УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ПАДАЮЩЕГО СВЕТА ПУЧКА ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G08B17/107 

Настоящее изобретение относится к устройству для ослабления падающего света пучка излучения.

В некоторых технических устройствах, например детекторах дыма с рассеянным светом, свет избирательно вводится в зону полезного света, например зону рассеянного света, и отражения можно обнаружить с помощью одного или более оптических детекторов, например фотодиодов и подобных устройств. В детекторах дыма с рассеянным светом почти монохроматический свет или инфракрасное излучение лазера или светоизлучающего диода обычно распространяется по прямой линии от источника света в зону полезного света. Там при рассеянии частицей дыма или подобной частицей меньшее количество рассеянного света падает на оптические детекторы, установленные вокруг зоны полезного света, вследствие чего в этой зоне вырабатывается сигнал. В зависимости от применения можно использовать различные способы обработки сигнала; при выполнении некоторых условий этот тип детектора дыма с рассеянным светом может подавать сигнал тревоги или подобный сигнал.

При таком применении очень важно в отношении конструктивных критериев обеспечить, чтобы кроме рассеянного света, который в действительности рассевается и/или отражается на частицы, подлежащие обнаружению в зоне полезного света, как можно меньший паразитный свет достигал оптических детекторов. Паразитный свет – это свет, который отражается, например, внутренними стенками и так далее детектора дыма с рассеянным светом. Если слишком много паразитного света падает на оптические детекторы, оптические детекторы вырабатывают слишком высокий фоновый сигнал, так что паразитный свет просто выделяется из фонового сигнала, и, следовательно, его трудно или невозможно определить. В частности, в случае высокочувствительных детекторов дыма с рассеянным светом становится необходимым значительно усиливать сигнал рассеянного света так, что могло бы привести к избыточной модуляции усилителя при высоких фоновых сигналах.

Известны световые ловушки для ослабления или поглощения нежелательного света. Например, в публикации DE 10 2005 045 280 B3 представлен оптический дальномер, имеющий такую световую ловушку, при этом световая ловушка установлена в непосредственной близости от источника света для поглощения рассеянного света, который распространяется непосредственно от источника света в направлении, отличном от номинального направления излучаемого пучка. Эта обычная световая ловушка имеет относительно сложную конструкцию, вследствие чего входящие пучки света отражаются световой ловушкой, чтобы они там затухали и больше не выходили из световой ловушки. С этой целью обычная световая ловушка предусматривает шероховатые поверхности или складки внутри световой ловушки.

Световая ловушка, известная из DE 10 2005 045 280 B3, имеет, таким образом, относительно сложную конструкцию с целью эффективного поглощения падающего света. Более того, обычная световая ловушка установлена рядом с фотооптическим приемником и, следовательно, служит только для ослабления света, отраженного на упомянутый приемник; т.е. на его поверхность. Следовательно, при размещении в детекторе дыма с рассеянным светом или подобном устройстве, при котором пучок света (пучок), излучаемый источником света, прямо не подводится к приемному элементу, такая обычная световая ловушка не подходит для достаточного поглощения прямо падающего и относительно сильного пучка света и, следовательно, для предотвращения его обратного отражения в зону полезного света.

Принимая во внимание изложенную проблему, настоящее изобретение основано на задаче предоставления устройства для ослабления падающего света пучка с конечным расширением, которое имеет сравнительно простую конструкцию и которое способно поглощать (также ослаблять) прямо падающий свет от источника света, например лазерного источника света или подобного устройства.

Данная задача решается согласно изобретению устройством для ослабления падающего света пучка с конечным расширением, имеющим признаки независимого пункта 1.

