NL7906517A - Optische deeltjesdetector. - Google Patents

Description

* * ^ P & c N 2348-971 Ned.

Optische deeltjesdetector.

Dit is een aanvulling op octrooiaanvrage nr. 7800184.

De uitvinding heeft betrekking op rookdetectoren, waarbij de aanwezigheid van rook wordt afgespeurd door een bundel licht te werpen in de rook en het verstrooide licht af te tasten. De uitvinding heeft eveneens betrekking op donkere veld optische systemen, waarbij licht-verstrooi-5 ing wordt verminderd ten einde het veld donker te maken. De uitvinding heeft ook betrekking op het ontwerpen van belichtende en lichtopvangende optische elementen.

Rookdetectoren, die voor huishoudelijk gebruik beschikbaar zijn, vallen gewoonlijk onder twee categorieën. Die, welke van het ionisatie-10 type zijn, en die, welke van het optische type zijn. De onderhavige uitvinding houdt zich bezig met een rookdetector van het optische type.

De conventionele optische rookdetector bevat een lichtbron, welke een monster lucht belicht, dat potentieel rook bevat. Indien rook aanwezig is, wordt het licht verstrooid in alle richtingen door de verstrooiende 15 deeltjes. Bij bekende optische stelsels geschiedt het opvangen in een stand buiten de as aan de ene zijde van de bundel. Het is bekend dat de verstrooiende flux zeer sterk een functie is van de verstrooiingshoek. Bijvoorbeeld is achterwaartse verstrooiing relatief zwak, zijwaartse verstrooiing bereikt een minimum waarde, en voorwaartse verstrooiing is 20 betrekkelijk sterk. Het verstrooiingsrendement varieert over bijna twee orden van grootte als men gaat van zijwaartse verstrooiing (loodrecht op de bundel) naar voorwaartse verstrooiing, die nagenoeg uitgericht is ten opzichte van de bundel. Aangezien dit principe bekend is, is een systeem voorgesteld, waarbij de belichtende hoofdbundel wordt verduisterd door 25 een afsluiting en licht wordt opgevangen door een lens, die buiten de belichtingsas geplaatst is, achter een afsluiting. Bij dergelijke buiten de as werkende systemen zijn de vaste hoeken voor het opvangen van verstrooid licht zeer klein en is het licht detectierendement laag, aangezien slechts een klein deel van het verstrooide licht wordt opgevangen.

30 De onderhavige uitvinding beoogt het verschaffen van een verbeterde deeltjesdetector, waarbij een gasachtig monster belicht wordt en het door eventuele zwevende deeltjes verstrooide licht wordt afgetast ten einde hun aanwezigheid in het gasachtige monster te detecteren.

Een verder oogmerk van de onderhavige uitvinding is het 35 verschaffen van een compacte optische deeltjesdetector, waarbij het optische rendement optimaal gemaakt is.

7906517 ,e >>* - 2 -

De onderhavige uitvinding heeft tot oogmerk het verschaffen van een verbeterde rookdetector van het type, dat het door rookdeeltjes verstrooide licht aftast.

Nog weer een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het 5 verschaffen van een verbeterde rookdetector van het type, dat het in voorwaartse richting door rookdeeltjes verstrooide licht aftast en gebruik maakt van een donker veld optisch systeem.

Nog weer een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een rookdetector van het type, dat verstrooid licht 10 aftast en welke een van het lichtnet onafhankelijke lichtbron bezit, waardoor de detector geschikt is voor batterij-werking.

Deze en andere oogmerken van de onderhavige uitvinding worden verkregen bij een nieuwe rookdetector, waarbij gebruik gemaakt wordt van een donker veld optisch systeem, waarbij een luchtmonster belicht wordt 15 en naar voren verstrooid licht wordt opgevangen in een zone, die gecentreerd is om de optische as, maar deze zelf uitsluit. Het opgevangen licht wordt dan afgetast om de aanwezigheid van rook te detecteren. De rookdetector bevat een meetkamer, waarin door de lucht meegevoerde ver-brandingsdeeltjes worden toegelaten, en welke licht uitsluit behalve aan 20 een intree-opening aan het ene einde en aan een zonale uittree-opening bevattende een centrale afsluiting aan het andere einde. De meetkamer bezit eveneens een inwendige opening, welke tezamen met de beide andere openingen en afsluiting loodrecht georiënteerd zijn op de as van de detector en daaromheen gecentreerd zijn.

25 De rookdetector bevat eveneens middelen voor het werpen van een bundel licht langs de as, door de intree-opening tot in de meetkamer voor het belichten van eventuele in de kamer aanwezige rookdeeltjes, waarbij de bundel door de inwendige openingen loopt en onderschept wordt door de centrale afsluiting. Een uitgangslens is aanwezig, aangebracht in de 30 zonale uittree-opening voor het opvangen van het verstrooide licht over de gehele zone, welke lens geblokkeerd is voor de stralen van de bundel door de inwendige opening en de afsluiting, maar het naar voren verstrooide licht opvangt wanneer door de lucht meegevoerde verstrooiende deeltjes aanwezig zijn. Tenslotte omvat de rookdetector een lichtdetector 35 opgesteld op de as, achter de uitgangslens voor het aftasten van het door de uitgangslens opgevangen verstrooide licht.

In overeenstemming met een ander aspect van de uitvinding is een voorste kamer aanwezig, waaruit met de lucht meegevoerde verbrandings-deeltjes worden uitgesloten en waaruit licht wordt uitgesloten met uit- 7906517 - 3 - « » zondering van een uittree-apertuur opening in de meetkamer. Het bundelvormige middel bevat eerdicht uitzendende diode met een condensorlens, die integraal gevormd is met de lichtemitterende diode en welke een divergerende bundel vormt. De divergerende bundel wordt geconcentreerd tot 5 een nauwere bundel door de bundelvormende lens. Bij voorkeur is de integrale condensorlens gezet in een cirkelvormige apertuur voor het bepalen van de randen van de lichtbron. De bundelvormende lens vormt een beeld van de begrensde virtuele bron in het vlak van de inwendige apertuur. Op deze wijze zijn de grenzen van het beeld van de virtuele bron goed gede-10 finieerd, en indien kleiner dan de inwendige aperturen, wordt de belichting vein de randen van de apertuur vermeden. Deze randbelichting dient te worden vermeden om het veld van de detector donker te houden. De bundelvormende lens is in staat sterk divergerend licht uit de bron op te vangen.

Aangezien sferische aberratie onder deze omstandigheden het beeld van de 15 virtuele bron behoorlijk vergroot, is de bundelvormende lens van a-sferisch ontwerp. De exacte kromming van de lens wordt berekend om te corrigeren voor sferische aberratie in de aangegeven bron en beeldposities ten einde de scherpte te verbeteren van het beeld van de virtuele bron gevormd in de inwendige apertuur van de meetkamer. Zoals men zal zien leidt dit tot een 20 toename in de gevoeligheid van het systeem.

Om het veld verder donker te maken bezitten zowel de voorste kamer als de meetkamer, welke in het algemeen van cylindrische vorm zijn, een laag licht reflectie interieur. Elk bevat ten minste één schot, dat zich naar binnen toe uitstrekt vanaf de cylindrische wanden om de hoeveelheid 25 in de bundelvormende lens of het uitgangsoptiek verstrooide licht te verminderen. Als verdere stap in het donkermaken van het veld is de centrale afsluiting conisch, zodanig gemaakt dat zij intreedt in de uitgangslens, en daaraan een opaak interieur met lage reflectie gegeven is om de hoeveelheid in de uitgangslens verstrooid licht te verminderen.

30 In overeenstemming met een ander aspect van de uitvinding is de uitgangslens een uit drie elementen bestaande ringvormige lens van grote sterkte, met ten minste één a-sferisch oppervlak om sferische aberratie te corrigeren en het beeld van het op de fotodetector gefocuseerde verstrooide licht scherp te maken. Meer in het bijzonder is het voorste oppervlak 35 van het eerste element van de uitgangslens van geringe sterkte om het opvangen van sterk divergerend licht te vergemakkelijken, en het achterste oppervlak van het eerste element is a-sferisch en van grotere sterkte dan het voorste oppervlak. Het achterste oppervlak van het tweede element is 79 0 6 5 1 7 - 4 - »· 1 * ι van lage sterkte om een grote convergentie-hoek naar de detector te vergemakkelijken, terwijl het Voorste oppervlak van het tweede element van hogere sterkte is dan het achterste oppervlak. Het derde lenselement van de uitgangslens is een als halve bol uitgevoerde immersielens, die het 5 licht over een brede hoek koppelt met de smalle lichtdetector.

Volgens een verder oogmerk van de uitvinding en met het oog op het verkrijgen van een compact ontwerp van maximale gevoeligheid, zijn de individuele parameters van de optische deeltjesdetector zo optimaal mogelijk gemaakt met de beschikbare afmetingsbeperkingen, terwijl een afgeknot 10 kegelvormige afsnijding van de lens toegepast is. Meer in het bijzonder heeft men ontdekt, dat het verstrooiingsrendement zo sterk hoekafhankelijk is dat de parameter, die de grootste invloed heeft op het gedrag, de diameter is van de centrale afsluiting in de uitgangslens. De andere parameters in het systeem, waaronder de afstand tussen elementen en de 15 diameter van de apertuur-afs luitingen, van welke andere parameters de diameter van de centrale afsluiting afhankelijk is, zijn geselecteerd voor optimaal gedrag. Tezamen met het gebruik van afgeknotte kegelvormige afsnijding in de uitgangslens wordt een zeer compact ontwerp met uitmuntende gevoeligheid verkregen.

