．７４８号に従っ−２−上瞼　仁Ｂ　セ　Ｊ−＋　　
２　７　　刀へ　ηリ　セ　ツまた、所望により、多く
の受け入れ領域またはゾーンを同時にモニタすることが
できるように、いくつかのフレネル・レンズを同一のハ
ウジング内に組み込むことも容易になされるものである
。

第２図には、このような検知装置１０の実施例が示され
ている。この検知装置ｌ１１０は、侵入しようとするこ
とがモニタされるべき部屋の隅角部に配置されている。

また、この実施例においては、ドアおよび窓を含むこの
部屋の２個の壁部１１および１２への侵入を同時にモニ
タするなめに、２個の受け入れ領域またはゾーンＥ３お
よびＥ４を同時に使用することが許容される。この目的
のために、２個の受け入れ領域またはゾーンは互いに約
９０°の水平角を形成しなければならない、このことは
、第１のセンサ・エレメント３および第２のセンサ・エ
レメント４（二重式のセンサ）を含む赤外線センサ手段
２をハウジング１内に組み込むことによって達成される
。これらのセンサ・エレメントは、第１図を参照して説
明された第１の例に従って、差動回路７に接続されてい
る一呈一のフレネル・レンズに代えて、この実施例にお
いては、第１．のフレネル・レンズ８′および第２のフ
レネル・レンズ８２からなる２個の実質的に円筒型のフ
レネル・レンズを含んでいるものであり、これらは１個
ずつハウジング１の隣接した側面部に配置されている。

双方の円筒型のフレネル・レンズ８１および８２は、そ
れらの焦点距離によって必要とされるように、対応の半
径を有する円の曲面に対して屈曲されており、また、双
方の焦点距離は等しくなるように選択されたり、異なる
ようにされたりして、例えば、正確に直角の、長くて狭
い部屋というような、特別な実際的要求に最も良く合致
するようにされる。これら２個のレンズ８１および８２
の配列は、第１のセンサ・エレメント３が第１の円筒型
のフレネル・レンズ８Ｉの焦点内にあり、第２のセンサ
・エレメント４が第２の円筒型のフレネル・レンズ８２
の焦点内にあるようにされる。かくして、第１のセンサ
・エレメント３は受け入れ領域またはゾーンＥ３からの
放射線を取り込み、また、第２のセンサ・エレメント４
は受け入れ領域またはゾーンＥ４からの放射線を取り込
むようにされる。関連のない受け入れゾーンまたは無関
係な実質的に円筒型のフレネル・レンズからのような、
受け入れゾーンまたは領域外からの不所望の放射線から
センサ・エレメント３および４を保護するために、開口
部または放射線入力窓部９がセンサ・エレメント３およ
び４の前方に配列されている。このやり方によれば、互
いに約９０°の角度を形成する２個の壁表面またはゾー
ンを、１個の検知装置によって同時にモニタすることが
できる。双方の受け入れ領域またはゾーンのあいだの角
度のある程度の柔軟性および調節可能性は、円弧状の区
分１３および１４上の第１および第２の円筒型のフレネ
ル・レンズ８１および８２を配列することによって達成
される。

これらの区分１３および１４はハウジング１の壁部の側
面において軸支的に配置されており、また、センサ・エ
レメント３および４はそれで形成された円弧の中心点内
に配置されている。センサ２またはセンサ・エレメント
３および４は、実質的に円筒型のフレネル・レンズ８ま
たはレンズ８１および８２の円弧状区分に沿って回転可
能に配置されている。

この発明の好適な実施例が示され、説明されたけれども
、この発明はこれに限られるものではなく、この明細書
の特許請求の範囲に記載されている範囲内で、別異の種
々の具体化および実施化がなされうろことは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例の侵入物検知装置の
透視図、第２図は、この発明の第２の実施例の侵入物検
知装置の水平断面図である。 図において、１はハウジング、２は赤外線センサ、３．
４はセンサ・エレメント、５は特性溝、６はシールド、
７は差動回路、８はフレネル・レンズ、５０は評価・処
理回路。 ＦＩＧ、２

