KR20210136983A - 적외선 검출기를 위한 고광각 관찰 부속품 - Google Patents

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KR20210136983A
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KR1020217024551A
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크리스토프 마르뗑종
삐에르 르프레트르
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상뜨르 샹띠피끄 에 테크니끄 뒤 바띠망 (쎄에스떼베)
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Abstract

본 발명은 검출기의 시계의 각도를 증가시키기 위해서 적외선 센서를 구비한 검출기에 배열되도록 설계된 광학 장치에 관한 것으로서, 일차 거울이 광각 시계로부터 적외선을 수집하여 이를 이차 거울로 돌려 보내고, 이차 거울은 이를 다시 적외선 검출기의 센서로 반사시킨다.

Description

적외선 검출기를 위한 고광각 관찰 부속품
본 발명은, 적외선을 반사하도록 또는 그러한 복사선을 수렴 또는 발산하도록 설계된 하나 이상의 광학 구성요소를 포함하는 광학 시스템의 분야에 관한 것이다.
본 발명은 보다 특히, 렌즈를 이용하지 않고 시계의 일부를 가리는 영향이 없이, 적외선 검출기의 시계가 확장될 수 있게 하는 단순하고 저렴한 광학 장치를 제시하고자 한다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 또한, 전술한 바와 같은 적외선 검출기 및 광학 장치를 포함하는 연기 검출기를 목표로 한다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 또한 기존 적외선 검출기에 장착될 수 있거나 그로부터 제거될 수 있는 광학 부속품에 관한 것으로서, 그러한 광학 부속품은 전술한 바와 같은 광학 장치를 포함한다.
본 발명이 목표로 하는 주요 적용예는, 예를 들어 64x64 또는 80x80 감지 요소를 포함하는, 중간 해상도의 센서를 포함하는 적외선 검출기의 시계를 확장하는 것이다. 이러한 유형의 센서는, 화상화 적용예를 가능하게 하는 충분히 양호한 해상도를 갖는다.
주요 적용예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은, 단순하고 저렴한 방식으로 검출기의 시계의 각도를 증가시킬 것이 요구되는 임의의 유형의 적외선 검출기에 적용된다.
적외선 영역에서 동작하는 센서를 제조하기 위해서 이용될 수 있는 많은 수의 기술이 있다. 따라서, 초전 센서 및 열전퇴(thermopile)가, 통상적으로 단지 몇 개의 감지 요소를 포함하는, 매우 낮은 해상도의 검출기를 위해서 널리 이용된다. 마이크로볼로미터(microbolometer)를 포함하는 센서가, 화상화 장치(imager)로서 이용될 수 있는 중간- 및 고-해상도 센서에서 이용된다.
적외선 공급원을 위치 결정하는 것(locating)과 같은 기본적인 화상화 기능을 구현할 수 있는, 중간 해상도의 센서에 대한 관심이 커지고 있다.
그러한 센서는 16x16 픽셀 내지 80x80 픽셀 사이의 해상도를 가질 수 있고, 전술한 기술 중 하나를 이용하여 동작될 수 있다.
매우 낮은 해상도의 검출기의 많은 기능의 실행이, 중간-해상도 센서의 이용에 의해서 개선될 수 있다. 또한, 이러한 유형의 센서는 새로운 적용예를 가능하게 한다.
초전 유형의, 기존 적외선 센서의 주요 적용예 중 하나는 동작 검출이다.
이는, 예를 들어, 많은 수의 건물에 설치되는 침입-방지 검출기에서 주로 이용된다.
침입-방지 경보 시스템은 전형적으로, 검출기의 시계를 형성하는 단순하고 비용-효과적인 광학 장치와 연관된 2개 또는 4개의 감지 요소를 포함하는 초전 센서에 의존한다. 이러한 광학 장치는 특히, 적어도 기능적 표면에서 금속 처리된, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은 플라스틱으로 제조된 기재로부터 각각 제조된 거울의 집합체 또는 폴리에틸렌(PE)으로 제조된 프레넬 렌즈 어레이(Fresnel lens array)일 수 있다.
이러한 유형의 침입-방지 검출기는 피동적 검출기로 분류되는데, 이는 그러한 검출기는 어떠한 복사선도 방출하지 않기 때문이다.
