JP2010276584A - 微粒子感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で空気中に浮遊する煙などの微粒子を感知できる微粒子感知装置を提供する。
【解決手段】感知対象空間ＡＲに浮遊する微粒子の濃度が高まると、ＰＮ符号などのデジタル信号を含む光信号が微粒子によって散乱され、発光ダイオードＤ１からフォトダイオードＤ２への光信号の伝達が阻害される。信号の伝達が阻害されることにより、感知対象空間ＡＲを介して受光した光信号から再生されるデジタル信号の誤り率（誤りビット数）が増大する。この誤り率の変化から、感知対象空間ＡＲの微粒子が感知される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中に浮遊する煙や埃などの微粒子を感知する微粒子感知装置に関する。

空気中に浮遊する微粒子を感知するセンサとして、例えば火災報知機に搭載される煙センサが広く知られている。下記の非特許文献１には、赤外光の散乱を利用して煙を感知する煙センサが記載されている。この煙センサでは、ラビリンスと呼ばれる反射板に囲われたチャンバーの中に投光部と受光部が設置されている。ラビリンスは、外部からの煙の流入が可能になっているとともに、投光部の赤外光が受光部へ届かないように赤外光を反射する構造になっている。火災で発生した煙がラビリンスに流入すると、赤外光が煙によって散乱され、その散乱光が受光部にあたる。受光部における散乱光の受光量の変化により煙が感知される。

西川、他５名、"煙熱複合型インテリジェント火災感知器「サイバーセンサ」"、松下電工技報、松下電工株式会社、２００３年２月、ＮＯ．８０、ｐ．７５−８３

ところで、上記のような従来の煙センサでは、微小な受光量に基づいて煙の濃度を判定するため、受光部から出力されるアナログ信号を低雑音かつ高ゲインの増幅器によって増幅する必要がある。また、煙の濃度の測定や火災の判定等を行うためには種々のデジタル処理が不可欠であることから、増幅器において増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤコンバータも必要になる。従って、従来の煙センサでは、高ゲインの増幅器やＡＤコンバータのために回路の規模が大きくなり構成が複雑になるという不利益がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で空気中に浮遊する煙などの微粒子を感知できる微粒子感知装置を提供することにある。

本発明に係る微粒子感知装置は、空気中に浮遊する微粒子を感知する装置であって、デジタル信号を含んだ入力信号に応じて光信号を発生し、当該光信号を上記微粒子の感知対象空間にあてる投光部と、上記投光部から上記感知対象空間を介して入射する光信号を受光して電気信号に変換する受光部と、上記電気信号から上記デジタル信号を再生する信号再生部と、上記投光部の上記入力信号に含まれる上記デジタル信号と上記信号再生部において再生される信号との差異を検出する検出部とを有する。

上記微粒子感知装置によれば、上記デジタル信号を含んだ上記光信号が上記投光部から出射され、上記感知対象空間を介して上記受光部に入射される。上記受光部に入射された上記光信号は上記電気信号に変換され、上記信号再生部において上記電気信号から上記デジタル信号が再生される。上記感知対象空間に微粒子が存在すると、その影響によって上記光信号の伝送が阻害され、伝送エラーが生じる。この伝送エラーが、上記検出部において、上記投光部の上記入力信号に含まれる上記デジタル信号と上記信号再生部において再生される信号との差異として検出される。

好適に、上記検出部は、上記投光部の上記入力信号に含まれる上記デジタル信号のビット列と上記信号再生部において再生される信号のビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、当該比較において値の異なる誤りビットの数を計数してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、上記微粒子の濃度の検出レンジを調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記投光部の出射光の強度、及び／又は、上記出射光のパルス幅を変化させる第１の調整部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、上記微粒子の濃度の検出レンジを調整する動作モードにおいて、上記検出部の上記検出ビット長に対する上記誤りビット数の割合が所定の範囲に含まれるように上記検出ビット長を変化させる第２の調整部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、上記デジタル信号を生成する信号生成部と、上記光信号の周波数帯域を調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記信号生成部の上記デジタル信号のビットレートを変化させる第３の調整部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、疑似ランダム雑音の性質を有した符号系列を上記デジタル信号として生成する信号生成部を有してよい。

