JP6030092B2 - Ａｖｓｄシステムにおけるビーム整列決定方法および粒子検出システム - Google Patents

Description

本発明は、粒子検出システムに適用することができるシステムおよび方法に関する。本発明の好ましい実施形態は、煙を検出するように構成されたシステムおよび方法に関し、より詳しくは、アクティブビデオ煙検出に適用することができるシステムおよび方法に関する。この文脈において本発明を説明することが好都合であるが、本発明が典型的な適用の分野に限られると理解してはならない。

アクティブビデオ煙検出（ＡＶＳＤ）は、ビデオ分析技法を使用して、例えばレーザまたは他の電磁（ＥＭ）放射源によって能動的に照明される空気中の煙を検出する粒子検出システム（最も好ましくは、煙検出システム）について、Ｘｔｒａｌｏｓ Ｐｔｙ Ｌｔｄによって作り出された名称である。

ＡＶＳＤを実行するためのシステムおよび方法が、ＶＦＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｙ Ｌｔｄの名義の国際特許公開第２００４／１０２４９８号および同第２００６／００１７２３号に記載されており、それらの内容は、あらゆる目的について、参照として本明細書に組み込まれる。

これらの文献に開示されている基本的なシステムは、レーザビームが監視対象の空間を横切って案内されるシステムである。画像センサが、ビームの少なくとも一部の画像を取得できるように配置される。取得された画像が分析され、画像内に取り込まれた散乱ＥＭ放射のレベルを決定することによって、空間内に煙が存在するか否かが判断される。

これらの特許公開に記載されているとおり、そのようなシステムが直面し得る１つの問題は、煙以外の物体がビームまたは画像センサの視野に進入するという問題である。これは、いくつかの影響をもたらす可能性がある。第１に、煙の影響を装うことによって誤報を生じさせる可能性がある。第２に、進入する物体によって、監視対象の空間を横切るビームの経路が遮られ、あるいは画像センサによるビームの一部の視野が遮られることで、システムによる煙の検出が妨げられる可能性がある。第３に、人間（または、動物）がビームを通過する場合に、危険となる可能性がある。したがって、このようなシステムは、ビームへの物体の進入の防止およびそのような進入が生じた場合のシステムへの負の影響の改善の両方のための機構および方法を必要とする。

考慮すべき他の問題は、そのようなシステムの設定および保守である。ＡＶＳＤシステムは、典型的には、長い距離を横切ってＥＭ放射ビームを照射するＥＭ放射源を有している。大部分の状況において、システムの構成部品を、この長い距離をまたいで正確に整列させる必要がある。構成部品の整列を、正しい動作を保証するために、試運転において実行する必要があり、システムの運転の期間において定期的に実行する必要がある。

例えば広い領域や、アトリウムなどの天井の高い閉鎖された領域など、空間内の環境をＡＶＳＤシステムの使用に適するように制御することが比較的困難であるため、ＡＶＳＤシステムは、幅広い範囲の環境に対応できるように充分にロバストでなければならない。例えば、そのような環境においては、多くの場合に、例えば昼と夜との間の採光レベルの差など、バックグラウンド光のレベルが幅広い範囲にわたる可能性があり、バックグラウンド光のレベルが急激に変動する可能性もある。

したがって、ＡＶＳＤシステムの感度、使いやすさ、およびロバストさを改善するための方法およびシステムについて、ニーズが存在している。本発明の実施形態の他の目的および態様は、以下の説明から明らかになるであろう。

本明細書におけるいかなる情報も、共通の一般的知識として自認されるものではなく、本明細書におけるいかなる情報も、当業者が本出願の優先日においてそれらを重要であると確認、理解、または認識し、あるいは何らかの方法で組み合わせることが、当然期待できると自認するものではない。

本明細書において、ＡＶＳＤシステムは、監視対象の空間において直接的に粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空気の空間の少なくとも一部を通って放射のビームを導くための少なくとも１つの照明手段（主光源とも称される）と、前記照明手段からのビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムを指すものと理解されるべきである。

光という用語は、可視のスペクトルおよびＥＭスペクトルの不可視の部分（赤外、紫外、あるいはさらに長い波長帯またはさらに短い波長帯）に包含される放射など、任意の波長の電磁（ＥＭ）放射を含むものと解釈されるべきである。特定の実施形態においては、使用される光が、狭い帯域に閉じ込められる一方で、他の実施形態においては、光が広い帯域をカバーする。

ビームは、平行、平面、発散などの任意の形状であってよい。

ＡＶＳＤシステムは、異なる視点から空間を監視するように構成された複数の主光源および／または複数のセンサを備えることができる。ＡＶＳＤシステムは、主たる粒子の検出以外の目的のために使用される１つ以上の二次光源をさらに備えることができる。

主光源は、レーザ、レーザダイオード、ＬＥＤ、または他の充分に強力な光源であってよい。いくつかの実施形態においては、光源がコヒーレントな光を生み出すことが好都合であるが、これは必ずしもすべての実施形態において必須ではなく、望ましいわけでもない。

光センサは、ビデオカメラなどであってよく、あるいは受光した光信号を電気信号へと変換するための手段を、随意による受光光学系と組み合わせて備える専用の光センサであってよい。さらに、光センサは、本発明の特定の実施形態において、１つ以上のフィルタまたは偏光光学系を含むことができる。

本明細書および特許請求の範囲において、用語「対象の領域」は、主光源によって放射される光（直接放射され、あるいは反射によって放射される）と該当のセンサの視野との間の交差の領域であって、そこからの散乱光がセンサによって受光される領域を指して使用される。

ＡＶＳＤシステムの光源は、光源によって放射される光に１つ以上の所定の特徴をもたらすように構成された１つ以上の光学部品を含むことができる。例えば、光学部品として、放射される光ビームに所定の特徴を与えるように構成されたコリメータ、合焦またはぼかしレンズ、ミラー、プリズム、などを挙げることができる。

好ましい形態においては、ＡＶＳＤシステムが、煙検出器である。

第１の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサ、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段、少なくとも前記監視対象の空間の延長部へとバックグラウンドをもたらしている表面を照明するように構成された光源、前記バックグラウンド表面から反射される光を受光するように構成された光センサ、および前記光センサの出力を分析して、前記バックグラウンド表面へと投影された影の存在を判断するための手段を備える粒子検出システムを提供する。

好ましくは、前記影の存在を判断するための手段が、前もって記録される基準画像を保存するための手段、および前記光センサの出力を前記前もって記録される基準画像と比較して、影の存在を判断するための手段を含む。

好ましくは、このシステムが、影が検出された場合に不具合状態を知らせるための不具合通知手段を備えている。不具合通知手段が、不具合状態の継続時間を判断するための手段を備え、システムが、不具合状態が所定の継続時間にわたって続いた場合に不具合状態を知らせるように構成される。

本発明の特定の実施形態においては、前記表面を、非平行または発散ビームを使用して照明することができる。表面を照明するように構成された光源を、さらに粒子の検出にも使用することができる。光源は、放射の平行ビームを前記空間へと放射することができ、前記表面の延長部分を照明すべく前記空間を横切って走査される。光源が、非平行または発散ビームを放射してもよい。

第２の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムの光センサの視野の少なくとも一部分における物体の存在を特定するための方法であって、
光センサの視野内の表面の少なくとも一部分を照明するステップと、
光センサの出力を分析し、前記表面の照明の変化を決定するステップと、
光センサの出力が１つ以上の所定の基準に合致する場合に、物体の存在を特定するステップと、を含む方法を提供する。

光センサの出力を分析するステップは、光センサの出力を光センサの基準出力と比較するステップを含むことができる。

好ましくは、分析するステップが、基準出力には存在しない少なくとも１つの影が光センサの出力に存在することを判定するステップを含む。

本発明の特定の実施形態においては、前記表面を、非平行または発散ビームを使用して照明することができる。あるいは平行ビームであり、本方法が、このビームを前記表面の広い部分を照明するために前記表面を横切って走査するステップを含む。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための主照明手段と、前記ビームの少なくとも一部分の画像を取得するように配置された主画像センサとを、前記監視対象の空間の非対向面に配置して備えており、さらに、前記主光源によって放射された光を所定の目標位置へと前記監視対象の空間の少なくとも一部分を横切る経路を通るように導くように構成された少なくとも１つの反射器と、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムを提供する。

さらなる態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、
監視対象の空間の第１の側に取り付けられ、放射のビームを放射するように構成された主光源と、前記主光源から受ける入射ビームを受けて、反射ビームを反射するように構成されており、少なくとも前記反射ビームが当該システムによる監視の対象の空間を横切るように配置されている反射器と、前方散乱の幾何学にて反射ビームから散乱させられる光を受光することができるように取り付けられた光センサと、前記光センサの出力を分析し、散乱させられた放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムを提供する。

好ましくは、前記主光源および主光センサが、監視対象の空間の同じ側に位置している。

前記主光源および主光センサが、実質的に同じ位置に位置することができる。前記主光源および主光センサを、同じハウジングに取り付けることもできる。

好ましくは、前記主光センサの視野が、前記反射器に入射するビームおよび前記反射ビームの少なくとも一部分を含む。前記主光センサの視野が、所定の目標位置を含むことができる。

前記反射器は、複数の反射面を含むことができる。前記反射器は、好ましくは、光のビームを入射ビームに対して実質的に固定の角度で反射するように構成されたコーナーリフレクタである。

前記光源または１つ以上の反射器のいずれかを、前記入射または反射ビームの経路を変更すべく操縦することができる。

本発明によるシステムは、前記反射ビームを受光するように配置された第２の光センサをさらに含むことができる。

好ましくは、前記反射ビームの少なくとも一部が、監視対象の空間を横切る。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システム、放射のビームを放射するマーカー光源を備えるＡＶＳＤシステムであって、少なくとも１つの放射のビームを監視対象の空気の空間を横切って案内するための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部分の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備えており、前記放射のビームのうちの少なくとも１つが、当該システムによる検出の対象の粒子が実質的に存在しないときの前記空間を通過するビームの経路の割り出しを、前記光センサによって行うことができるようにするマーカービームであるシステムを提供する。

好ましくは、本システムが、前記マーカービームを放射するための二次光源を備えている。好ましくは、前記マーカービームが、当該システムによる検出の対象の粒子よりも小さい粒子からの散乱を生じる波長成分を、前記光センサの光受光帯の範囲内の波長に含む。

前記マーカービームは、短波長の光ビームであってよい。前記マーカービームは、青色または紫外の光のビームであってよい。前記マーカービームは、主光源によって生成されるビームであってよい。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、２つ以上の波長成分を含む少なくとも１つの放射のビームを監視対象の空気の空間を横切って案内するための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部分の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備えるシステムを提供する。

好ましくは、少なくとも２つの波長成分からの散乱信号を、決定することができる。

少なくとも２つの波長の散乱信号を、監視対象の空間の粒子のサイズ分布に関するデータを決定するために処理することができる。

前記マーカービームは、電磁スペクトルの可視帯にあってよい。

本システムは、前記マーカービームの光源に対する既知の位置関係に、光のビームを放射する少なくとも１つの主光源を備えることができる。

本システムは、粒子の検出に使用するための第１の光ビームを放射するための主光源と、前記マーカービームを生成するためのマーカー光源とを備えることができ、前記主光源およびマーカー光源が、所定の位置関係にて共通のハウジング内に取り付けられる。

前記マーカービームおよび主ビームを、以下の関係のうちの１つにて配置することができる。以下の関係とは、ビームが同軸であること、ビームが平行であることである。

前記主光ビームは、電磁スペクトルの可視帯の外にあってよい。前記マーカー光源を、間欠的に照明することができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムのための光源装置であって、第１の方向に光ビームを放射するように構成された発光素子と、前記発光素子から放射されたビームの少なくとも一部を反射させるように配置された反射器とを備えており、前記発光素子および反射器が、前記反射器から反射されるビームを操縦すべく前記発光素子および反射器の相対の向きを変化させることができるように取り付けられている光源装置を提供する。

好ましくは、前記発光素子および反射器の相対の向きを、２つの次元において変化させることができる。

この光源装置が、光のビームを受光するように構成された光センサをさらに備えることができる。好ましくは、前記光センサが、前記反射器から反射された光のビームを受光するような前記反射器に対する位置に取り付けられる。

本発明のさらなる態様は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、請求項１〜４のいずれかに記載の光源を備えており、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを案内する照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムを提供する。

本システムは、前記光源から放射される少なくとも１つの光ビームを反射させるように構成された反射目標をさらに備えることができる。

前記反射目標が、回帰反射部を含んでおり、該回帰反射部が、該回帰反射部への入射経路と実質的に反対の経路に光を反射させるように構成されている。本システムは、前記光源装置に対して既知の物理的関係に配置された二次光源を備えることができる。

さらなる態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいてビームの整列(alignment)を判断する方法であって、監視対象の空間を横切って光ビームを放射するステップ、前記光ビームを所定の領域を横切って走査するステップ、光センサにおいて前記光ビームの少なくとも一部を受光するステップ、および前記受光された光について測定される少なくとも１つのパラメータにもとづいて、前記光ビームの整列を判断するステップを含む方法を提供する。

前記測定されるパラメータは、以下の特徴のうちの任意の１つ以上、すなわち光の強度、スポットサイズ、総受光放射照度、および光強度パターンのうちの任意の１つ以上を含むことができる。

本方法は、好ましくは、前記光ビームの少なくとも一部分を、放射ビームまたは反射ビームのいずれかが監視対象の空間を横切るように、反射器から光センサに向かって反射させるステップをさらに含む。

前記光ビームを走査するステップが、前記ビームを所定の角度範囲にわたって走査し、あるいは目標における所定の直線範囲または領域にわたって走査するステップを、含むことができる。

本方法は、前記ビームの走査の結果として受光される光を分析し、ＡＶＳＤシステムの一部を形成する反射器からの反射の受光パターンの特徴を特定するステップを含むことができる。

前記反射器が、自身の光の反射に少なくとも１つの検出可能な特徴を与える光学的特徴を含むことができる。例えば、前記反射器の光学的特徴が、該反射器からの反射光に該反射器の少なくとも一部分の反射、屈折、および／または回折の特徴によって引き起こされる検出可能なパターンを形成するための手段を含むことができる。

好ましくは、前記検出可能なパターンが、以下のうちの任意の１つ以上、すなわち反射器における反射率の変化、バーコード、パターン、ホログラム、および既知の反射スペクトルのうちの任意の１つ以上によって引き起こされる。

次に、本方法は、前記判断された整列にもとづいて、ビームが所定の様相で整列するように前記光ビームの整列を変更するステップを含むことができる。

前記光ビームを所定の領域を横切って走査するステップが、前記ビームを所定のパターンで走査するステップを含むことができる。例えば、前記パターンは、直線パターン、ラスタパターン、らせんパターン、または他のパターンであってよい。

さらなる態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいてビームの整列を判断する方法であって、主光源または二次光源のいずれかから放射される光を光センサで検出するステップ、および前記受光された光について測定される少なくとも１つのパラメータにもとづいて、前記光ビームの整列を判断するステップ
を含む方法を提供する。

前記測定されるパラメータは、以下の特徴のうちの任意の１つ以上、すなわち光の強度、スポットサイズ、総受光放射照度、および光強度パターンのうちの任意の１つ以上を含むことができる。

前記主光源または二次光源のいずれかから放射される光を光センサで検出するステップは、前記光ビームのいずれかを所定のパターンで光センサを横切って走査するステップを含む。例えば、このパターンは、以下のパターンのうちの任意の１つ以上、すなわち直線パターン、ラスタパターン、らせんパターン、または他のパターンのうちの任意の１つ以上であってよい。

次に、本方法は、前記判断された整列にもとづいて、ビームが所定の様相で整列するようにシステムによって放射される光ビームの整列を変更するステップを含むことができる。

さらなる態様においては、主光源と、前記主光源からのビームから散乱させられる光を検出するように構成された少なくとも１つの光センサと、前記主たる光からのビームの少なくとも一部を監視対象の空間を横切って前記光センサへと反射させるように構成された反射器とを備えており、前記反射器が、該反射器から反射されるビームの方向を変更できるように構成されている粒子検出システムが提供される。好ましくは、前記反射器を、少なくとも１つの軸を中心にして操縦することができる。

好ましくは、前記反射器を、２つの軸を中心にして操縦することができる。前記主光源が、放射されるビームの整列を変更できるビーム整列機構を備えることができる。

さらに本発明は、光源から放射されるビームを、第１の所定の公差の範囲内まで、反射器に整列させるステップ、および前記ビームを第２の所定の公差の範囲内の所定の点に向かって反射させるステップを含むＡＶＳＤシステムにおける方法を提供することができる。

本方法は、前記ビームを前記反射器に整列させるべく前記光源を動かすステップ、および／または前記ビームを前記所定の点に整列させるべく前記反射器を動かすステップを含むことができる。前記第２の所定の公差は、前記第１の所定の公差よりも厳しくてよい。

別の態様において、本発明は、一定期間にわたって散乱光の存在を検出するステップ、および空間の少なくとも一部分について検出される前記光の少なくとも１つの特徴を分析し、該光が監視対象の空間内の固体物または粒子のいずれによって散乱させられたのかを判断するステップを含むＡＶＳＤシステムにおける方法を提供する。

本方法は、位置依存の散乱特性を分析して、前記光が固体物または粒子のいずれによって散乱させられたのかを判断するステップを含むことができる。

本方法は、前記受光される光の強度の時間または空間プロファイルを分析して、固体物の存在を判断するステップを含むことができる。さらに本方法は、前記検出される光を分析して、固体物のエッジの表れである検出光の特徴を特定するステップを含むことができる。さらに本方法は、主光源からのビームを前記空間の拡大部分を横切って走査し、前記掃引ビームからの散乱光を検出するステップをさらに含むことができる。

本方法は、上述のステップのうちの任意の１つ以上を繰り返し、固体物のエッジの検出を確認するステップを含むことができる。

本方法は、固体物が検出された場合に不具合を知らせるステップを含むことができる。

さらなる態様においては、光源の放射の強度を変調するステップと、対応するセンサの感度を、前記放射される光の強度のピークの時点または到着において該光センサの感度がピーク値から下げられるように変調するステップとを含むＡＶＳＤシステムにおける方法が提供される。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムの光学部品の表面の障害物を監視する方法であって、前記光学部品の表面の障害物を照明すべく前記表面に隣接する領域を照明するステップと、前記照明された障害物から反射される光を検出するステップとを含む方法を提供する。

