KR20210136984A - 적외선 검출기를 위한 천장-하 층 내의 비전 부속품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 검출기의 시계를 변경하기 위해서 적외선 센서를 구비하는 검출기 상에 배열되는 광학 장치에 관한 것으로서, 2개의 원뿔형 거울, 장치 주위의 천장-하 층으로부터의 적외선을 수집하여 이를 이차 거울 상으로 복귀시키는 일차 거울을 포함하고, 이차 거울 자체는 이를 적외선 검출기의 센서로 반사시킨다.

Description

적외선 검출기를 위한 천장-하 층 내의 비전 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, 실내의 천장에 장착되는, 적외선 검출기의 시계가 실내의 천장 바로 아래의 층을 관찰하기 위한 뷰(view)로 변경될 수 있게 하는, 단순하고 저렴한 광학 장치를 제시하고자 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 언급된 바와 같은 광학 장치를 포함한다.

본 발명이 목표로 하는 주요 적용예는, 예를 들어 64x64 또는 80x80 감응 요소를 포함하는, 중간 해상도의 센서를 포함하는 적외선 검출기의 시계를 변경하는 것이다. 이러한 유형의 검출기는, 화상화 적용예를 가능하게 하는 충분히 양호한 해상도를 갖는다.

주요 적용예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은, 단순하고 저렴한 방식으로 검출기의 시계의 각도를 변경하는 것이 필요한 임의의 유형의 적외선 검출기에 적용된다.

"천장 바로 아래의 층" 또는 "천장-하 층"은, 실내의 천장 바로 아래에 위치되는 층으로서 그 두께가 실내의 높이에 비해서 얇은 층을 의미한다. 전형적으로, 천장 바로 아래의 층은, 천장 바로 아래에서, 실내의 높이의 15% 미만의 두께를 갖는다.

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 폴리에틸렌으로 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 360°의 방위각 및 수직의 각각의 측부 상에서 전형적으로 약 45°의 고도인 천장-장착형, 또는 검출기의 시계가 설치되는 실내의 벽의 구성에 따라 결정될 수 있는 벽-장착형이 있다.

일반적으로 조명의 자동적인 스위칭-온을 제어하는 거주자 검출기는 그 동작에 있어서 침입-방지 검출기와 유사하다.

또한, 화재-방지 경보의 경우에, 열 공급원의 존재를 특성화하는, 실내의 벽의 온도의 급격한 증가를 감지하는 열속도 검출기(thermovelocimetric detector)로 지칭되는 검출기가 또한 있다.

비록 신뢰 가능하지만, 이러한 검출기는, 열 공급원의 위치를 결정할 수 없다는 점에서, 한계가 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 배열되도록 의도된 화상화 장치를 포함하는 적외선 검출기(1)를 개략적으로 도시한다. 적외선은, 특히 입력부 렌즈 및 적외선 센서를 포함하는, 광학 시스템(2)을 통해서 검출기에 진입한다.

그러한 검출기의 시계의 각도(α)는 통상적으로 70° 내지 90°이다.

매우 많은 실제 적용예에서, 다양한 전술한 검출기 유형들이 실내의 천장에 장착된다.

이제, 본 발명자는, 실내의 천장 바로 아래의 층을 모니터링하는 것이 유리하다는 것을 결정하였다.

이는, 천장 바로 아래의 층이 주거 공간의 편안함에 있어서 매우 중요하기 때문이다. 특히, 이는, 특히 여름에, 열의 축적이 발생될 수 있는 대류의 경계 층이다.

또한, 예를 들어 겨울철에 창문이 열렸을 때, 냉점이 여기에서 나타날 수 있다. 다시 말해서, 천장 바로 아래의 층을 모니터링하는 것은 실내의 열적 편안함의 관리를 위한 중요 정보를 제공한다.