好適に、上記信号生成部は、疑似ランダム雑音の性質を有したビットパターンを繰り返し生成してよい。上記微粒子感知装置は、上記光信号の周波数帯域を調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記信号生成部の上記ビットパターンのビット長を変化させる第４の調整部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、上記検出部の上記誤りビット数と所定の判定しきい値との比較結果に応じて、上記感知対象空間における上記微粒子の濃度を判定する判定部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、上記検出部の上記誤りビット数の平均値を算出する平均値算出部と、上記判定しきい値を調整する動作モードにおいて、上記平均算出部が算出した上記誤りビット数の平均値に応じて上記判定しきい値を変化させる第５の調整部を有してよい。

好適に、上記微粒子感知装置は、キャリア信号を所定のパターンのビット列により変調し、当該変調結果を上記投光部に入力する変調部を有してよい。上記信号再生部は、上記キャリア信号に基づいて上記変調部により変調された上記ビット列を上記電気信号から復調してよい。上記検出部は、上記変調部における元の上記ビット列と上記信号再生部において復調されるビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、当該比較において値の異なる誤りビットの数を計数してよい。

本発明によれば、投光部から感知対象空間を介して受光部に入射する光信号の伝送エラーを検出することにより、簡易な構成で微粒子を感知できる。

第１の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 クロック信号に同期したＰＮ系列の例を示す。 第２の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 第４の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 第５の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 第６の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 第７の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。図１に示す微粒子感知装置は、クロック生成部１０と、ＰＮ系列生成部２０と、駆動部３０と、増幅部４０と、信号再生部５０と、誤り検出部６０と、判定部７０と、発光ダイオードＤ１と、フォトダイオードＤ２とを有する。
ＰＮ系列生成部２０は、本発明における信号生成部の一実施形態である。
信号再生部５０は、本発明における信号再生部の一実施形態である。
誤り検出部６０は、本発明における検出部の一実施形態である。
判定部７０は、本発明における判定部の一実施形態である。

クロック生成部１０は、一定の周波数のクロック信号Ｓｃを発生する。

ＰＮ系列生成部２０は、ランダム雑音に近い性質を持った一定ビット長のビットパターン（ＰＮ符号：pseudorandom noise code）を繰り返し生成する。図２は、クロック信号Ｓｃに同期したＰＮ系列の例を示す。例えばＰＮ系列生成部２０は、ＰＮ９，ＰＮ１５などのＭ系列や、Ｍ系列同士の加算により生成されるＧＯＬＤ系列などのＰＮ符号を生成する。

ＰＮ系列生成部２０は、クロック信号Ｓｃに同期してＰＮ符号を生成する。すなわち、ＰＮ系列生成部２０は、クロック信号Ｓｃの１サイクルごとにＰＮ符号を１ビットずつ出力する。

駆動部３０は、ＰＮ符号生成部２０から入力されるＰＮ符号に応じて発光ダイオードＤ１を駆動する。例えば駆動部３０は、発光ダイオードＤ１に供給する電流をＰＮ符号に応じてオンオフしたり、ＰＮ符号に応じて電流の大きさを切り替える。

発光ダイオードＤ１は、駆動部３０から供給される駆動電流に応じて発光する。発光ダイオードＤ１において発生する光信号は、不図示の投光用光学系を通じて微粒子の感知対象空間ＡＲに照射される。なお、投光用光学系と発光ダイオードＤ１を含むブロックは、本発明における投光部の一例である。

フォトダイオードＤ２は、不図示の受光用光学系を通じて入射される光信号を受光し、電気信号に変換する。例えば、受光用光学系の受光面は、感知対象空間ＡＲを介して投光用光学系の発光面と向かい合って配置される。発光ダイオードＤ１において発生した光信号は、感知対象空間ＡＲを介してフォトダイオードＤ２に入射する。なお、受光用光学系とフォトダイオードＤ２を含むブロックは、本発明における受光部の一例である。

増幅部４０は、フォトダイオードＤ２において光信号から変換された電気信号に含まれるＰＮ符号の成分を、信号再生部５０において再生可能なレベルまで増幅する。

信号再生部５０は、増幅部４０において増幅された信号からＰＮ符号を再生する。信号再生部５０は、例えば、コンパレータ回路とラッチ回路を有する。コンパレータ回路は、増幅部４０の出力信号としきい値と比較して、その比較結果に応じたハイレベル又はローレベルの信号を出力する。ラッチ回路は、コンパレータ回路の出力信号をクロック信号Ｓｃに同期したタイミングでラッチする。