침입-방지 검출기의 동작은, 센서의 모든 감지 요소에 의해서 수용되는 주변 적외선 플럭스의 동시적인 변동을 관찰하는 것에 의존한다.
침입-방지 검출기를 위한 많은 수의 가능한 구성: 시계가 전형적으로 약 360°의 방위각 및, 수직의 각각의 측부 상에서 약 45°의 고도인 천장-장착형, 또는 검출기의 시계가 설치되는 실내의 벽의 구성에 따라 결정될 수 있는 벽-장착형이 있다.
이용되는 센서의 저해상도로 인해서, 이러한 검출기는 적외선 공급원의 위치와 관련된 정보를 제공할 수 없다.
또한, 초전-센서 기술 고유의 한계로 인해서, 움직임이 없는 또는 달리기 속도로 이동하는 사람을 검출할 수 없고: 구체적으로, 검출되기 위해서는, 적외선 플럭스의 변동이 약 0.5 Hz 내지 5 Hz의 주파수를 가져야 할 필요가 있다.
따라서, 동작 검출기는 그 사용을 제한할 수 있는 많은 한계에 직면하며, 그러한 한계는:
- 잠재적으로, 몇 개의 검출기의 네트워크가 이용되지 않는 경우에, 적외선 신호의 공급원의 위치를 식별할 수 없다는 사실: 예를 들어 특허출원 WO2007/080241 A1 또는 특허 US 8,514,280 B2 참조,
- 다시 한번, 전형적으로 수직으로 조합된 복수의 검출기가 이용되지 않는 경우에, 예를 들어 신뢰 가능한 방식으로 사람을 동물로부터 구별하기 위해서, 공급원의 형상을 식별할 수 없다는 사실, 예를 들어 특허 EP 2405413B1 및 특허출원 EP1341139 A2 참조;
- 움직임이 없는 사람을 검출할 수 없다는 사실, 및
- 온도가 급격히 변화되는 움직임이 없는 공급원, 예를 들어 라디에이터 또는 고온 또는 저온 공기의 이동에 의해서 검출기가 잠재적으로 트리거링될(trigger) 수 있다는 사실을 포함한다.
트리거링이 적외선 검출기의 트리거링에 의해서 제어되는, 비디오 모니터링 시스템과 커플링된, 전술한 바와 같은 적외선 검출기를 이용하는 모니터링 시스템이 또한 있다.
비디오 시스템에 의해서 얻어진 화상은, 적외선 검출기의 트리거링의 원인으로 의심될 수 있는 임의의 것을 제거할 수 있도록, 모바일 폰으로, 개인용 컴퓨터로 또는 원격-모니터링 회사로 전달될 수 있다.
이러한 동작은, 비록 단순한 적외선 검출기보다 상당히 더 복잡한 모니터링 시스템의 비용을 지출하지만, 부적절한 경보를 트리거링할 위험을 최소화한다.
이러한 맥락에서, 중간 해상도의 센서, 예를 들어 64x64 또는 80x80 어레이의 감지 요소를 포함하는 센서의 이용은, 특히 공급원 위치 및 형상 인식의 기본적인 기능을 가능하게 하는 것에 의해서 전술한 동작 검출기의 단점을 감소시킬 수 있다.
결과적으로, 중간 해상도의 적외선 센서는, 적외선 검출기와 비디오 시스템의 커플링을 이용하는 모니터링 시스템이 단순화될 수 있게 하는데, 이는, 이러한 센서가 적외선 검출기 및 비디오 시스템 및 비디오 시스템의 시계를 조명하는 시스템을 대체할 수 있는 한편, 동시에 부적절한 경보의 트리거링 위험을 최소화할 수 있기 때문이다.
중간 해상도의 적외선 센서는 또한 개인 사생활 및 비밀에 관한 사안과 연관된 문제를 해결하는데, 이는 센서의 제한된 해상도로 인해서 안면을 인식할 수 없기 때문이다.
적외선 검출기의 다른 적용예는, 몇 개의 감지 요소 만을 구비하고 그에 따라 화상화 및 위치결정 능력을 가지지 못하는 센서와 대조적으로, 중간-해상도 센서의 이용으로부터 유사하게 이점을 갖는다.