또한, 천장 바로 아래의 층을 모니터링하는 것은 화재 발생 방지 또는 검출의 맥락에 안전성을 개선한다. 이는, 그러한 것이 벽의 열속도, 즉 벽 온도의 변화율을 관찰할 수 있게 하고 그에 따라 화재-전 상황의 벽 온도 특성의 비정상적인 증가가 검출될 수 있게 하기 때문이다. 또한, 화재의 경우에 천장 바로 아래의 층 내의 고온의 연기의 축적이 또한 검출될 수 있다.

시계가 실내의 바닥을 향해서 지향되는 기존 화재-방지 검출기 해결책과 비교하면, 천장 바로 아래의 층을 관찰하는 화재-방지 검출기는, 예를 들어 실내의 거주자로부터 발생되는 잘못된 신호를 기초로 또는 이러한 거주자가 취급할 수 있는 고온 물체를 기초로 경보가 트리거링(trigger)될 수 없다는 장점을 갖는다.

그에 따라, 천장 바로 아래의 층이 적외선을 이용하여 모니터링되는 기능을 갖는 이점이 있다.

또한, 이미 실내에서 천장-장착된 기존의 많은 적외선 검출기가 있으나, 그 시계는 실내의 바닥을 향한다.

그에 따라, 천장 바로 아래의 층을 모니터링하도록 기존 검출기의 시계가 변경될 수 있게 하는 해결책이 필요하다.

본 발명의 목적은 이러한 필요성을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다.

이를 위해서, 본 발명의 하나의 대상은, 검출기의 시계를 변경하기 위해서 적외선 센서를 구비한 검출기에 배열되도록 의도된, 광학 장치이고, 이러한 광학 장치는:

- 중심에서 원형 개구부를 포함하는, 절두원추형의 전체적인 형상의 일차 거울,

- 원뿔형의 전체적인 형상의 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 및 이차 거울은 장치의 시계를 형성하도록, 무한 초점 시스템(afocal system)을 형성하도록, 그리고 장치의 주변부의 연속적인 화상을 형성하도록 구성되며, 화상의 중심은 이차 거울에 의해서 은폐된다.

본 발명의 맥락에서, "장치의 주변부"는, 파노라마 뷰를 경계 짓는, 일차 거울의 원뿔의 대칭 축에 실질적으로 수직인 모든 방향을 의미한다.

따라서, 본 발명은 본질적으로 2개의 원뿔형 거울의 이용으로 구성되고, 일차 거울은 장치 주위의 천장 바로 아래의 층으로부터 적외선을 수집하여 이를 이차 거울 상으로 전달하고, 이차 거울은 다시 이를 적외선 검출기의 센서를 향해서 반사한다.

거울의 반사 표면들은 이러한 기능을 수행하도록 구성된다.

유리하게, 본 발명에 따른 광학 장치에 의해서 획득된 화상은 은폐된 중심을 포함하고: 구체적으로, 일차 거울의 중앙 개구부에 대면되는 이차 거울의 존재는, 장치가 실내의 천장에 장착된 검출기 상에 배열될 때, 바닥으로부터의 적외선을 차단하는 효과를 갖는다.

그에 따라, 센서는 천장 바로 아래의 층으로부터의 신호만을 수신하고: 바닥 및 실내에 있을 수 있는 임의의 거주자는 완전히 은폐된다.

한편으로 거울의 이용은 고비용의 적외선 렌즈의 이용을 피할 수 있게 하고, 다른 한편으로 무한 초점의 반사 광학기기를 획득할 수 있게 하며, 그에 따라 최적화 조정을 피할 수 있게 한다.

또한, 화상의 비구면 교정이 유리하게 얻어질 수 있다.

본 발명에 의해서, 그에 따라, 검출기의 시계를 변경할 수 있게 하고 바닥이 은폐된 (천장 바로 아래의 층일 수 있는) 장치의 주변부의 선명하고 교정된 화상을 생성할 수 있게 하는, 단순하고 저렴한 적외선 광학 장치가 얻어진다.