誤り検出部６０は、ＰＮ系列生成部２０において生成されるＰＮ符号と信号再生部５０において再生されるＰＮ符号との差異を検出する。例えば、誤り検出部６０は、ＰＮ系列生成部２０において生成されるＰＮ符号のビット列と信号再生部５０において再生されるＰＮ符号のビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、この比較において値の異なるビット（誤りビット）の数を計数する。すなわち、誤り検出部６０は、検出ビット長あたりのビット誤り数を検出する。

判定部７０は、誤り検出部６０において計数される検出ビット長あたりの誤りビット数を所定の判定しきい値と比較し、この比較結果に応じて感知対象空間ＡＲにおける微粒子の濃度を判定する。
例えば、判定部７０は、誤りビット数が所定の判定しきい値を超えているか否かを示す判定信号を出力する。
あるいは、判定部７０は、誤りビット数と複数の判定しきい値とを比較し、誤りビット数が属するしきい値の範囲に応じた微粒子濃度を示す判定信号を出力してもよい。

ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る微粒子感知装置の動作を説明する。

ＰＮ系列生成部２０においてクロック信号Ｓｃに同期したＰＮ符号が生成されると、発光ダイオードＤ１の電流が駆動部３０によってＰＮ符号に応じて駆動され、発光ダイオードＤ１の発光強度がＰＮ符号に応じて変化する。発光ダイオードＤ１で発生した光信号は、投光用の光学系から微粒子の感知対象空間ＡＲに向けて投光され、感知対象空間ＡＲを介して受光用の光学系に受光される。光学系に受光された光信号は、フォトダイオードＤ２において電気信号に変換される。フォトダイオードＤ２の電気信号は、増幅部４０において増幅された後、信号再生部５０に入力される。

信号再生部５０では、増幅部４０で増幅された電気信号から、クロック信号Ｓｃに同期したＰＮ符号の成分が再生される。信号再生部５０で再生されたＰＮ符号は、誤り検出部６０においてＰＮ系列生成部２０のＰＮ符号と１ビットずつ比較され、所定の検出ビット長あたりの誤りビットの数が計数される。

微粒子の濃度が低い場合、感知対象空間ＡＲに浮遊する微粒子による光の散乱の程度が低いため、誤り検出部６０で計数される誤りビット数は比較的低い状態にある。微粒子の濃度が高くなると、感知対象空間ＡＲにおける光の散乱の程度が高くなり、光信号の伝達が阻害されるため、信号伝達エラーが増大し、誤り検出部６０で計数される誤りビット数が高くなる。すなわち、微粒子の濃度に応じて誤り検出部６０の誤りビット数が変化する。判定部７０では、この誤りビット数と所定の判定しきい値との比較により、感知対象空間ＡＲにおける微粒子の濃度が判定される。

以上説明したように、本実施形態に係る微粒子感知装置では、感知対象空間ＡＲに浮遊する微粒子の濃度が高まると、ＰＮ符号などのデジタル信号を含んだ光信号が微粒子によって散乱され、発光ダイオードＤ１からフォトダイオードＤ２への光信号の伝達が阻害される。信号の伝達が阻害されることにより、感知対象空間ＡＲを介して受光した光信号から再生されるデジタル信号の誤り率（誤りビット数）が増大し、この誤り率の変化から感知対象空間ＡＲの微粒子が感知される。
従って、本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、投光側から受光側へ伝送される光信号の誤り率に応じて微粒子が感知されるため、散乱光の信号の大きさを精密に測定する必要がなくなり、ＡＤコンバータを省略できる。また、フォトダイオードＤ２の光検出信号に含まれるデジタル信号（ＰＮ符号）は、コンパレータ回路等の簡易な回路で再生できる。そのため、従来の装置に比べて回路構成を大幅に簡易化できるという利点がある。

また、本実施形態に係る微粒子感知装置では、散乱光の微弱な強度変化に基づいて微粒子を感知する従来の装置のように、光検出信号を高いゲインで増幅する必要がない。増幅部４０のゲインは、信号再生部５０のコンパレータ回路等においてデジタル信号（ＰＮ符号）を再生できる程度のものであればよい。
従来の装置の場合、微弱なフォトダイオードの電流（例えば数ナノアンペア）をＡＤコンバータの入力レンジ（例えば数ボルト）に合わせて増幅する必要があったが、本実施形態に係る微粒子感知装置では、コンパレータ回路を駆動できる程度の振幅（例えば数１０ミリボルト）まで増幅すればよいため、従来に比べてゲインを大幅に小さくできる。
従って、本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、従来に比べて増幅部４０の回路構成を簡略化できるとともに、高ゲインの場合に問題となる発振等の回路の不安定性を低減できる。