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外放射線を感知するための赤外線センサ； 前記赤外線センサ上で前記赤外放射線の 焦点を定め、前記赤外放射線を受け入れるための、少な
   くとも１個の細片状の受け入れゾーンを規定する、少な
   くとも１個の非球面状の光学的手段；を含んでいる赤外
   線侵入物検知装置であっ て： 前記少なくとも１個の非球面状の光学的 手段は、長軸、焦点および焦点距離を有する少なくとも
   １個の実質的に円筒型のフレネル・レンズを含んでおり
   ； 前記少なくとも１個の円筒型のフレネル ・レンズは、中心点を有する円の区分を形成するするた
   めに、前記長軸の周囲で屈曲されており；前記円の前記
   区分は、前記焦点距離と実 質的に対応する半径を有しており、 前記赤外線センサは、前記焦点における 前記中心点の少なくとも近傍に配列されている；赤外線
   侵入物検知装置。
2. （２）少なくとも１個の壁部を有するハウジングを含み
   ； 前記少なくとも１個の実質的に円筒型の フレネル・レンズは中間領域を有し； 前記少なくとも１個の実質的に円筒型の フレネル・レンズは、前記少なくとも１個の壁部に搭載
   されていて、少なくとも前記中間領域が前記少なくとも
   １個の壁部から突出されている；特許請求の範囲第１項
   記載の赤外線侵入 物検知装置。
3. （３）前記赤外線センサは２個のセンサ・エレメントを
   含んでおり； 前記２個のセンサ・エレメントは、第１ のセンサ・エレメントおよび第２のセンサ・エレメント
   からなり； 前記第１のセンサ・エレメントは第１の 方位を有し、前記第２のセンサ・エレメントは第２の方
   位を有しており； 前記長軸は第３の方位を有し； 前記第１、第２および第３の方位は実質 的に等しくされている； 特許請求の範囲第１項の赤外線侵入物検 知装置。
4. （４）前記赤外放射線による前記赤外線センサの所定の
   放射変動に対する応答信号を放出させるために、前記赤
   外線センサに結合された評価回路を含み； 前記評価回路には差動回路が設けられて おり； 前記第１のセンサ・エレメントおよび前 記第２のセンサ・エレメントは、前記差動回路内で相互
   に結合されている； 特許請求の範囲第３項記載の赤外線侵入 物検知装置。
5. （５）前記少なくとも１個の実質的に円筒型のフレネル
   ・レンズには、それぞれ本質的に同一の方位をもつ複数
   個の長軸を有する複数個の実質的に円筒型のフレネル・
   レンズが含まれている、特許請求の範囲第３項記載の赤
   外線侵入 物検知装置。
6. （６）前記少なくとも１個の実質的に円筒型のフレネル
   ・レンズには、個別的な実質的に円筒型のフレネル・レ
   ンズが含まれ； 前記個別的な実質的に円筒型のフレネル ・レンズのそれぞれの実質的に円筒型のフレネル・レン
   ズを有しており； 前記赤外線センサには相異なるセンサ・ エレメントが含まれ； 前記相異なるセンサ・エレメントのそれ ぞれは、前記焦点のそれぞれにおいて配列されており； 前記実質的に円筒型のフレネル・レンズ のそれぞれは、前記相異なるセンサ・エレメントのある
   所定のものと動作的に関連され； 前記個別的な実質的に円筒型のフレネル ・レンズのそれぞれ、および、これと関連されている前
   記相異なるセンサ・エレメントの所定のものは、第１の
   所定数の相異なる受け入れゾーンに対応しており； 前記個別的な実質的に円筒型のフレネル ・レンズの数は第２の所定の数に対応しており；前記第
   １の所定の数は前記第２の所定の 数に対応している； 特許請求の範囲第１項記載の赤外線侵入 物検知装置。
7. （７）前記第１および第２のセンサ・エレメントを関連
   のない受け入れゾーンからシールドするために、前記第
   １のセンサ・エレメントおよび前記第２のセンサ・エレ
   メントの前方に配列された放射線入射窓部が含まれてい
   る； 特許請求の範囲第６項記載の赤外線侵入 物検知装置。
8. （８）前方第１および第２のセンサ・エレメントを関係
   のない実質的に円筒型のものフレネル・レンズの放射か
   らシールドするために、前記第１のセンサ・エレメント
   および前記第２のセンサ・エレメントの前方に配列され
   た放射線入射窓部が含まれている； 特許請求の範囲第６項記載の赤外線侵入 物検知装置。
9. （９）関連のある受け入れゾーンを連帯して規定するよ
   うに、前記個別的な実質的に円筒型のフレネル・レンズ
   、前記第１のセンサ・エレメントおよび前記第２のセン
   サ・エレメントが配列されており； 前記関連のある受け入れゾーンは、互い に、９０°の範囲内での水平角を含んでいる；特許請求
   の範囲第８項記載の赤外線侵入 物検知装置。
10. （１０）前記少なくとも１個の実質的に円筒型のフレネ
    ル・レンズには、第１の実質的に円筒型のフレネル・レ
    ンズおよび第２の実質的に円筒型のフレネル・レンズが
    含まれ； 前記ハウジングは、前記少なくとも１個 の壁部とは異なる少なくとも１個の別異の壁部を有し； 前記第１の実質的に円筒型のフレネル・ レンズは前記少なくとも一個の壁部上に設けられ、前記
    第２の実質的に円筒型のフレネル・レンズは前記少なく
    とも１個の別異の壁部に設けられている； 特許請求の範囲第２項記載の赤外線侵入 物検知装置。
11. （１１）前記赤外線センサには、前記中心点を有する円
    弧を規定する第１のセンサ・エレメントおよび第２のセ
    ンサ・エレメントが含まれ； 前記第１のセンサ・エレメントおよび前 記第２のセンサ・エレメントは前記中心点に配置されて
    おり； 前記第１の実質的に円筒型のフレネル・ レンズおよび前記第２の実質的に円筒型のフレネル・レ
    ンズは前記円弧に沿って回転可能にされている； 特許請求の範囲第１０項記載の赤外線侵 入物検知装置。