20 De uitvinding zal hieronder aan de hand van de figuren der bijgaande tekeningen nader worden toegelicht.

Fig. 1 geeft een doorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van een optische rookdetector, waarbij een luchtmonster belicht wordt en naar voren verstrooid licht wordt opgevangen ten einde de aanwezigheid van rook 25 te detecteren;

Fig. 2 geeft een optisch schema van een optische rookdetector volgens de uitvinding, waarbij de parameters, die het optische rendement beïnvloeden, aangegeven zijn;

Fig. 3 is een grafiek van het nuttige lichtvermogen van een 30 LED lichtbron met een brede bundel^rafisch uitgezet tegen de acceptatie-hoek van de bundelvormende lens; en

Fig. 4 is een collectie grafieken, die de optimalisering illustreren van de optische rookdetector met juiste parameter-selectie.

Onder verwijzing thans naar fig. 1 wordt daarin weergegeven in een 35 eerste uitvoeringsvorm een optische rookdetector, waarin de uitvinding belichaamd is. In de rookdetector wordt licht geprojecteerd in een rook bevattende kamer, en het naar voren verstrooide licht wordt gemeten om de rookconcentratie te bepalen. De optische componenten van de inrichting 7906517 € * - 5 - zijn opgesteld in drie licht gekoppelde, maar in het algemeen lichtdichte, coaxiaal opgestelde cylindrische compartimenten 11, 12 en 13. Een lichtbron 14, een apertuur 15 voor de lichtbron en een bundelvormige lens 16 zijn ondergebracht in de eerste of voorste kamer 11. De voorste kamer is 5 af gedicht om het toetreden van rook of stof te vermijden. De meetkamer 12 bezit twee openingen 10 naar de uitwendige lucht voor het toelaten van met de lucht meegevoerde verbrandingsdeeltjes, d.w.z. rook, en is afgeschermd om lichtkoppeling te vermijden, behalve naar de voorste en de achterste kamer, door een huis, dat bestaat uit twee U-vormige overlappende doos-10 lichamen. De meetkamer 12 bevat een apertuur 17 voor het toelaten van licht uit de voorste kamer, waarbij de apertuur 17 samenwerkt met de bundelvormende lens 16; een apertuur 18 in het inwendige van de kamer; en een uitgangslicht-afsluiting 19. De lichtafsluiting 19 is een opake, zwart gemaakte conische holte in het centrum van een uit drie elementen 15 bestaande uitgangslenssamenstel (20, 21, 22). De afsluiting 19 en het lenselement 20 vormen de begrenzing tussen de meetkamer en de achterste kamer. De achterste kamer 13, welke eveneens af gedicht is tegen rook of stof, is lichtgekoppeld via de niet-afgesloten ringvormige zone van het lenselement 20 naar de meetkamer. De achterste kamer bevat het uit drie 20 elementen bestaande uitgangslenssamenstel (20, 21, 22) en de foto- detector 23. Zoals getoond zal worden is het uitgangslenssamenstel gemaskeerd om direkte stralen uit de bron (14, 15) te vermijden en licht van de voornaamste verstrooiende oppervlakken. De ongemaskerde zone van het uitgangslenssamenstel vangt licht op, dat verstrooid is door rook nabij de 25 inwendige apertuur van de meetkamer, en focuseert dit op een fotodetector 23.

Van betekenis is dat de rookdetector naar voren verstrooid licht gebruikt, dat opgevangen is over een grote vaste hoek in een donker veld systeem ter verkrijging van een hoge rook detector gevoeligheid. Het uitgangsoptiek (20-22) is geplaatst coaxiaal ten opzichte van de bundel en het bundelvormende optiek, in de verplaatsingsrichting van de bundel.

Dit lokaliseert het uitgangsoptiek, dat centraal afgesloten is om direkte belichting door de bundel te voorkomen, in het in voorwaartse richting lichtverstrooiende gebied, waar het verstrooide licht uit een gegeven 33 concentratie van verstrooiende rookdeeltjes één of twee orden van grootte intensiever is dan het zijwaarts of achterwaarts verstrooide licht. Het tweede voordeel van de coaxiale opstelling is dat het opvangoptiek de bundel kan omgeven, en het verstrooide licht opvangt over de gehele ring- 7906517 - 6 - * 1 vormige zone, die de "bundel omcirkelt zoals in tegenstelling tot een klein segment van de ring, wanneer de opvanglens geplaatst is in een enkelvoudige buiten de as gelegen positie. In de onderhavige opstelling omvat het uitgangsoptiek een grotere vaste hoek dan in het conventionele 5 geval en de vaste hoek omvat het gebied met de grootste verstrooiing voor de opvang van het meeste licht, en de grootste gevoeligheid. De rook-detector werkt volgens het donker veld principe,waarbij de uitgangslens het nullicht in het ideale geval opvangt in afwezigheid van rook, en een aanzienlijke hoeveelheid licht in aanwezigheid van rook.

10 De werking van de rookdetector zal nu in bijzonderheden behandeld worden tezamen met een verdere behandeling van de individuele componenten. De lichtbron 1U, 15 is een gepulseerde, vaste stof lichtbron ontworpen voor energie-besparing. De nagestreefde energiebesparing is het bereiken van een jaar lang onafgebroken werking, waarbij de energie geleverd wordt 15 door een kleine droge cel. De lichtbron is een halfgeleider-diode, welke licht uitstraalt in het infra-rode of rode gedeelte van het electro-magnetische spectrum. De eenheid heeft typisch een diameter van 5»1 mm en omvat een opake basis en onafhankelijk optiek omvattende een reflector 2 6 en een condensorlens 27 voor het produceren van licht over een vaste 20 hoek, waarvan de doorsnede ca. k0° is. Aangezien er een onzekerheid van + 7° is in de gerichtheid van het uitgezonden licht ten opzichte van de basis van de "LED", wordt het licht, dat in werkelijkheid door de bundel-vormende lens 16 wordt opgevangen, normaal beperkt tot een kleinere vaste hoek, waar de lichtemissie in hoofdzaak zeker is. Deze vaste hoek in deze 25 uitvoeringsvorm is een vaste hoek, waarvan de doorsnede ongeveer 26° bedraagt. Zoals hierboven opgemerkt wordt de lichtbron (lH, 26,27) gezet in een voorkamer 22, welke lichtdicht is met uitzondering van een apertuur (15) voor het toelaten van licht uit de LED en een apertuur (17» 28) om licht te werpen in de meetkamer. De buitenste grenzen van de LED 30 lichtbron worden precies bepaald door een cirkelvormige apertuur 15, waardoorheen het licht wordt toegelaten in de voorkamer. De apertuur 15 heeft een gereduceerde diameter (3, 51· mm) en is aangebracht aan de punt van de lens (27) integraal met de LED-bron. Licht uit de LED wordt opgevangen door de lens 16 en gevormd tot een bundel, die geworpen wordt 35 in de meetkamer 12.

De bundelvormende lens 16 is een lens van matige sterkte en matige numerieke apertuur voor het gelijkmatig belichten van een goed gedefinieerd gebied in de kamer nabij het centrum van de inwendige apertuur 18. De 7906517 r * - 7 - lens 16 is een a-sferische lens met een plat eerste vlak* dat uitgericht is op de LED-lichtbron en een convex tweede vlak uitgericht ten opzichte van de rookkamer. De kromming van de lens 16 is zo ontworpen dat de sferische aberratie nul bedraagt. Het courouterprogramma waardoor de 5 kromming is berekend, neemt in aanmerking de posities van zowel de "virtuele bron" als het beeld van de virtuele bron. Het convexe vlak van de lens is gezet in de apertuur 17» 28, welke de opening vormt, waardoorheen licht wordt geprojecteerd in de rookkamer. De numerieke apertuur van de lens 16 is ongeveer .23. De lens 16 vormt een beeld van de apertuurbron 10 (lit, 15) in het vlak van de apertuur 18, welke groter is (v,j6 mm) dan de bron (3»51 am) en gelegen nabij het centrum van de inwendige apertuur 18.

Volgens conventionele principes van belichting is het niet de licht emitterende diode zelf maar veeleer het oppervlak van de LED's integrale lens, die de virtuele bron is afgebeeld in het vlak van de apertuur 18.

15 Deze optische ontwerptechniek heeft het effect dat een zachte, gelijkmatige belichting geproduceerd wordt in het vlak van de apertuur zonder verlies van definitie van de rand van de belichte zone. De inwendige apertuur is groter in diameter gemaakt (6, 99 mm) dan het gefocuseerde beeld (U,76 mm) en bezit een meskant (lage radius) opening om randreflecties in het 20 uitgangsoptiek te verminderen. Deze voorzorg waarborgt dat geen deel van de bundel op de randen van de inwendige apertuur 18 valt en randreflecties vermindert in het uitgangsoptiek. De belichtende bundel, waarvan de marginale stralen geïllustreerd worden door de streep-stippellijnen 29 wordt onderschept aan het einde van de rookkamer door de kegelvormige 25 afsluiting 19» welke in hoofdzaak groter is dan de onderschepte bundel.

De lichtuitgang van de meetkamer wordt verzameld in een ringvormig gebied buiten deze afsluiting.

De functie van de vooraf genoemde elementen met inbegrip van de apertuur LED lichtbron (1U, 15» 26, 27), de bundelvormende lens 16, de 30 aperturen 17, 28, 18 en de kegelvormige afsluiting 19 is het belichten van een monster lucht, dat rook kan bevatten op een wijze die geschikt is voor donker veld beschouwing. De elementen zijn opgesteld langs een gemeenschappelijke as op zodanige wijze dat de bundel licht gevormd door de lens 16 valt op geen oppervlakken die enig licht verstrooien in het 35 ringvormige uitgangsgebied, dat de kegelvormige afsluiting 19 omgeeft.