また、従来の装置の場合、光検出信号の大きさに応じて微粒子の濃度を検出するため、光検出信号の増幅器の入力オフセット等を補正（校正）する必要がある。これに対し、本実施形態に係る微粒子感知装置では、検出対象が伝送信号の誤り率であることから、このようなアナログ回路の補正が不要になり、回路構成を簡易化できる。

また、本実施形態に係る微粒子感知装置では、ランダム雑音に近い性質を有するＰＮ符号に基づいて光信号が生成されるため、光信号の周波数スペクトルが広い帯域において均一に拡散される。
もし光信号が特定の周波数に固定されていると、この周波数に近い外来ノイズが存在する場合に、外来ノイズの影響でビット誤りが生じるため、微粒子の検出精度が低下してしまう。これに対し、本実施形態のように光信号の帯域が拡散されていれば、特定周波数の外来ノイズによるビット誤りの影響が相対に小さくなるため、検出精度の低下を効果的に抑制できる。
更に、投光側から受光側へ伝播する光信号の周波数帯域が微粒子の性質等に応じて変化する場合でも、その変化幅がカバーされる程度に光信号の帯域が拡散されていれば、周波数帯域の変化に伴う検出精度の低下を抑制できる。

また、本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、投光側から受光側へ光信号が直接届くため、微粒子による散乱光が間接的に受光側へ届く従来の装置に比べて受光量が増大する。これにより、光の強度を大幅に小さくできるため、従来の装置に比べて発光素子の消費電力を削減できる。
また、ラビリンスなどの光学装置を用いて投光側から受光側への光の伝搬を防ぐ必要がないため、装置の構造を簡易化できるという利点もある。

また、本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、光信号がデジタル信号（ＰＮ符号）に応じて時間的に変化するため、一定強度の投射光を用いる従来の装置に比べて発光素子の消費電力を削減できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る微粒子感知装置は、感知対象空間における微粒子濃度の検出レンジを調整する動作モード（第１の調整モード）を有する。

図３は、第２の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図３に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、光強度調整部９１Ａを有する。光強度調整部９１Ａは、本発明における第１の調整部の一実施形態である。
また、図３に示す微粒子感知装置は、図１における駆動部３０の替わりに後述する駆動部３０Ａを有する。

駆動部３０Ａは、ＰＮ符号生成部２０から入力されるＰＮ符号に応じて発光ダイオードＤ１を駆動するとともに、第１の調整モードにおいては、光強度調整部９１Ａの制御に従って発光ダイオードＤ１の駆動電流を変化させる。例えば駆動部３０Ａは、電流源の出力電流を可変することで、駆動電流を連続的に変化させる。また、駆動部３０Ａは、電流値の異なる複数の電流源を選択的に切り替えることにより駆動電流を変化させてもよい。

光強度調整部９１Ａは、第１の調整モードにおいて、誤り検出部６０で計数される誤りビット数が所定の範囲に含まれるように駆動部３０Ａの駆動電流の大きさを変化させる。例えば、光強度調整部９１Ａは、感知対象空間の微粒子濃度が十分低い状態において、ビット誤り数が所定の下限範囲に含まれるようにする。

発光ダイオードＤ１の駆動電流が変化し、これに応じて発光ダイオードＤ１の光信号の強度（振幅）が変化すると、微粒子の影響による光信号の伝送エラーの生じ易さが変化するため、微粒子濃度の検出レンジが変化する。
すなわち、光信号の強度を小さくした場合は、微粒子の影響を受けて光信号の伝送エラーが生じ易くなる。この場合、微粒子濃度が低い範囲で誤りビットの計数が可能となるが、微粒子濃度の高い範囲では誤りビット数の飽和が生じる（誤りビット数が検出ビット長と等しくなり、ビット誤り率が１００％になる）ため濃度の検出が行えなくなる。
一方、光信号の強度を大きくした場合は、光信号が微粒子の影響を受け難くなる。そのため、微粒子濃度の高い範囲では上述した飽和を起こさずに濃度の検出が可能になるが、微粒子濃度の低い範囲では誤りビット数がゼロになる（ビット誤り率がゼロになる）ため濃度の検出が行えなくなる。