그에 따라, 화재 경보의 경우에, 열 공급원의 존재를 특성화하는 주변 온도의 급격한 증가를 감지하는 열속도 검출기(thermovelocimetric detector)가 있다.
비록 신뢰 가능하지만, 이러한 검출기는, 열원의 위치를 결정할 수 없다는 점에서, 한계가 있다. 화상화 능력을 갖춘 센서의 이용은, 비록 화상화 능력이 제한되지만, 이러한 단점을 극복할 수 있게 한다.
일반적으로 조명의 자동 스위칭을 제어하는 거주 검출기(occupancy detector)가 또한 중간 해상도의 센서로부터 이점을 가질 수 있다.
동작에 있어서 침입-방지 검출기와 유사하게, 거주 검출기는, 특히, 정지적인 자세를 유지하는 사람과 같이, 동작이 없는 적외선 공급원을 감지하지 못한다. 이는 그에 따라, 사람이 관련 실내에 실제로 존재한다는 사실에도 불구하고, 조명 시스템이 오프로 스위칭되게 할 수 있다.
공조 시스템과 같은 다른 시스템이 또한, 예를 들어 실내의 거주자의 수를 추정하기 위해서, 저-해상도 화상화 기능을 이용할 수 있다.
Mitsubishi Electric라는 회사는 그에 따라, 수직으로 배열된 8개의 열전퇴를 포함하는 센서를 구비한 공조기를 판매한다.
센서는 실내의 탐색(sweep)을 실시하기 위해서 그리고 실내의 적외선 화상을 구축하기 위해서 모터에 의해서 회전된다.
그러한 시스템은 유리하게, 비교적 복잡한 모터화된 구동 메커니즘의 도입을 방지하기 위해서, 광각 시계를 갖춘 중간-해상도 센서에 의해서 대체될 수 있다.
또한, 예를 들어 보안 또는 공간-관리 상의 이유로, 사람의 수를 세거나 줄 서서 기다리는 사람들의 행렬을 관리하는 적용예에서 이점이 증가하는 것을 관찰할 수 있다.
이러한 맥락에서, Irisys라는 회사는 16x16 픽셀의 해상도를 갖는 초전 센서를 개발하였다.
예를 들어 점포 내에서 줄 서서 기다리는 사람들의 행렬의 위쪽에 설치될 수 있는 이러한 센서는, 약 50° 내지 60°의 제한된 각도의 시계를 획득하기 위해서 게르마늄 또는 칼코겐 유리(chalcogenide glass)로 제조된 렌즈와 연관된다.
센서의 해상도는, 비록 비교적 낮지만, 그럼에도 불구하고 대기 줄 내의 사람의 수 및 위치에 관한 양호한 근접치를 획득하기에 충분하다.
도 1은, 중간 해상도를 가지고 천장에 고정되도록 의도된 화상화 장치를 포함하는, 종래 기술에 따른 적외선 검출기(1)를 개략적으로 도시한다.
적외선은, 특히 입력부에 위치되는 포커싱 렌즈 및 적외선 센서를 포함하는, 광학 시스템(2)을 통해서 검출기에 진입한다.
그러한 검출기의 시계의 각도(α)는 통상적으로 70° 내지 90°이다.
그러나, 기본적인 화상화 기능을 실시할 수 있는, 전술한 바와 같은 중간-해상도 센서의 이용은 상업적으로 여전히 어렵다.
특히, 이러한 유형의 센서의 그리고 목표 적용예에서 요구되는 광각 적외선 광학 구성요소의 비용은 이러한 유형의 해결책을 상업화하는데 있어서 상당한 장애물이 된다.
따라서, 게르마늄 또는 칼코겐 유리로 제조된 렌즈와 같은, 적외선에 적합한 광학기기의 높은 비용으로 인해서, 기존의 중간-해상도 화상화 장치를 포함하는 검출기는, 약 70° 내지 90° 각도를 초과하지 않는, 비교적 제한된 시계를 갖는다.
최적화된 비구면 렌즈의 이용에 의해서 120°정도로 큰 각도를 획득할 수 있으나, 이는 센서의 조명에서 상당한 정도의 왜곡 및 광범위한 이질감을 희생시킨다.
그에 따라, 특히 기존 해결책의 단점을 극복하기 위해서, 기존 적외선 센서의 시계의 크기를 여전히 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 이러한 필요성을 만족시키는 것이다.