В частности, задача решается устройством для ослабления падающего света пучка с конечным расширением, предпочтительно прямо падающего монохроматического света, при этом устройство содержит источник света для генерирования пучка неполяризованного света предпочтительно неполяризованного монохроматического света, зону полезного света, через которую проходит неполяризованный свет и предпочтительно проходит по прямой линии от источника света, а также устройство поглощения, установленное по ходу после зоны полезного света и предпочтительно по ходу в прямом направлении излучения пучка, по меньшей мере, для частичного поглощения падающего света, при этом устройство поглощения имеет, по меньшей мере, одно поляризационное устройство, установленное в направлении пучка света.

Использование, по меньшей мере, одного поляризационного устройства делает надежным ослабление прямо падающего света после того, как он неполяризованным очень легко проходит через зону полезного света. Так как поляризующие устройства доступны по низкой цене, имеется простой экономически выгодный способ эффективной минимизации фонового сигнала, который паразитный свет вырабатывает в оборудовании, использующем такой тип устройства. Это особенно применимо в случае, когда устройство поглощения установлено по ходу после зоны полезного света в направлении прямого пучка излучения; следовательно, другими словами, подвергается воздействию полного относительно сильного пучка, который выходит, например, из лазерного источника монохроматического света или из источника, излучающего почти монохроматический свет.

Успешные дополнительные усовершенствования решения согласно изобретению изложены в зависимых пунктах.

Следовательно, например, предусмотрено, что, по меньшей мере, один оптический детектор для обнаружения рассеянного света установлен вокруг зоны полезного света. Таким образом, если имеет место не только возникновение рассеянного света, который отрицательно воздействует на зону полезного света, подлежащую защите, но также очень избирательно происходит оптическое обнаружение вокруг упомянутой зоны полезного света, то можно получить лучшую точность оптического обнаружения с помощью устройства согласно изобретению, что дополнительно уменьшает фоновый сигнал благодаря рассеянному свету, нежелательно рассеиваемому обратно в зону полезного света.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предусмотрено, что устройство поглощения имеет, по меньшей мере, два поляризационных устройства, расположенных последовательно в направлении пучка света. Последовательное расположение, по меньшей мере, двух поляризационных устройств для поглощения падающего пучка света дополнительно значительно улучшает поглощающие свойства.

В сочетании с таким дополнительным усовершенствованием, например, предусмотрено, что, по меньшей мере, два поляризационных устройства содержат первый линейный поляризующий фильтр и второй линейный поляризующий фильтр. Направления поляризации первого и второго линейных поляризующих фильтров смещены относительно друг друга на 90°. При повороте поляризующих плоскостей двух линейных поляризующих фильтров, расположенных последовательно, в направлении пучка света дополнительно улучшается поглощающее действие.

Альтернативно возможно, что в сочетании с вышеизложенным дополнительным усовершенствованием, по меньшей мере, два поляризационных устройства имеют первый круглый поляризующий фильтр и второй круглый поляризующий фильтр. Направление вращения плоскости поляризации первого поляризующего фильтра в направлении падающего пучка света такое же, как и направление вращения плоскости поляризации второго поляризующего фильтра в направлении падающего пучка света. Другими словами, два круглых поляризующих фильтра, расположенных последовательно в направлении пучка света, не вращаются в противоположных друг другу направлениях. В сравнении с последовательно расположенными линейными поляризующими фильтрами данная дополнительная разработка изобретения может дополнительно улучшить превосходное поглощающее действие.

Однако подобным образом также возможно, что направление поляризации первого круглого поляризующего фильтра смещено на 90° от направления поляризации второго круглого поляризующего фильтра.

Линейный поляризующий фильтр можно дополнительно предусмотреть в дополнительных разработках, содержащих круглые поляризующие фильтры, которые предназначены, по меньшей мере, для одного оптического детектора. Другими словами, линейный поляризующий фильтр расположен непосредственно перед, по меньшей мере, одним оптическим детектором, в то время как два круглых поляризующих фильтра, имеющих такое же направление вращения, непосредственно расположены последовательно в направлении пучка и ослабляют упомянутый пучок после того, как он пересечет зону полезного света. При этом можно дополнительно уменьшить фоновый сигнал, вырабатываемый паразитным светом, по меньшей мере, на одном оптическом детекторе.