本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、第１の調整モードにおいて、ビット誤り数が所定の範囲に含まれるように発光ダイオードＤ１の駆動電流の大きさ（発光強度）を変化させることによって、微粒子濃度の検出レンジを適切に調整することができる。例えば、一定の時間や一定の周期で第１の調整モードの調整を行えば、周囲の環境（明るさ等）に応じた適切な検出レンジを自動的に設定できる。

また本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、光信号の強度（振幅）を増減させることにより、微粒子濃度の変化に対する誤りビット数の変化の度合い（感度）を適切に設定することもできる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る微粒子感知装置では光信号の強度（振幅）を変化させることによって微粒子濃度の検出レンジが調整されるが、第３の実施形態に係る微粒子感知装置では光信号のパルス幅を変化させることによって検出レンジが調整される。

図４は、第３の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図４に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、パルス幅調整部９１Ｂを有する。パルス幅調整部９１Ｂは、本発明における第１の調整部の一実施形態である。
また、図４に示す微粒子感知装置は、図１における駆動部３０の替わりに後述する駆動部３０Ｂを有する。

駆動部３０Ｂは、ＰＮ符号生成部２０から入力されるＰＮ符号に応じて発光ダイオードＤ１を駆動するとともに、第１の調整モードにおいては、光強度調整部９１Ｂの制御に従って発光ダイオードＤ１の駆動信号のパルス幅を変化させる。
例えば駆動部３０Ｂは、光強度調整部９１Ｂの制御信号に応じてパルス幅が調節されたパルス信号を出力するパルス幅制御回路を含んでいる。ＰＮ符号がハイレベルのとき（図２（Ｂ）における値「１」のとき）、駆動部３０Ｂは、このパルス信号に応じて発光ダイオードＤ１を駆動する。

光強度調整部９１Ｂは、第１の調整モードにおいて、誤り検出部６０で計数される誤りビット数が所定の範囲に含まれるように駆動部３０Ｂの駆動電流のパルス幅を変化させる。

発光ダイオードＤ１の駆動電流のパルス幅が変化し、これに応じて発光ダイオードＤ１の光信号のパルス幅が変化する場合、微粒子の影響による光信号の伝送エラーの生じ易さが変化するため、微粒子濃度の検出レンジが変化する。
すなわち、パルス幅が狭くなる場合は、微粒子の影響を受けて光信号の伝送エラーが生じ易くなるため濃度検出範囲が低くなり、パルス幅が広くなる場合は、光信号が微粒子の影響を受け難くなるため濃度検出範囲が高くなる。

本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、第１の調整モードにおいて、ビット誤り数が所定の範囲に含まれるように発光ダイオードＤ１の駆動電流のパルス幅（光信号のパルス幅）を変化させることによって、微粒子濃度の検出レンジを適切に設定することができる。

また本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、光信号のパルス幅を変化させることにより、微粒子濃度の変化に対する誤りビット数の変化の度合い（感度）を適切に設定することもできる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
第２，第３の実施形態に係る微粒子感知装置では光信号の強度（振幅）やパルス幅を変化させることによって微粒子濃度の検出レンジが調整されるが、第４の実施形態に係る微粒子感知装置では、誤りビット数を計数する際の検出ビット長を変化させることによって検出レンジが調整される。

図５は、第４の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図５に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、検出ビット長調整部９２を有する。検出ビット長調整部９２は、本発明における第２の調整部の一実施形態である。
また、図５に示す微粒子感知装置は、図１における誤り検出部６０の替わりに後述する誤り検出部６０Ａを有する。

誤り検出部６０Ａは、誤り検出部６０と同様に、ＰＮ系例生成部２０において生成されるＰＮ符号のビット列と信号再生部５０において再生されるＰＮ符号のビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、この比較において誤りビットの数を計数する。また、誤り検出部６０Ａは、第１の調整モードにおいて、ビット誤り数を計数する際の基準となる検出ビット長を検出ビット長調整部９２の制御に従って変更する。

検出ビット長調整部９２は、第１の調整モードにおいて、誤り検出部６０Ａの検出ビット長に対する誤りビット数の割合（ビット誤り率）が所定の範囲に含まれるように検出ビット長を変化させる。