別の態様において、本発明は、監視対象の空間へと放射のビームを放射するための主光源と、前記監視対象の空間を横切った後に受光される前記主光源からの光の強度を決定するための手段と、前記割り出される光の強度にもとづいて、前記ビームが進入物によって少なくとも部分的に遮られたか否かを判断するように構成された監視システムとを備える粒子検出システムを提供する。前記受光される前記主光源からの光の強度を決定するための手段は、光検知器であってよい。本システムは、前記ビームを前記受光される前記主光源からの光の強度を決定するための手段に向かって反射させるための反射器を備えることができる。

前記監視システムを、進入物が検出された場合に前記主光源から放射される光のレベルを下げるように構成することができる。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムのビームを監視する方法であって、主光源から受光される光の強度を監視するステップ、および受光される光の強度の低下が検出された場合に、ビームの経路への進入物が生じたと判断するステップを含む方法を提供する。

本方法は、進入物が検出された場合にビームの出力を下げるステップを含むことができる。本方法は、前記ビームを前記監視対象の空間を横切って反射させるステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいて主光源の整列を維持する方法であって、主光源から受光される光の強度を監視するステップ、および所定の光強度特性を実現すべく試みるように、前記主光源の整列を調節するステップを含む方法を提供する。

一つの実施形態においては、前記所定の光強度特性が、所定の強度レベルおよび実質的に一定の強度レベルのいずれかまたは両方にもとづく。

本方法は、前記主光源からの光を、反射ビームの強度を検出するための手段へと反射させるステップを含むことができる。

前記主光源の整列を調節するステップは、前記光源の放射の方向を変化させること、および反射器からの反射の角度を変化させることの少なくとも一方を含むことができる。

一態様において、本発明は、粒子検出システムの構成部品であって、ハウジングおよび該ハウジングへと固定の関係にて取り付けられた傾き検出素子を含む構成部品を提供する。例えば、傾き検出素子は、以下のうちの１つ以上、すなわち加速度計、容量式傾きセンサ、電解式傾きセンサ、液体内気泡式傾きセンサ、水銀式傾きセンサ、および振り子式傾きセンサのうちの１つ以上を含むことができる。

この構成部品は、１つ以上の光学部品が取り付けられたシャシーを備えることができる。前記ハウジングが、光を前記光学部品へと通すことができ、あるいは前記光学部品から通すことができる窓を備えることができる。

前記傾き検出素子を、当該構成部品の傾きを検出するために制御システムへと通信可能に接続することができる。当該構成部品は、２つ以上の方向における当該構成部品の傾きを監視するように構成された複数の傾き検出素子を備えることができる。

他の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいて光センサの視野への物体の進入を判断するための方法であって、光センサの視野の少なくとも一部を横切って光ビームを放射するステップ、および前記光センサの出力を分析して、物体が光ビームを侵していないかどうかを判断するステップを含む方法を提供する。

前記光センサの視野の少なくとも一部を横切って光ビームを放射するステップは、監視対象の空間の一部を横切って光の直線ビームを走査するステップを含む。

前記光センサの出力を分析するステップが、前記センサの出力における以下の特徴のうちの任意の１つの存在、すなわち影、反射、屈折、回折パターン、または輝きのうちの任意の１つの存在を特定するステップを含むことができる。

本方法は、主光源によって影響される画像取得装置の視野の一部分を監視するための二次光源を用意するステップを含むことができる。好ましくは、本方法は、前記光センサの視野の拡大された領域をカバーする二次光源を用意するステップ、および前記光センサの出力を分析し、前記二次光源と前記画像取得手段との間に介在する物体の存在を判断するステップを含む。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムの画像センサの視野を侵す物体をチェックする方法であって、光源を使用して監視対象の空間の領域を照明するステップ、および画像センサの出力を分析して、物体からの反射または影のいずれかにもとづいて物体を特定するステップを含む方法を提供する。

本方法は、前記空間のうちの主ビーム位置と前記画像取得手段との間の領域を少なくとも一時的に照明すべく監視対象の空間の一部分を横切って光ビームを走査して、前記画像取得手段と前記主ビーム位置にあるときの前記光ビームとの間の視線を遮る物体の特定を試みるステップを含む。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいて、該システムによる監視の対象の空間への進入物を検出するための方法であって、監視対象の空間の少なくとも一部分の複数の画像を取得するステップ、監視対象の空間の一部分に位置し、あるいは監視対象の空間の一部分の背後に位置する前記画像または前記画像内の実質的に時間変化しない少なくとも１つの特徴を決定するステップ、前記特徴を含む後続の画像を分析し、前記特徴の外観が変化した場合に、少なくとも前記空間への進入物の可能性を知らせるステップを含む方法を提供する。

前記特徴は、前記画像センサの視野内の主ビームの背後に位置するバックグラウンド特徴であってよい。

本方法は、前記バックグラウンドを照明するステップを含むことができる。前記照明は、好ましくは不可視である。

前記バックグラウンドを照明するステップは、前記バックグラウンドを照明するための複数の二次光源を用意するステップを含むことができる。好ましくは、前記二次光源は、ＬＥＤである。

前記バックグラウンドを照明するステップは、バックグラウンド表面へと光のパターンを投影するステップを含むことができる。

パターンがバックグラウンド表面へと投影される実施形態において、本方法は、少なくとも１つの画像において前記パターンの認識を試み、予想される部分パターンが視認できない場合に、対象の領域への進入物が生じたと判断するステップを含むことができる。

さらなる態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムによる監視の対象の空間内の物体を特定する方法であって、（ａ）少なくとも２つの空間的に離れた位置から前記空間の画像を取得するステップ、（ｂ）前記位置のうちの１つからの画像において、進入が疑われる物体を特定するステップ、および（ｃ）前記第１の画像とほぼ同じ時刻に取得された別の位置からの画像において同じ物体を特定し、前記進入が疑われる物体の位置を計算するステップを含む方法を提供する。

本方法は、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、前記進入が疑われる物体を追跡するステップを含むことができる。

本方法は、進入物が特定される場合に不具合状態を知らせるステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段と、視野の重なり合いを有する画像を取得するように構成された複数の画像センサであって、そのうちの１つ以上が前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置されている画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段と、前記カメラの出力を分析し、前記カメラのうちの１つからの画像において進入が疑われる物体を特定し、前記第１の画像とほぼ同じ時刻に取得された別のカメラからの画像において同じ物体を特定し、前記進入が疑われる物体の位置を計算する進入物検出手段とを備えるシステムを提供する。

前記カメラのうちの少なくとも１つが、システムの主画像取得センサでもあってよい。

他の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、第１の主光源および該第１の光源のビームから散乱される光を検出するように配置された第１の光センサ、第２の主光源および該第２の光源のビームから散乱される光を検出するように配置された第２の光センサ、および前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段を備えており、前記第１の光センサが、前記第１の光源と前記第２の光センサとの間の領域を監視するように構成され、前記第２の光センサが、前記第２の光源と前記第１の光センサとの間の領域を監視するように構成されるような幾何学であるシステムを提供する。

本システムは、前記第１の主光源および第２の画像取得デバイスの間を延びる１つ以上の二次光源と、前記第２の主光源および第１の画像取得デバイスの間を延びる１つ以上の二次光源と、をさらに備えることができる。

さらに、本発明の一態様は、本発明の先の実施形態の粒子検出システムの構成部品であって、主光源、画像取得手段、および両者の間の１つ以上の二次光源が取り付けられた共通ハウジングを備える構成部品を提供する。好ましくは、前記画像取得デバイスおよび光源が、直線配置にて配置される。前記二次光源は、ＬＥＤのアレイ、蛍光管、または他の長い光源であってよい。前記二次光源は、実質的に一様な線照明パターンまたは間欠的な照明パターンを形成することができる。

この構成部品を、前記主光源が前記第１の主光源として機能するように構成され、画像取得手段が前記第２の画像取得手段として機能するように構成されるように、構成することが可能である。

他の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成され、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための主照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段と、少なくとも部分的に電磁スペクトルの可視部分にある光を放射する少なくとも１つの二次照明手段と、を備える粒子検出システムにおける方法であって、環境光のレベルを検出するステップ、および前記環境光のレベルにもとづき、前記二次光源の光の強度を、該二次光源からの光の視認性のレベルが最小限になるが、前記システムの光センサによる該二次光源からの光の検出可能性は維持されるように設定するステップを含む方法を提供する。

前記二次光源の光の強度を設定するステップは、複数のあらかじめ定められた強度レベルのうちの１つを選択するステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備えており、当該システムの少なくとも１つの構成部品が偏光選択的であるシステムを提供する。

好ましくは、電磁放射のあらかじめ定められた偏光を使用して粒子を検出するように構成される。好ましくは、本システムを、粒子を２つの偏光状態にて検出するように構成することができる。本システムの光源または光センサの一方または両方が、偏光選択的な様相で動作する。前記少なくとも１つの照明手段が、随意により偏光させた光ビームを放射するように構成される。

照明手段を、（１つ以上の）所定の偏光を有する光を受光するように構成することができる。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成され、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムにおける方法であって、少なくとも１つの特徴的な偏光特性を有する少なくとも１つの散乱光成分を測定するステップ、および前記測定結果を処理し、監視対象の空間内の１つ以上の空気中の粒子または物体の少なくとも１つの特徴を明らかにするステップを含む方法を提供する。

本方法は、複数の偏光状態において光を検出するステップを含むことができ、そこから監視対象の空間内の空気中の粒子または物体の特徴を明らかにするステップができる。本方法は、２つの偏光状態の相対の信号強度を測定するステップを含むことができる。前記偏光状態の一方が、非偏光または円偏光状態であってよい。

本方法は、既知の偏光にて光を放射すべく主光源を使用するステップ、および
既知の偏光選択性を有する散乱光を測定するステップを含むことができる。

前記測定される空気中の粒子の特徴は、以下のうちの１つ以上、すなわち所定のサイズを上回る粒子の濃度、所定のサイズを下回る粒子の濃度、および或るサイズ範囲に入る粒子の濃度のうちの１つ以上を含むことができる。好都合には、本方法を、前記光ビームの経路内の大きな粒子または物体の存在を検出するために使用することができる。

別の態様において、本発明は、所定のサイズプロファイルを有する粒子を検出する方法であって、前記粒子を検出すべき空間を横切って、既知の偏光状態を有する光ビームを放射するステップ、および所定の偏光状態を有している前記ビームからの散乱光を測定するステップを含んでおり、前記放射される光および測定される光の相対の偏光が、所定のサイズプロファイルを有する粒子の選択的検出を可能にするように選択される方法を提供する。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムの光源からのビームへと進入する物体を検出する方法であって、既知の偏光状態を有する光のビームを空間を横切って放射するステップ、および所定の偏光状態を有する前記ビームからの散乱光を測定するステップを含んでおり、前記放射される光および測定される光の相対の偏光が、所定のサイズを超える物体の選択的検出を可能にするように選択される方法を提供する。

上記の態様において、前記放射される光および測定される光の相対の偏光は、好ましくは、平行または直角であってよい。前記放射される光および測定される光の相対の偏光は、何らかの中間的な角度であってもよいが、これは選択性を低下させる可能性がある。

前記放射される光および測定される光の相対の偏光が平行である場合には、本方法を、所定のレベルよりも小さいサイズを有する粒子を測定するように構成することができる。前記放射される光および測定される光の相対の偏光が直角である場合には（すなわち、交差偏光）、本方法を、所定のレベルよりも大きいサイズを有する粒子または物体を測定するように構成することができる。

本方法は、複数の所定の偏光状態において前記ビームからの光を測定するステップを含む。各々の偏光状態は、好ましくは別個独立に測定される。

本方法は、前記偏光状態の各々における測定を使用して、前記空間の空気中の粒子の特徴または後の処理において使用されるべき補正係数を決定するステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムにおいて塵埃を除外する方法であって、本発明の先の態様の方法を使用して、塵埃を実質的に除外する所定のサイズプロファイルを有する粒子を検出するステップを含む方法を提供する。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムのための光センサであって、偏光感受要素を有する光検出素子を備えており、前記光検出素子が、所定の偏光の光のみが前記光検出素子へと到達できるように構成されている光センサを提供する。好ましくは、前記偏光感受要素の偏光角を変化させることが可能である。好ましくは、前記偏光感受要素が、偏光フィルタである。

別の態様において、本発明は、上述のような光センサを備える粒子検出システムを提供する。

このシステムは、既知の偏光の光を放射するための偏光光源を備えることができる。

このシステムは、光の複数の偏光を測定することができる光センサを備えることができる。この光センサを、光の複数の偏光を選択的に測定するように構成することができ、あるいはこのセンサを、複数の偏光を同時に測定するように構成することができる。この光センサが、光のそれぞれの偏光を受光することができる複数の受光サブシステムを含むことができる。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、
監視対象の第１の空気の空間を横切って放射のビームを導くための主照明手段、
前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサ、
前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段、および
第２の空間内の粒子を検出できるよう、該第２の空間から前記第１の空間へと空気を移動させるように構成された空気循環手段
を備える粒子検出システムを提供する。

好ましい形態においては、前記第１の空間および第２の空間が、実質的に分かれた空気の空間である。

前記第１および第２の空気の空間は、以下のうちの１つ以上、すなわち隣接した空間ならびに空間および設備キャビネットのうちの１つ以上であってよい。

前記循環手段は、前記第１および第２の空気の空間の間の壁の開口を通って空気を引き込むように構成されたファンを備えることができる。前記循環手段は、好ましくは、前記第２の空間から前記第１の空間への空気を、当該粒子検出システムの主光源から放射されるビームへと導入し、あるいは該ビームの付近に導入するように構成される。

さらなる態様において、本発明は、複数の空気の空間を、該空間のうちの１つを監視するように構成された粒子検出システムで監視する方法であって、第２の空間内の粒子が前記粒子検出システムによって検出されるよう、前記第２の空気の空間から前記第１の空気の空間へと空気を引き込むことを含む方法を提供する。

前記粒子検出システムを、空気の空間内の粒子を検出するように構成することができ、このシステムが、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサ、および前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段を備える。

別の態様において、本発明は、第１の煙検出サブシステムと、空気の空間内の粒子を検出するように構成された第２の粒子検出サブシステムと、を備える煙検出システムであって、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサ、および前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段を備えるシステムを提供する。

このシステムは、煙が検出された場合に警報を生じさせるように構成された警報サブシステムをさらに備えることができ、前記警報サブシステムが、前記第２の粒子検出サブシステムによって煙が検出されたときに第１の低レベルの警報を生じさせ、前記第１の煙検出システムによって煙が検出されたときに第２の高レベルの警報を生じさせるように構成される。好ましくは、前記第１の煙検出サブシステムが、規格で認可された煙検出システムである。最も好ましくは、前記第１の煙検出サブシステムが、吸気式煙検出システムである。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成され、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムにおける方法であって、システムの光ビームを監視して、該ビームの経路の一部分の屈折率の変化によって引き起こされる受光信号の変化を検出することで、前記空間内の熱源を特定するステップを含む方法を提供する。

別の態様において、本発明は、火災を検出する方法であって、監視対象の空間を横切ってレーザビームを光らせるステップ、および前記光ビームを監視して、該ビームの経路の一部分の屈折率の変化によって引き起こされる受光信号の変化を検出することで、前記空間内の火災を特定するステップを含む方法を提供する。

好ましくは、本方法が、目標への前記ビームの整列の急激な変化および目標において受光される強度の変化のうちの少なくとも１つを検出するステップを含む。

別の態様において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成され、監視対象の空気の空間を横切って放射のビームを導くための照明手段と、前記ビームの少なくとも一部の画像を取得するように配置された画像センサと、前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出するための手段とを備える粒子検出システムにおける方法であって、第１の画像センサによって、前記空間内の粒子によって前記ビームから散乱させられた光を集めるために、前記ビームの少なくとも一部を含む視野から光を集めるステップ、および第２の光センサによって、前記空間内の粒子によって前記ビームから散乱させられた光を実質的に除外する方法で、実質的に同じ視野から光を集めるステップを含む方法を提供する。

好ましくは、前記システムの前記第１および第２の受光部によって光を集めるステップが、同時に実行される。

好ましくは、前記システムの前記第１および第２の受光部が、粒子検出システムの同じ光センサの一部を形成している。とくに好ましい形態においては、前記粒子検出システムの前記第１および第２の受光部が、共通の撮像チップの一部分である。

本方法は、前記第２の受光部に到着する光をフィルタ処理するステップを含むことができる。フィルタは、好ましくは狭帯域の波長フィルタまたは偏光フィルタである。

本方法は、前記システムの光学系において光を受けて、受けた光を前記第１および第２の受光部において別々に受光するために分割するステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムのための光センサであって、画像を２つの経路へと分割するように構成された受光光学系を備えており、前記経路の一方が、他方の経路を伝送される特定の特徴を有する光の伝送を防止するフィルタを含む光センサを提供する。この光センサは、自身の異なる部位にて各々の経路からの光を同時に受光するように構成された共通の光検出素子を備えることができる。

前記フィルタは、好ましくは波長フィルタまたは偏光フィルタである。前記他方の経路が、異なるフィルタ処理特性を有するフィルタをさらに備えることができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムにおける方法であって、光センサで、該光センサに組み合わせられた主光源がオンである複数の「オンフレーム」と、該光センサに組み合わせられた主光源がオフである複数の「オフフレーム」とを含んでおり、前記オフフレームを前記オンフレームの間に介在させることができる一連の画像フレームを取得するステップ、および前記オンフレームおよびオフフレームの間の平均照明レベルの相違を補正するための係数ｆを使用して前記オンフレームおよび／またはオフフレームを処理するステップを含む方法を提供する。

好ましい形態においては、ｆが、下記方法のうちの少なくとも１つで計算される。

ここで、μは、対象の領域の両側に位置し、下付き文字によって指し示される２つのバックグラウンド領域１および２のピクセル強度の平均値であり、下付き文字「ｏｎ」および「ｏｆｆ」は、当該画像が発光体オンのフレームまたは発光体オフのフレームのどちらであるかを示している。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムからの光散乱信号を処理する方法であって、光散乱信号を受光するステップ、受光された信号内の散乱光強度の一時的ピークを特定するステップ、および受光された信号内の散乱光強度の一時的増加を平滑化するステップを含む方法を提供する。

本方法において、前記受光された散乱光強度の一時的ピークが、空間ベースの平均強度と比べたときに、所定の数のピクセルのサイズであってよい。

好ましくは、前記ピークが、１ピクセルの継続時間を有している。前記受光される散乱光強度の一時的ピークが、時間ベースの平均強度と比べたときに、所定の数のフレームのサイズを有している。例えば、前記ピークが、１フレームの継続時間を有することができる。

前記ピークを平滑化するステップは、以下のうちの１つ以上、すなわちピークをクリップするステップ、ピークを無視するステップ、またはピークを所定の値で置き換えることのうちの１つ以上を含むことができる。