Indien er geen rook aanwezig is in de kamer geschiedt de doorgang van de bundel geïllustreerd door lijnen 29 door de kamer ongemerkt en worden geen secundaire lichtverstrooiers in de bundel belicht ten einde licht buiten 7906517 - 8 - de bundel af te buigen. In het ideale geval zal het veld zwart zijn onder deze omstandigheden en zal de fotodetector geen uitgang produceren. Als er rook aanwezig is in de rookkamer, bevat de bundel secundaire verstrooiers in de baan van de bundel vanaf de int ree-apertuur 17 naar de afsluiting 19.

5 Deze secundaire verstrooiers worden secundaire bronnen van licht, welke de baan van de bundel tot een bron maken van algemene belichting. Wanneer dit plaatsvindt zullen alle gedeelten van de bundel licht verstrooien, al is het ook ongelijkmatig, over een volle bol. Een gedeelte van de belichte bundel, en in het bijzonder die in de buurt van de inwendige apertuur 18, 10 zal licht zichtbaar verstrooien vanaf het gezichtspunt van het ringvormige gebied dat de afsluiting 19 omgeeft, waar het door het uitgangsoptiek zal worden opgevangen. Het uitgangsveld zal licht zijn en de fotodetectoren zullen een uitgang produceren.

Lichtverstrooiing van andere bronnen dan rook treedt gewoonlijk 15 inderdaad op en moet minimaal gehouden worden om een donker veld te verkrijgen bij afwezigheid van rook. Verstrooiingscentra vinden plaats binnen en op het oppervlak van de lens 16, op de rand van de intree-aper-turen 17, 28, de randen van de inwendige apertuur 18, het oppervlak van de afsluiting 19» en de wanden van de voorste kamer en de meetkamer. Deze 20 verstrooiers worden nieuwe bronnen van licht, en indien het inwendige van de meetkamer reflectief is, en er voortplantingsbanen bestaan, zullen zij maken dat het licht gereflecteerd wordt naar de uitgangslens. Eventueel achtergrondlicht opgevangen in de uitgangslens heeft de neiging, om de gevoeligheid van de systeem te verminderen tot lage - rookconcentraties.

25 Zoals geïllustreerd door de stippellijnen 30 zijn de aperturen 16, 18 en de kegelvormige afsluiting 19 geplaatst om uit te sluiten dat enig gedeelte van de lens 17 rechtstreeks licht verstrooit in het uitgangsoptiek.

Het inwendige van de voorkamer 11 en de meetkamer 12 en de aperturen en afsluitingen zijn ontworpen om inwendige reflecties te verminderen om 30 de rookgevoeligheid te vergroten. De inwendige oppervlakken zijn normaal zwart, en kunnen gerimpeld zijn9of bedekt met een vlokachtig neerslag.

De afsluiting 19 bijvoorbeeld, indien niet zorgvuldig ontworpen, kan een voorname secundaire bron van verstrooid licht zijn in het uitgangsoptiek. Indien belicht door de bundel kan de afsluiting 19 enig licht terugkaatsen 35 naar de wand van de inwendige apertuur 18, waar een tweede reflectie dat licht zal verplaatsen naar het uitgangsoptiek. Op soortgelijke wijze kan verstrooid licht uit het inwendige van een willekeurig oppervlak van de bundelvormende lens 16 het uitgangsoptiek betreden. Ofschoon rechtstreekse 790651γ * i - 9 - stralen van de oppervlakken en het inwendige van de lens 16 gemaskeerd zijn van het uit gangs opti ek door de aperturen 17 j 18 en afsluiting 19, zoals hierboven opgemerkt, kan het van de lens verstrooide licht een zijwand van de kamer belichten en na een enkelvoudige reflectie opgevangen 5 worden door het uitgangsoptiek. Achtergrondlicht afkomstig van beide oorzaken kan worden gereduceerd tot een niveau, waar het achtergrondlicht minder dan 10$ bijdraagt aan de lichtuitgang bij de gewenste maximale rookgevoeligheid (in een typerend geval 1$). Om deze reden, wanneer de afsluiting 19 gevormd is als een kegelvormige holte, die niet reflecterend 10 en opaak bekleed is, kunnen de terugkaatsingen in de kamer worden verminderd tot beneden het kritische niveau. Soortgelijke reflecties langs de cylindrische zijwanden van de voorkamer, en de meetkamer kunnen worden gereduceerd tot beneden het kritische niveau door een bekleding toe te passen met lage reflectie en ringvormige schotten (2 in elke zijde van de 15 kamers). In de voorkamer zullen twee schotten 2b alle enkelvoudige "terugspring"reflecties vangen, die ontspringen van het verstrooien in de lens 16 en in de apertuur 17 ervan. Aannemende dat de voorkamer bekleed is met laag reflecterend materiaal is dit normaal geschikt. Op soortgelijke wijze zijn twee schotten 25 in de meetkamer 12 gewoonlijk geschikt om het 20 merendeel van de enkelvoudige ,,terugspring,,reflecties te vangen, die ontspringen in de voorkamer in de bundelvormende lens 16 en de apertuur 17 ervan. De schotten strekken zich in elk geval naar binnen toe uit over een vaste afstand naar maar niet in kontakt met de bundel en eindigen in een coaxiale apertuur, bijVoorkeur voorzien van een mesrand (lage straal) om 25 reflecties te vermijden.

Het uitgangsoptiek bestaat uit de uit drie elementen opgebouwde uitgangslens 20-22, de fotodetector 23, en de apertuur 18 en de afsluiting 19, welke het zonale veld van het uitgangsoptiek bepalen. Het gezichtsveld van het uitgangsoptiek kan beschreven worden als een polaire zone van een 30 bol gecentreerd om de optische as van de detector, waarin een gedeelte van de polaire zone verwijderd is uit'het gezichtsveld door een afsluiting, die eveneens om de as gecentreerd is. De uitgangs 20, 21, 22 vangt het licht op over de gehele ringvormige of "zonale" oppervlak buiten de centrale afsluiting en binnen de cylindrische wand van de detector. Het gezichts-35 veld van de uitgangslens wordt geïllustreerd door vier paren lijnen 31 weergegeven als streep-stip-stip-streep-stip-stip lijien. Zoals eerder opgemerkt vangt het uitgangsoptiek het naar voren verstrooide licht van de bundel ου, terwijl het tezelfdertijd gemaskeerd wordt om te vermijden dat 7906517 --10- licht opgevangen wordt in de bundel perse of van de voornaamste verstrooiers. De lichtafsluiting 19 is een opake, gezwarte, conische holte in het centrum van een uit drie elementen bestaand uitgangslenssamenstel (20-22). De kegel heeft zijn maximale doorsnede in het eerste lens-.. .

5 element. De kegel heeft zijn maximale doorsnede bij het eerste lenselement 20, een kleinere doorsnede bij het tweede lenselement 21, terwijl de top van de kegel het laatste immersie-element 22 binnentreedt. De kegel is zo gedimensioneerd dat een zorgvuldig bepaald ringvormige oppervlakte-zone van het eerste lenselement 20 ongemaskeerd blijft voor lichtopvang, 10 en om interferentie te vermijden met de gebruikelijke stralen, die opgevangen zijn als zij door het eerste (20) en de twee volgende elementen (21,22) van het uitgangsoptiek lopen.

Het uitgangsoptiek (20-22) bezit een brandpuntsafstand ontworpen om de belichte met de lucht meegevoerde verstrooiers te focuseren in het vlak 15 van de apertuur 18 op de fotodiode 23. Indien er niet van dergelijke verstrooiers zijn, zal er geen verlicht beeld zijn dat gefocuseerd wordt op de fotodiode, en in het ideale geval geen lichtuitgang. Het eerste element in de uitgangslens is een dubbel convex element 20 van hoge lichtsterkte. Aangezien het centrale gebied van de lens 20 gemaskeerd is door 20 de afsluiting 19, is alleen het ringvormige gebied, dat zich in radiale richting uitstrekt voorbij het masker naar de onttrek van de lens in optische zin aktief. Het voorste oppervlak van het element 20 is van sferische kromming en van lage lichtsterkte ten opzichte van het achter-vlak ten einde het verzamelen te vergemakkelijken van het licht dat in 25 wijde omtrek divergeert vanuit de axiaal geplaatste verstrooiers nabij de lens. Het ongebruikte centrale gedeelte van de lens 20 kan dezelfde sferische krómming hebben, of plat zijn of gedeeltelijk hol, zoals weergegeven. Het aktieve achteroppervlak van de lens 20, en in het bijzonder het ringvormige gebied in de baan van nuttige stralen vanaf het 30 oppervlak, is a-sferisch. De werkelijke kromming van het achtervlak wordt berekend om sferische aberratie tot nul te verminderen en is van een hogere lichtsterkte dan het voorste lensoppervlak. Het tweede lenselement 21 bezit een convex voorste vlak in de vorm van een ring met een vergelijkbare sterkte als het achtervlak van de eerste lens en welke hetzij a-sfe-35 risch danwel sferisch kan zijn. Het optisch aktieve achtervlak van de tweede lens is plat. Om de totale axiale diepte van een lens te verminderen zijn zowel het ongebruikte centrale gedeelte van de eerste (20) en het ongebruikte centrale gedeelte van een tweede (21) lens plat gemaakt en zijn 7906517 * * - 11 - de platgemaakte vlakken verenigd. Zoals hierboven opgemerkt loopt de kegelvormige afsluiting door zowel het eerste als het tweede lenselement.

Het derde en laatste element in het uitgangslenssamenstel is een immersie-lens 22, waarin de uitgangsfotodiode gegoten is. Het is sferisch en kan 5 een iets kleinere ruimtehoek hebben dan een halve bol. Een voordeel van een immersielens is dat het vermijdt het ontstaan van twee lucht grens vlakken, welke lichtverliezen veroorzaken aan het uittreevlak van de immersielens en bij het intreevlak van de foto-volta diode 23.