検出ビット長が長くなると、同一のビット誤り数で比較した場合のビット誤り率が相対的に小さくなり、光信号の微小な伝送エラーを検出できるようになるため、低濃度側の検出レンジが拡大する。

本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、第１の調整モードにおいて、検出ビット長に対する誤りビット数の割合（ビット誤り率）が所定の範囲に含まれるように検出ビット長を変化させることによって、低濃度側の検出レンジを適切に拡大することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態に係る微粒子検出装置は、光信号の周波数帯域を調整する動作モード（第２の調整モード）を有する。

図６は、第５の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図６に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、ビットレート調整部９３を有する。ビットレート調整部９３は、本発明における第３の調整部の一実施形態である。
また、図６に示す微粒子感知装置は、図１におけるＰＮ符号生成部２０の替わりに後述するＰＮ符号生成部２０Ａを有する。

ＰＮ系列生成部２０Ａは、ビットレート調整部９３の制御に従ってＰＮ符号のビットレートを変化させる。例えば、ＰＮ系列生成部２０Ａは、ビットレート調整部９３の制御に従ってクロック信号Ｓｃの周波数を変化させる周波数シンセサイザを有しており、この周波数シンセサイザで生成されたクロック信号に同期してＰＮ符号を生成する。

ビットレート調整部９３は、第２の調整モードにおいて、誤り検出部６０の誤りビット数が所定の範囲に含まれるようにＰＮ符号のビットレートを変化させる。

ＰＮ符号のビットレートが変化すると、ＰＮ符号の周波数帯域が変化し、発光ダイオードＤ１において発生する光信号の周波数帯域が変化する。すなわち、光信号の周波数帯域は、ＰＮ符号のビットレートが高くなると高周波側にシフトし、ＰＮ符号のビットレートが低くなると低周波側にシフトする。

本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、第２の調整モードにおいて、誤り検出部６０のビット誤り数が所定の範囲に含まれるようにＰＮ符号のビットレートが可変される。これにより、例えば突発的な外来ノイズなどの雑音環境の変動によってビット誤り数が異常な値になる場合でも、光信号の周波数帯域をシフトさせてビット誤り数を正常範囲に戻すことができる。従って、外来ノイズによる検出精度の低下を効果的に抑制できる。
例えば、一定の時間や一定の周期で第２の調整モードの調整を行えば、周囲のノイズ環境に応じた適切な光信号の周波数帯域を自動的に設定できる。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
第５の実施形態に係る微粒子感知装置ではＰＮ符号のビットレートを変化させることによって光信号の周波数帯域が調整されるが、第６の実施形態に係る微粒子感知装置ではＰＮ符号のビットパターンの長さを変化させることによって光信号の周波数帯域が調整される。

図７は、第６の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図７に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、ビット長調整部９４を有する。ビット長調整部９４は、本発明における第４の調整部の一実施形態である。
また、図７に示す微粒子感知装置は、図１におけるＰＮ符号生成部２０の替わりに後述するＰＮ符号生成部２０Ｂを有する。

ＰＮ系列生成部２０Ｂは、ビットレート調整部９３の制御に従ってＰＮ符号のビット長を変化させる。例えば、ＰＮ系列生成部２０Ａは、ビット長が異なる複数のＰＮ符号（ＰＮ９，ＰＮ１５など）を生成可能であり、ビット長調整部９４によって指定されたＰＮ符号を生成する。

ビット長調整部９４は、第２の調整モードにおいて、誤り検出部６０の誤りビット数が所定の範囲に含まれるようにＰＮ符号のビット長を変化させる。

ＰＮ符号のビット長が変化すると、ＰＮ符号の周波数帯域の帯域幅が変化し、発光ダイオードＤ１において発生する光信号の帯域幅が変化する。すなわち、光信号の帯域幅は、クロック信号Ｓｃの周波数が一定の場合、ＰＮ符号のビット長が長くなると広がり、ＰＮ符号のビット長が短くなると狭くなる。

本実施形態に係る微粒子感知装置によれば、第２の調整モードにおいて、誤り検出部６０のビット誤り数が所定の範囲に含まれるようにＰＮ符号のビット長が調節される。そのため、雑音環境の変動が生じた場合でも光信号の帯域幅を変化させてビット誤り数を正常範囲に戻すことができる。従って、外来ノイズによる検出精度の低下を効果的に抑制できる。

＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
第７の実施形態に係る微粒子感知装置は、微粒子濃度の判定を行う判定部の判定しきい値を調整する動作モード（第３の調整モード）を有する。

図８は、第７の実施形態に係る微粒子感知装置の構成の一例を示す図である。
図８に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様の構成に加えて、判定しきい値調整部９５及び平均値算出部９６を有する。判定しきい値調整部９４は本発明における第５の調整部の一実施形態であり、平均値算出部９６は本発明における平均値算出部の一実施形態である。

平均値算出部９６は、誤り検出部６０において計数される誤りビット数の平均値を算出する。例えば、平均値算出部９６は、一連の誤りビット数の計数結果を随時積算することによって誤りビット数の移動平均を算出する。

判定しきい値調整部９５は、第３の調整モードにおいて、平均値算出部９６が算出した誤りビット数の平均値に応じて判定部７０の判定しきい値を変化させる。例えば、判定しきい値調整部９５は、誤りビット数の平均値に所定のオフセット値を加算した値を判定しきい値に設定する。

本実施形態に係る微粒子感知装置では、平常状態における誤りビット数の平均値が周囲の環境（例えば明るさなど）によって変動する場合でも、その変動に合わせて判定しきい値を再設定することができるため、平常状態からの微粒子濃度の変化を適切に感知できる。これにより、微粒子濃度の平常状態からの急激な変化を的確に感知できることから、例えば火災感知機などへ好適に応用できる。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述の実施形態ではＰＮ符号を用いて光信号の周波数帯域を拡散させているが、本発明の他の実施形態では、ＰＮ符号に対して更にＲＺ（return to zero）、ＣＭＩ（coded mark inversion
signal）などの別の符号化を施してもよい。

また、本発明の他の実施形態では、キャリア信号をＰＮ符号などの所定のビット列によって変調し、その変調結果に応じて発生した光信号の伝送エラーを検出することにより微粒子の感知を行ってもよい。

例えば図９に示す微粒子感知装置は、図１に示す微粒子感知装置と同様な構成を有するとともに、キャリア信号生成部８１と変調部８２を有する。また、図９に示す微粒子感知装置は、信号再生部５０の替わりに復調部８３を有する。
キャリア信号生成部８１は、クロック信号Ｓｃに同期したキャリア信号Ｓｒを生成する。キャリア信号Ｓｒは、クロック信号Ｓｃより高い周波数を有する。
変調部８２は、キャリア信号ＳｒをＰＮ符号によって変調する。例えば変調部８２は、ＰＮ符号に応じてキャリア信号Ｓｒの位相を反転させる。
復調部８３は、増幅部４０において増幅された信号からキャリア信号Ｓｒに基づいてＰＮ符号を復調する。例えば復調部８３は、増幅部４０の出力信号にキャリア信号Ｓｒを乗算し、この乗算後の信号からローパスフィルタ回路によってキャリア信号Ｓｒを除去することにより、ＰＮ符号の成分を復調（同期検波）する。復調された信号をクロック信号Ｓｃに同期してラッチし、後段の誤り検出部６０に出力する。
図９に示す微粒子感知装置は、投光側において変調したＰＮ符号を受光側において復調する点で異なっているものの、他の動作については上述した実施形態に係る微粒子感知装置と同様であり、これらと同様な効果を奏することができる。

また、本発明の他の実施形態では、上述した実施形態のようにＰＮ符号を用いず、一定周波数でハイレベルとローレベルを反復する信号を光信号によって伝送し、その伝送エラーによって微粒子の検知を行ってもよい。

上述した実施形態では、投光側から受光側へ光信号を直接伝搬させているが、本発明の他の実施形態では、投光側から出射される光信号の散乱光のみを受光側へ入射させるようにしてもよい。この場合、光信号の伝送エラーの減少によって微粒子の濃度が上昇したことを判定できる。

本発明の微粒子感知装置における微粒子の感知は、連続的に行ってもよいし、非連続に行ってもよい。例えば、一定周期ごとに微粒子の感知を行い、微粒子の感知を停止する期間において発光素子の駆動を停止するようにすれば、消費電力を効果的に削減できる。
また、上述した動作モード（第１、第２又は第３の調整モード）については、定期的に各動作モードにおける調整動作を行なって、微粒子感知動作を実行するようにしてもよいし、外部からの指示に応答して各動作モードにおける調整動作を行なって、微粒子感知動作を実行するようにしてもよい。この外部からの指示には、例えば、電源の起動、リセット動作、マニュアルによる指示などが含まれる。