好ましくは、前記ピークが、以下の値のうちの１つ、すなわち局所平均、時間平均、隣接する値、先行の値、後続の値、などのうちの１つによって置き換えられる。

前記一時的ピークを、所定のしきい信号レベルを参照して判断することができる。このしきい値信号レベルは、例えば局所または時間平均の信号値を上回る１つ以上の標準偏差など、前記受光信号の統計的指標にもとづいて決定することができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムにおける方法であって、散乱の読み取りへの塵埃の影響を少なくとも部分的に補正するための統計的に導出される補正値を決定するステップ、および前記補正値を使用して散乱の読み取りを補正するステップを含む方法を提供する。

好ましい形態において、本方法は、画像取得装置の１つ以上のピクセルについて、受光された散乱値のバックグラウンド雑音レベルを決定するステップ、塵埃および煙についての既知の代表的な統計値に関して、標準偏差および平均散乱レベルを決定するステップ、散乱の標準偏差を計算するステップ、および煙および／または塵埃の散乱の寄与を決定するステップを含む。

別の実施形態においては、本方法が、受光された散乱値のバックグラウンド雑音レベルを決定するステップ、塵埃および煙についての既知の代表的な統計値に関して、散乱の読み取りの分布の高次の統計学的モーメントを決定するステップ、散乱の標準偏差を計算するステップ、および煙および／または塵埃の散乱の寄与を決定するステップを含む。

本方法は、測定された散乱の読み取りを、煙粒子のみを代表する値へと補正することを含むことができる。

別の態様において、本発明は、粒子検出器における警報状態を判断する方法であって、主光源のビームに沿って複数のセグメントを定めるステップ、前記ビームに沿った位置に複数の仮想粒子検出器を定めるステップ、各々の仮想粒子検出器に少なくとも１つのセグメントを関連付けるステップ、および仮想粒子検出器の警報レベルを、該仮想粒子検出器に関連付けられた前記セグメントのうちの１つ以上にもとづいて判断するステップを含む方法を提供する。

好ましくは、前記仮想粒子検出器の警報レベルが、該仮想粒子検出器に関連付けられた前記セグメントのうちの前記１つ以上のうちの最高の警報レベルである。あるいは、前記仮想粒子検出器の警報レベルが、関連付けられたセグメントのうちの最高の煙の読み取りにもとづいて決定される。

セグメントは、重なり合ってよい。さらに、セグメントは、該当の仮想検出器の警報レベルの計算に使用されるときに、重み付けされた寄与を有することができる。

一態様においては、主光源を有している粒子検出システムであって、前記主光源が、当該システムが遭遇する環境光がほとんどまたはまったくない波長において動作する粒子検出システムが提供される。例えば、前記主光源が、太陽吸収線または大気吸収線のいずれかに相当する波長（例えば、大気が受ける太陽光の大部分を吸収してしまう３００ｎｍ未満の波長、または吸収線に対応する６５６ｎｍ）において動作することができる。

一形態においては、前記光源が、監視対象の空間または隣接する空間において照明に使用される光のスペクトルの外側の波長において動作する。

前記光センサが、前記選択された波長を含む通過帯を有するフィルタを備えることができる。好ましくは、前記フィルタの通過帯が、当該システムが動作する吸収線よりも狭い。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムにおいて大きな粒子の存在について散乱の読み取りを補正する方法であって、主光源からのビームの少なくとも一部について総散乱を決定するステップ、前記ビームの前記一部における総損失を決定するステップ、および前記ビームの前記一部における総散乱の総損失に対する比にもとづいて、前記ビームの前記一部についての散乱の読み取りの補正係数を計算するステップを含む方法を提供する。

前記補正係数を、（部分光損失：散乱）^ｋとして計算することができ、ｋは、０〜１の間の値をとる。

前記部分光損失を決定するステップが、ビームの全断面にわたって受光される光強度を測定するステップを含むことができる。

本方法は、後の透過レベルの計算のもととなる１００％の透過レベルを設定するステップを含むことができる。前記１００％の透過レベルを、定期的に設定することができる。

本方法は、該方法を複数の波長において実行するステップを含むことができる。

別の態様において、本発明は、光のビームの部分光損失を測定するように構成された部分光損失測定装置であって、前記ビームが当該測定装置において定める断面よりも大きい領域からの光を測定するように構成された光検出素子を備える部分光損失測定装置を提供する。前記光検出素子が、前記ビームの前記断面よりも大きい受光面を有することができる。本装置は、前記ビームの前記断面よりも大きい領域から光を受光して前記光検出素子へと案内できる光学的構成を備えることができる。この部分光損失測定装置は、例えばデフォーカスレンズなど、レーザスペックルを防止するための手段を備えることができる。

さらなる態様においては、主光源と、空間において前記主光源のビームから散乱させられた光を受光するように構成された光センサと、本発明の先の態様による部分光損失測定装置とを備えるＡＶＳＤシステムが提供される。

このシステムは、前記空間を横切ってビームを反射させるための反射器を備えることができ、その場合には、前記部分光損失測定装置および前記ＡＶＳＤセンサの光センサが、実質的に同じ位置に位置する。

このシステムは、前記ビームの前記部分光損失測定装置への投影におけるマルチパスの影響を少なくするために、ビーム位置のジッタリング、ビームのデコヒアリング、および非コヒーレントな主光源の使用のうちの１つ以上を含むことができる。

別の態様において、本発明は、ＡＶＳＤシステムにおいて光センサの出力を処理する方法であって、光センサから複数の画像フレームを取得するステップを含んでおり、フレームの第１の組が、主光源が照明されているときに取得され（オンフレーム）、フレームの第２の組が、主光源がオフであるときに取得され（オフフレーム）、前記オンフレームおよびオフフレームが、同じ時間中心を有している方法を提供する。前記時間中心を、以下のように計算でき、すなわち（時間×露光長さ）フレーム数として計算できる。

好ましくは、オンフレームおよびオフフレームの総露光時間が同じである。

好ましい形態においては、本方法が、フレームのうちのいくつかにスケーリングを加えるステップを含む。一形態においては、前記オンフレームおよびオフフレームが、異なる数のフレームを含む。好ましくは、オンフレームおよびオフフレームが同じ総露光を有することを保証するために、スケーリング関数がフレームの一部またはすべてに適用される。

別の態様において、本発明は、粒子検出システムにおいて光学部品を操縦するための装置であって、粗調操縦ステージと、前記粗調操縦ステージに取り付けられた微調操縦ステージとを備えており、前記微調操縦ステージに前記光学部品を取り付けることができる装置を提供する。

好ましくは、前記粗調操縦ステージが、機械式の操縦ステージである。前記微調操縦ステージは、好ましくは非機械式の操縦ステージである。前記非機械式の操縦ステージは、以下のアクチュエータ、すなわち電気機械アクチュエータ、圧電アクチュエータ、および他の高速な非機械式アクチュエータのうちの１つ以上を含むことができる。

さらなる態様においては、粒子検出システムの光学部品を操縦する方法であって、前記光学部品を、初期位置から、所望の位置の第１の所定の公差の範囲内の粗調整列位置へと、機械的に駆動される粗調操縦ステージを使用して操縦するステップ、および前記光学部品を、前記粗調整列位置から、前記所望の位置の第２の所定の公差の範囲内の最終位置へと、非機械的に駆動される微調操縦ステージを使用して操縦するステップを含む方法が提供される。

本方法は、前記光学部品を、非機械的に駆動される微調操縦ステージを使用して、前記所望の位置に少なくとも定期的に再整列させるステップを含むことができる。

他の態様において、本発明は、粒子検出システムのための光学部品であって、光が通過する露出された光学面を備える光学アセンブリ、および内部に空間を定める少なくとも１つの壁と、光を通過させて出し入れすることができる開口とを有しているハウジングを備えており、前記ハウジングが、前記開口を通して光を受光できるように前記光学アセンブリを収容するように構成されており、前記光学アセンブリが、空気中に含まれる粒子のための沈降ゾーンをもたらすために、該光学アセンブリの前記光学面と前記開口との間にすき間がもたらされるように前記ハウジングの内部に取り付けられている光学部品を提供する。

前記沈降ゾーンに、該沈降ゾーンの空気から粒子を除去するための粒子除去手段を備えることができる。前記粒子除去手段は、受動静電気材料および粒子を除去するための能動静電気フィルタから選択される要素を含むことができる。

別の実施形態においては、粒子検出システムのための光学部品が、光が通過する露出された光学面を備える光学アセンブリ、および内部に空間を定める少なくとも１つの壁と、光を通過させて出し入れすることができる視認開口と、前記空間への空気の進入を可能にするように構成された空気導入部とを有しているハウジングを備えており、前記ハウジングが、前記視認開口を通して光を受光できるように前記光学アセンブリを収容するように構成されており、空気が前記空気導入部から流れて前記視認開口から出ることができる。

この光学部品が、空気を前記空気導入部へと引き込み、あるいは前記視認開口から吸い出す吸引装置を備えることができる。前記空気導入部に、前記ハウジングに進入する空気を清浄化するためのフィルタを備えることができる。

前記吸引装置が、複数の羽根を有する軸流ファンを備える場合、このファンを、ファンの羽根の間の開口を通って光の入出が可能であるように配置することができる。光学部品の動作を、ファンの回転に同期させることができる。

別の態様においては、粒子検出システムのための光学部品であって、光が通過する露出された光学面を備える光学アセンブリ、および少なくとも定期的に前記光学面を横切って移動するように構成された可動部材を備える光学部品が提供される。

好ましくは、ファンの羽根の間の開口を通って光の入出が可能であるように配置される。光学部品の動作を、ファンの回転に同期させることができる。ファンは、ブラシレスＤＣモータを備えることができる。

好ましくは、前記可動部材が、前記光学面を横切って循環または往復運動を実行する。前記可動部材は、ワイパー、ブラシ、または棒のうちの１つであってよい。好ましくは、前記可動部材を前記光学面から離すことができる。前記可動部材を、耐スクラッチ窓の上方を通過するように構成することができる。

別の実施形態において、本発明は、ＡＶＳＤシステムの光学部品であって、機能素子と冷却装置とを備える光学部品を提供する。好ましい実施形態においては、当該光学部品が光センサであり、前記機能素子が光検出素子（例えば、ＣＭＯＳ撮像チップまたはＣＣＤ）である。好ましくは、前記冷却装置がペルチェクーラーである。前記冷却装置を、熱を大気へと伝えるべく該冷却装置へと熱的に接続されるヒートシンクに熱的に連絡させることができる。

一つの実施形態において、本発明は、空気の空間内の粒子を検出するように構成された粒子検出システムであって、監視対象の空間の少なくとも一部分を横切って光のカーテンを生成するように構成された主光源を備える粒子検出システムを提供する。

本システムは、前記光のカーテンの少なくとも一部分の画像を取得するように配置された画像センサ、および前記取得された画像を分析し、該画像に捕らえられた散乱放射にもとづいて前記空間内の粒子の存在を検出する手段をさらに備えることができる。

好ましくは、前記光のカーテンが、発散ビームを生成するための光学手段を使用して生成される。あるいは、光のカーテンを、監視対象の空間を横切って直線ビームを走査することによって生成することができる。

好ましくは、前記光のカーテンが平面状である。その場合、前記画像取得手段を、前記平面に配置することができる。

さらなる態様において、本発明は、粒子検出システムにおいて走査ビームを生成するための機構であって、光の直線ビームを生成するように構成された光源、および平坦な反射面を有しており、該反射面に平行な軸を中心にして回転するミラーを備えており、前記ミラーおよび光源が、前記ミラーの回転につれて変化する入射角度で前記光源からの光が前記ミラーの表面から反射させられるように整列させられている機構を提供する。

さらなる態様において、本発明は、粒子検出システムを、所定の開口サイズおよび第１の暴露時間で該システムの画像センサの飽和を生じさせ得る環境光レベルにおいて動作させる方法であって、前記画像センサの飽和を生じさせない低減暴露時間を決定するステップ、および前記低減暴露時間にもとづいて高められた画像取得の周波数を決定するステップを含む方法を提供する。

好ましくは、前記暴露時間が、飽和を避けるためにＮ倍減少し、前記画像取得周波数が、実質的に同じＮ倍増加する。

好ましい実施形態においては、前記高められた画像取得の周波数が、毎秒５００画像を上回る。最も好ましくは、毎秒６００〜２０００画像の間である。

さらなる態様において、本発明は、粒子検出システムによって行われる光の散乱の測定を補正する方法であって、粒子検出システムのビームに沿った部分光損失を明らかにするステップ、および前記明らかにされた部分光損失にもとづいて、前記粒子検出システムの主光源に関して行われた散乱の測定を補正するステップを含む方法を提供する。

前記部分光損失を明らかにするステップは、ビームに沿った部分光損失を推定するステップを含むことができる。この推定を、前記ビームからの散乱の測定にもとづいて行うことができる。部分光損失の推定を、前記ビームの長さに沿って部分ごとの方法で行うことができる。

前記部分光損失を明らかにするステップは、ビームに沿った部分光損失を測定するステップを含むことができる。これは、光のビームを光のビームの終端において受光するように構成された受光手段を設けることを含むことができる。本方法を反復的に繰り返すことができる。前記散乱の測定を補正するステップは、散乱の測定を（１−部分光損失）で除算するステップを含むことができる。

次に、本発明の種々の態様の例示の実施形態を、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例として説明する。

本発明の実施形態による典型的なＡＶＳＤ粒子検出システムを示している。 ＡＶＳＤシステムの第２の実施形態を示しており、システムの対象の領域の障害物を検出するために使用することができる複数の画像取得手段が取り入れられている。 遠方端に反射器を取り入れてなるＡＶＳＤシステムの例を示しており、本発明の実施形態において使用することが可能である。 本発明のさらなる実施形態によるＡＶＳＤシステムを示しており、送信されたビームを光源または光源付近に位置する光検出器へと返すための１８０度の回帰反射器を備えている。 ２つの同軸な光ビームを使用する本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムを示している。 本発明の特定の実施形態において使用することができる光源の取り付けの構成の典型的な実施形態を示している。 本発明の実施形態において使用することができる光源の取り付けの構成の第２の実施形態を示している。 ＡＶＳＤシステムにおいて光ビームへと進入する物体の特徴を明らかにするために位置依存の散乱を使用するための典型的な方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態による粒子検出システムを示しており、システムによって放射された光ビームが監視対象の光ビームの反対側の端部の表面に衝突している。 光源の強度および受光器の感度を変調するためのシステムを示しており、図８に開示したシステムなどで使用することが可能である。 図９の変調システムによって使用することができる一連の駆動波形を示している。 本発明の実施形態において使用される撮像装置の一部分を示しており、撮像光学系上の物体によって引き起こされる障害を検出するように構成されている。 本発明のさらなる実施形態によるＡＶＳＤシステムの光源を示している。 光源が反射目標に向かってビームを放射し、光源がビームの操縦を可能にするためのパン−チルト機構に搭載されている本発明の実施形態を示している。 本発明の実施形態において光源または受光器を保持することができるハウジング装置を示している。 本発明のさらなる実施形態によるＡＶＳＤシステムを示している。 不具合の監視のために影の検出を使用する本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムを示している。 本発明の実施形態によるシステムにおいて、対象の領域を侵す物体を検出するために物体のエッジから反射される光のきらめきを使用する原理を説明している。 図１７に示した向きとは異なる向きにある物体を検出すべく使用されるときの図１７のシステムを示している。 監視対象領域の異物の検出を助けるために光バーを使用する本発明の実施形態を示している。 対象の領域を監視するために飛行時間の測定を使用する本発明の実施形態を示している。 光バーによる監視を使用する本発明の別の実施形態を示している。 図２１に示した形式のシステムにおいて使用することができる装置の典型的な実施例を示している。 対象の領域を監視するために垂直走査のビームを使用する本発明の実施形態を示している。 本発明の実施形態において大きな粒子と小さな粒子との間の区別を可能にするために偏光にもとづく技法を使用するＡＶＳＤシステムの実施形態を示している。 粒子サイズの弁別を行うために偏光にもとづく技法を使用する本発明の第２の実施形態を示している。 主空間と別に囲まれた複数の二次領域とを監視するように構成された典型的なＡＶＳＤシステムを示している。 本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムにおいて使用するためのセンサシステムを示している。 本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムにおいて使用するための第２のセンサシステムの概要を示している。 図２６Ｂの実施形態において使用されるセンサ機構のさらなる詳細を示している。 本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムにおいて塵埃を補正するための方法の各段階を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムにおいて位置特定可能性を実現する方法の各ステップを示すフローチャートである。 本発明の実施形態において測定された経路−損失データにもとづいて煙の読み取りを補正する方法の各ステップを示すフローチャートである。 部分光損失を測定することができる本発明の実施形態のＡＶＳＤシステムを示している。 部分光損失を測定することができる本発明の第２の実施形態のＡＶＳＤシステムを示している。 部分光損失を測定することができる本発明のさらなる実施形態のＡＶＳＤシステムを示している。 本発明の実施形態によるバックグラウンドキャンセル法において使用することができる画像シーケンスの一連のフレームを示している。 本発明の実施形態によるバックグラウンドキャンセル法において使用することができる３つの順に取得された画像シーケンスのフレームを示している。 本発明の実施形態に従って製作されたビーム操縦機構を示している。 図３３に示した形式のビーム操縦機構によって実行される目標取得プロセスの各段階を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従って製作されたＡＶＳＤシステムの光学部品のハウジングの構成を示している。 本発明のさらなる実施形態に従って製作されたＡＶＳＤシステムの光学部品のハウジングの構成を示しており、受動電気式汚染物質捕捉手段を備えている。 本発明の別の実施形態に従って製作されたＡＶＳＤシステムの光学部品のハウジングの構成を示しており、能動電気式汚染物質捕捉手段を備えている。 本発明の実施形態に従って製作されたＡＶＳＤシステムの光学部品のハウジングの構成を示しており、清浄空気式光学系清掃システムを備えている。 本発明の実施形態のＡＶＳＤシステムの光学部品のハウジングの構成を示しており、光学部品の視野について障害物の防止または清掃を果たすための機械式の要素を備えている。 図３９のハウジングの構成の正面図を示している。 本発明の実施形態のＡＶＳＤシステムの光学部品の冷却の構成を示している。 本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムによって監視される空間を示しており、光の平面が空間を横切って放射されている。 空間を横切って光ビームを走査するための機構を示しており、図４２の実施形態において使用するために適している。 異なる経路長について、種々の煙レベル（障害物）と前方散乱のレベルとの間の関係を示すグラフである。