이를 위해서, 본 발명의 하나의 대상은, 검출기의 시계의 각도를 증가시키기 위해서 적외선 센서를 구비한 검출기에 배열되도록 의도된, 광학 장치이고, 이러한 광학 장치는:
- 중심에서 원형 개구부를 포함하는, 원형의 전체적인 형상의 일차 거울,
- 중심에서 원형 개구부를 포함하는, 원형의 전체적인 형상의 그리고 일차 거울의 직경보다 작은 직경의 이차 거울,
- 일차 거울의 반사 표면이 이차 거울의 반사 표면에 대면되게 배열되도록, 일차 거울과 이차 거울을 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 수단을 포함하고,
일차 거울 및 이차 거울은 적외선 내의 복사선을 반사하도록 설계되고; 그리고
일차 거울 및 이차 거울은 무한 초점의(afocal) 광학 시스템을 형성하도록 그리고 중앙의 원형 개구부에 의해서 얻어지는 화상의 중심을 갖는 연속적인 고광각의 화상을 형성하도록 구성되고, 장치의 시계의 각도(α)는 90° 초과이다.
따라서, 본 발명은 본질적으로 서로 대면되는 2개의 거울의 이용으로 구성되고, 일차 거울은 광각 시계로부터 적외선을 수집하여 이를 이차 거울 상으로 전달하고, 이차 거울은 다시 이를 적외선 검출기를 향해서 반사한다.
중앙 개구부는, 카세그랑(Cassegrain) 망원경 유형의 통상적인 2-거울 광학 시스템에 의해서 생성되는 것과 같은, 화상의 중앙 부분의 임의의 흐려짐(obscuring)을 방지할 수 있게 한다.
얻어진 화상은 거울에 의해서 형성된 주변 부분 및 중앙 개구부를 경유하여 거울을 통과하는 중앙 부분으로 구성되고, 화상은 연속적이고, 다시 말해서 주변 부분과 중앙 부분 사이에는 불연속부가 없다.
이는, 일차 및 이차 부재가 무한 초점 광학 시스템을 형성한다는 사실에 의해서 가능해진다. 이는, 본 발명에 따른 장치가 위에 배열되도록 의도된 검출기의 센서의 포커싱 렌즈에 의해서, 주변 부분을 형성하는 광선 및 중앙 부분을 형성하는 광선이 동일한 방식으로 포커스될 수 있게 한다.
일차 거울 및 이차 거울로 구성된 조립체가 무한 초점이 되게 하기 위해서, 제1 거울의 곡률이 이차 거울의 곡률을 보상할 필요가 있다. 따라서, 거울들은 입사 광선들의 반사 이외의 것을 하지 않고, 이들을 포커싱하지 않으며: 포커싱 기능은 검출기의 렌즈에 의해서 실시된다.
그에 따라, 단순하고, 소형이며 제조가 저렴한 장치에 의해서, 연속적인 고광각 화상이 형성된다.
본원에서 그리고 본 발명의 맥락에서 "연속적인 고광각 화상"은 불연속부가 없는, 어떠한 흐려짐도 없는, 그리고 각도 필드가 매우 큰, 바람직하게 적어도 120° 그리고 360° 이하인 화상을 의미한다.
거울의 반사 표면들은 이러한 기능을 수행하도록 구성된다.
유리하게, 본 발명에 따른 광학 장치에 의해서 얻어지는 화상은, 시계의 잠재적인 중앙의 흐려짐에 의해서 유발되는 음영 구역을 포함하지 않고: 구체적으로, 일차 및 이차 거울 내의 중앙 개구부의 존재 그리고 거울의 구성은, 연속적인 그리고 그에 따라 화상의 중심의 중앙 흐려짐을 가지지 않는 화상을 획득할 수 있게 한다.
유리하게, 한편으로 거울의 이용은 고비용의 적외선 렌즈의 이용을 피할 수 있게 하고, 다른 한편으로 무한 초점의 반사 광학기기를 획득할 수 있게 한다.
또한, 화상의 비구면 교정이 얻어질 수 있다.