本発明の他の実施形態は、上述した実施形態を任意に組み合わせたものも含む。

１０…クロック生成部、２０，２０Ａ，２０Ｂ…ＰＮ系列生成部、３０，３０Ａ，３０Ｂ…駆動部、４０…増幅部、５０…信号再生部、６０，６０Ａ…誤り検出部、７０…判定部、８１…キャリア信号生成部、８２…変調部、９１Ａ…光強度調整部、９１Ｂ…パルス幅調整部、９２…検出ビット長調整部、９３…ビットレート調整部、９４…ビット長調整部、９５…判定しきい値調整部、９６…平均値算出部、Ｄ１…発光ダイオード、Ｄ２…フォトダイオード。

Claims (11)

1. 空気中に浮遊する微粒子を感知する微粒子感知装置であって、
   デジタル信号を含んだ入力信号に応じて光信号を発生し、当該光信号を上記微粒子の感知対象空間にあてる投光部と、
   上記投光部から上記感知対象空間を介して入射する光信号を受光して電気信号に変換する受光部と、
   上記電気信号から上記デジタル信号を再生する信号再生部と、
   上記投光部の上記入力信号に含まれる上記デジタル信号と上記信号再生部において再生される信号との差異を検出する検出部と
   を有する微粒子感知装置。
2. 上記検出部は、上記投光部の上記入力信号に含まれる上記デジタル信号のビット列と上記信号再生部において再生される信号のビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、当該比較において値の異なる誤りビットの数を計数する、
   請求項１に記載の微粒子感知装置。
3. 上記微粒子の濃度の検出レンジを調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記投光部の出射光の強度、及び／又は、上記出射光のパルス幅を変化させる第１の調整部を有する、
   請求項２に記載の微粒子感知装置。
4. 上記微粒子の濃度の検出レンジを調整する動作モードにおいて、上記検出部の上記検出ビット長に対する上記誤りビット数の割合が所定の範囲に含まれるように上記検出ビット長を変化させる第２の調整部を有する、
   請求項２に記載の微粒子感知装置。
5. 上記デジタル信号を生成する信号生成部と、
   上記光信号の周波数帯域を調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記信号生成部の上記デジタル信号のビットレートを変化させる第３の調整部を有する、
   請求項２に記載の微粒子感知装置。
6. 疑似ランダム雑音の性質を有した符号系列を上記デジタル信号として生成する信号生成部を有する、
   請求項２に記載の微粒子感知装置。
7. 上記信号生成部は、疑似ランダム雑音の性質を有したビットパターンを繰り返し生成し、
   上記光信号の周波数帯域を調整する動作モードにおいて、上記誤りビット数が所定の範囲に含まれるように上記信号生成部の上記ビットパターンのビット長を変化させる第４の調整部を有する、
   請求項６に記載の微粒子感知装置。
8. 上記検出部の上記誤りビット数と所定の判定しきい値との比較結果に応じて、上記感知対象空間における上記微粒子の濃度を判定する判定部を有する、
   請求項２乃至７の何れか一項に記載の微粒子感知装置。
9. 上記検出部の上記誤りビット数の平均値を算出する平均値算出部と、
   上記判定しきい値を調整する動作モードにおいて、上記平均算出部が算出した上記誤りビット数の平均値に応じて上記判定しきい値を変化させる第５の調整部を有する、
   請求項８に記載の微粒子感知装置。
10. キャリア信号を所定のパターンのビット列により変調し、当該変調結果を上記投光部に入力する変調部を有し、
    上記信号再生部は、上記キャリア信号に基づいて上記変調部により変調された上記ビット列を上記電気信号から復調し、
    上記検出部は、上記変調部における元の上記ビット列と上記信号再生部において復調されるビット列とを所定の検出ビット長にわたって比較し、当該比較において値の異なる誤りビットの数を計数する、
    請求項１に記載の微粒子感知装置。
11. 上記信号再生部が、上記電気信号と所定のしきい値とを比較して上記デジタル信号を再生するためのコンパレータを含む、
    請求項１乃至９の何れかに記載の微粒子感知装置。