本発明の実施形態によるＡＶＳＤシステムの動作の一部として、期待される動作領域におけるセンサの煙検出能力を低下させる可能性がある障害物が光受光器の視野内に存在するか否かを判断することが、必要であり得る。具体的には、図１に示されるとおり、受光器を光源へと接続する仮想の線と平行光ビームの投射によって形成される線とによって定められるセクターを監視することが必要である。

図１は、光源１０２とカメラの形態の受光器１０４とを含む典型的なＡＶＳＤ粒子検出システム１００を示している。光源が、監視対象の空間を横切る光のビーム１０６を発するように構成されている。カメラ１０４が、光源１０２および光源１０２のビーム１０６を視認し、監視対象の空間に存在する粒子によってビーム１０６から散乱させられた光のレベルを検出するように整列(align)させられている。障害物の監視を行わなければならない臨界空間１１０は、ビーム１０６とカメラを光源１０２に接続する仮想の線１０８との間である。この領域に障害物が生じると、ビーム１０６がカメラ１０４の視野から隠され、結果としてカメラがビーム全体からの散乱光を検出できず、システムの検出感度が損なわれる。画像センサ１０４（および、場合によっては放射源１０２）は、取得された画像を（必ずしもではないが、光源の照明データと一緒に）分析し、画像に取得された放射にもとづいて空間内の粒子の存在を検出するように構成されたプロセッサ１０７へと接続される。

空間１１０内の障害物を検出するための１つの方法は、非平行または拡散ビームを監視対象のセクター１１０へと投射することである。あるいは、平行ビームを区域１１０を横切って素早く走査することで、同様の結果を達成することができる。空間１１０に障害物が存在する場合、非平行のビームによって影が投影される。図２は、図１のＡＶＳＤシステムが第２の後ろ向きのカメラ１１２と領域１１０へと光を投射する非平行の光源１０３とで補われている典型的な構成を示している。後ろ向きのカメラ１１２は、非平行の光源１０３によって照明される領域１１０の背後の表面を視認するように配置されている。このような構成を使用すると、空間１１０へと進入する物体１１４が、後ろ向きのカメラ１１２によって観測することができる影１１６が投影される。カメラ１１２によって取得される画像を、障害物がないことが既知であるあらかじめ記録済みの「基準」画像からの変化を見分けるために、処理することができる。処理によって、第２のカメラ１１２からの画像フレームと基準画像との間の変化が大きいと判断される場合に、不具合アラームを発することができる。あるいは、画像処理が、隣接する画像領域の強度を比較し、影を検出するための充分な変化が隣り合う領域間に存在すると判断し、障害物によって引き起こされる影の存在を判断することができる。

光源１０３が、不可視であることが望ましい。なぜならば、この領域で働く者にとって目障りにならず、したがって妨害を引き起こさないという利点がもたらされるからである。一つの実施形態においては、光源１０３が、キセノン・フラッシュ・ランプであってよい。

システムを、所定のサイズの影が所定の時間よりも長く続く場合に、不具合状態をトリガするように構成することができる。所定の時間の長さは、領域１１０を通って素早く飛行する鳥など、一時的な障害物で不具合状態となることがないように、充分に長くなければならない。

本発明によるＡＶＳＤシステムのいくつかの実施形態においては、その主たる構成部品を互いに近接させて（図１および２のシステムなどの空間の両側とは対照的に、例えば保護対象の空間の同じ端部などに）配置することが好都合であると考えられる。そのような配置は、保護対象の空間の両側へと電力および信号をもたらす必要をなくし、結果としてシステムの設置のコストを下げることができる。

一形態においては、この目的を、保護対象の空間の光源から遠い遠位端に配置される専用の反射器を使用することによって達成できる。光ビームが反射器へと向けられ、反射器が、受光器に隣接していてよい必要とされるターゲット位置へと、反射ビームを返すように設計される。

反射器は、ビームを入射ビームに対して固定の角度で反射させるために、９０度よりも大きい「角」を有することができる。あるいは、反射器が凸面鏡であって、ビームが既知のターゲット位置へと反射されるように操縦されてもよい。鏡は、実際には、一式の平面鏡として実現でき、あるいは収束する反射ビームを可能にする凹面であってもよい。

図３は、受光器１０４および光源１０２が互いに比較的近くに取り付けられている本発明のこの態様の実施形態３００を示している。とくに好ましい形態においては、受光器１０４および光源１０２が、実質的に同じ位置にあってよく、例えば同じハウジングの中にあってよい。この実施形態においては、光ビーム３０６が、平坦な反射面３０２へと向けられ、カメラ１０４が、反射器３０２、入射ビーム３０６の一部、反射ビーム３０８の全体、およびターゲット３１０を含む視野（線３０４によって示されている）をもたらすように整列させられている。上述した我々の先行の特許出願に記載されているとおり、ターゲット点３１０は、他の監視方法が用意される場合には、カメラ１０４の直接の視野から外れてもよい。

反射器３０２を、例えば調節ねじなどを使用することによって設置時に手動での角度の調節を可能にする調節式のマウントに取り付けることができる。あるいは、図３３に示されるような電気機械的に駆動されるチルト機構などを使用することによって、反射ビームについて長期にわたる位置の安定を維持するために、さらなる改善を得ることができる。これは、システムの遠方単に電力を供給することを必要とするが、そのようなシステムの平均の電力消費をきわめて小さくすることができ、電池を使用して長寿命が可能である。ギア付き電気モータ、ステッピングモータ、ガルバノミラー、ソレノイド、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータ、など、この機能を実行することができる多数の他の種類のアクチュエータが、当業者にとって公知である。

ミラー３０２の角度位置を、最初に好都合に設定し、その後に遠隔制御によって維持することができる。この制御を、カメラからの視覚画像および他の入力を使用して、検出システムのソフトウェアによって自動的に実行することができる。同様に、光源１０２からのビームを、常に反射器３０２のターゲットを向くように自動的に操縦することができる。ビームの操縦のための適切な機構は、本明細書の他の場所で開示される。

さらに、ミラー３０２の角度の調節によって反射ビーム３０８を走査することができる能力を、カメラの視野が過度に遮られていないかどうかを検証するために、有用に使用することができる。これを行うために、反射ビームを、定期的にカメラに向かって走査することができる。走査の際に、ターゲット点が予期せず消える場合には、それが障害物によって引き起こされている可能性が高い。あるいは、ビーム３０６の操作の際に散乱（または、予期せぬ散乱の変化）が検出される場合、それは障害物のエッジによって引き起こされている可能性があり、検出ソフトウェアによって認識することができる。容認可能な小さな障害物（例えば、垂直な建物の柱または建具）の影響を、設置時に記録することができ、後に新たな走査結果と比較することができる。

別の実施形態においては、反射器３０２が湾曲していても、あるいは各々がわずかに異なる角度で配置された複数の隣接する平面鏡で構成されてもよい。この形式の反射器においては、反射ビーム３０８の経路を、反射器の表面の異なる部位を狙うことによって光源から変更することができる。またさらなる構成においては、反射器３０２が、角への反射器の配置の変種であってよい。通常は、そのような反射器は、光ビームが反射器上の着地点にかかわらず光源へと実質的に直接反射されるよう、直角に配置された反射面を使用する。しかしながら、反射器の表面が９０度プラス角度θに配置される場合、反射ビームは、常に入射ビームから２×θの角度に向けられる。

またさらなる構成（図４に示されている）においては、光源１０２および受光器１０４を、短い距離だけ離して配置することができ、従来からの１８０度の回帰反射器を使用することができる。この方法で、入射ビーム３０６および反射ビーム３０８は、反対向きの同じ経路のままである。光源１０２において戻りのレーザビーム３０８の到着を監視するために、例えば光源１０２に配置されるフォトダイオードの形態の別途の検出システムを、使用することができる。この装置からの信号を、さらに詳しく後述される方法で、伝送損失確認式の煙検出器として使用することもできる。

本発明の特定の実施形態においては、検出装置の有効範囲および感度を高めるために、望遠撮像光学系を使用することができる。一形態において、望遠撮像光学系は、市販のズームレンズの形態をとることができる。多くの市販のレンズの倍率は、電気的に制御可能であり、システムソフトウェアが、選択的に画像の一部分へとズームインし、その領域における性能を改善することができる。これは、潜在的に曖昧な低レベルの信号が特定の領域において認識される場合に、とくに好都合となり得る。この場合、望遠光学系によって、システムが、弱い信号を発している領域にズームインし、不必要な遅延や偽のアラームの恐れなく、粒子または火災の恐れの有無を確認することができる。この実施形態において、煙を、受光器の出力信号において任意の方法で検出することができる。

例えば設定時にシステムの設定を容易にし、光源および／またはターゲットがカメラの視野の外部であるような設置を可能にし、光ビーム中の障害物を監視するために、たとえ空気中に煙または塵埃粒子が存在しなくても光ビームがカメラにとって視認可能であることが好都合であると考えられる状況が、多数存在する。

本発明の発明者は、そのような機能を、きわめて小さい粒子（清浄空気中の酸素および窒素ガス分子など）から可視の散乱を生じる短波長の光源を使用することによって提供できることを発見した。例えば、青色またはＵＶレーザあるいは随意により青色またはＵＶフィルタを通過した平行キセノンフラッシュを使用することができる。

短波長の光源を、単独で使用することができ、すなわち煙の検出に使用することができ、あるいは煙の検出に使用される主光源と同時に使用することができる。

好ましい実施形態においては、使用される短波長の光源が、青色、紫色、または紫外のレーザダイオードである。しかしながら、現在の技術において、これらは総動作寿命が限られており、したがって、不具合状態の認識のタイミングの要件に合致するように短い期間だけ（例えば、規則的な間隔で）動作させられることが、好ましいと考えられる。したがって、好ましい実施形態においては、可視または赤外のスペクトルの光を発する第２の光源が、短波長のビームと同一直線上または同軸に配置されて、主たる煙検出の目的に使用される。短波長のレーザダイオードの平均寿命が、期待どおりに将来において改善された場合、可視または赤外の光源が省略可能になる。

短波長の光源は、より長い波長と比べて、より小さい粒子に応答して比較的強い散乱信号を生じることが知られている。このことは、例えば「煙の出にくい非ハロゲン」の品種のケーブルの過熱から生じる煙など、小さな粒子を高い割合で含む煙の早期の検出を可能にする。

さらに、短波長の光源からの散乱信号を、より長い波長の光源からの散乱信号と比較することによって、小さな粒子および大きな粒子の相対割合の推定を行うことができ、このことは、塵埃などの非火災起源の粒子の識別を可能にし、誤った火災警報の発生を少なくするうえで有益である。この実施形態においては、より長い波長の散乱によってすでに粒子が検出された場合に限って短波長の光源を動作させることで、短波長の光源の動作寿命を延ばすことも好都合でありうる。

本発明の他の実施形態に記載の粒子検出システムは、典型的には、とくには明かりの少ない環境において不愉快または邪魔になり得る望まれない可視スポットを避けるために、不可視の波長の光を使用する。しかしながら、主光源によって発せられる光が不可視であるという事実は、例えば設置のときに、設置者が光源およびカメラがレーザビームを正しく照準できるように充分に正確に配置されたかどうかを確認したい場合に、不都合となり得る。

主光源の整列を容易にするために、図５に示されるように、可視光のビームを放射する第２のレーザを配置することができる。図５は、２つの同軸なレーザ５０２および５０４を備えるシステム５００を示している。第１のレーザ５０２が、例えばＥＭスペクトルの赤外部分の光のビーム５０６（実線で示されている）を放射し、粒子検出用の主レーザとして使用される。第２のレーザ５０４は、電磁スペクトルの可視部分の光ビーム５０８を放射する。

この第２のレーザを、隣接する同一直線上または同軸の経路において主レーザにあらかじめ整列させられるように、取り付けることができる。このビームからの可視スポットを、光源の適切な配置および整列の確認を容易にするために使用することができる。

試運転の後で、第２のレーザを、通常の動作においてはオフにすることができる。試運転の後に、主レーザの整列を再び行う必要がある場合、可視光源を再びオンにすることができる。上述のシステムの実施形態を実施するために、同じ物理的構造を、短波長（青色またはＵＶ）のレーザを取り付けるために使用することができる。

本発明のいくつかの実施形態においては、このシステムに、光源からのビームが向けられる反射ターゲットを設けることができる。次いで、このターゲットから反射されるビームを、レーザビームの正しい整列を判断するため、およびおそらくは他の任務（わずかな光損失の測定など）のために、使用することができる。

他の実施形態においては、システムが、障害物についてビーム経路に隣接する領域を監視するために、ビームをターゲットから他の点へと走査するための機構に頼ることができる。

いずれの場合も、光源およびターゲットが所望の様相で整列しているかどうかを判断する必要がある。

光源がターゲット位置へとレーザビームを向けるように正しく整列しているかどうかを判断するために、光源ユニットに、好ましくは指向性の感度を有する光検出器を備えることができる。センサが、反射器の表面へと投射される光のスポットに対するレーザビームの整列を追跡するように設定される。検出器を、わずかな光損失を測定し、レーザスポットの位置を追跡するために使用することができる。

図６は、ビームの操縦およびスポットの追跡の両方を可能にする光源取り付け機構６００の典型的な実施形態を示している。この構成６００においては、レーザ６０２が、可動ミラー６０６の角度を２つの回転の次元（例えば、ピッチおよびヨー）において電気的に調節することによって操縦されるビーム６０４を放射する。

同じ移動の能力を実現するための別の構成は、各々を１つの次元においてのみ傾けることができる複数のミラーを使用することや、レーザ放射器そのものを直接動かすことや、可動の放射器と１つ以上のミラーまたはプリズムなどとの組み合わせることを含む。

好ましくは、光受光器６０８が、回帰反射ターゲット６１２上のレーザスポット６１０を同じ可動ミラー６０６を介して視認する。一つの実施形態においては、センサ６０８が光源６０２の傍らに取り付けられ、その視野６１４の中心が実質的にレーザビームの経路６０４に一致するように、光源６０２に整列させられる。

好ましい実施形態においては、光受光器６０８は、チューブ内に取り付けられたレンズの焦点に取り付けられた１つ以上のフォトダイオードで構成される。

例えばビーム走査後または試運転時の回帰反射ターゲットの位置の検出において生じ得る問題は、領域内の他の物体も、対象のターゲットと誤認され得るかなりの反射をもたらし、「擬似ターゲット」を形成する可能性があることである。一例は、意図的でないがきわめて効果的な「コーナー反射器」を形成し得るガラス窓および高光沢の窓枠であり、入射経路に沿って（または、入射経路にきわめて近く）ビームを反射させる。そのような擬似ターゲットを、望まれるターゲットから、いくつかの方法で区別することができる。例えば、反射ターゲットの幅および長さを走査することによって、これらのパラメータ（例えば、ターゲットの広がり）が真のターゲットについて予想されるパラメータと同等であるかどうかを検証することができる。あるいは、ビームを走査することによってバーコード読み取り器と同様の方法で認識可能な応答を生成できるよう、例えば外周を巡る反射および非反射の材料の領域など、区別用の特徴を真のターゲットに追加することができる。しかしながら、そのような方法は、望ましくない複雑さ、曖昧さ、または遅延を、ターゲットの特定に持ち込む可能性がある。

図７は、本発明における図６の実施形態とおおむね同様であるが、レーザビームを正確かつ迅速に案内するためのマーカーとして機能する第２の光源をさらに備える本発明の別の実施形態を示している。図７において、図６と共通の特徴には、共通の番号が付されている。システム７００は、好ましくは光受光器６０８が感受性を有する波長の光を放射するＬＥＤである二次光源７０２を備えている。光源７０２は、ターゲット６１２に対して既知の位置関係に取り付けられており、好ましくはセンサユニット７０４上に取り付けられている。使用時、操縦可能なミラーが、ターゲット６１２からのレーザをセンサ７０４へと走査するように調節され、サーチの際、レーザ６０２を好ましくはオフにすることができ、二次光源７０２が、好ましくは所定の方法で変調される。この変調が、信号の検出を容易にし、対象の放射器７０２を存在し得る他の望ましくない光源から区別するために、センサ６０８によって受光される信号の処理に使用される。

好ましい実施形態においては、回帰反射ターゲット６１２における光検出器６０８およびレーザビーム６０２の視野の中心を決定するために必要な時間を最小限にするサーチパターンが使用される。好ましくは、ミラー６０６が、最初に自身の中心位置に設定され、次いでレーザビームの移動によって次第に大きくなるらせん形状が描かれるような方法で動かされる。しかしながら、多数の他のサーチパターンを、容易に使用することができる。光受光器６０８からの信号が、センサ７０４に取り付けられたマーカー光源７０２からの信号が最大になるミラー位置を決定するために処理される。その点におけるミラー６０６の座標が、センサユニット７０４の位置を決定するものとして記録される。

設置の物理的構成が既知であり、すなわち回帰反射ターゲット６１２およびセンサユニット７０４の相対位置が既知であるため、光源またはミラー６０６から見たとき、予想されるターゲット６１２の位置を決定することができる。例えば、回帰反射ターゲット６１２を、センサ７０４の入口開口と同じ水平線上に、左方への１度の変位にて配置することができる。

上述のようにセンサ７０４の位置を決定し、次にミラー６０６が、レーザを回帰反射ターゲット６１２の予想される中央の位置に向けるように整列させられ、光源６０２がオンにされ、同様のサーチパターンが開始される。理論的には、このサーチは、レーザを回帰反射ターゲットの中心に位置させて開始されるべきである。この場合、レーザビームが所定の方法で変調させられ、反射されたレーザ光から光受光器６０８によって受光される光信号が、回帰反射ターゲット６１２からの信号が最大になる位置を決定するために処理される。その点におけるミラー６０６の座標が、回帰反射ターゲット６１２の位置を決定するものとして記録される。

別の構成においては、遠方に位置するミラーを、走査型の光源の使用に加えて（あるいは、走査型の光源の使用に代えて）、走査可能にすることができる。この実施形態においては、光源がカメラの近くに取り付けられ、それに（あるいは、それの付近に）関連のレーザターゲットが取り付けられる。レーザを、「スマート」な遠方の平面鏡の位置を特定するために（例えば、上述の外向きらせんのパターンを使用して）走査することができる。次いで、ミラーを、レーザ上の光センサによって判定されるとおりに、反射されたレーザスポットをターゲットに位置させるために自動的に傾けられ、さらには／あるいはパンされるように構成することができる。ミラーの走査の構成が、最終的な整列を可能にするための低速な移動のみを必要とする一方で、レーザは、本明細書に記載のとおりにカメラ端から進入する物体を走査することができるように、より高速な移動を実行することができる。