본 발명에 의해서, 그에 따라, 종래 기술에 따른 적외선 검출기를 이용하여, 화상의 중심이 중앙의 흐릿함을 가지지 않는 선명하고 교정된 화상이 얻어질 수 있게 하는 광시야를 갖는 적외선 광학 장치가 얻어진다. 또한, 장치의 부피는, 렌즈를 포함하는 "어안(fisheye)" 유형의 굴절 파노라마 광학기기를 포함하는 장치에 비해서, 상당히 감소된다.
하나의 특정 실시 형태에 따라, 장치의 시계의 각도는 140° 초과, 바람직하게 165° 초과이다.
본 발명의 하나의 특정 실시 형태에 따라, 일차 거울 및 이차 거울의 반사 표면의 각각은 이하의 수학식에 의해서 정의되는 "확장된 특이 비구면(extended odd asphere)"이라는 명칭으로 알려진 반경방향 프로파일을 갖는다:
Figure pct00001
이러한 수학식은 프로파일의 높이(z)를 거울의 중심에 대한 반경방향 거리(r)의 함수로서 정의하고, ρ는 정규화된 반경방향 좌표이고, 계수(N, c, k, αi)는 상수이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 광학 장치는, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은 사출-몰딩된 플라스틱의 하나의 단편으로 구성되고, 적어도 일차 거울 및 이차 거울의 표면이 금속 처리된다.
본 발명은 또한, 검출기의 시계의 각도를 증가시키는 방식으로 배열된, 전술한 바와 같은 광학 장치를 포함하는 적외선 검출기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 적외선 검출기를 포함하는 연기 검출기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 열점을 검출 또는 위치결정하기 위한 그리고 벽 온도의 변화율을 측정하기 위한 이러한 연기 검출기의 용도, 그리고 연기로 채워진 실내의 거주자의 존재를 검출하기 위한 그리고 거주자의 수를 세기 위한 이러한 연기 검출기의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 적외선 야시경을 이용하는 야간 운전을 보조하기 위한 또는 차량의 내측부의 열적 편안함을 관리하기 위한 또는 보행자 및 모터 차량을 검출하기 위한 또는 감지 장소를 모니터링하기 위한, 전술한 광학 장치의 용도에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은, 전술한 바와 같은 광학 장치 및 광학 장치를 적외선 검출기에 부착하기 위한 메커니즘을 포함하는, 적외선 검출기 상에 배열되도록 의도된 광학적 부속품에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 적외선 검출기의 개략적 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 장치의 개략도이다.
도 3은, 단면으로 본, 본 발명에 따른 광학 장치를 도시한다.
도 4는 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 배열된 본 발명에 따른 광학 장치의 개략도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 배열된 본 발명에 따른 광학 장치의 측면도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 의해서 얻어진 화상이다.
도 7은, 본 발명에 따른 광학 장치가 배열된 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 의해서 얻어지는 화상의 시뮬레이션이다.
도 8은 본 발명에 따른 광학 장치를 구비한 연기 검출기를 도시한다.
본원 전체를 통해서, "수직", "하부", "상부", "저", "고", "하단", 및 "상단"이라는 용어는, 천장에 장착되고 지면을 향해서 대면되는 동작 구성의 적외선 검출기를 참조하여 이해될 것이다. 따라서, 동작 구성에서, 적외선 검출기의 센서는 수직 방향으로 지면에 대면된다.
도 1은 서두에서 이미 설명하였고, 그에 따라 이하에서 언급하지 않는다.
본 발명에 따른 광학 장치를 이제 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
광학 장치(10)는 일차 거울(11), 이차 거울(12), 및 일차 거울을 이차 거울에 연결하기 위한 연결 수단(13)을 포함한다.
도시된 실시 형태에서, 연결 수단(13)은 동일한 각도로 분포된 세장형 형상의 4개의 지지부로 구성된 강성 연결 수단이고, 각각의 지지부는 그 단부들 중 하나에 의해서 일차 거울에 그리고 타 단부에 의해서 이차 거울에 부착된다.
일차 거울(11)은 중앙 개구부(14) 및 반사 표면(16)을 포함한다. 이차 거울(12)은 중앙 개구부(15) 및 반사 표면(17)을 포함한다.
반사 표면들(16 및 17)은 서로 대면되게 배열된다.