바람직하게, 시계의 각도는 5° 내지 10°이다. 따라서, 시계는 천장 바로 아래의 층으로 개방되고: 천장 바로 아래의 층으로부터의 적외선만이 검출기로 전달되고, 이는 장치의 전체 주변부에, 즉 360°의 방위각에 걸쳐 진다.

하나의 특정 실시 형태에 따라, 장치는, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은 사출-몰딩된 플라스틱의 하나의 단편으로 구성되고, 적어도 일차 거울 및 이차 거울의 표면이 금속 처리된다.

바람직하게, 일차 거울의 최대 직경은 1010 mm 미만, 바람직하게 70 mm 미만이고, 반사 표면을 형성하는 원뿔의 축의 방향을 따른 장치의 높이는 40 mm 미만, 바람직하게 30 mm 미만이다.

본 발명은 또한, 검출기의 적외선 센서 상에서 화상을 형성하는 방식으로 배열된, 전술한 바와 같은 광학 장치를 포함하는 적외선 검출기에 관한 것이다.

본 발명은 실내의 천장 바로 아래의 층 내의 열의 축적 또는 냉점을 검출하기 위한 이러한 적외선 검출기의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 천장 바로 아래의 층 내의 고온의 연기의 축적 또는 천장 바로 아래의 층의 영역 내에서 실내의 벽의 온도의 비정상적인 변화를 검출하기 위한 이러한 적외선 검출기의 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 도시된, 본 발명에 따른 광학 장치의 길이방향 단면도이다.
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.

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 지면으로 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 거울 및 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.

광학 장치의 높이, 즉 수직 방향의 치수는 전형적으로 약 25 mm일 수 있다.

일차 거울은 중앙 개구부(14) 및 반사 표면(15)을 포함한다.

전형적으로, 일차 거울의 직경은 약 60 mm일 수 있다.

이차 거울은 반사 표면(16)을 갖는다. 이차 거울의 반사 표면(16)은 일차 거울의 중앙 개구부(14)에 대면되게 배열된다.

따라서, 센서의 관점으로부터, 이차 거울(12)은 바닥을 은폐하고, 이차 거울에 의해서 반사된 복사선만이 중앙 개구부(14)에 진입하여 검출기(1)의 광학 시스템(2)에 도달한다.

천장 바로 아래의 층으로부터의 적외선 광선의 광학 라인을 도시하는 도 3에서 보다 더 명확한 바와 같이, 일차 및 이차 거울의 반사 표면(15, 16)은 각각 절두원추형 및 원뿔형 형상이고, 천장 바로 아래의 층으로부터의 광선을 검출기의 광학 시스템(2)에 전달하도록 구성된다.

일차 거울의 절두원추형 프로파일로 인해서, 천장 바로 아래의 층으로부터의 입사 광선이 이차 거울 상으로 전달되고, 이차 거울의 프로파일은 광선을 검출기(1)의 광학 시스템(2) 상으로 반사하도록 설계된다.

장치의 시계는 수직선을 중심으로 연속적으로 360°에 걸쳐 연장되고, 도 5에서 보다 특히 확인될 수 있는 바와 같이, 5° 내지 10°의 천장 바로 아래의 층 상의 시계 각도(α)를 갖는다.

센서에 형성되는 화상이, 비구면 교정을 가지고, 선명하도록, 거울이 구성된다.

유리하게, 2개의 거울은 무한 초점 장치를 형성한다.

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.

유리하게, 검출기의 광학 시스템(2)은 변경을 필요로 하지 않고, 광학 장치(10)를 검출기(1) 상에 배열하기 위한 전기 연결부는 필요치 않다.

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 부착되어, 장치를 덮는다.

도 6은 종래 기술에 따른 적외선 검출기에 의해서 얻어진 화상이다. 검출기의 시계는 실내의 바닥을 향하고, 그 각도(α)는 90°를 초과하지 않는다.

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.