Bij het verkrijgen van de noodzakelijke lichtsterkte zijn de drie 10 aangegeven elementen noodzakelijk. De eerste lens 20 is zodanig ontworpen, dat een straal uit het midden van de apertuur 17, die 1)-5° divergeert, wordt af gebogen tot een convergerende baan (in een typerend geval 15°), terwijl de straal vanaf de onderste rand van de apertuur (zoals te zien in fig.1) evenwijdig aan de as gebracht wordt, en de stralen van de "bovenste" 15 grens van de apertuur in een baan gebracht wordt, die 30° convergeert naar de as. Eet tweede lenselement 21 produceert een aanvullende gemiddelde convergentie van ongeveer 30°, zodat alle opgevangen stralen het oppervlak van het laatste immersie-element 22 treffen onder een gemiddelde convergentiehoek van ca. ^5°· Een straal, die ontspringt in 20 het centrum van de apertuur 18 zal dus over 90° gebogen worden als hij het oppervlak van de immersie-lens 22 treft. De immersie-lens is ingericht om licht op te vangen over een grote ruimtehoek zonder de afbuigingshoek in hoofdzaak te vergroten. De immersielens vergroot de schijnbare afimeting van de fotodiode voor de convergerende stralen uit het lens-25 element 21. Het computerprogramma, waarmede de lensoppervlakken werden berekend, was ontworpen om een sferische aberratie van nul te produceren voor een bron gelegen in het vlak van de apertuur 18 af geheeld in de stand van de fotodiode.

Het gebied van de meetkamer nabij de apertuur 18 is dat, dat in 30 hoofdzaak in het rookdetectieproces intreedt. Licht kan alleen opgevangen worden van rookdeeltjes, die zich bevinden binnen de begrenzingen van de lichtbundel. Dit gebied wordt bepaald door de streep-stippellijnen 29.

Daarnaast kan licht slechts opgevangen worden door belichte verstrooiers, die zich bevinden binnen het gezichtsveld van het uitgangsoptiek. Dit 35 gezichtsveld wordt bepaald door de streep-stippel-stippel-lijnen 31.

Tenslotte zullen slechts die stralen, die hebben voldaan aan de voorafgaande twee criteria, en welke de opvanglens binnentreden in een richting, waarbij zij de detector 23 zullen treffen, in feite worden gedetecteerd en 7906517 .» Λ - 12 - gemeten. Het beeld van de detector, onder gebruikmaking van de reciproke eigenschappen van de uitgangslens (20-22) vult grotendeels de apertuur 18, zijnde een vierkant van 5,1 mm x 5,1 mm. Aldus zullen sommige van de stralen van een verstrooier in de veronderstelde beeldstand van de 5 detector, vallen op de detector en gedetecteerd worden. Verstrooiers, die juist buiten de beeldstand liggen, maar in hetzelfde vlak, zullen in het algemeen geen detecteerbare stralen produceren. Op soortgelijke wijze zullen stralen, die ontspringen aan axiaal uit het beeld geplaatste verstrooiers, stralen produceren, waarvan sommige de detector zullen 10 treffen en gedetecteerd zullen worden en andere die dit niet zullen doen. In de praktijk bepalen deze kwalificaties een rookgevoelig gebied nabij de apertuur 18, dat zich uitstrekt in axiale richting zowel naar het vlak van de apertuur 18 toe als daar vanaf.

Het optische ontwerp is optimaal gemaakt voor realisatie als een 15 economisch te vervaardigen massaprodukt. Bij het bereiken van dat ontwerp werd het van belang geacht, dat de afmetingen van het optische stelsel aangepast zouden kunnen blijven aan conventionele omhullingen, die nu heel gewoon zijn op de markt. Deze leggen een maximale dikte vast van 25,^ mm - 38,1 mm en een maximale totale lengte van 127-152,M»· mm aan 20 optische elementen. Daarnaast dienen de lenzen geschikt te zijn voor massafabricage tegen lage kosten, d.w.z. te vervaardigen als gegoten plastic lenzen, terwijl de fotodiode, die een belangrijk onderdeel in de kosten is, en waarvan de kosten evenredig zijn met de afmetingen, minimaal van afmeting is (namelijk 2,5.mm x 2,5 mm).

25 Veronderstellende dat de maximale diameter van het lenssysteem het voornaamste dwangmiddel bij het ontwerpen is, is de afmeting van de fotodetector minimaal gemaakt door de detector onder te dompelen in een optisch materiaal met hoge brekingsindex (injectiegegoten (SAN, n=1,57) en door de regelmatige koorde van de uitgangslens zoals gezien door de 30 detector maximaal te maken. Tezelfdertijd zal eveneens aan het voorste oppervlak van de uitgangslens naar de rookkamer toe, de ringkoorde van de lens zoals gezien vanuit de inwendige apertuur 18, waar de beliehtings-bundel het meest geconcentreerd is, maximaal worden gemaakt. Een iteratief computerprogramma demonstreerde, dat het opvangrendement van 35 verstrooid licht maximaal wordt, indien verstrooiers in het vlak van de inwendige apertuur (18) worden afgebeeld op de detector door het uitgangs-optiek. Het programma omvat een factor voor het verstrooiingsrendement als functie van de verstrooiingshoek.

7906517 # 4 - 13 -

Onder invloed van de dwang om de totale lengte van het stelsel te "beperken (bijv., ^ 127 mm), en nadat voor de axiale lengte van het uitgangsoptiek vanaf de inwendige afsluiting 19 naar de fotodetector 23 een afstand gereserveerd is (bijv. 31,75 mm) werd de afstand van de bron 5 tot de bundelvormende lens 16 en vanaf de lens 16 tot de inwendige apertuur 18 zodanig gekozen, dat de afïneting van de afsluiting (19) op het uitgangsoptiek mini maal was. Deze laatste factor opnieuw maakt de ruimte-hoek maximaal, waarover het door de rook verstrooide licht wordt opgevangen. De laatstgenoemde dimensionele dwang dicteert de brandpuntsafstand 10 van de bundelvormende lens (15,2U mm). Aangezien de bundelvormende lens door de bank genomen het licht dient op te vangen over een hoek, die belicht zal worden, indien diodes met een richtingsfout van 7° - 9° onveranderlijk dienen te worden gebruikt, dient de hoekkoorde van de bundelvormende lens te worden verminderd vanaf de angulaire doorsnede van 15 *0°, die vanaf een gegeven diode beschikbaar is, tot de angulaire doorsnede van 20°-26°, die alle diodes zal belichten.

Een belangrijke factor in het lensontwerp is de correctie voor sferische aberratie. Het effect van een te groot beeld op de fotodetector is verspilling van het verstrooide licht en vermindert aldus de 20 gevoeligheid van het stelsel. Bij het uitgangsoptiek (20-22) vormt een ongecorrigeerde lens van de juiste lichtsterkte een vlekkerig beeld op de uitgangsdiode, welke driemaal de grootte heeft van het gecorrigeerde beeld. Het achtervlak van het eerste lenselement is de grootste zorg en moet een berekend a-sferisch oppervlak zijn. Het voorste vlak van het 25 tweede lenslement kan sferisch zijn, ofschoon een meer geconcentreerd beeld zal worden gevormd indien de lens a-sferisch is. Het uitgangselement kan zijn een eenvoudige sferische sectie. In het ingangsoptiek treedt een soortgelijk probleem op. Het ingangsoptiek wordt ontworpen om het meeste licht op te vangen en het te concentreren zonder dat het valt op de 30 inwendige apertuur 18 tot de kleinste afmeting aan de afsluiting 19· Een sferisch ongecorrigeerde lens creëert een beeld van dubbele grootte. Indien de bundel bij de apertuur 18 wordt verdubbeld, dan moet de apertuur 18 worden verdubbeld, en moet de cirkelvormige afsluiting 19 eveneens ongeveer verdubbeld worden om het uitgangsoptiek te maskeren van de verstrooiende 35 oppervlakken van de lens 16. Indien de afsluiting 19 wordt verdubbeld, resulteert een onverdraagzame reductie in de zone, die beschikbaar is voor het uitgangsoptiek.

De optische elementen in een eerste uitvoeringsvorm hadden de volgende afmetingen: 7906517 - 1¾. -

Lens 16 (optisch materiaal styreen acrylonitriel (SM) n= 1,57) Voorste oppervlak plat Acht eroppervlak:

Afstand tot de as Dikte 5 0,350 0.

0,320 0,029 0,290 0,056 0,260 0,08Ö 0,230 0,102 10 0,200 0,122 0,170 0,139

0,11+0 0,15U

0,110 0,165 0,080 0,175 15 0,050 0,181 0,020 0,185

Uitgangsoptiek:

Lenselementen 20,21 (optisch materiaal SM n= 1,57)

Voorste oppervlak 60,1+9 mm 20 radius (sferisch)

Achteroppervlak:

Afstand tot de as Dikte 0,550 ' 0, 0,520 0,052 25 0,1+90 0,102 0,1+60 0,151 0,1+30 0,197 0,1+00 0,21+1 0,370 0,282 30 Lenselement 21 (n = 1,57)

Voorste oppervlak 19 >81 mm straal (sferisch)

Achteroppervlak plat

Lenselement 22 (n = 1,57) 35 7,62 mm straal (sferisch).

Het voorafgaande optische ontwerp stelt een hij zonder gevoelige rookdetectie-inrichting voor. Het fundamentele ontwerp stelt iemand in staat om naar voren verstrooid licht op te vangen in een zone, die 7906517 * i - 15 - gecentreerd is om de as van de bundel, vaar de verstrooiing haar grootste intensiteit heeft. Daarenboven maakt de opstelling van de lichtbundel en het opvangoptiek op een gemeenschappelijke as het mogelijk het door individuele verstrooiers verstrooide licht te verzamelen rondom de zone in 5 een ringvormig gebied, hetgeen een grotere ruimtehoek mogelijk maakt dan gewoonlijk doenlijk is, indien het licht wordt ongevangen vanuit een enkelvoudige buiten de as gelegen positie.