중앙 개구부들(14 및 15)은 서로 대면되고, 유리하게 수직에 대해서 0°에 가까운 경사 각도를 갖는 적외선이 통과될 수 있게 한다. 이는, 광학 광선의 라인이 중앙 개구부(14, 15)를 통과하는 광선을 보여주는 도 3에서 보다 명확하게 확인될 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 광학 장치는 이차 거울(12)에 의한 시계의 어떠한 중앙의 막힘도 회피한다.
반사 표면(16, 17)은 비구면 교정을 갖는, 광각의 선명하고 연속적인 화상을 획득할 수 있게 구성된다.
도 3에서 확인될 수 있는 바와 같이, 일차 부재(11)의 표면은 특히 반경방향 외측부 부분에서 돔형 프로파일을 갖는다. 이러한 프로파일에 의해서, 입사 광선은, 큰 입사 지표각(grazing angle)을 가지지만, 광선을 검출기의 광학 시스템(2) 상으로 지향시키도록 프로파일이 설계된 이차 거울(12)로 전달된다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 광학 장치를 구비한 검출기의 시계의 각도(α)는 바람직하게 140° 내지 170°까지 도달할 수 있다. 각도(α)는 또한 180°를 초과할 수 있으나, 이는 천장-장착형 검출기가 이러한 천장의 일부를 바라보게 할 수 있다. 그러나, 180°를 초과하는 각도는, 천장-장착형 검출기 이외의 적용예의 상황에서 유리할 수 있다.
2개의 거울(11, 12)은 유리하게 무한 초점 장치를 형성한다.
중앙 개구부(14, 15) 및 반사 표면(16, 17)은, 검출기에 의해서 수용되는 화상이 연속적이 되도록, 구성된다.
구체적으로, 검출기(1)의 광학 시스템(2)의 적외선 센서는, 한편으로, 중앙 개구부(14, 15)를 통해서 관찰되는 환경으로부터 직접적으로 유입되는 복사선, 및 다른 한편으로 일차 거울(11) 및 이차 거울(12)에 의해서 반사된 복사선을 수용한다. 센서에서 형성되는 화상이 연속적이 되도록, 중앙 개구부(14, 15) 및 반사 표면(16, 17)의 구성이 규정된다.
특히, 일차 거울의 반사 표면은, 그 곡률이 이차 거울의 반사 표면의 곡률을 보상하도록, 구성된다. 거울들은 입사 복사선의 반사 이외의 것을 하지 않고, 이를 포커싱하지 않으며, 그에 따라 무한 초점 시스템을 형성한다. 이는, 반사되지 않고 중앙 개구부(14, 15)를 통과하는, 화상의 중심을 형성하는 광선을 갖는 연속적인 화상을 획득할 수 있게 하는데, 이는, 광선이, 반사되든지 또는 그렇지 않든지 간에, 적외선 검출기의 포커싱 렌즈에 의해서 동일한 방식으로 포커스되기 때문이다.
예를 들어, 이러한 결과를 달성하기 위해서, 일차 거울의 "확장된 특이 비구면" 프로파일에 대한 수학식의 계수는 다음과 같을 수 있다:
N = 4;
정규화 반경(ρ): 40.36 mm;
c = 2.34x10-2 mm-1;
k = 0;
α1 = -2.21 mm;
α2 = -2.63x101 mm;
α3 = 1.25x101 mm;
α4 = 6.75 mm.
상응하는 이차 거울의 "확장된 특이 비구면" 프로파일에 대한 수학식의 계수는 다음과 같을 수 있다:
N = 4;
정규화 반경(ρ): 1037.5 mm;
c = 2.66x10-3 mm-1;
k = 0;
α1 = -6.02x101 mm;
α2 = 6.80x102 mm;
α3 = 6.23x104 mm;
α4 = 2.55x106 mm.
이어서, 일차 거울의 직경은 57 mm일 수 있고, 이차 거울의 직경은 36.8 mm일 수 있고, 2개의 거울들 사이의 거리는 23.8 mm일 수 있다.
도 3은 일차 거울 및 이차 거울의 반경방향 프로파일의 예를 도시한다.
광학 장치(10)는 바람직하게, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은, 사출-몰딩된 플라스틱의 하나의 단편으로 제조된다. 이어서, 거울의 전체 구성요소, 또는 적어도 그 반사 표면은, 입사 적외선을 반사할 수 있도록 금속 처리된다.