В соответствии с одним дополнительным аспектом решения согласно изобретению предусмотрено, что, по меньшей мере, одно поляризационное устройство размещено с возможностью замены в фиксирующем приспособлении, расположенном по ходу после зоны полезного света в направлении пучка. Это облегчает и упрощает управление устройством поглощения, например, если поляризационное(-ые) устройство(-а)подлежит замене. Такой тип установки дополнительно позволяет легко подогнать имеющееся оборудование, в котором используется устройство согласно изобретению.

В соответствии с дополнительным аспектом решения согласно изобретению предусмотрено, что источник света содержит светоизлучающий диод и, предпочтительно, по меньшей мере, одну линзу, а также, предпочтительно, по меньшей мере, одну апертуру. Такая оптическая система относительно проста и, следовательно, экономична в изготовлении и одновременно позволяет селективное попадание света и/или инфракрасного или ультрафиолетового излучения в зону полезного света, подлежащего использованию.

В соответствии с дополнительным аспектом решения согласно изобретению предусмотрено, что, по меньшей мере, один оптический детектор содержит фотодиод и, предпочтительно, по меньшей мере, одну линзу, а также, предпочтительно, по меньшей мере, одну апертуру. Также в равной степени применимо к такой оптической системе то, что эта система может быть выполнена относительно экономично и в тоже время иметь высокую точность обнаружения.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предусмотрено, что, по меньшей мере, два поляризационных устройства отстоят друг от друга в направлении пучка света на расстоянии менее 5 мм, предпочтительно менее 2 мм. Относительно небольшой промежуток между двумя поляризационными устройствами в направлении пучка может дополнительно повысить поглотительную способность.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предусмотрено, что, по меньшей мере, одно поляризационное устройство наклонено под углом относительно направления падающего пучка света, причем угол образован между падающим пучком света и плоскостью обнаружения, в пределах которой расположена центральная оптическая ось, по меньшей мере, одного детектора, и причем угол, предпочтительно, равен приблизительно 45°. Другими словами, по меньшей мере, одно поляризационное устройство и, предпочтительно, по меньшей мере, два поляризационных устройства вместе наклонены относительно падающего пучка света, так что падающий свет, который может быть не поглощен устройством поглощения или недостаточно ослаблен, не отражается обратно по тому же пути, по которому поступил. Если устройство используется в детекторе дыма с рассеянным светом, тогда наклон может отразить его вниз детектора дыма с рассеянным светом. При этом повышается эффективность устройства, чтобы еще лучше предотвратить нежелательный рассеянный свет в зоне полезного света.

Также изобретение направлено на детектор дыма с рассеянным светом, имеющим, по меньшей мере, одно впускное отверстие для подачи окружающего воздуха и устройство согласно изобретению, описанное выше, причем впускное отверстие выходит в зону рассеянного света, и причем, по меньшей мере, часть зоны рассеянного света совпадает с зоной полезного света.

Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи более подробно описывается вариант устройства согласно изобретению для ослабления падающего света пучка с конечным расширением. На чертежах:

Фиг.1: перспективный вид в разрезе устройства согласно изобретению для ослабления падающего света в соответствии с одним вариантом изобретения.

Фиг.2: схематичный вид сверху устройства на фиг.1, и

Фиг.3: схематичный вид сверху устройства на фиг.1 и фиг.2, причем устройство поглощения показано в трехмерном изображении для наглядного пояснения.