Voorafgaande aan een beschrijving van de tweede uitvoeringsvorm zal het optimaliseringsgedrag van een compact ontwerp worden behandeld. Het 10 ontwerp van de eerdere uitvoeringsvorm en de te beschrijven uitvoeringsvorm werden optimaal gemaakt in een iteratief computerprogramma met het doel de totale hoeveelheid verstrooide lichtenergie opgevangen uit een eenheid rookconcentratie binnen afmetingen- en strooilichtbeperkingen maximaal te maken. De beperkingen in de afmeting dicteerden een totale 15 lengte van het stelsel van bij voorkeur minder dan 127 mm en een afmeting in de doorsnede van minder dan 31,8 mm. De strooilichtbeperking is dat de hoeveelheid lichtenergie die de detector treft bij afwezigheid van rook in de meetkamer minder is dan een derde van het verstrooide licht, dat zou worden ontvangen uit de minimaal detecteerbare concentratie van rook 20 als bedoeld in het ontwerp. Dit gevoeligheids-vereiste wordt bewerkstelligd met verwijzing naar conventionele goedkope electronische schakelingen voor betrouwbare responsie, wanneer de gemeten lichtuitgang de vastgestelde minimum vaarde overschrijdt.

De ontwerp-overvegingen kunnen beschouwd worden als te vallen in twee 25 categorieën:die,welke verplicht zijn en die willekeurige overwegingen, welke een trade-off of compromis mogelijk maken. De verplichte vereisten zijn in het algemeen aangegeven naarmate de beschrijving voortgang maakt.

Deze omvatten de vereisten voor het tot stand brengen van een donker veld werking, en meer in het bijzonder dat de bundel geprojecteerd door de 30 lens 16 niet het uitgangsoptiek (lens 20) treft, maar gestopt wordt door de apertuur-afsluiting 18; dat geen deel van de lens 16, die verstrooiende deeltjes kan bevatten, zichtbaar is voor het uitgangsoptiek (lens 20); dat de door de lens 18 geprojecteerde bundel niet valt op de randen van de apertuur van de afsluiting 18; dat niets van het strooilicht in staat is 35 om het uitgangsoptiek te bereiken in minder dan twee reflecties (in de veronderstelling van oppervlakken met minimale reflectievermogen); en dat de lichtbron 26, een LED-inrichting onderhevig aan variatie tijdens de vervaardiging in bundel oriëntatie ten opzichte van de omhulling, een /906517 - 16 - hoeveelheid lichtstroom werpt op de hundel vormende lens 16, welke niet varieert als de LED’s onderling verwisseld worden. Constantheid in de lichtstroom vanuit de lichtbron wordt verkregen zonder de noodzaak voor individuele instelling, door het licht op te offeren in een voldoende 5 brede marge van de bundel om te waarborgen dat de door de bundelvormende lens onderschepte ruimtehoek steeds volledig belicht wordt.

De willekeurige factoren, in de aanname dat de uitwendige dimensies worden gefixeerd, dan achtereenvolgens en op iteratieve wijze worden beschouwd totdat het optimale ontwerp verkregen is. De sterkste factor, 10 die de gevoeligheid beïnvloedt, is de ruimtehoek van licht vanuit de verstrooide rook opgevangen door de uitgangslens (20-22). Aannemende een gegeven ruimtehoek waarbinnen verstrooid licht wordt opgevangen, is het opvangrendement van de uitgangslens groot voor verstrooiingshoeken, die juist weinig afwijken van de as van de bundel en klein voor hoeken lood-15 recht op de as van de lichtbundel. Wanneer men het grotere lichtverlies negeert, dat optreedt bij het toenemende treffen van flikkerende lichtstralen op het eerste oppervlak van de uitgangslens (20), waarbij&e intensiteit van het door de uitgangslens opgevangen verstrooiende licht een empirisch waargenomen exponentiële kromme volgt 20 E =0.1 exp (2.7 Θ) waarin Θ = de voorwaartse verstrooiingshoek, waaraan een waarde van 0° wordt toegekend loodrecht op de bundelas, en van 90°, dat zich uitstrekt vanaf de bron evenwijdig aan de bundelas. In het bereik vanaf 2° buiten deze loodlijn ( 9=2°) tot 1¾° buiten de as ( Θ = 76°), varieert het 25 verstrooiingsrendement (E) voor witte rook bij 632,6 nanometer golflengte van 0,1 tot 3,2 relatieve grootte overeenkomend met een variatiebereik van 32 tot 1.

Wegens de sterke voorwaartse verstrooiingsrendementfunctie is het verstrooiings-opvangrendement steeds maximaal gemaakt, wanneer de 30 diameter "e" van de lichttrap 19 (zie fig. 2) minimaal gemaakt wordt.

Dientengevolge is de eerste stap in de optimalisatie-procedure het bepalen van de systeem-dimensies zodanig dat "f" minimaal gemaakt wordt. In fig. 2 is het doel van de apertuur-afsluiting 18 van diameter "e" de uitgangslens (20) te maskeren van de bundelvormende lens (16) in een apertuur-afslui-35 ting 17 met diameter "d", zodat het van het oppervlak van de bundelvormende lens verstrooide licht de uitgangslens niet kan bereiken. De diameter "e" van^e^apertuur-afsluiting 18 moet groter zijn dan het beeld van de 7906517 * 'fc - 17 - lichtbron (1U, 15)5 welke gefocuseerd wordt op hetzelfde vlak ten einde randbelichting of buigingseffecten te vermijden, die ongewenst licht zou overdragen aan de uitgangslens. De afsluiting (15) van de lichtbron (1U·) bezit een diameter "1". Het focuseren van het beeld van de'lichtbron in 5 het vlak van de apertuur-afsluiting 18 maakt het beeld in dat vlak minimaal, en maakt op overeenkomstige wijze de afmeting van de afsluiting vereist voor het maskeren van de bundelvormende lens van de uitgangslens minimaal.

De minimale afmeting van de apertuur-afsluiting 19 wordt bepaald door 10 de geometrie uitgezet in fig. 2. De bundelvormende lens 16 is aangebracht in de apertuur-afsluiting 17 op een afstand "a" vanaf de lichtbron 1U, die in de afsluiting 15 gezet is. De apertuur-afsluiting 18 is opgesteld op een afstand "b" vanaf de bundelvormende lens 16 en op een afstand ”c" vanaf de kegelvormige afsluiting 19 op het oppervlak van de uitgangslens.

15 Een straal getrokken vanuit een punt op de rand van de apertuur-afsluiting 17 door het middelpunt van de apertuur-afsluiting 18 zou het vlak van de • · · (3. c uitgangsafsluiting 19 treffen on een afstand buiten de as van — x r- .

d D

Met andere woorden in de vooronderstelling van een reductie van de straal van de apertuur-afsluiting 18 tot nul zou de kegelvormige afsluiting nog 20 steeds een straal van 4 x r· vereisen om de bundelvormende lens 16 te d b maskeren van de uitgangslens 20. Aangezien de straal van de apertuur- afsluiting een waarde bezit van ^ is een straal, die een spoor beschrijft vanuit een punt op de rand van de apertuurafsluiting 17 en een diametraal geplaatst punt op de tegenovergelegen rand van de apertuur-afsluiting 19 "e" 25 raakt, gelijk aan —eenheden beneden de as van de apertuur 18 en evenredig verder beneden de as bij de afsluiting 19: f <’>

Hieraan moet worden toegevoegd dat de uitgangsafsluiting 19 een minimum halve diameter (S/2) dient te hebben gelijk aan de som van deze 30 twee factoren: t-f* m(M c*)

De betrekking van de inwendige afsluitingen is op hun beurt afhankelijk van het ontwerp van de lichtbron 1^, 15 aan de ingangszijde van de comparator en de afmeting van het lichtdetectie-element 23.

35 3e selectie van de lichtbron wordt beïnvloed door twee variabelen en vervaardigingstoleranties. De lichtbron is een LED, die gekenmerkt kan 7906517 - 18 - worden doordat hij een bundelafmeting bezit, die een uit een variëteit van ruimtehoeken beslaat, normaal tussen 10° en k0°, een bepaalde bron-diameter "I" in een typerend geval tussen 1,1k mm en 3,81 mm, normaal bepaald door de intree-apertuur 15, en toleranties, welke geldig zijn voor 5 beide variabelen en de bundel-oriëntatie met betrekking tot de montage-oppervlakken van de lichtbron.

De lichtbron 1k, 15 met diameter "I" wordt afgebeeld in de apertuur-afsluiting 18, en bepaalt de minimale afmeting van de apertuur-afsluiting 18: 10 f-f*I «3)

Deze betrekking, ofschoon deze expliciet vermeldt de axiale plaatsing van de lichtbron ik, 15, bundelvormende lens 16 en apertuur-af sluiting 18, veronderstelt impliciet, dat de lens 16 de sterkte zal hebben die vereist is om het beeld in het vlak van de apertuur te focuseren.