도 4 및 도 5는 적외선 검출기(1) 상에 배열된 본 발명에 따른 광학 장치(10)를 개략적으로 도시한다.
광학 장치(10)를 검출기(1)에 고정하기 위해서, 부착 메커니즘이 제공될 수 있다. 이러한 메커니즘은 예를 들어, 적외선을 효과적으로 투과시키기 위해서, 전형적으로 0.5 mm에 가까운 얇은 두께를 가지는 폴리에틸렌(PE)으로 제조된 반투명의 반구형 돔을 포함할 수 있다.
이차 거울이 돔의 내부 면에 고정되고, 이러한 돔은 검출기의 기부에 부착되고, 그에 따라 장치를 덮는다.
도 6은, 시계가 지면을 향하고 각도(α)가 90°를 초과하지 않는, 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 의해서 획득된 화상이다.
도 7은, 비교를 위해서, 도 6의 화상을 획득하기 위해서 이용된 적외선 검출기에, 본 발명에 따른 광학 장치를 피팅(fitting)하는 것에 의해서 얻어진 효과를 재현하는 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도시한다.
본 발명에 따른 광학 장치의 사용에 의해서 시계의 각도가 상당히 증가된다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해서, 렌즈를 포함하지 않는 단순하고 소형인 광학 장치를 이용하여, 적외선 검출기의 시계를 증가시킬 수 있다.
이는, 기존 검출기에 설치되는 부속품일 수 있다. 광학 장치를 검출기에 설치하는 것은 용이하다. 구체적으로, 기존 검출기의 원래의 포커싱 렌즈는, 본 발명에 따른 매우 광각인 연속적인 화상을 획득하는 동작을 방해하지 않는다.
또한, 부가적인 전기적 연결이 요구되지 않는다.
최종적으로, 광학 장치의 배치의 정확도는 적외선 센서의 하나의 감지 요소의 크기 정도이다. 64x64 또는 80x80의 해상도를 갖는 센서에서, 배치의 정확도는 약 20 내지 30 ㎛이고, 이는 종래 기술로부터 알려진 부착 메커니즘을 용이하게 달성할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 양태는, 하부 단부에서 본 발명에 따른 광학 검출기(10) 및 적외선 검출기(1)를 포함하는 연기 검출기(3)에 관한 것이다.
연기 검출기(3)는 연기 검출 챔버(30)를 포함하고; 연기 검출 기능은 종래 기술에 따른 연기 검출기의 기능과 동일하다.
그러나, 본 발명에 따른 광학 장치를 구비한 적외선 검출기(1)를 포함하는 것이 많은 장점을 제공한다. 첫 번째로, 이는, 한편으로, 비정상적인 열점을 검출 또는 위치결정할 수 있는 그리고 벽의 열속도 모니터링, 즉 벽 온도의 증가 속도의 모니터링을 수행할 수 있는 연기 검출기의 능력을 개선한다.
넓은 적외선 시계로 인해서, 연기 검출기(3)는, 광범위한 구역을 모니터링하는 것에 의해서 화재-전 경보 기능을 수행할 수 있다.
다음에, 연기 검출기가 연기의 존재를 신호할 때, 내재된 적외선 검출기는 잠재적인 거주자의 존재를 식별할 수 있고 이들의 수를 셀 수 있으며, 그에 따라 화재의 경우에 중요한 그리고 화재 경보 제어 센터 또는 구조 팀에게 유익할 수 있는 정보에 대한 접근을 제공할 수 있다. 구체적으로, 연기는, 기존 비디오-모니터링 시스템이 이용하는 가시광선 또는 근적외선에서보다 훨씬 적은 범위로 적외선을 차단한다.
마지막으로, 하나의 동일한 검출기 내에 몇몇 기능을 통합하는 것은, 보기에 좋지 않은 천장-장착형 검출기들이 여기 저기에 분포되는 것을 방지하는 결과를 갖는다.
많은 경우에, 연기 검출기의 피팅은 의무적이다. 이제, 연기 검출기는 일반적으로 실내의 중앙에 설치되는데, 이는 넓은 시계를 갖는 장치에서 그러한 위치가 유리하기 때문이다.