上述した我々の以前の特許出願に開示のシステムのいくつかの実施形態においては、システムの較正または整列のために煙を模擬するために、透明な（あるいは、同様の）缶が使用される。そのような実施形態においては、光散乱材料の半透明なピースを、レーザビームの経路の位置を割り出し、粒子検出器の正しい動作を確認するために、好都合に使用することができる。これは、試運転および保守の際にとくに有用である。

しかしながら、物体がビームに完全または部分的に進入し、粒子と混同されて誤警報を生じさせる可能性がある散乱を引き起こす可能性があることで、システムの通常の動作において問題が生じ得る。たとえビームが床の高さよりも充分に上方に位置していても、風船またはプラスチックなどの物体が、依然としてビームに進入する可能性がある。

誤警報を防止する１つの方法は、煙の事象に比べて、固体物の進入の性質が比較的急激であることを認識することである。この方法は、いくつかの場合において有効であると考えられるが、散乱光検出器において、この方法だけを使用したのでは煙からの区別が実質的に不可能であるような速度で物体がビームへと進入する恐れが、依然として存在する。

本発明のこの実施形態は、この問題に対処し、そのような固体物の煙からの区別を助ける代替または補完の解決策を提供する。動作の原理は、主たる煙検出ビームが１つ以上の軸にて走査され、受光される散乱信号が、固体物に特徴的な様相で変化する場合（例えば、実質的に固定のエッジが特定される場合）に、物体が固体であると認識され、警報状態ではなくて不具合を引き起こしていると報告されるというものである。固体物が、実質的に一貫的かつ繰り返しの様相で光を散乱させる傾向にある一方で、立ち上る煙は、同様の時間期間において位置および強度の両者において大きく変化するため、好ましくは複数の走査が行われる。例えば、５〜２０秒の走査期間を好都合に使用することができる。

図７Ａは、そのような方法を説明するフローチャートである。この図において、方法７５０は、ステップ７５２でのＡＶＳＤシステムによる散乱光の検出で始まる。次に、ステップ７５４において、散乱光の読み取りがビーム位置につれてどのように変化するかを明らかにするために、ビームが無作為または所定の方法で対象の領域を横切って走査される。この測定から、散乱体の位置依存の散乱特性が、ステップ７５６において割り出される。例えば、位置依存の散乱特性は、絶対的な散乱レベルや、散乱の変化の速度や、他の何らかの指標であってよい。次いで、散乱特性が、物体の散乱特性の空間的変化が固体状または煙状のいずれであるかを判断するために、ステップ７５８において分析される。物体が固体である場合、ステップ７６０において不具合が知らされ、物体が固体でない場合、ステップ７６２において警報信号を発し得る。

このプロセスによって発せられる不具合または警報の状況を、煙警報システムの警報プロトコルに組み込まれた時間遅延およびしきい値レベルに従って遅延させることができる。さらに、物体が最初はビームへの固体進入物のように見受けられるが、後には煙に似ている場合に、適切な警報を発することができ、あるいは逆も然りであるように、ビームへの進入物が固体または煙のいずれであるかの判断を、適切な遅延期間において反復することができる。

本発明のいくつかの実施形態においては、システムを、後方散乱の形状とともに使用することができるが、そのようなシステムにおいては、ビームの衝突の表面（例えば、ビームが位置ビームを観察するために投射される表面）からの散乱（反射）ゆえに、観察カメラが過負荷となり得る点で、困難に直面し得る。これが生じる場合、過負荷が、受光する画像センサに「ブルーミング」効果を引き起こし、視野の一部が無効になる可能性がある。この状況が、本発明の実施形態による粒子検出システム８００を説明する図８に示されている。システム８００が、監視対象の領域を横切ってビーム８０４を投射する光源８０２を備えている。ビーム８０４に進入する粒子が、光の散乱を引き起こし、これがカメラ８０６によって検出され、粒子の存在が検出される。さらに、ビーム８０４が、監視対象の領域の反対側の壁８０８に衝突するとき、生成されるスポット８１０において、かなりの量の散乱が生じる。スポット８１０がカメラ８０６の視野内にあり、壁８１２からの散乱光の一部が、カメラ８０６によって取得されるため、このことが、カメラ内の画像センサの一部を過負荷にする可能性がある。

しかしながら、散乱光の影響をスポット８１０からの散乱光の到着のピーク強度の時点において大きく減少させる方法で、光源の強度および受光カメラの感度を変調することによって、この問題に対処することが可能である。

そのような方法を実行するための構成が、図１０Ａに示されており、一つの実施形態において使用される関連の駆動波形が、図１０Ｂに示されている。

構成９００は、位相制御されたパルス発生器９０２を、光源９０８（例えば、レーザダイオード）および光センサ機構９１０（例えば、カメラ）にそれぞれ接続された２つの駆動回路９０４および９０６に接続して備えている。光が、レーザダイオード９０８から平行レンズ９１２を通って放射される。放射されたビーム９１４の一部が、戻り光９１６として反射される。戻り光９１６は、最初に集光レンズ９１８を通過し、その後にマイクロチャネルプレート光増幅器９２０を通過するが、光増幅器９２０の動作は、駆動回路９０６からの出力パルスによって制御されている。次いで、増幅された光ビーム９１６が、光センサ９２２のＣＣＤアレイにおいて受光される。光源の強度が、ビームがターゲットの壁まで移動して反射させられた後で、駆動回路９０６によって制御される変調された受光器の感度と位相が完全に不一致になるような方法で、駆動回路９０４によって変調させられる。図１０は、レーザ９０８からの放射光の強度、センサにおいて受光される反射光の感度、およびセンサの感度をそれぞれ要求している３つのグラフ１０５０、１０６０、１０７０を示している。光が光源からターゲットの壁へと移動してセンサまで戻るために要する時間が、図１０Ｂにｔ_ｒとして示されている。

図１０Ｂから分かるように、レーザダイオード９０８の駆動波形１０５０が、光源から壁へと移動してセンサまで戻る光パルスの往復時間が、グラフ１０７０に示されるとおりゲート式の光増幅器９２０への減らされた駆動に一致するように、変調されている。

カメラおよびカメラの光学系を損傷および汚染から保護するために、カメラは、典型的にはハウジング内に取り付けられ、ハウジングの窓を介して監視対象の領域を視認する。しかしながら、カメラおよびカメラのハウジングの汚染は、本発明の実施において直面される問題であり得る。例えば検出器の光学系に蓄積する汚れおよび塵埃など、考えられる多数の汚染源が存在する。しかしながら、カメラの急激な掩蔽を生じさせ得る１つの問題は、カメラのハウジングの窓を這う虫であり、これが生じると、煙を検出するためのシステムの能力を妨げる。したがって、窓が覆われ、あるいは部分的に覆い隠された場合に、不具合を知らせるように、窓の表面を監視することが好都合である。

図１１は、本発明の実施形態において使用される撮像機構の一部を示している。撮像機構１１００が、（１つ以上の）集光レンズ１１０４を介して監視対象領域を視認する画像取得アレイ１１０２（例えば、ＣＣＤ）を含む。これらの光学系が、透明な窓１１０８によって保護されている。虫１１１０が窓１１０８を這い回ると、システムの性能が損なわれることになる。

この種の障害物をチェックする１つの方法は、囲いの窓１１０８の領域をときどき照明し、取得される画像が、窓に障害物がないときに取得されたことが既知である基準画像または所定のしきい値レベルから、大きく異なっていないかどうかをチェックすることである。必要な照明をもたらすために、撮像機構１１００に、窓１１０８の表面を照明するように配置された１つ以上の光源１１１２が設けられる。窓１１０８の付近または表面の物体が、照明光のかなりの部分を反射する。これらの状況下で取得された画像が、（障害物がないときに取得された）基準画像またはしきい値と比較され、窓に障害物が存在するか否かが判断される。

別の実施形態においては、光源１１１２を「オン」にして取得した画像を、光源１１１２をオフにして取得した基準画像と比較することができる。この場合、光源１１１２をオンにした画像が、障害物を照明した結果としての明るいアーチファクトを含むであろう。

同様の技法を、窓の内側またはシステムの他の光学部品（例えば、画像センサのレンズ）の表面の虫または他の障害物を検出するために使用することができる。

本発明のいくつかの実施形態によって放射される潜在的に有害なレーザ光のレベルへの暴露を防止するために、レーザの経路を監視することが必要であり得る。本発明の一つの実施形態においては、わずかな光損失の測定技法を、レーザビームの経路への進入物の存在を検出するために使用することができる。進入物が検出される場合に、レーザの動作を監視するシステムを、進入物がもはや存在しなくなるまでレーザの出力を安全なレベルまで下げるように構成することができる。

本発明の発明者は、わずかな光損失にもとづいてビームへの進入を検出するためのいくつかの方法を考え出した。１つの方法は、光検出器をビームの経路に配置し、到着するレーザ放射の強度を測定することである。この強度の指標を、監視システムに入力することができ、受光の減少が検出された場合に、進入物が存在すると仮定することができる。

図１２は、本発明のこの態様の実施形態によるシステムの光源部分１２００を示している。この構成は、放射ビーム１２０４を放射する主たる光源１２０２（典型的には、レーザである）を備えている、このビームが、監視対象の領域の反対側に配置される反射器１２０６によって反射される。使用時、光源１２０４が領域を横切り、反射器１２０６によって反射される。反射器１２０６において、おそらくはビーム１２０４が散乱させられ、反射された放射１２０８の少なくとも一部が、適切に配置された光検出器１２１０に達する。反射器は、例えばコーナーキューブ型、拡散反射面、あるいは他の回帰反射材料など、さまざまな種類のいずれかであってよい。光検出器１２１０を、光源の付近または反射された放射の一部を受光することができる他の任意の場所に配置することができる。

検出器１２１０によって測定される光のレベルに変化がある場合、何かがビームを隠していることを示していると考えられ、上述のとおりビームの出力を下げることができる。

上述の実施形態において述べられるように、例えば試運転または他の時点においてビームをターゲットの反射器に整列させるために、ＡＶＳＤシステムの主ビームを操縦することが、ときには必要である。

図１３に示した好ましい実施形態においては、光源１３００が、先の実施形態において述べた様相で、反射ターゲット１３０４の方向にビーム１３０２を発射する。反射光１３０６の少なくとも一部が、光源１３００に隣接して取り付けられた受光器１３０８に入射する。この実施形態の光源は、パン−チルト機構１３１０に取り付けられており、パン−チルト機構１３１０の位置は、受光器１３０８によって受光される反射光のレベルを最大にするように上述のビームの方向を調節するコントローラ１３１２によって制御される。

システムは、最初に整列を行い、次いで経時的に整列を維持するための方法を必要とする。以下が、上述の装置を使用して正確な整列を実行するための方法である。

コントローラ１３１２が、光源１３００に反射ターゲットが存在する可能性がある領域を横切ってビーム１３０２を走査させ、受光信号が所定のしきい値を上回る場合に停止させる。所定のしきい値は、距離の関数であってよい。ターゲットの中心をより正確に見つけるために、エッジを検出することができる。これを行うために、レーザ１３００をターゲット上で走査し、受光信号が最大の約半分になる位置が記録される。次いで、レーザが、これら２つの位置の間の中点に設定される。次いで、このプロセスが、第１の方向に直交する方向に繰り返され、好都合には元の方向に少なくとももう１回繰り返される。繰り返しのサーチによって、ターゲットが矩形でなく、あるいはターゲットの辺がサーチ方向に平行でない場合に、精度が向上する。

他の光源が、上述の方法と干渉する可能性がある。干渉する光源の影響を軽減するいくつかの手段は、以下のとおりである。
１）レーザ１３００を振幅変調し、この特定の変調に応答するように調節された受光器を使用する（例えば、レーザの１０００Ｈｚのオン−オフ振動および１００ｍｓの積分期間での同期検出）。
２）受光される光の波長に関するフィルタ処理（例えば、着色フィルタまたは干渉フィルタの使用）。
３）受光される光の偏光に関するフィルタ処理（受光器の前方に偏光板を配置）。

設置を助け、その後に設置された構成部品の位置に変化（例えば、不当な変更または部品の取り付けの移動に起因する）がないことを確認するために、チルトセンサを、システムの少なくとも１つの構成要素に設置することができる。好ましい実施形態においては、チルトセンサが、カメラハウジングに取り付けられ、センサが整列から外れた場合にそれを知らせるために使用することができる。同様に、光源ハウジングのチルトセンサが、光源が整列から外れた場合にそれを知らせることができる。

図１４を参照すると、光源または受光器のいずれかを保持することができるハウジングの構成１４００が示されている。ハウジング１４００は、簡単に言えば、光源または受光器を形成する構成部品が収容される囲いおよび開口１４０２（窓によって囲まれてもよい）である。開口１４０２を、ハウジング１４０２に収容された光源のための出口窓またはハウジングに収容された受光器のための観察窓として使用することができる。チルトセンサ１４０４が、例えば固定手段１４０６によってハウジング１４００との固定の関係に取り付けられる。チルトセンサ１４０４からの出力信号が、信号調整回路１４０８によって処理され、所定の容認可能な読み取りと比較され、誤差信号がもたらされる。誤差信号がしきい値を越える場合に、不具合状態を、通信ネットワークによって、例えばデータケーブル１４１０を介して、あるいは無線通信リンクなどの他の通信または通知手段によって、外部の監視設備へと通信することができる。

システムが煙を検出できることを確立するために、レーザビームの経路のカメラの視界に障害物が存在しないことを保証する必要がある。ビームとカメラとの間に介在する物体が、ビームの経路の一部をカメラから隠し、隠されたビームの部分における煙の検出を不可能にする。したがって、ビームとカメラとの間の領域についてカメラの視野をチェックし、物体が存在しないことを保証する必要がある。本発明の発明者は、この領域の物体を検出するために使用することができるいくつかの方法を考え出した。そのいくつかを後述する。

以下の監視技法を、当業者にとって自明であると考えられる変更を使用して、例えばさまざまな領域について煙の検出を実行する１つ以上の光源および／または１つ以上の光センサを使用するシステムなど、或る範囲のＡＶＳＤシステムの構成に適用することができる。

図１５に示したシステムの構成においては、光源１５００および受光器１５０２が、互いに近接して位置している。受光器１５０２が、レーザビーム１５０６の経路に一致する所要の領域を視認するように配置されている。コーナーキューブまたは他の反射装置であってよい反射器１５０４が、監視対象領域の反対側の端部に取り付けられ、受光器１５０２を煙または他の粒子に起因するビーム１５０６の戻り経路からの前方散乱を検出するために使用できるような方向に、監視対象領域を横切ってビーム１５０６を反射する。

光源１５００は、ビームを円弧１５１０に走査できるよう、走査機構に取り付けられている。レーザ１５００、カメラ１５０２、および反射器１５０４によって境界付けられる領域に位置する物体（例えば、１５１２）が、レーザが走査されるときにレーザによって照射される。そのような照射をカメラ及び起こった不具合によって検出することができる。

システムがペアにて動作する複数の光源および受光器を含むように構成された実施形態において、同じ方法が適用可能である。

本発明の特定の実施形態において使用することができる別の監視方法は、監視対象の領域を横切って光を放射し、進入物による影が投影されるか否かをチェックすることにある。図１６に、この監視方法が実行されるシステム１６００が示されている。システム１６００においては、光源１６０２が、後方向きのカメラ１６０６の付近の領域１６０４を照明する。物体（例えば、１６０８）がこの領域に進入した場合、光源１６０２によって照明されるバックグラウンド表面１６１２に影１６１０が投影される。カメラ１６０６の出力を分析して、物体１６０８によって投影された影１６１０を検出することができ、影が検出された場合に、不具合を知らせることができる。

同じ発光体−受光器のペアまたは追加の発光体−受光器のペアを、主たる煙の検出の目的に使用することができる。

光源が不透明な物体のエッジを照らした場合に、物体のエッジに輝きを視認できることが知られている。物体および光源の視認の角度に応じて、輝きは、反射または屈折に起因し得る。この現象を、本発明の実施形態において、進入物の存在を検出するために使用することができる。図１７を参照すると、光源１７００が、監視対象の領域１７０４へとビーム１７０２を放射している。ビーム１７０２は、好ましくは、監視対象の全領域を照明する。これを、ビーム１７０２が狭い場合には、例えば操縦可能なミラーなどによってビーム１７０２を領域を横切って走査することによって実現することができる。あるいは、対象の領域１７０４の全体をカバーするより幅の広いビームを使用して実現することができる。

光線１７０６（適切に向けられた狭い操縦可能なビーム１７０２によることができ、あるいはより広いビームの一部であってよい）が、進入物１７０８のエッジに一致する。この場合に、物体のエッジからの反射の輝き１７１０を、受光器１７１２によって視認することができる。先の実施形態と同様に、受光器１７１２の出力を分析して、そのような輝きの存在を判断することができ、輝きが認められた場合にエラー信号を発することができる。この方法の欠点は、光が光源１７００から直接に受光器１７１２によって受光されるため、領域１７１４を監視することができない点にある。これは、受光器の検出素子を過負荷にする傾向にある。

他の実施形態においては、輝きを、物体の周囲の光の屈折によっても視認することができる。図１７のシステムと同一のシステム１８００を示している図１８において、光線１８０２が、カメラ１７１２から最も遠い進入物１８０４のエッジに衝突している。この場合、輝きが、屈折によって検出器１７１２にとって視認可能である。また、進入物１７０８を、光源１７０２そのものが受光器１７１２から隠され、通常であればセンサにとって視認可能である光が今や観察できなくなるという事実によって、検出することも可能であると考えられる。

監視のために物体からの輝きの検出を使用する上述の実施形態において、監視することができない領域が存在し得る。この領域は、受光システムがセンサのレンズまたはセンサのレンズの付近に向けられた光源からの光線によって過負荷になり、あるいは飽和する可能性があるという事実ゆえに、輝きによって監視することが困難である。例えば、センサがＣＣＤカメラである場合、光源の付近の領域に関係するピクセルが飽和して、隣接するピクセルへとブルームを生じ、結果として、これらのピクセルによる輝きの検出が不可能になる可能性がある。そのような状況において、この領域を監視するために代替または追加の機構を使用することができる。

センサの視野において光源に近い領域を監視するために使用することができる１つの技法は、図１９に示されるように、本来であれば監視できない領域をカバーする充分な物理的サイズの光源を使用することである。この実施形態においては、図１７のシステムが、光源１７００に隣接して取り付けられた光バー１９０２によって補われている。光バー１９０２を使用したとき、進入物１９０４が、光バー１９０２の一部分または全体について受光器１７１２の視野を遮る。受光器１７０２の出力を分析して進入物を検出し、不具合を知らせることができる。センサ１７１２および光バー１９０２のエッジによって形成される三角形が、上述の非監視領域の大部分を囲む。残りの非監視領域１９０４を、近接検出器または当業者にとって公知の他の手段など、他の方法によって監視することができる。