15 De ruimte-hoek voor belichting, die geaccepteerd wordt in de comparator, wordt vastgesteld dat deze "Θ" is. De tangens van Θ wordt bepaald door de verhouding van de helft van de afsluitingsdiameter "d" tot de afstand "a" ervan naar de lichtbron tan Θ = |^ (k) 20 De afmeting van de conische afsluiting (s/2), bepaalt als functie van de bronafmeting "I", de belichtingshoek Θ en de axiale afmetingen a, b en c kunnen worden verkregen uit uitdrukking (2) door voor d en e te substitueren: s - a c . n . I c .1 b 2- — 1£“Θ + 2χ:+2*Ι (5) 25 Door bovenstaande uitdrukking te differentiëren naar "b" en door gelijkstelling aan nul, wordt uitdrukking (k) maximaal, wanneer "b" de volgende waarde aanneemt: b = a \jy c tan~9 (6)

Dit levert een minimale trapdiameter "s" van 30 s = — + + 2 X/TTTtan'Ö™ (7)

Uitdrukking (7) geeft aan dat de minimale afsluitingsdiameter "s" een direkte functie is van de afmeting van de bron "I", de afstanden "c" 7906517 - 19 - en 'V' en een inverse functie van de afstand "a".

Veronderstellende een beperking (bijv. 1,1) op de dianeter van het optiek en een totale beperking in de lengte (bijv. 12T mm), stelt de computersimulatie iemand in staat het ontverp te optimaliseren ten aanzien 5 van de parameters van uitdrukking (7). Gegeven een stel ingangsparameters, d.w.z. a, c, I, berekent de computer de optimale waarde van "b" onder gebruikmaking van de voorafgaande formule, volgens berekent de computer een vaardegetal voor het verstrooiingsrendement of systeemgevoeligheid.

Bij deze berekening voert de computer een numerieke integratie uit 10 over zones van het licht opgevangen uit het visselwerkingsvolume (nabij de apertuur 18) voor elke combinatie van geselecteerde ingangsparameters. De lichtintensiteit uit de LED, die de elementaire zone belichten, wordt ingevoerd en vervolgens wordt het verstrooide licht numeriek geïntegreerd over de verstrooiingshoek onder toepassing van elementaire 15 stralingsbundels. De verstrooiingslicht-berekening gebruikt de eerder 2 73 genoemde empirische formule E = ke * .De zone-integratie wordt uitgevoerd over het gezichtsveld van de detector. Het voorgaande proces bevat een iteratie van de computersimulatie. Geselecteerde parameters worden vervolgens gewijzigd in waarde over een klein bedrag (automatisch 20 als deel van het programma) om de iteratieve procedure voort te zetten en te zoeken naar een optimaal ontwerp.

In voorafgaande berekening is verondersteld dat de totale lengte-beperking gelijk is aan a + b + c + 50mm. De toevoeging van 50,U mm omvat 25,mm toegekend aan de axiale diepte van de uitgangslens 20-22.

25 Het omvat eveneens de uitbreiding van ca. 19,05 mm van de EED lU en de ligging ervan achter de apertuur 15, vanwaar "a" wordt gemeten de typische uitgebreidheid van 6,35 mm van de fotodetector 23 en de ligging ervan achter het achtervlak van de immersielens 22. De afstand "c" is optimaal gemaakt bij een minimale waarde die samenhangt met het snelste 30 praktische lens ontwerp met een vrije apertuur van ca. 27,9^ mm. De realisatie is de eerder beschreven uit drie elementen bestaande uitgangslens 20-22, waarbij het laatste element een immersielens is voor de fotodetector (uitgebreide afknotting wordt gebruikt om de axiale uitgebreidheid van dit deel vanhet optiek minimaal te maken en in het praktische 35 geval wordt de diepte van de drie lenzen gereduceerd tot juist onder 25 mm).

Het optimale gebruik van beschikbare LED's met hoog rendement is belangrijk. De gemeten lichtsterkte-uitgang in de optische comparator 7906517 - 20 - werd berekend als functie van de apertuur. Deze hoeveelheden zijn grafisch uitgezet in fig. 3 voor een LED met wijde bundel (i+0°) met een afsluiting van 3,81 mm en een afsluiting van 3,20 mm. Zoals geïllustreerd in fig. 3 introduceert de grotere afsluiting (I) meer lichtstroom in de 5 comparator voor een gespecificeerde stroom van 8 milliampère. Grotere acceptiehoeken introduceren eveneens meer lichtstroom. Bij grotere hoeken echter vermindert de fluxsnelheidtoename naarmate de acceptiehoek de volledige bundel begint te omvatten. De toename in lichtflux geïntroduceerd in het optische stelsel door "I'·1 en "θ" te vergroten wordt tegengewerkt 10 door de noodzaak om de afmeting van de centrale afsluiting 'V te vergroten ten einde de bundelvormende lens te maskeren van de uitgangs-lens, hetgeen op hun beurt de ingangsstroom opgevangen bij de fotodetector vermindert. Met deze betrekking is in mathematisch opzicht rekening gehouden door de differentiaal "s" naar "b" gelijk aan nul te stellen en 15 op te lossen voor de minimum waarde van '’s'* uit gedrukt als fünctie van de systeemparameters zoals eerder aangegeven.

Voor de uiteindelijke optimalisering van de comparator wordt de computer geïtereerd door achtereenvolgende waarden van "a", "I" en "θ" in de uitdrukking voor minimale "s". De berekende krommen worden weergegeven 20 in fig. U. Wanneer men de bovenste kromme neemt, welke een totale lengte veronderstelt, (d.w.z. a + b + c + 50,1)· mm) van 127 mm en een LED acceptiehoek van 20°, kan men zien dat de verstrooiingsenergie een piek bezit bij een LED diameter (i) van ca. 3,0 mm. Vergelijking van de krommen voor een totale lengte van 127 mm en een totale lengte van 111)-,3 25 mm geeft een zeer aanzienlijke verbetering aan bij de grotere lengte. De optische diameter van de LED afsluiting voor de lengte van 11U,3 mm vindt plaats op ca. 2,6 mm en de verstrooiingsenergie in willekeurige eenheden daalt van ca. 2,53 tot 2,15. De voorafgaande krommen werden genomen in de veronderstelling van een acceptatiehoek van 20°. Indien de acceptatie-30 hoek toeneemt tot Uo° worden de beide krommen overeenkomende met een totale lengte van 127 mm resp, 11U,3 mm beide omlaag verplaatst over aanzienlijke toenamen. In het bijzonder vertoont de kromme overeenkomend met een totale lengte van 127 mm nu een piek bij een waarde van ca. 1,87 bij een diameter van de afsluiting van 2,2 mm. Indien de acceptatiehoek 35 wordt verminderd tot 12,5° worden de twee onderste krommen in de figuur verkregen.

De computerkrommen zijn instructief voor de verbetering in gedrag die door comnuteroptimalisatie verkregen wordt. De acceptatiehoek Θ, onder 7906517 - 21 - de aangegeven beperkingen in dimensie, produceert een relatief lage gevoeligheid bij 1*0° en een relatief lage gevoeligheid bij 12,5° en een relatief hoge gevoeligheid bij 20°. De gedragsstraf voor het niet optimaliseren met betrekking tot de "θ" parameters alleen loopt van 2,5l* 5 tot 1,87 of van 2,5¼ tot 1,56 in relatieve eenheden. De diameter van de LED afsluiting is eveneens van betekenis. Het gebruiken van de optimale kromme daalt het gedrag, dat optimaal is bij 2,5¼ relatieve eenheden bij een afsluitingsdiameter van 3,5 mm tot 1,2 relatieve eenheden bij een afsluitingsdiameter van 1,2 mm. Ofschoon niet grafisch uitgezet neemt het 10 gedrag eveneens snel af met een soortgelijke hoeveelheid, vanneer de afsluitingsdiameter een vaarde van 3,0 mm overschrijdt. Een ander inzicht kan vorden verkregen door de krommen overeenkomende met de totale lengte van 11U,3 mm te vergelijken met die velke overeenkomt met een totale lengte van 127 mm. Een toename in lengte in elk van deze voorbeelden 15 produceert een verbetering in gedrag. Algemene principes geven aan dat het gedrag continu zal toenemen met toenemende expansie van de comparator basis lijn, in de veronderstelling van een heroptimalisering van de individuele parameters, tervijl de andere tvee uitgezette factoren, de "θ" en "I", moeten vorden geoptimaliseerd bij tussengelegen vaarden, 20 vegens het sterke tegenverkende effect van de afsluitingsdiameter "s". Uitgaande van de aanvankelijke veronderstelling, dat de intree-apertuur van de bundelvormende lens altijd gevuld moet zijn met lichtstroom - een dwingend vereiste aangenomen bij het gebruikmaken van het computerprogramma - en in de veronderstelling van een optimalisering van 25 20° voor '"θ" en een variatie van 15° in de bundel-oriëntatie ten opzichte van het huis van de LED, dient men een LED-lichtbron te gebruiken die een bundel bezit van meer dan 35°·

Tvee praktische uitvoeringsvormen, die de dimensionele beperkingen bevredigen, vorden hier beschreven. De tveede uitvoeringsvorm past een 30 gietbaar acrylhars (PMMA) toe voor de lenselementen. Een geschikt materiaal is een optische kvaliteit "plexiglas" plastic materiaal V311-100, dat vervaardigd vordt door Rohm en Haas. Dit materiaal kan door spuitgieten vervaardigd zijn en vertoont een brekingsindex van 1,1*9·

In deze uitvoeringsvorm is de totale lengte van de optische comparator 35 127 mm en de doorsnede 31,75 mm. De eerste 19,05 mm langs de as vordt in beslag genomen door de LED-lichtbron; de afstand tussen "a" tussen de afsluiting 15 en het voorste oppervlak van de bundelvormende lens 16 is 25,1* mm; de afstand "b" tussen het voorste oppervlak van de bundelvormende 7906517 - 22 - lens 16 en de apertuur-afsluiting 18 bedraagt 38,1 mm ; de afstand "c" tussen de apertuur-afsluiting 18 en de conische afsluiting 19 aan het voorste oppervlak van het lenselement 20 bedraagt 12,7'mm, het uitgangs-lenssamenstel waaronder de fotodiode en de plaat neemt een afstand in 5 beslag van 31,75 mm· De kritische axiale afmetingen en die van de aperturen en afsluitingen omvattende, toleranties zijn: 21.6916 ± O.508 mm 38,1 ± O.508 mm 12.7 + 0.251* mm 10 12.7 + 0.127 mm 6.2^8^ ± 0.07é2 mm U.U958 ± 0.0762 mm 15*6972 ± 0.127 mm

Voorafgaande aan een behandeling van andere aspecten van deze tweede 15 uitvoeringsvorm kan het effect van het variëren van de afmetingen vanaf de aangegeven optimale waarden worden beschouwd. Indien optimale eigenschappen worden gebruikt in de afstanden a, b en c dan is de gevoeligheid evenredig met de lengte van de inrichting zoals eerder opgemerkt en evenredig met het kwadraat van de diameter. Dit impliceert dat een 20 relaxatie in grootte-beperkingen het gedrag van de comparator zal verbeteren. In de praktijk heeft het expanderen van de doorsnede-afmetingen van de comparator geen nadelig invloed op de relatieve proporties van de afstanden a, b en c, terwijl axiale expansie dit wel doet.