На фиг.1 показан перспективный вид в разрезе устройства 100 согласно изобретению для ослабления падающего пучка света с конечным расширением в соответствии с одним вариантом изобретения. При этом устройство 100 используется в качестве примера в детекторе дыма с рассеянным светом, который имеет впускное отверстие 60 в нижней части для подачи окружающего воздуха в зону 50 полезного света (более подробно на фиг.1 не обозначено). Внутри обычного светозащитного корпуса детектора дыма с рассеянным светом, показанного на фиг.1, источник света, обозначенный как единое целое цифрой 10, предусмотрен перед зоной 50 полезного света с целью направления на него света. Источник света содержит светоизлучающий диод 11 и линзу 12, расположенную по ходу луча после светоизлучающего диода 11, при этом множество апертур 12, в свою очередь, расположены по ходу луча после светоизлучающего диода 11, которые фокусируют весь свет, излучаемый светоизлучающим диодом 11, и подают его в зону полезного света. Неполяризованный свет проходит через зону 50 полезного света по прямой линии в варианте, представленном на фиг.1. Устройство 30 поглощения установлено по ходу после зоны 50 полезного света в прямом направлении излучения пучка, которое служит для поглощения, по меньшей мере, части падающего света. В представленном варианте устройство 30 поглощения содержит два круглых поляризационных устройства 31, 32, установленных последовательно, направление вращения их плоскости поляризации одинаково.

На схематичном виде в плане фиг.2 еще лучше видно, что множество оптических детекторов 20a, 20b, 20c, 20d установлены вокруг зоны 50 полезного света, отмеченной на фиг. точками, которые служат для классификации сигнала рассеянного света, потенциально обнаруживаемого в устройстве 100. Оптические детекторы 20a, 20b, 20c, 20d содержат фотодиоды 21a, 21b, 21c, 21d и линзы 22a, 22b, 22c, 22d, расположенные по ходу луча после упомянутых фотодиодов 21a, 21b, 21c, 21d, по ходу луча после которых, в свою очередь, расположены одна или более апертур 23a, 23b, 23c, 23d, каждая из которых связана с горизонтально или вертикально установленными в ряд линейными поляризационными устройствами 24a, 24b, 24c, 24d, например, линейным поляризующим фильтром.

На перспективном виде сверху фиг.3 еще лучше видно, что устройство 30 поглощения, показанное на фигуре в увеличенном виде для наглядного пояснения, содержит фиксирующее приспособление 35, которое в смонтированном состоянии имеет установочную поверхность под углом приблизительно 45° к низу детектора дыма с рассеянным светом противоположно пучку света, излучаемого источником света. Круглые поляризационные устройства 31, 32 расположены последовательно на упомянутой установочной поверхности очень близко друг к другу, на расстоянии 2 мм в показанном варианте, которые очень эффективно ослабляют прямо падающий монохроматический свет светоизлучающего диода 11, фокусируемый линзой 12 и направляемый апертурами 13 в зону 50 полезного света, чтобы его интенсивность была достаточно низкой, чтобы нежелательно не быть обнаруживаемым оптическими детекторами 20a, 20b, 20c, 20d, в результате многократного отражения или подобного действия.

Следует понимать, что показанный вариант служит только для повышенной наглядности и не считается ограничивающим. Дополнения и модификации идеи изобретения будут хорошо знакомы специалисту в данной области техники.

Позиции на чертежах

10 источник света

11 светоизлучающий диод

12 линза

13 апертура

20a, 20b, 20c, 20d оптический детектор

21a, 21b, 21c, 21d фотодиод

22a, 22b, 22c, 22d линза

23a, 23b, 23c, 23d апертура

24a, 24b, 24c, 24d линейный поляризующий фильтр

30 устройство поглощения

31 первое поляризационное устройство

32 второе поляризационное устройство

35 фиксирующее приспособление

50 зона полезного света

60 впускное отверстие

100 устройство для ослабления падающего света

Предложено устройство (100) для ослабления падающего пучка света излучения с конечным расширением. С целью реализации надежного ослабления, в частности, прямо падающего света предусмотрено, что решение согласно изобретению содержит источник (10) света для генерирования пучка неполяризованного света, предпочтительно неполяризованного монохроматического света, зону (50) полезного света, через которую проходит неполяризованный свет и предпочтительно проходит по прямой от источника (10) света, а также устройство (30) поглощения по ходу после зоны (50) полезного света и предпочтительно по ходу в направлении прямого излучения пучка по меньшей мере для частичного поглощения падающего света, причем устройство (30) поглощения содержит по меньшей мере одно поляризационное устройство (31, 32), расположенное в направлении пучка света. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство ослабления падающего света пучка с конечным расширением, предпочтительно прямо падающего монохроматического света, причем устройство содержит следующее:

- источник (10) света для генерирования пучка неполяризованного света, предпочтительно неполяризованного монохроматического света;

- зону (50) полезного света, через которую проходит неполяризованный свет и предпочтительно проходит по прямой линии от источника (10) света;

- устройство (30) поглощения, расположенное по ходу луча после зоны (50) полезного света и предпочтительно по ходу луча в направлении прямого излучения пучка по меньшей мере для частичного поглощения падающего света,

причем устройство (30) поглощения содержит по меньшей мере одно поляризационное устройство (31, 32), расположенное в направлении пучка света.

2. Устройство (100) по п.1, в котором по меньшей мере один оптический детектор 20a, 20b, 20c, 20d расположен вокруг зоны (50) полезного света для обнаружения рассеянного света.

3. Устройство (100) по п. 1 или 2, в котором устройство (30) поглощения содержит по меньшей мере два поляризационных устройства (31, 32), расположенных последовательно в направлении пучка света.

4. Устройство (100) по п.3, в котором по меньшей мере два поляризационных устройства (31, 32) содержат первый линейный поляризующий фильтр и второй линейный поляризующий фильтр, причем направления поляризации первого и второго линейных поляризующих фильтров смещены относительно друг друга на 90°.

5. Устройство (100) по п.3, в котором по меньшей мере два поляризационных устройства (31, 32) содержат первый круглый поляризующий фильтр и второй круглый поляризующий фильтр, причем направления поляризации первого и второго круглого поляризующих фильтров смещены относительно друг друга на 90°.

6. Устройство (100) по п.3, в котором по меньшей мере два поляризационных устройства (31, 32) содержат первый круглый поляризующий фильтр и второй круглый поляризующий фильтр, причем направление вращения плоскости поляризации первого поляризующего фильтра в направлении падающего пучка света и направление вращения плоскости поляризации второго поляризующего фильтра в направлении падающего пучка света равны.

7. Устройство (100) по п. 5 или 6, в котором по меньшей мере один оптический детектор (20a, 20b, 20c, 20d) предназначен для линейного поляризующего фильтра (21a, 21b, 21c, 21d).

8. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере два поляризационных устройства (31, 32) размещены с возможностью замены в фиксирующем приспособлении (35), расположенном по ходу после зоны полезного света в направлении пучка света.

9. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором источник света содержит светоизлучающий диод (11) и предпочтительно по меньшей мере одну линзу (12), и предпочтительно по меньшей мере одну апертуру (13).

10. Устройство (100) по любому из пп. 2–9, в котором по меньшей мере один оптический детектор содержит фотодиод и предпочтительно по меньшей мере одну линзу, и предпочтительно по меньшей мере одну апертуру.

11. Устройство (100) по любому из пп. 3–10, в котором по меньшей мере два поляризационных устройства отстоят друг от друга в направлении пучка света на расстоянии менее 5 мм, предпочтительно менее 2 мм.

12. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором одно поляризационное устройство установлено под углом относительно направления падающего пучка света, причем угол образован между падающим пучком света и плоскостью обнаружения, в пределах которой расположена центральная оптическая ось по меньшей мере одного детектора, при этом угол предпочтительно равен приблизительно 45°.

13. Детектор дыма с рассеянным светом, имеющий по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи окружающего воздуха и устройство по любому из пп. 1–12, в котором впускное отверстие выходит в зону рассеянного света, причем по меньшей мере часть зоны рассеянного света соответствует зоне полезного света.