さらなる監視機構は、おそらくは対象の領域への進入物を検出するために、ビームの背後のバックグラウンドを使用することができる。この点に関し、通常の建物の内部の場合のように、センサが対象の領域をバックグラウンドに対して眺めるようにシステムが設置される場合、センサを、バックグラウンド画像の変化を検出し、物体が対象の領域へと移動したか否かを判断するように構成することができる。要約すると、この実施形態は、進入物を検出するために影を使用する上述の方法に似ているが、影によるバックグラウンドの変化を生成するために照明ビームを必要としない。

そのようなシステムは、バックグラウンド画像において観察される変化が、ビームとカメラとの間（すなわち、対象の領域）で生じたのか否か、あるいは変化が単にシステムの検出能力に影響しないバックグラウンド領域における変化にすぎないのか否かを、判断することが困難になり得るという潜在的な欠点を有する。好ましい実施形態においては、この曖昧さを、実質的に同じ対象領域を別の視点から観察する少なくとも１つの追加の受光器を加えることによって解決することができる。この構成を使用すると、幾何学の原理を使用して視野内の検出された物体の位置を計算することが、比較的単刀直入である。したがって、このシステムは、悪意なく位置する物体を、煙の検出というシステムの能力に干渉し得る物体から区別することができる。

このバックグラウンド監視という方法におけるさらなる問題は、暗い環境において、いかなるバックグラウンドも視認できず、したがって対象の領域に進入物が位置しているか否かを判断することができなくなり得る点にある。この問題を克服する１つの方法は、対象の領域に進入物が存在しない場合に少なくともいくつかのバックグラウンドの特徴がセンサにとって常に視認可能であるように、積極的な照明を使用することである。例えば、バックグラウンドを、専用の照明光源から発せられる不可視の電磁放射（例えば、ＩＲ）によって照明することができる（カメラが、この波長の放射に対して感受性を有する場合）。

この仕組みの他の実施形態においては、バックグラウンド領域を、センサにとって可視の光出力を有する個々の光源（例えば、ＬＥＤまたは他の小型ランプ）で密集させることができる。これは、実質的に大面積の光バーであり、上述の実施形態に沿って実施することが可能である。

さらに別の実施形態においては、光を、対象の領域のセンサの視野に一致するバックグラウンドの一部分または全体に投影することができる。この投影される光は、表面に達するときにセンサにとって視認可能なストライプを形成する光のシートの形態であってよく、あるいは固定またはバックグラウンドの表面を走査され、センサにとって視認可能なドットまたは多数の点を形成する光のビームであってよく、したがって視野内に進入物が存在すると、センサによって視認される表面のパターンに相違が生じる。

さらに別の実施形態においては、バックグラウンドにシステムによって認識することが可能な１つ以上のパターンを投影することで、進入物がバックグラウンドの特徴と解釈されてしまう可能性を最小にすることができる。

図２３は、監視のための垂直走査ビームを使用する実施形態を示している。システム２３００が、走査光源２３０６が位置する視野２３０４を有するカメラ２３０２を備えている。光源からのビームを、カメラ２３０２にとって視認可能な天井２３０８の一部および壁２３１０の一部へと垂直に走査することができる。走査光源２３０６は、視野２３０４に実質的に重なる領域を走査するようにされ、光線（例えば、２３１２）を投影する。他の中間の走査位置を、検出しなければならない物体のサイズの要件に応じて選択することができる。

このシステムにおいて、視野へと導入される進入物２３１４が、受光器２３０２の視認から領域２３１６を遮蔽する。受光器２３０２の出力を、走査光源２３０６の既知の位置との関連において分析することで、特定の走査位置において、物体２３１４による遮蔽の影響ゆえにカメラ２３０２が壁または天井に光を視認しないことが明らかになる。この場合に、不具合状態を知らせることができる。

システムが２組のカメラおよび受光器を反対方向に取り付けて有しており、すなわち光源および受光器を各々の端部に備える実施形態においては、光バーを対象の領域の監視のために使用することもできる。

図２１は、対象の対応する領域２１０６を監視するように構成された第１の光源２１０２および受光器２１０４を備えるこの形式のシステム２１００を示している。さらにシステム２１００は、対象の対応する領域２１１６を監視するように構成された第２の光源２１１２および受光器２１１４を備えている。さらにシステム２１００は、２つの光バー２１０８および２１１８を備えている。光バー２１０８および２１１８は、第１の光源２１０２と第２の受光器２１１４との間、および第２の光源２１１２と第１の受光器２１９４との間に配置されている。したがって、使用時に、進入物の検出の任務が２つに分割され、各々のレーザ受光器ペアが、対象の領域内の別々の領域を監視する。三角形領域２１０６が、第１の受光器２１０４および第１の光バー２１０８によって監視されるが、これは、上述のとおりに進入物が光バー２１０８からの光を遮ることによって引き起こされたと解釈できる光バーの強度プロファイルの変化を、センサ２１０４によってチェックすることによって達成される。同様に、三角形領域２１１６は、第２の受光器２１１４および第２の光バー２１１８によって監視される。

図２２は、本発明のこの態様の好ましい実施形態において使用することができる装置２２００の典型的な実施例を示している。装置２２００は、図２１に示した形式のシステムの各々の端部において使用することができる光源２２０４、光バー２２０６、および受光器２２０８の組み合わせが取り付けられたハウジング２２０２を備えている。この例において、光源２２０４が、システムの反対側の端部に取り付けられる同様の装置に向かって光のビームを放射し、この端部に取り付けられた受光器によって光の散乱を検出するために使用される。この反対側の端部に取り付けられた光源が、ビームからの散乱によって粒子を検出するために、センサ２２０８に向かって光のビームを放射する。光バー２２０６は、光源２２０４からセンサ２２０８へと延びており、システムの反対側の端部に取り付けられる光センサによって、上述のように対象の領域を監視するために使用される。

本発明の実施形態においては、粒子の検出に称される主たる光源がレーザビームであって、例えば美観の理由で人間の眼にあまり視認されず、あるいはまったく視認されない波長であることが好ましい。一つの実施形態においては、７８０ｎｍの領域の波長を有する一般的に入手可能な赤外レーザダイオードを、好都合に使用することができる。これらのレーザダイオードは、比較的低いコストと満足できる小粒子検出性能との良好な妥協をもたらし、人間の眼がきわめて鈍感である波長に位置する狭い帯域において放射を行うため、視認されにくい。しかしながら、そのようなレーザダイオードを使用するとき、以下のような問題が生じ得る。

いくつかの実施形態において、光源の位置の決定、レーザビームの照準、およびセンサの視野の監視の補助などの機能をサポートするために、１つ以上の追加の光源が必要になる可能性がある。そのような状況において、レーザダイオードは比較的高価であり、より支援の回路を必要とするため、ＬＥＤデバイスを使用することができる。ＬＥＤデバイスも、主たる光源と同じ周波数に中心を有することができるが、現時点で利用可能な技術において、ＬＥＤデバイスはより広い範囲の光を放射し、人間の眼にとって視認されやすく、このことは、とくには劇場などの周囲の光が少ない環境において使用される場合に、美観上の邪魔者になる可能性がある。

周囲の光が少ないときに視覚的表示の強さを自動的に減じるために、例えばＬＥＤ目覚まし時計が、多くの場合に、暗くされた空間においてＬＥＤ表示を減光させる光センサを備えることが知られている。しかしながら、これらの方法は人間の眼にとっての視認性を維持することに向けられているが、本発明の実施形態は、ＬＥＤデバイスの「オン」時の強度を、それらが視認されることによる不愉快な影響を実質的に取り除くことができる程度まで減らすと同時に、関連のセンサによって検出される信号が正しい機能にとって適切であるように依然として充分な強度を保たなければならないという課題に、対処しなければならない。

好ましい実施形態においては、ＬＥＤの照明強度について、わずか２つの輝度レベルが使用され、すなわちＬＥＤが、とり得る３つの状態「オフ（ＯＦＦ）」、「明（ＢＲＩＧＨＴ）」、または「減光（ＤＩＭ）」のうちの１つであることができる。「明」または「減光」状態の選択は、測定された周囲の光強度（所定のしきい値と比較される）にもとづく。これらの「明」および「減光」状態の間の不必要な急変を避けるために、しきい値にヒステリシスが適用される。

あるいは、ＬＥＤの強度が所望の機能を確実に達成するために充分に環境光を上回る所定のレベルに維持されるが、邪魔になるような視認が最小限であるように、複数の強度レベルを使用することができる。

一つの実施形態においては、環境光のレベルを、他の主たる機能のためにすでにシステムに存在している光受感部品を使用して、好都合に測定することができる。これは、構成部品の数を最小限にし、したがってコストおよび信頼性の両面で有益であるという利点を有する。例えば、光源端における環境光のレベルを、ＬＥＤ位置の領域のピクセルの強度、またはオフであるときのＬＥＤ位置におけるピクセルの強度を測定することによって、センサ端において監視することができる。

光源から物体までの光パルスおよび物体から光源へと向かう反射の飛行時間を使用して、物体までの距離を測定することが可能である。市販の「ライダー（ｌｉｄａｒ）」システムが、狩猟、ゴルフ、または汎用の距離測定に使用されている。システムのこの種の実施形態を、進入物について対象の領域を監視するために使用することができる。

図２０は、対象の領域を監視するために飛行時間の測定を使用する本発明の実施形態を示している。パルス状の光源２０００が、進入物２００４を含む領域２００２を照明する。物体２００４からの反射光２００６が、パルス状の光源２０００の付近に位置する受光器２００８へと返される。タイミング回路（図示されていない）が、光源２３００および受光器２００８の両方を制御するために使用され、物体２００４によって反射されてセンサ２００８へと戻る光源２０００からの光パルスの往復の移動時間を測定する。次いで、物体２００４までの距離を、単純な計算によって決定することができる。システムが、光源２０００から主たるシステム受光器２００２までの距離を承知しているため、飛行時間の測定が中間に空間に物体が存在する旨を示す場合に、不具合を知らせることができる。

小粒子（直径が最大で波長の数倍）が光を散乱させる場合に、入射光の偏光が変化する傾向はわずかである。他方で、例えば大きな塵埃粒子、虫、および他の大きな障害物などといった大きな粒子および物体（とくには、粗く、あるいは不規則である）は、散乱光の偏光特性を変化させる。したがって、既知の偏光の入射光と偏光を検出できるセンサとを使用することによって、システムの相対感度を、小さな粒子とは対照的に大きな粒子へと変更することができる。

偏光技法を使用する本発明の実施形態においては、システムに、偏光フィルタが外部に取り付けられたカメラや、偏光フィルタがハウジングまたは光学系に組み込まれたカメラなど、偏光を検出できるセンサが備えられる。あるいは、センサの面に偏光フィルタを取り付けることも可能であり、あるいはセンサが偏光に関する感度を元より有してもよい。

特定の実施形態において、煙粒子によって散乱された検出光の望ましくない環境光に対する比を、カメラの前方に偏光フィルタを配置し、監視対象の空間を偏光された光源で照明することによって、約２倍に改善することができる。この場合、光源およびカメラフィルタの偏光は、最適な感度のために平行に整列させられなければならない。光源またはフィルタのどちらかの偏光が９０度回転させられると、入射光の偏光状態を変化させる粒子だけが検出される。この場合、小さな粒子についての感度が大きく低下する。なぜならば、小さな粒子は、光を散乱させるときに偏光を変化させない傾向にあるからである。しかしながら、大きくて粗い粒子または正反射性でない表面への応答は、実質的に不変である。したがって、きわめて大きい粒子の密度の指標を得ることができる。

以下の説明においては、「交差偏光散乱係数」が、光源およびセンサの偏光が直角である構成において得られる測定に与えられる用語である。偏光板を光源の偏光に整列させた構成において得られる測定は、「平行偏光散乱係数」と称される。

平行偏光散乱係数の場合と同様に、交差偏光散乱係数は、以下の要因に依存してさまざまな値をとり得る。
・伝播方向に対する散乱の角度
・入射光の偏光の平面に対する散乱の角度
・照明の波長
・散乱物質の種類および量

システムは、平行偏光散乱係数および交差偏光散乱係数の両方を測定するために手段を備える場合、個々の測定を分析し、かつ／またはそれらの相対の強度を比較することによって、以下の利益を実現することができる。
・空気中の虫、蜘蛛の巣、および他の小さな進入物に起因する誤警報の割合を低減できる。
・空気中の塵埃に起因する誤警報の割合を低減できる。
・ビームへと進入する大きな物体を、そのような物体であると特定し、誤警報を生じさせることがないように除外することができる。

自動的に可動な光源を備えるシステムにおいては、システムが、この情報を、ビームの位置をより好都合な位置または障害物から離れた位置へと修正するために使用することができる。

図２４は、交差偏光散乱係数および平行偏光散乱係数の両方を検出することができるシステム２４００を示している。システムが、それぞれの光ビーム２４０６および２４０８を放射する少なくとも１つの垂直偏光の光源２４０２および少なくとも１つの水平偏光の光源２４０４を備えている。ビーム２４０６および２４０８が、この場合にはカメラであって、垂直偏光のフィルタ２４１２が取り付けられているセンサ２４１０によって監視される。この実施形態においては、垂直偏光の光源２４０２および水平な光源２４０４を選択的に動作させることによって、平行偏光散乱係数および交差偏光散乱係数をそれぞれ得ることができる。当然ながら、システムは、他の偏光の構成においても機能すると考えられる。

図２５は、システムにおいて平行偏光および交差偏光の係数を測定するためにも使用することができる別の実施形態を示している。

図２５に、ビーム２５０４を放射する単一の偏光光源２５０２を備えるシステム２５００が示されている。ビーム２５０４が、ビデオカメラであってよいセンサ２５０６によって監視される。センサ２５０６には、偏光回転子２５１０によって制御される偏光の方向を有することができる偏光フィルタ２５０８が取り付けられている。偏光回転子２５１０を動作させることによって、交差偏光散乱係数および平行偏光散乱係数の測定を行うことができる。好ましい実施形態においては、偏光回転子２５１０が、液晶式であってよい。また、偏光フィルタ２５０８を物理的に回転させるように構成された機械式の装置であってもよい。

この実施形態に種々の変更を加えることによって生み出すことができるこのようなシステムの他の実施形態我が存在する。例えば、偏光フィルタを固定することができ、光を第１の偏光方向および第２の偏光方向にて放射するために、光源の偏光の方向が回転可能であってよい。別の実施形態においては、システムに、それぞれ異なる偏光方向の光ビームを監視するように設定された偏光フィルタを備える２つのカメラを備えることができる。第３の実施形態においては、ビームを２つに分割することによってカメラに２つの同一な画像（ただし、一方は平行な偏光板を介し、他方は交差の偏光板を介している）を提供するビームスプリッタを使用することによって、二連画像化を使用することができる。あるいは、異なる偏光の向きにおいて動作するように各々が構成された２つのＡＶＳＤシステムを、近接して配置することができる。

他の変種は、回転偏光または楕円偏光を使用することである。直線偏光と同様に、フィルタと光の偏光状態とを一致させることで、小粒子からの散乱光を受光でき、整列していない（好ましくは、直交する）フィルタおよび光源の偏光状態を使用することで、より大きくて不規則な粒子からの散乱光が明らかにされる。

散乱データを含む画像がシステムによって取得されるとき、本明細書のどこかに記載されるようなバックグラウンドキャンセル技法を使用すべき場合に、光源をオフにして画像フレームを取得することが依然として必要である。この場合、取得される画像シーケンスを、インターリーブされた垂直な交差偏光およびオフフレームで構成することができ、オフフレームが両方の「オン」測定のためのバックグラウンドキャンセルに使用される。あるいは、平行偏光および「オフ」フレームのセットを取得することができ、次いで交差偏光および「オフ」フレームのセット、あるいは他の任意のシーケンスを取得することができる。インターリーブの仕組みは、２つの測定が時間においてより近接して生じるために好ましい。また、測定について実質的に同じビーム経路を使用する構成が、観察される空間内の粒子密度の非一様性に起因する誤差を避けるために好ましい。

いくつかの実施形態においては、オフフレームを取得せずに画像のシーケンスにおいて平行偏光および交差偏光フレームのみを取得することが可能であるが、これは、実行できる分析を制限するであろう。この場合には、交差偏光のフレームを、本出願と同時に係属中の我々の出願に記載されているバックグラウンドキャンセル技法において、あたかもオフフレームであるかのように使用することができる。そのようなシステムは、依然として有用に塵埃および大きな粒子を排除することができる。

この種のシステムは、二連カメラまたは二連画像化を備えるシステムにおいて好都合に使用することができる。なぜならば、平行偏光および交差偏光の両方のフレームを同時に取得できるからである。

また、正確に平行に整列または直角に整列した偏光の向きを使用することは、厳密には必要でない。しかしながら、他の整列では、信号処理がより複雑化する。この場合、２つの散乱の測定が、平行偏光および交差偏光の値の線形結合になるであろう。偏光の角度が既知である限りにおいて、平行偏光散乱係数および交差偏光散乱係数を計算することが可能である。

ひとたび平行偏光散乱係数および交差偏光散乱係数が得られると、データの処理に使用することができるいくつかの方法が存在する。

第１の方法は、強力な交差偏光散乱応答を有する空間の領域（すなわち、ビームのそれらの部分）を、大きな粒子または物体（すなわち、煙の粒子ではない）によって影響されている領域を示しているとして、無視することである。この場合、システムを、例えば点検を要請するなどの行為のための不具合状況を生成するように構成することができる。あるいは、ビームを動かすことができる実施形態においては、システムを、ビームをこの領域から遠ざけるように構成することができる。固定または適応型のしきい値または遅延あるいは他の既存の決定アルゴリズムを、不具合のトリガまたはビームの操縦をいつ行うかを決定するために使用することができる。これを、ビームに沿ってピクセルごとの方法で適用でき、あるいはセクターまたは「仮想検出器」ごとに適用することができる。

第２の方法においては、交差偏光散乱係数をスケーリングし、その後に平行偏光散乱係数から減算することができる。得られる散乱データは、今やもっぱら小粒子からのものだけであり、したがって塵埃などに起因する誤警報が少なくなる。スケーリングの係数は、砂煙などの典型的な邪魔粒子からの適切なキャンセルが得られるように選択される。