De volgende tabel somt de effecten op van een 20% verandering in de 25 parameters in de veronderstelling dat de totale lengte 127 mm bedraagt en de diameter van de eerste uitvoeringsvorm 31,75 mm bedraagt.

7906517 - 23 -

Vermenigvuldiger Parameter 35-EL-1^60 gevoeligheid (gebaseerd op 100$ voor het 5 ___ _ onderhavige ontwerp) .8 a 60$ 1.2 a 85$ .8 b 63$ 1.2 b 65$ 10 .8 c 80$ 1.2 c 75$ .8 d 60$ 1.2 d 80$ .8 e buitensporig strooilicht 15 1.2 e kl% .8 s buitensporig strooilicht 1.2 s 50$ .8 I 80$ 1.2 I 8U$ 20 Ofschoon een werkendeinrichting afwijkingen kan tolereren van plm. 20$ van het ideaal, zijn bij de meeste individuele parameters, de "c" en "s" parameters exceptioneel gevoelig en produceert een afwijking van plm. 10$ een vergelijkbare achteruitgang in gedrag.

Terugkerende naar een beschrijving van de tweede uitvoeringsvorm 25 verschillend de lenselementen van de eerdere uitvoeringsvorm. In de tweede uitvoeringsvorm is de bundelvormende lens 17 integraal gegoten met een dunne platte schijf, die zich uitstrekt voorbij het actieve gedeelte van de lens en welke een meer nauwkeurige lensplaatsing verschaft. De uitgangslens wordt zodanig ontworpen, dat het eerste element en het 30 tweede element gelijk zijn, waarbij beide asymmetrisch zijn en geplaatst zijn met de lichtsterkste a-symmetrische oppervlakken naar elkaar toegekeerd en de bolvormige oppervlakken met lage lichtsterkte niet-aangrenzend. Alle drie de lenzen zijn afgeknot in het gebied, dat gemaskeerd wordt door de afsluiting 19 ten einde de diepte van het samenstel minimaal te maken.

35 7906517 - 2k -

Lens 16 (PMMA VÖ11-100) n - 37.81*5 mm Voorste oppervlak plat.

Achteroppervlak:

Afstand tot as Dikte 5 .290 - .500 0.0651 .260 0,0930

.230 O.II8O

.200 0.11*00 ;tto 0.1590 10 .11*0 0.1751 .110 0.1883 .080 0,1981* .050 0.2055 .020 O.2096 15 .000 0,2107

Uitgangsoptiek:

Lenselementen 20,21 (PMMA V8l1-100)n = 1,1*9 Een oppervlak 60,1* mm straal (sferisch)

Ander oppervlak: 20 Afstand tot as Dikte .550 0.0000 .520 ο.οΐ*βο .1*90 0.0911 .1*60 0.131*5 25 .1*30 0.1753 .1*00 0.2132 .370 0.21*80

Lenselement 22 (η = 1.1*9) 8,38 mm straal (sferisch).

30 De lenzen 17 en 20, 21 en 22 zijn essentieel licht verzamelende lenzen met de minimale hoogfrequente responsie-vereisten, die karakteristiek voor deze functie zijn. Dit betekent dat de precieze krommingen van de elementen enigszins kunnen variëren vanaf de optimale ontverp-waarden zonder de gevoeligheid van de optische comparator op nadelige wijze te 35 beïnvloeden. In een praktisch geval, onder toepassing van het aangegeven acrylzure (PMMA) optische materiaal, werden de lenzen gefabriceerd in een gietvorm, die tot stand gebracht was met de gewenste ontwerpafmetingen.

Ha afkoelen en ontlaten bleek het uiteindelijke lensontverp te zijn 7906517 - 25 - gekrompen op niet-gelijkmatige wijze, hetgeen de neiging vertoonde om onevenredig groter te zijn voor de grotere afmetingen en in_het algemeen de krommingen te doen toenemen. Het effect was het forceren van een geringe verkorting van de "b" ontwerp-afstand tussen de apertuur-afsluiting 5 18 en de bundelvormende lens 17» maar er werd geen ander effect van betekenis gevonden bij het licht-verzamelrendement of het plaatsen van het uitgangslenssamenstel 20-22.

Het electrische uitgangselement is de optische detector 23, die gehecht is aan het laatste element van het uitgangslenssamenstel in een 10 ondiep rechthoekige uitsparing aangebracht voor dit doel. De afmetingen van de uitsparing zijn ongeveer 6,25 mm en staan een fotodetector toe, waarvan het actieve oppervlak ca. 3,175 mm bedraagt.

De electrische overdrachtsfunctie van de optische rookdetector wordt gemeten als functie van het uitgangssignaal (1 millivolt op 1 mega-ohm 15 is typerend) dat een gegeven detecteerbaar rookniveau (in een typerend geval 1#) zal produceren vanuit een gegeven stroomniveau (10 milliampère) gebruikt voor het doen werken van de LED-lichtbron in pulserend bedrijf.

Ofschoon een enkelvoudige uitvoering weergegeven en beschreven is, zal het duidelijk zijn dat bepaalde wijzigingen kunnen worden aangebracht 20 zonder buiten de scoop van de uitvinding te geraken. In het bijzonder kunnen de eerste twee elementen van de uitgangslenzen rug aan rug gelegen Fresnel-lenzen zijn opgesteld rondom de centrale afsluiting. Het nadeel bij het gebruik van Fresnel-lenzen in een goedkope uitvoeringsvorm is dat zelfs indien gegoten, zij gemonteerd moeten worden met aanzienlijke 25 concentrische nauwkeurigheid met betrekking tot het liniëringsinterval.

Dit registratieprobleem kan worden vermeden indien men een Fresnel-lens gebruikt en een niet-Fresnel-lens. Het optische systeem kan eveneens gebruik maken van een LED-lichtbron met nauwe bundel, maar tenzij de oriëntatie van de lichtbron instelbaar is kan veel van het licht bij een 30 bepaalde inrichting verloren gaan. Indien de LED instelbaar is, dan is een afzonderlijke bundelvormende lens niet nodig, mits men bereid is om een boete te betalen van ongeveer 10# in de "kwaliteit" van het integraal bundelvormende optiek. Indien een toename in rendement van 10# gewenst is, dient een bundelvormende lens te worden toegepast en deze zal 35 clan een "virtuele bron" opnieuw afbeelden bestaande uit het oppervlak van de LED en de begrenzende apertuur ervan. Veronderstellende dat een bundelvormende lens wordt gebruikt, en dat de uitrichting onpraktisch is, dient men normaal een LED met wijde bundel te gebruiken. De selectie van 7906517 - 26 - maatregelen om inwendige reflecties te reduceren wordt grotendeels gedikteerd door de afmeting en configuratie van de omhulling. Indien grotere afmetingen getolereerd kunnen worden dan die welke aangegeven zijn, kunnen de schotten om reflecties te vermijden onnodig zijn.

790651?

Claims (15)