그에 따라, 본 발명에 따른 광학 장치를 구비한 적외선 검출기를 연기 검출기 내로 통합시키는 것이 특히 유리하다.
본 발명의 다른 변형예 및 장점이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 실현될 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명은 전술한 예로 제한되지 않는다.
비록 주 목표 적용예 즉, 실내의 천장에 장착된 적외선 검출기의 시계의 각도 증가와 관련된 적용예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 단순하고 저렴한 광학 장치를 이용하는 적외선 관찰 기구의 시계를 확장하는 것이 유리한 임의의 분야에도 적용된다.
따라서, 설명된 광학 장치는 또한 자동차 및 운송 분야에서 (예를 들어, 적외선 야시경을 이용하는 야간 운전 보조의 상황에서 또는 모터 차량의 내측부 내의 열적 편안함을 관리하는 상황에서) 또는 스마트 시티 영역에서 (예를 들어, 보행자 및 모터 차량을 검출하기 위한 공공 조명 시스템의 상황에서 또는 감지 장소의 모니터링의 상황에서) 이용될 수 있다.
또한, 이는 실내를 조명하기 위해서 존재를 검출하는 분야에서 이용될 수 있고: 유리하게, 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 하나의 검출기가 큰 검출 부피, 예를 들어 큰 회의장 또는 큰 구역을 커버할 수 있다.

Claims (10)

  1. 검출기의 시계의 각도를 증가시키기 위해서 적외선 센서를 구비한 검출기(1)에 배열되도록 의도된, 광학 장치(10)이며:
    - 중심에서 원형 개구부(14)를 포함하는, 원형의 전체적인 형상의 일차 거울(11),
    - 중심에서 원형 개구부(15)를 포함하는, 원형의 전체적인 형상의 그리고 일차 거울의 직경보다 작은 직경의 이차 거울(12),
    - 일차 거울의 반사 표면(16)이 이차 거울의 반사 표면(17)에 대면되게 배열되도록, 일차 거울과 이차 거울을 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 수단(13)을 포함하고,
    일차 거울 및 이차 거울은 적외선 내의 복사선을 반사하도록 설계되고; 그리고
    일차 거울 및 이차 거울은 무한 초점 시스템을 형성하도록 그리고 중앙의 원형 개구부에 의해서 얻어지는 화상의 중심을 갖는 연속적인 고광각의 화상을 형성하도록 구성되고, 장치의 시계의 각도(α)가 90° 초과인, 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    장치의 시계의 각도(α)가 140° 초과, 바람직하게 165° 초과인, 광학 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일차 거울의 반사 표면 및 이차 거울의 반사 표면의 각각은 이하의 수학식에 의해서 정의되는 반경방향 프로파일을 가지고:
    Figure pct00002

    여기에서, z는, 거울의 중심에 대한 반경방향 거리(r)의 함수로서의 프로파일의 높이이고, ρ는 정규화된 반경방향 좌표이고, 계수(N, c, k, αi)는 상수인, 광학 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은, 사출-몰딩된 플라스틱의 하나의 단편으로 구성되고, 적어도 일차 거울 및 이차 거울의 표면이 금속 처리되는, 광학 장치.
  5. 검출기의 시계의 각도를 증가시키는 방식으로 배열된, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 광학 장치를 포함하는 적외선 검출기.
  6. 제5항에서 청구된 바와 같은 적외선 검출기를 포함하는 연기 검출기.
  7. 열점을 검출 또는 위치결정하기 위한 그리고 벽 온도의 변화율을 측정하기 위한, 제6항에서 청구된 바와 같은 연기 검출기의 용도.
  8. 연기로 채워진 실내의 거주자의 존재를 검출하기 위한 그리고 거주자의 수를 세기 위한 제6항에서 청구된 바와 같은 연기 검출기의 용도.
  9. 적외선 야시경을 이용하는 야간 운전을 보조하기 위한 또는 차량의 내측부의 열적 편안함을 관리하기 위한 또는 보행자 및 모터 차량을 검출하기 위한 또는 감지 장소를 모니터링하기 위한, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 광학 장치의 용도.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 광학 장치 및 광학 장치를 적외선 검출기에 부착하기 위한 메커니즘을 포함하는, 적외선 검출기 상에 배열되도록 의도된 광학적 부속품.
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