より精巧なデータ処理方法は、砂煙の時間変化する粒子サイズ分布を埋め合わせるものである。典型的な砂煙において、粒子サイズ分布は、塵埃粒子の重力による分離ゆえに、雲が最初に生成されたときに、後の時点に比べて、比較的より大きい粒子を含む。これを、（例えば）速い立ち上がりおよびゆっくりした立ち下がりのフィルタ、ならびに交差偏光散乱応答データへと加えられるスケーリングによってモデル化できる。次いで、このフィルタ処理後の応答を、平行偏光散乱データから減算し、砂煙内の粒子以外の粒子について推定される散乱を得ることができる。モデルを、拡散効果を可能にすることによってさらに改善することが可能である。当業者であれば、適用可能なフィルタ処理方法を承知しているであろう。

警報しきい値、遅延、または他の決定パラメータを、誤警報の可能性を少なくするために、交差偏光散乱応答データの強度にもとづいて変えることができる。煙検出システムにおいて、「火災」しきい値が、火災警報が発せられ、消防隊が要請される煙レベルである。煙検出器システムは、差し迫った火災の状況を知らせる早期警報または予備的アラームをさらに有することができる。これらの予備的警報は、通常は火災警報と同じ法的要求を有さず、したがって、これらのレベルが邪魔な材料への応答を避けるために変更された場合に不具合を知らせないことを容認できる。したがって、いくつかのシステムにおいては、火災警報しきい値を誤警報を避けるために高める必要がある場合に限って不具合状態を知らせることが充分であり得る。

図２６は、領域２６０２を監視するためのＡＶＳＤシステム２６００を示している。これまでの説明から理解されるとおり、ＡＶＳＤシステムは、単一のビームで多数の従来からの煙検出器を置き換えることができる大きな開放領域を監視するためによく適している。しかしながら、図２６に示した構成などにおいて、監視対象領域２６０２が、防火を必要とするオフィス２６０４、２６０６、２６０８、および２６１０などのより狭い隣接の空間をさらに含む可能性がある。この問題に対する１つの解決策は、隣接の空間からＡＶＳＤシステムによって保護された領域へと空気を取り出すための手段を用意することである。図２６の例では、各々のオフィス２６０４〜２６１０に、オフィスからＡＶＳＤによって監視されている空間へと空気を送るように構成されたそれぞれのファン２６１２〜２６１８が設けられている。ＡＶＳＤシステム２６００は、空間２６０２において、他の空間からの空気の進入の地点の近傍に配置される。システムのこの形式の実施形態を、例えばキャビネットの列の上方を横切り、あるいはキャビネットの列の背後に沿って、放射のビームを照らすことによって複数の設備キャビネットを監視するように実現することができる。他の実施形態を、トンネル内の凹所を監視するために使用することも可能である。

別の実施形態においては、ダクトを、サブ空間から主空間２６０２へと空気を移すために使用することができる。

いくつかの実施形態においては、ＡＶＳＤシステムを、本明細書の実施形態の大部分に記載の前方散乱の構成でなく、後方散乱の幾何学において監視を行うように設定することができる。これらの後方散乱システムは、システムの能動（すなわち、電気で駆動される）部品がすべてシステムの同じ端部に位置する点で、前方散乱システムに対して固有の利点を有している。これは、配線および設置の他の態様に関して明らかに利点を有する。

しかしながら、後方散乱システムは、前方散乱の幾何学に比べて感度が低いことが多いという欠点を有している。実際、煙の散乱特性の測定から、１〜２０度の浅い角度において光源に向かって後方散乱させられる光は、前方散乱に比べて１００分の１程度であり、ほぼ１００：１の性能の喪失につながることが明らかになっている。

この感度の大きな喪失は、カメラ／レーザの間隔を減らし、さらには／あるいはレーザの出力を増すことによって、或る程度回復できる。しかしながら、レーザの出力を増すことは、システムの安全性の問題を引き起こしる可能性がある。

後方散乱の幾何学においては、レーザの到着スポットがカメラの視野内になければならないため、より大きなレーザ出力を適切な安全性にて使用することを可能にすると考えられるフレームレートにもとづくレーザ安全インターロックを追加することが可能である。

より長い焦点距離のレンズも、空間分解能の喪失の回復を助けるために使用することができる。

基本的なＡＶＳＤシステムにおける問題は、カメラの視野を遮る舞台によって、システムが煙の検出に失敗しる可能性がある点にある。防火業界において、そのような不具合状態は、煙検出器システムからの不具合またはトラブル信号が付随しない場合、致命不具合または致命故障と称される。認可されるシステムは、致命故障の可能性がきわめて低い必要がある。カメラの視野を監視し、不具合状態を検出するための方法が、本発明による特許の他の場所に記載される。

別の変種は、単に火災警報を生成するために散乱信号を使用しないことである。

代わりに、散乱（好ましくは、前方散乱）の測定が、早期の警報機能を実行し、煙の位置の知らせをもたらすカメラによって得られる。煙検出機能（すなわち、消防隊の要請または鎮火システムの作動に使用される火災警報信号）は、別個独立に生成される。例えば、予備的アラームまたは早期警報を、すでにＡＶＳＤシステムの一部であるレーザを使用して、ターゲットに到着するレーザ出力を監視することによって生じさせることができる。これは、上述のように、ターゲットにおいて光検出器を使用すること、ターゲットにおいてコーナー反射器または回帰反射器を使用すること、ならびにレーザ端に光検出器を使用することなど、いくつかの方法で実現できる。そこで検出されるビームの出力が知覚可能に低下する場合に、ビームが妨げられたと解釈することができ、実質的にビーム検出器として機能する。この構成は、複雑なカメラの視野の監視システムを不要にしつつ、ＡＶＳＤシステムの利益の大部分を保っている。

さらなる変種は、建物または領域のために認可済みの煙検出機能を提供するために吸引式煙検出器（例えば、Ｘｔｒａｌｉｓ Ｐｔｙ ＬｔｄによってＶＥＳＤＡという商品名で市販されているシステムなど）などの独立した煙検出システムを使用し、早期警報および煙位置特定機能を提供するために１つ以上のＡＶＳＤシステムを使用することである。

本発明の発明者は、ＡＶＳＤシステムにおいて、レーザビームの経路の下方に大きな熱源が存在する場合に、ターゲットスポットの位置が、大気の密度の急変によって引き起こされる屈折ゆえに、熱の揺らめきに特徴的な様相で急激に変化することに気が付いた。本発明の一つの実施形態においては、この位置の変化を、ターゲットスポットのセンサ出力（例えば、ビデオ画像）を処理することによって認識でき、あるいはターゲットスポットにおける受光レベルを正確に検出し、受光レベルの変化を探すことによって認識できる。この熱の揺らめきの認識を、煙をほとんどまたはまったく生じない燃料（例えば、エチルアルコール）からの火災を特定し、あるいは火災発生前の電気または化学処理設備の過熱の危険を特定するために、好都合に使用することができる。

バックグラウンドの移動および光のちらつきなどの影響を取り除くために、取得された画像のうちで、レーザビームからの光の散乱に関係しない情報をキャンセルするための機構を設けることが望まれる。これを行うために、順次の画像を取得すること（例えば、１つの画像をレーザ光をオンにして取得し、別の画像をレーザ光をオフにして取得し、一方を他方から減算する）など、多数の方法を使用することができる。これは、単純さという利点を有しているが、画像の取得のフレームレートに比べて素早くバックグラウンドが変化する場合に、あまり効果的でない。

よりロバストな方法は、同じ時点に同じシーンの少なくとも２つの画像を、２つの画像がビームから散乱された放射に対して異なる感度を有するような異なるフィルタ手段を備えつつ、取得することである。そのような画像を、バックグラウンドの移動、ちらつき、または他の変化を実質的に排除しつつ、レーザビームからの散乱光に対して依然として充分な感度をもたらすために、除算または他の数学的アルゴリズムによって処理することができる。

適切なフィルタ処理手段は、波長フィルタを含むことができ、少なくとも１つのフィルタが、散乱させられたレーザ光を通過させるように設計される一方で、少なくとも１つの別のフィルタが、別の波長の光を通すように設計される。この方法を実行するための適切な設定が、図２６Ａに示されている。この図は、２つの画像センサ２６５０および２６５２を含んでおり、各々のセンサにそれぞれのレンズシステム２６５４および２６５６が組み合わせられているＡＶＳＤシステム用のセンサシステム２６４８を示している。第１のセンサ２６５０が、第１の波長のＥＭ放射を通過させるように構成されたフィルタ２６５８をさらに有する一方で、第２のセンサが、第２の波長帯のＥＭ放射を通過させることができるように構成された第２のフィルタ２６００を有している。

図２６Ａの構成に類似した別のフィルタ処理の構成は、少なくとも１つの画像センサが、光源と同じ偏光の方向に感受性を有する一方で、少なくとも１つの別のセンサが、前記第１のセンサよりも低い感度であるように、画像センサ素子の前方に偏光フィルタを（波長フィルタに代え、あるいは波長フィルタに加えて）使用する。

さらなる実施形態は、ミラーまたはプリズムなどを使用し、第１の（好ましくは、より高感度な）フィルタを通過する光が撮像チップの一部位へと向けられる一方で、第２の（好ましくは、より感度が低い）フィルタを通過した少なくとも１つの画像が撮像チップの別の部位へと入射するように、２つ以上のそのようなフィルタ処理済み画像を１つの画像センサユニットへと組み合わせる。この構成は、２つ以上の画像を単一の画像検出チップによって同時に記録できるという利点を有している。図２６Ｂが、この形式のセンサシステム２６８０の動作の概要を示しており、図２６Ｃが、センサ機構２６８２の詳細を示している。

システム２６８０が、共通の画像センサ２６８４上で二連画像を取得するセンサ機構２６８２を備えている。監視対象のシーンから取り込まれる光の一部が、ミラー２６９０から反射され、レンズ２６９２を通過する。次いで、この光（光線Ａ）が、センサ２６８４の第１の部位に捕捉される前に、フィルタ１（２６８６）を通過する。反射されない光（光線Ｂ）は、センサ２６８４の第２の部位に捕捉される前に、レンズ２６９２を通過し、次いでフィルタ２（２６８８）を通過する。フィルタ２６８６および２６８８は、上述の方法のいずれかを実行するための異なる偏光フィルタまたは波長フィルタであってよい。あるいは、フィルタのうちの１つを省略することができ、フィルタ処理される経路およびフィルタ処理されない経路を得ることができる。

ミラーが、レンズおよび画像センサならびに光を通過させてセンサシステム２６８０へと到達させる開口に対して、実質的に同一なシーンの２つの画像が取得されるように配置されることに、注意すべきである。

種々のバックグラウンドキャンセル法を、変化するバックグラウンドの状況を補償するために使用することができる。前述のように、バックグラウンドキャンセルアルゴリズムは、典型的には、いくつかの「発光体オン」の画像フレームおよび「発光体オフ」の画像フレームについて和または平均をとる。

「発光体オフ」のフレームを「発光体オン」のフレームから除算する前に、「発光体オフ」のフレームが、「オフ」の照明レベルの「オン」画像に対する相違を補償するために、係数ｆによってスケーリングされる。最適な係数ｆを、対象の領域の両側の画像の領域からの輝度情報を使用することによって推定することができる。

ここで、μは、下付き文字によって示されるとおり、対象の領域の各側に位置するバックグラウンド領域１および２のピクセル強度の平均値であり、さらに下付き文字は、画像が「発光体オン」または「オフ」のどちらのフレームであるかを示している。

あるいは、値ｆは、下記の式を用いて計算することが可能である。

別の実施形態においては、バックグラウンド領域から計算されるバックグラウンド「散乱」レベル（あるいは、グレーレベルまたは煙）を、対象の領域から計算される読み取りから除算することができる。これは、小さな煙の読み取りを生じさせる一時的な照明の変化が、通常は対象の領域（積分領域）と同様な方法でバックグラウンド領域に影響を及ぼすという原理にもとづいて機能する。バックグラウンド領域について同じ計算を実行することによって、積分領域において生じる誤差の推定を得ることができ、対象の領域の読み取りから除算することができる。

例えば、対象の領域の補正済みのグレイレベルを、以下の式を使用して計算することができる。

ここで、Ｇ_{Ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ}は、バックグラウンド散乱について補正されたときの散乱によって引き起こされる対象の領域のグレイレベルである。

Ｉ_ｏｎおよびＩ_ｏｆｆは、下付き文字によって示されているとおり、レーザ「オン」または「オフ」のフレームにおける積分領域の合計の未補正のグレイレベル（あるいは、「オン」または「オフ」のフレームの平均）である。

Ｂは、下付き文字によって示されているとおり、レーザ「オン」またはレーザ「オフ」のいずれかのフレームにおけるバックグラウンド領域１または２（下付き文字によって示されているとおり）のいずれかのピクセル強度の合計値である。

この例において、２つのバックグラウンド領域（１および２）から得られる２つの散乱値（Ｂ_１ＯＮ−Ｂ_１ｏｆｆ）および（Ｂ_２ＯＮ−Ｂ_２ｏｆｆ）が、積分領域からの散乱値（Ｉ_ＯＮ−Ｉ_ｏｆｆ）から除算される。これらの計算を、個々のピクセル値、ビーム経路を横切って積分された生のグレイレベル、最終的な煙の値を使用して、あるいは任意の中間段階で、さまざまな計算量の程度で行うことができる。

上述の方法のすべてにおいて、バックグラウンド領域は、好ましくは、飽和や局在のちらつきまたは雑音などの望ましくない特徴を含まないように選択されなければならない。個々のピクセルまたは領域を除外することができる。いくつかの場合には、使用できるピクセルが、積分領域の片側にのみ存在してもよい。

急激に変化する照明レベルが問題にならない環境においても、ここに記載されるキャンセル方法は、単純な除算に対して依然として利点を有することができ、すなわち煙が存在しないにもかかわらず一定の「バックグラウンド」煙の読み取りにつながりる可能性があるレーザからの望ましくない散乱光のキャンセルという利点を有することができることに、注目すべきである。これらの上述のバックグラウンドキャンセル方法は、積分領域における散乱がバックグラウンド領域における散乱の平均にほぼ等しい限りにおいて、積分領域における望ましくない散乱をキャンセルする。この状況は、散乱がもっぱら非鏡面反射に起因する場合であると予想される。

他の方法は、積分領域のうちの対応する「バックグラウンド散乱」が顕著または過度である部位を単純に無視する（例えば、値をゼロにし、あるいは制限する）ことである。これが生じるしきい値を、火災警報のしきい値に関連させることができ、あるいは火災警報のしきい値から導出することができる。高いバックグラウンド散乱レベルの状況が過度に長い時間にわたって続く場合に、その状況を是正できるよう、不具合を知らせるべきである。上述のように、自動的なビームの操縦を備えるシステムであれば、不具合を知らせる前に、別のビーム位置を選択することによって自身での是正を企てることができる。

特定の実施形態においては、小さな外乱が補償され、補償が不適切であると考えられる大きな外乱は単に抑制されるよう、上述の方法を組み合わせることが好都合であり得る。この方法で、火災警報レベルを妥協する必要がなく、火災の判断において誤警報の割合が最小限にされるが、早期の警報は、可能な限り最良に機能し続け、システムが不具合を知らせることが少なくなる。

光の散乱にもとづく煙の検出に典型的に当てはまるとおり、ビーム内の塵埃または他の大きな粒子が、誤警報を生じさせる可能性がある。本発明の発明者は、ＡＶＳＤシステムにおいて、そのような粒子が、全体としての受光光信号に不釣り合いに大きく寄与しているビーム積分領域内の個々のピクセルに典型的に対応することを特定した。他方で、煙は拡散して分布する傾向にあり、結果として「より平滑」な画像をもたらす。

大きな粒子のこの特性を、例えば支配的な時間平均、近隣の空間平均、または両方に対する散乱のピークを検出することによって、塵埃の存在を認識するための方法を実施することによって、利用することができる。

そのような技法の典型的な実施形態が、以下で提示されるが、それらの例において、使用されるデータサンプルは、バックグラウンドがキャンセルされたピクセルごとのグレイレベルまたは散乱値である。別の実施形態においては、個々のピクセルを使用する代わりに、これらのフィルタ処理技法を、散乱のアレイ対ピクセル半径など、集合データについて実行することができる。

（ａ）時間過渡フィルタ処理
要約すると、この例は、積分領域の各ピクセルからの信号（バックグラウンドのキャンセル後）を先行および／または後続のサンプルと比較することによって動作する。該当の値が、平均を所定のしきい値よりも大きく超える場合に、そのような値が、例えばクリッピングされ、破棄され、あるいは局所平均で置き換えられることによって、無視される。

この分析を、短時間の過度の散乱を拒絶できるように拡張することも可能である。計算による平均を、フィルタ処理対象のサンプルの前および後に取得されたサンプルの組み合わせを使用して得ることができる。

（ｂ）空間過渡フィルタ処理
空間過渡フィルタ処理を使用する例では、積分領域の各ピクセルからの信号（バックグラウンドのキャンセル後）を、隣接ピクセルの平均と比較することができる。該当のピクセルの値が、平均を所定のしきい値よりも大きく超える場合に、そのような値を、例えばクリッピングし、あるいは破棄することによって、無視することができる。

この分析も、短い空間的広がりまたは領域の過度の散乱を拒絶できるように拡張することが可能である。所与のピクセルに関するビーム長さが、ビームの一端から他端まで大きく変わる可能性があるため、最大の許される走行距離を相応に変えることが、好都合となり得る。

一形態においては、しきい値を、該当のピクセルの近傍のピクセルからの値の標準偏差の倍数として決定することができる。したがって、システムは、システムからの不規則雑音を大いに超える事象に応答する傾向にある。システムに関する統計量にもとづき、あるいは絶対または経験的に決定されるパラメータにもとづく他のしきい値を、使用することも可能である。

（ｃ）統計的分析
統計的分析も、塵埃由来の散乱信号と煙由来の信号との間の区別のために使用することができる。

本発明の発明者は、大きな粒子においては、小さな粒子に比べて、受光される散乱光の時間的および空間的変化が大きくなる傾向にあることを明らかにした。したがって、塵埃または他の大きな粒子の寄与を補償し、あるいは少なくとも部分的に補償するために、散乱の読み取りを補正することが可能である。多数の関係または式を使用することも可能であるが、好ましい方法は、塵埃および煙からの散乱の寄与の数学的モデルにもとづく。

補正方法を説明する前に、いくつかの定義およびモデルを提示する必要がある。モデルおよび実行される計算は、個々のピクセルにもとづき、あるいは実質的に類似の統計量を有する隣接ピクセルのグループにもとづく。

対象の空間内の散乱粒子の集団を、２つの分類に分けることができ、すなわち小さな煙状の粒子と、塵埃と推定されるより大きな粒子とに分けることができると仮定する。粒子サイズの分布が重なり合う可能性がある。受光される合計の散乱信号は、２つの集団からの散乱の組み合わせである。