검출기의 시계가 변경되고 천장 바로 아래의 층을 관찰할 수 있게 한다는 것이 확인될 수 있을 것이다. 화상의 중심의 바닥은 완전히 은폐되는데, 이는 이차 거울이 지면의 방향을 따른 검출기의 시계를 차단하기 때문이다.

화재-방지 검출기의 경우에, 이러한 은폐된 중심은, 예를 들어 실내의 거주자에 의해서 발생되는 잘못된 신호 또는 이러한 거주자가 취급하는 물체(예를 들어, 커피잔)에 의해서 경보가 부적절하게 트리거링될 수 있는 어떠한 위험도 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해서, 렌즈를 포함하지 않는 단순하고 소형인 광학 장치를 이용하여, 천장 바로 아래의 층을 관찰하도록 적외선 검출기의 시계를 변경할 수 있다.

이는 특히, 기존 검출기에 설치되는 부속품일 수 있다. 광학 장치를 기존 검출기에 설치하는 것은 용이하다: 구체적으로, 검출기의 원래의 렌즈가 여전히 사용될 수 있고, 전기 연결은 필요하지 않고, 광학 장치의 배치는 큰 정밀도를 요구하지 않는다.

본 발명은 화재 경보로서의 작용을 위해서 이용될 수 있다. 구체적으로, 천장 바로 아래의 층의 적외선 모니터링은 고온 연기를 검출할 수 있게 한다. 본 발명은 또한, 화재-전 상황을 나타낼 수 있는, 실내의 벽의 열속도, 즉 벽 온도의 증가율을 관찰할 수 있게 한다.

본 발명은 또한 실내의 열적 편안함을 개선하는 관점에서 구현될 수 있고: 천장 바로 아래의 층의 적외선 모니터링은 열의 축적을 나타낼 수 있거나, 실외 기후 조건이 겨울철일 때 창문이 개방되어 유지되는 것을 검출할 수 있게 한다.

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 변경과 관련된 적용예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은, 주위의 시계를 획득하기 위해서 단순하고 저렴한 광학 장치를 이용하는 적외선 관찰 기구의 시계를 변경하는 것이 유리한 임의의 분야에도 적용된다.

따라서, 설명된 광학 장치는 또한 자동차 또는 운송 분야에서 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 검출기의 시계를 변경하기 위해서 적외선 센서를 구비한 검출기(1)에 배열되도록 의도된, 광학 장치(10)이며:
   - 중심에서 원형 개구부(14)를 포함하는, 절두원추형의 전체적인 형상의 일차 거울(11),
   - 원뿔형의 전체적인 형상의 이차 거울(12),
   - 일차 거울의 반사 표면이 이차 거울의 반사 표면에 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 및 이차 거울은 장치의 시계를 형성하도록, 무한 초점 시스템을 형성하도록, 그리고 장치의 주변부의 연속적인 화상을 형성하도록 구성되며, 화상의 중심은 이차 거울에 의해서 은폐되는, 광학 장치.
2. 제1항에 있어서,
   장치의 시계의 각도(α)가 5° 내지 10°인, 광학 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 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.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   일차 거울의 최대 직경은 100 mm 미만, 바람직하게 70 mm 미만이고, 일차 거울의 반사 표면을 형성하는 원뿔의 축의 방향을 따른 장치의 높이는 40 mm 미만, 바람직하게 30 mm 미만인, 광학 장치.
5. 검출기의 적외선 센서 상에서 화상을 형성하는 방식으로 배열된, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 광학 장치를 포함하는 적외선 검출기.
6. 실내의 천장 바로 아래의 층 내의 열의 축적 또는 냉점을 검출하기 위한 제5항에서 청구된 바와 같은 적외선 검출기의 용도.
7. 천장 바로 아래의 층 내의 고온의 연기의 축적 또는 천장 바로 아래의 층의 영역 내에서 실내의 벽의 온도의 비정상적인 변화를 검출하기 위한 제5항에서 청구된 바와 같은 적외선 검출기의 용도.
8. 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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