1. Deeltjesdetector van optimaal optisch rendement, die beperkte axiale afhetingen bezit en een.donker veld optisch systeem gebruikt, waarbij een gasvormig monster wordt belicht en voorwaarts verstrooid licht wordt opgevangen in een zone, die gecentreerd is om de as, maar 5 het axiale licht zelf uitsluit, en gevoelig is om de aanwezigheid van zwevende deeltjes in het monster te bespeuren, omvattende A. een meetkamer, waarin een gasvormig monster is toegelaten, welke kamer een intree-opening bevat, een zonale uittree-opening met een centrale afsluiting, en een inwendige opening, welke kamer 10 overigens het licht uitsluit, terwijl de openingen en afsluiting loodrecht staan op de detector-as, daaromheen gecentreerd; B. Bundelvormende middelen, omvattende (1) een smalle band lichtbron, (2) een lens aan de intree-opening voor het werpen van een bundel 15 licht uit de bron langs de as voor het belichten van in.de kamer aanwezige zwevende deeltjes, welke lens de bron afbeeldt in het vlak van de inwendige opening op een grootte kleiner dan de in- * wendige opening om het treffen van de bundel uit te sluiten en om het onderscheppen van de bundel door de centrale afsluiting toe 20 te staan, waarbij de bundelvormende lens van een a-sferisch ont werp is, berekend om sferische aberratie te corrigeren voor een puntbron op voorafbepaald voorwerps- en beeldafstand en een scherp beeld te produceren van de lichtbron; C. welke intree-opening, welke inwendige opening en welke centrale 25 afsluiting ingericht zijn om te voorkomen, dat het door de bundelvormende lens verstrooide licht valt op de zonale opening; D. een in.de zonale opening opgestelde uitgangslens om verstrooid licht op te vangen, welke uitgangslens geblokkeerd is voor de stralen van de bundel of verstrooid door de bundelvormende lens, 30 maar die naar voren verstrooid licht verzamelt wanneer door de lucht meegevoerde verstrooiende deeltjes zich in de meetkamer bevinden, welke uitgangslens een uit drie elementen bestaande ringvormige lens is van hoge lichtsterkte met ten minste éên a-sferisch oppervlak berekend om sferische aberratie te 35 corrigeren voor een puntbron op een vooraf bepaalde voorwerps- en beeldafstand en een scherp beeld te produceren van in de inwendige opening aanwezige verstrooiende deeltjes, waarbij het centrale gebied van het licht sterkere vlak van elk element van 7906517 - 28 - de uitgangslens afgeknot kegelvormig is tot ongeveer de vervagende diameter van de centrale afsluiting ten einde de axiale uitgebreidheid van de uitgangslens te verminderen, en E. een lichtdetector voor het afspeuren van het door de uitgangslens 5 opgevangen verstrooide licht, welk beeld van verstrooiende deeltjes gefocuseerd wordt op de lichtdetector en ongeveer de afmeting heeft van de lichtdetector, welke a-sferische lenzen grote numerieke aperturen mogelijk maken en korte brandpuntsafstanden voor maximaal optisch rendement binnen een 10 gegeven axiale dimensie.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat A. het voorste oppervlak van het eerste element van de uitgangslens van geringe lichtsterkte is<fnhet opvangen van sterk divergerend licht te vergemakkelijken, en het achterste oppervlak van het 15 eerste element a-sferisch is en van een hogere lichtsterkte dan het voorste oppervlak, en B. het achterste oppervlak varyhet tweede element van een lage lichtsterkte is om een grote convergentiehoek te vergemakkelijken, waarbij het voorste oppervlak van het tweede element van een 20 hogere lichtsterkte is dan het achterste oppervlak.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lichtdetector een kleine uitgebreidheid heeft, waarbij het derde lenselement van de uitgangslens een als halve bol uitgevoerde immersielens is, die licht over een wijde hoek van de lichtdetector koppelt.

25 U. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat A. een voorste kamer aanwezig is, waaruit met de lucht meegevoerde verbrandingsdeeltjes worden uitgesloten, welke kamer licht uitsluit met uitzondering van een uittree-apertuur-opening in de intree-apertuur van de eerste kamer, welke uittree-apertuur lood- 30 recht staat op de as en daarom gecentreerd is, en waarbij B. de smalle band lichtbron (1) een licht emitterende diode is, en (2) een condensorlens nabij de licht emitterende diode staat opgesteld en deze onderdompelt voor het vormen van het 35 geëmitteerde licht tot een divergerende bundel, welke diode en welke condensorlens licht dirigeren door de voorste kamer langs de as naar de bundelvormende lens bij’ de intree-apertuur.

5. Inrichting volgens conclusie U, met het kenmerk, dat 7 9 0 6 5 1 ? -29- A. de condensorlens gezet is in een cirkelvormige apertuur voophet "bepalen van de randen van de lichtbron aan het andere einde van de voorste kamer, B. de bundelvormende lens een groot gedeelte opvangt van licht 5 in de bundel gevormd door de condensorlens en een beeld vormt van het oppervlak van de condensorlens begrensd door de cirkelvormige apertuur in het vlak van de inwendige apertuur, welk begrensde beeld kleiner is dan de inwendige apertuur ten einde belichting van de randen van de apertuur te vermijden.

6. Deeltjesdetector van optimaal optisch rendement met beperkte axiale en radiale afinetingen, waarbij gebruik gemaakt wordt van een donker veld optisch systeem, waarbij een gasachtig monster belicht wordt en naar voren verstrooid licht wordt opgevangen in een daarom gecentreerde zone, maar het langs de as invallende licht uitgesloten wordt, en afgetast wordt 15 ten einde de aanwezigheid van zwevende deeltjes in het monster te detecteren, bevattende: A. een meetkamer waarin een gasachtig monster wordt toegelaten, (1) welke kamer een intree-apertuur met diameter "d” bevat, (2) een inwendige apertuur met diameter "e", die over een afstand 20 "b" verwijderd is van de intree-apertuur, en (3) een zonale uittree-apertuur bevattende een centrale afsluiting met diameter "s'1, die over een afstand "c" verwijderd is van de inwendige apertuur, welke aperturen en afsluiting loodrecht staan op de detector-as en 25 daarom gecentreerd zijn, welke kamer licht uitsluit met uitzonde ring door de intree- en uittree-apertuur, B. bundelvormende middelen bevattende: (1) een smalle band lichtbron met diameter I, over een afstand "a" verwijderd van de intree-apertuur, en 30 (2) een lens bij de intree-apertuur, die een hoek "2Θ" onderspant gemeten naar de lichtbron, waarbij tan Θ = —·, welke lens een bundel licht projecteert uit de bron langs de as voor het belichten van in de kamer aanwezige zwevende deeltjes, en het afbeelden van de bron in het vlak van de inwendige apertuur 35 tot een grootte kleiner dan de inwendige apertuur ten einde het vallen van de bundel op de inwendige apertuur uit te sluiten en bundel onderschepping door de centrale afsluiting mogeli.ik te maken; 7906517 .» . « - 30 - C. welke intree-apertuur, welke inwendige apertuur en welke centrale afsluiting ingericht zijn om te voorkomen dat het door de bundelvormende lens verstrooide licht valt op de zonale uittree-apertuur;

5 D. een in de zonale uittree-apertuur opgestelde uitgangslens voor het opvangen van licht dat verstrooid is door met de lucht meegevoerde deeltjes aanwezig in de meetkamer, welke uitgangslens een uit drie elementen bestaande ringlens is van maximale numerieke apertuur en hoge lichtsterkte tezamen met radiale 10 afmetingen voor het afbeelden van de verstrooide deeltjes, die in de inwendige apertuur aanwezig zijn, en E. een lichtdetector voor het afspeuren van het door de uitgangslens opgevangen verstrooids licht, welk beeld van verstrooiende deeltjes gefocuseerd wordt op de lichtdetector, 15 welke parameters geselecteerd zijn om donkere veld werking te verkrijgen, waarbij de diameter "s" van de centrale afsluiting uitgedrukt als functie van de andere parameters, gelijk is aan of in geringe mate de volgende hoeveelheid overschrijdt: ψ tan θ + I— + ί] a aj 20 waarbij de andere parameters geselecteerd zijn om de diameter "s" van de centrale afsluiting minimaal te maken ten einde de gemiddelde verstrooiings-hoek (Θ) van het door de uitgangslens opgevangen licht minimaal te maken, welke minizering als gevolg van de sterke afhankelijkheid van opvang-rendement bij de verstrooiingshoek, het opgevangen verstrooide licht 25 maximaal maakt en daardoor het optische rendement van de deeltjesdetector.

7. Deeltjesdetector volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de hoeveelheid "b" in hoofdzaak de volgende betrekking bevredigt: b = a γγ c tan Θ ten einde de hoeveelheid "s" minimaal te maken.

8. Deeltjesdetector volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoeveelheid "s" minimaal gemaakt wordt door deze nagenoeg gelijk te maken aan de volgende hoeveelheden: 1 7906517 — + 21— 1 = +2 V2 I c tan Θ - 31 - waarbij de waarde voor elke onafhankelijke variabele gekozen wordt om de hoeveelheid "s" minimaal te maken.

9. Deeltjesdetector volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de som van de hoeveelheden a, b, c zo groot mogelijk gemaakt wordt tezamen 5 met een beperking opgelegd aan de uitwendige lengte, terwijl de hoeveelheden I en Θ binnen toegelaten bereiken optimaal worden gemaakt.

10. Deeltjesdetector volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de som van de hoeveelheden a, b en c bij benadering 76 mm is om een doeltreffende werking mogelijk te maken bij een uitwendige lengte beneden of niet 10 in aanzienlijke mate een waarde van 127 mm overschrijdende, waarbij de hoeveelheid "a" bij benadering gelijk is aan 25 mm, terwijl de hoeveelheid "b" bij benadering gelijk is aan 38 mm, en de hoeveelheid "c” bij benadering gelijk is aan 13 mm, terwijl de hoeveelheid "I" bij benadering gelijk is aan 4,32 mm, de hoeveelheid "d" bij benadering gelijk aan 38,1 mm, de 15 hoeveelheid "s" ongeveer 6,35 ma en de afsluiting "s" bij benadering 15,24 mm is.

11. Deeltjesdetector volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat A. het voorste oppervlak van het eerste element van de uitgangslens een lage lichtsterkte heeft om opvanging van het sterk divergente 20 licht te vergemakkelijken, terwijl het achterste oppervlak van het eerste element a-sferisch is en van een hogere lichtsterkte dan het voorste oppervlak, en B. het achterste oppervlak van het tweede element van een lage lichtsterkte is om een grote convergentiehoek te vergemakkelijken 25 en waarbij het ingangsoppervlak. van het tweede element een hogere lichtsterkte heeft dan het achterste oppervlak.

12. Deeltjesdetector volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het centrale gebied van het lichtsterke vlak van elk element van de uitgangslens afgeknot is bij benadering tot de vervagende diameter van de centrale 30 afsluiting om de axiale uitgebreidheid van de uitgangslens te verminderen.

13. Deeltjesdetector volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de eerste twee elementen van de uitgangslens elk één a-sferisch oppervlak hebben dat berekend is om sferische aberratie te corrigeren en stralen afgebogen door verstrooiende deeltjes, die in de inwendige apertuur aan- 35 wezig zijn te focuseren op de detector.

14. Deeltjesdetector volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het bundelvormende middel een lens bevat van a-sferisch ontwerp. 7906517