ここで、Ｓバーは、一定期間にわたる総散乱信号の平均であり、Ｓ_１バーは、煙からの散乱信号の平均であり、Ｓ_２バーは、塵埃からの散乱信号の平均である。

受光された散乱信号サンプルの全体の標準偏差は、下記の式になる。

ここで、σ_{Ｔｏｔａｌ}は、一定期間にわたって受光された散乱信号サンプルの標準偏差である。

σ_{Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ}は、対象の空間における散乱に関係しないシステムからの寄与（バックグラウンド照明の変動、散弾雑音、他の電気的雑音）である。

σ_Ｓは、対象の空間内を移動する粒子によって引き起こされる散乱プロセスからの寄与である（対象の空間は、レーザビームと該当のピクセルまたはピクセルグループの視野との交わりとして定義される）。

値σ_Ｓは、それ自身、塵埃粒子の集団および煙粒子の集団からの寄与で構成されている。

ここで、σ_１は、対象の空間内の煙からの寄与であり、σ_２は、対象の空間内の塵埃からの寄与である。

さらに、相対標準偏差についての通常の定義が使用される。

ここで、Ｒ_Ｘは、Ｘのサンプルの集団の相対標準偏差であり、σ_Ｘは、Ｘのサンプルの集団の標準偏差であり、Ｘバーは、Ｘのサンプルの集団の平均である。

現在の目的のために、これらの量および他の量の推定が、正確な値と入れ換え可能に使用されることに注意すべきである（一般には、推定しか入手することができない）。

上述の命名規則を使用して、Ｒ_１を、煙についての相対標準偏差と定義し、Ｒ_２を、塵埃についての標準偏差と定義する。

上記定義を使用して、塵埃についての補正のための方法２７００を、図２７に示されているとおり、以下のように実行することができる。

最初に、ステップ２７０２においてシステムが、システムのバックグラウンド雑音レベルσ_{Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ}を確立する。これは、好ましくは、各ピクセルについて個々に実行され、ビームに散乱粒子がほとんど存在していないときに取得されたサンプルによって、ピクセル値の標準偏差として計算される。

ひとたびこれが行われると、ステップ２７０４において、個々のシステムの構成について、代表的な煙および塵埃の相対標準偏差（Ｒ）の値を確立することができる。一般に、Ｒ_ＤｕｓｔがＲ_{Ｓｍｏｋｅ}よりも大きいはずである。なぜならば、粒子がより大きく、よりばらつきを生じるからである。使用される材料は、煙について最高のＲ値を生み出し、塵埃について最低のＲ値を生み出す材料であるべきである。これは、読み取りの過剰な補正および塵埃の存在下での煙への感度の低下を避けるためである。当業者であれば、煙の感度に対する塵埃排除の性能および誤った負の決定のトレードオフの機会を認識できるであろう。

下記の関係を、各々の物質に起因する標準偏差の成分を発見し、上記定義を使用して対応するＲを発見するために使用することができる。Ｒの値は、粒子の濃度から実質的に独立しているはずであり、したがって高い濃度（二次散乱が問題になるほどは高くない）が、測定における誤差を少なくするために最良に使用される。

これらのＲ値は、１つのピクセルまたはピクセルの領域についてしか適用できない可能性がある。これは、例えば積分領域の異なる部位のピクセルにとって視認できるビームの長さが異なることに起因して、ピクセルからピクセルへとかなりのばらつきが存在する可能性があるためである。

しかしながら、煙および塵埃についてのＲ値の割り出しは、代表的なシステムについて一回だけ行えばよい。ひとたび１組のＲ値が確立されると、非同一のシステムについての対応する値を、計算または実験的に決定することができる。

バックグラウンド雑音レベルσ_{Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ}が、照明状態につれて変化する可能性がある。したがって、固定の値を使用することが可能であるが、照明状態に依存する値を使用することがより良好である。これは、式、参照表、または散乱粒子の濃度が低いことが既知である状態において行われる測定、あるいは積極的な照明なしで取得された画像フレーム（すなわち、「オフフレーム」）からのデータを使用することによって、行うことが可能である。

次に、ステップ２７０６において、各々のピクセルからのバックグラウンドがキャンセルされたサンプルの組の標準偏差σ_{Ｔｏｔａｌ}および平均Ｓバーが、短い時間期間（典型的には、１〜１０秒）について計算される。

ステップ２７０８において、確立されたσ_{Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ}および最新のσ_{Ｔｏｔａｌ}を使用して、σ_Ｓが計算される。

次いで、ステップ２７１０において、確立されたＲ_１、Ｒ_２ならびに最新のσ_ＳおよびＳバーを使用して、以下の２つの式を形成することができる。

２つの未知数Ｓ_１バー（煙からの散乱）およびＳ_２バー（塵埃からの散乱）が存在している。

Ｓ_１バーの解は、以下のとおりである。

Ｓバー＞Ｓ_１バーであるため、唯一の物理解は、下記のようになる。

一般に、係数Ａは小さい。したがって、容認できる近似が下記のように可能である。

必要であれば、下記の式が、推定による塵埃からの寄与を与える。

上記の方法を使用して、散乱信号がきわめて小さい（あるいは、ゼロである）場合に問題が生じ得る。この場合、主としてＳバーの大きな相対誤差ゆえに、項Ｒ_Ｓにおける誤差がきわめて大きくなる。極端に現実的な場合においては、ゼロによる除算のエラーが生じる可能性がある。この問題に、特定の実施形態においては、低散乱レベルにおける塵埃補正を変更することによって対処することができる。例えば、以下の式を使用することができる。

値Ｓ_Ａは、いかなる補正も実行しなくてよいしきい値であり、値Ｓ_Ｂは、補正が完全に作用することを許される第２のしきい値であり、これらの値は、システムの雑音がいかなる点においても挙動に過度の悪影響を及ぼすことがないように選択される。多数の代案が、当業者にとって自明であろう。

個々のピクセルを使用する代わりに、このプロセスを、散乱対ピクセル半径のアレイまたは他の集合データについて実行することができる。

使用することが可能なこの方法の別の変種は、同様のプロセスを含むが、そのようなプロセスが、ピクセル値の時間的変化よりもむしろ、空間的変化へと適用される。さらなる変種においては、時間的および空間的に取得されたサンプルの組み合わせを、サンプル全体のサイズを増すために使用することができる。これは、統計量における推定誤差を小さくし、塵埃のより良好な排除およびより正確な煙の読み取りをもたらす。

さらに別の変種は、塵埃において生じ得るガウス散乱サンプル分布を利用することを含む。大きな粒子がビームを通過するとき、明るい閃光が生成される。これは、電気雑音プロセスによって引き起こされる無作為な変動またはシーンからの散弾雑音からはっきりと相違する。粒子が存在しないときの散乱の読み取りの分布は、多数の非相関の源の合計であるため、ほぼガウス分布である。同様に、小さな粒子が検出可能なレベルで存在するときの散乱の読み取りの分布は、典型的には多数の粒子がビーム内に存在するため、ガウス形へと向かう傾向にある。しかしながら、検出可能な濃度における大きな粒子では、存在する粒子の数が、典型的には、煙の場合よりもはるかに少ない。したがって、分布が何らかの尖度および非対称を示す可能性がある。

とくには、本発明の発明者は、分布のプラス側に太った尻尾を期待できることを突き止めた。このため、煙の散乱の寄与を塵埃と区別して決定するために、分散または標準偏差よりも、分布の高次モーメントを使用することが、好都合であり得る。例えば、非対称または尖度を、上記と同様の方法において使用することができる。非対称または（過大な）尖度が、清浄な空気または煙においてはほぼゼロになると予想できるが、塵埃の濃度が増すにつれてますます正になると予想される。したがって、非対称または（過大な）尖度を、散乱の読み取りを塵埃が存在しない場合に考えられる読み取りへと補正するために使用することができる。

我々の先行の特許出願に開示の基本的なＡＶＳＤシステムは、レーザビームに沿った位置に対する煙粒子の濃度を測定する。このデータを、最終的には、火災警報信号または煙の発生位置および警報のレベルを示す多数の信号へと変換する必要がある。当業者であれば理解できるとおり、火災警報システムは、典型的には２つの早期警報または予備的警報のレベルと、避難および消防隊の要請のための火災警報レベルと、自動鎮火システムを動作させるための第４のレベルとを有している。

本明細書の実施形態ならびに本出願と同時に係属中の我々の先行の特許出願に記載のＡＶＳＤシステムから得られる関連データは、煙濃度レベル−対−ピクセルにおいて測定された光源からの距離を表わすアレイインデックスのアレイを含む。ピクセルのこの選択が任意であるが、後の処理ステップにおいて利用できる分解能を実質的に維持するために選択されていることに、注意すべきである。

前述の１つの方法は、ビームの使用可能な長さを「仮想検出器」を呈するセグメントへと分割することである。各々の仮想検出器における煙レベルが、該当のセグメントに属するアレイインデックスの範囲にわたる煙の読み取りの長さによる重み付け平均として計算される。

ここで、Ｓ_{Ｓｅｇｍｅｎｔ ｎ−ｍ}は、アレイインデックスｎ〜ｍに相当するセグメントの煙レベルであり、Ｓ（ｒ）は、アレイインデックスｒにおける煙レベルであり、Ｌ（ｒ）は、アレイインデックスによって表わされるビームの長さである。

各々の仮想検出器に相当するセグメントを、或る程度重ね合わせることができる。この方法はかなり機能することができるが、セグメントが大きくされすぎると過度の希釈につながる可能性があり、小さくされすぎると過度の雑音につながる可能性がある。例えば、セグメントがビームに沿って５ｍの長さを有するが、煙の柱の差し渡しが１ｍでしかない場合、測定される煙の密度は、煙の柱に実際に存在するよりも５倍も低くなる。しかしながら、長さ１ｍの短いセグメントが使用される場合には、雑音レベルがより高くなる（平均化が少ないため）と考えられ、システムにおいて、分布した煙を検出する能力が低くなると考えられる。

この状況を取り扱うための改善された方法が、図２７Ａのフローチャートに示されている。

この方法２７５０においては、隣接する（あるいは、部分的に重なる）セグメントについて単一のサイズを使用する代わりに、異なるサイズのセグメントの範囲が、ステップ２７５２において定められる。各々のセグメントが、ビームに沿って独自の空間長さおよび位置を有する。セグメントは、ビームに沿って小さな（あるいは、大きな）刻みにて互いに重なり合ってもよい。今や、任意の所与の煙の柱の位置および幅について、それに良好に一致する所定のビームセグメントが存在し、最高の信号対雑音比をもたらす。

そのように定められた各々のセグメントが、（例えば、すでに使用したものと同じしきい値および遅延の仕組みを使用する）関連の警報決定ロジックを有する。理解されるとおり、各々のセグメントの警報しきい値は、異なる平均化長さに起因する雑音レベルの相違を考慮するように、適切にスケーリングされなければならない（さもないと、誤警報が発生する）。

上述のように、複数の仮想検出器を、例えばシステムが属する火災検出システム内の検出器アドレスに対応するように、ステップ２７５４において定めることができる。

次に、ステップ２７５６において、各々のセグメントが仮想検出器に関連付けられる。これを、例えば、セグメントの空間中心に最も近い仮想検出器の位置を見つけることによって行うことができる。

次いで、最後のステップ２７５８において、所与の仮想検出器についての警報レベルが、当該仮想検出器に関連付けられたすべてのセグメントの最高の警報レベルとして計算される。

別の実施形態においては、仮想検出器の煙レベルが、当該仮想検出器に関連付けられたすべてのセグメントにおいて検出される最高の煙レベルとなるように計算される。次いで、この煙レベルが、セグメントにではなく仮想検出器に関連付けられた警報決定ロジックに渡される。狭いセグメントが呈するであろうより高い雑音レベルに、読み取りを適切にスケールダウンすることによって対処することができる。これは、アラームの遅延の継続時間において移動する煙の雲を追跡できるという利点を有する。

第３の代案は、各々のセグメントについて瞬間の警報レベルを計算（例えば、煙を遅延なしで警報しきい値と比較）し、次いで、所与の仮想検出器に関連付けられたセグメントの最高の警報レベルを、この仮想検出器に関連付けられた警報遅延ロジックへと渡すことである。

理解されるとおり、セグメントを、実質的に窓または矩形フィルタとして説明した（すなわち、セグメント内に含まれるすべてのデータ点に同じ重みが与えられている）。しかしながら、ガウスまたは他の重み付けの仕組みを使用することも可能であり、典型的な煙の柱へのわずかに改善された相関を示すことができる。

ＡＶＳＤシステムは、屋外または大きな開放領域において使用するためによく適しているため、システムへの太陽光の影響を考慮しなければならない。典型的な太陽光は、ＡＶＳＤシステムにおいて検出器の飽和または感度低下（雑音の導入による）を引き起こす可能性がある。ＡＶＳＤシステムへの太陽光または他の迷光の影響を回避または少なくとも軽減するためのさらなる方法は、ＡＶＳＤシステムの動作波長を注意深く選択することである。より詳しくは、発光体または光検出装置の波長を、大気または太陽光のスペクトル吸収線に一致する波長へと調節することができ、例えば水素によって引き起こされる約６５６ｎｍの太陽光吸収スペクトルの狭い吸収線が存在し、これを使用することができる。この技法が有効であるために、吸収線に中心を有し、好ましくはこの線の幅よりも広くない適切なフィルタを、カメラに取り付けなければならない。

大気吸収を使用する場合、迷光がシステムに影響を及ぼすことがないように、電磁スペクトルの紫外部分を好都合に使用することができる。約４００ｎｍよりも短い波長が、地球の大気によって大きく減衰させられ、３００ｎｍ未満において、地上レベルにおける太陽光は、何桁も減衰させられる。これを、ＡＶＳＤシステムにおいて３００ｎｍ以下の光源を使用することによって利用することができる。例えば、２６６ｎｍというレーザ波長を有するシステムは、狭帯域のフィルタさえ必要としないかもしれず、昼光阻止フィルタだけで充分であると考えられる。そのようなシステムは、最大限の太陽光のもとで動作することができるが、性能上の不利益はわずかまたは皆無である。

前述のように、塵埃信号の排除が、システムの信頼性にとって重要である。本発明の発明者は、ＡＶＳＤシステムにおいて塵埃の排除を改善するいくつかの方法を特定した。それらは、
・所与の波長において散乱比へのわずかな光損失を決定すること、
・複数の波長において散乱比を決定すること、
・複数の波長のわずかな光損失／散乱比を組み合わせること、
・異なる偏光において散乱比を決定すること、
・異なる散乱角度における散乱レベルを決定すること（例えば、複数のカメラおよび／またはビームを使用することによって）、
を含む。

本発明の発明者は、塵埃などの大きな粒子が、浅い角度において比較的強い散乱を生じさせることを突き止めた。本発明の発明者が行った研究室での試験によって、同じ横散乱の大きさにおいて、散乱の平面に対して垂直に偏光させた８００ｎｍの波長を使用して、塵埃が、１〜４度の範囲の角度において、煙などの小粒子よりも約１０〜１００倍も散乱を生じさせることが示されている。この理由で、ＡＶＳＤシステムは、好ましくは大きな粒子の感度を下げるための手段を取り入れる。

１つの方法は、ビームから散乱させられた光のわずかな光損失に対する比を使用することである。実験室での試験によって、この比が、塵埃について３０程度（１０〜１００）になり、典型的な小粒子のセルロース煙について約１〜２になることが示されている。炭化水素（ｎ−ヘプタン／トルエン混合物、およびプラスチック）から生じる一部の煙は、約１０という比を生じることが明らかになっているが、依然として大部分の塵埃よりも小さい。これらの高い比の煙は、通常は、他の種類の煙よりも少なくとも１０倍も多い散乱を生じさせ、したがって、この比にもとづく塵埃排除方法は、これらの煙に対する過感度を補正するためにも使用することができる。

図２８に示した好ましい方法においては、検出された散乱レベルを、以下のように散乱−対−わずかな光損失の比を使用して補正することができる。

第１のステップ２８０２において、経路における総散乱が計算される。これは、好ましくは、ステップ２８０４に示されているように、割り出された散乱係数をそれらが適用されるビームセグメントの長さで乗算し、ビームの全長に沿って合計することによって実行される。

次に、ステップ２８０６において、ビームの全長におけるわずかな光損失が割り出される。

このステップの後で、ステップ２８０８において、散乱に対するわずかな光損失の比が計算される。次いで、この比が、ステップ２８１０において、選択された指数ｋ（通常は、１〜２の間である）へとべき乗され、散乱補正係数が割り出される。

この補正係数が、ステップ２８１２において、煙の読み取りから導出された散乱を補正するために使用される。補正は、煙の読み取りを補正係数によって乗算することによって実行される。

指数ｋを、所望される塵埃排除の程度を調節するために使用することができる。一般に、塵埃の排除と煙応答の低下の恐れとの間にトレードオフが存在するが、ｋが１という値に設定される場合、結果として、散乱の読み取りが、あらゆる種類の煙に常に応答する経路損失システムへとほぼ補正される。より大きなｋの値を使用することができるが、真の警報状態を排除してしまう恐れが生じる。散乱とわずかな光損失の比との間の関係を、遭遇される散乱原因（例えば、煙の種類、あるいは煙または塵埃など）の種類のインジケータとして使用する他の方法を、考え出すことができる。

上述の方法を有効に使用するために、わずかな光損失の測定が、散乱へのシステムの感度とほぼ同じ精度を有さなければならないことに、注意すべきである。したがって、システムが１％／ｍに相当する散乱レベルを有する塵埃を排除できることが望まれる場合には、１％／ｍの煙および長さ５ｍのセクターにおいて、わずかな光損失（煙による）は約５％であろう。補正後の煙の読み取りの誤差が約２０％を超えないようにするために、わずかな光損失は、約１％まで正確でなければならない。

したがって、わずかな光損失の測定間度の過大なドリフトが、真の警報状態を隠す可能性がある。これは、経路損失測定システムに容易には実現できない安定性の要件を設定する。しかしながら、本発明の発明者は、必要とされる感度および安定性をもたらすことができるいくつかの方法または技法を考え出した。

第１の方法は、一般に、対象の空間を通ってビーム（好ましくは、散乱の測定に使用されるビームと同じビーム）を光電セルへと直接に投影するステップを含む。随意により、光電セルに、望まれない光を減らすための波長および／または偏光フィルタを備えることができる。

また、大きなレーザビームにおいて小さなセルを使用できるようにする集光光学系を使用することができる。

適切な感度で動作するために、光電セルまたは集光光学系は、ビームの断面全体を迎えなければならない。そうでない場合、干渉効果および小さな物理的外乱によって、受光されるレーザ出力に変動が生じ得る。さらに、センサおよび／または光学系の集光領域は、生じ得る整列の変化（例えば、建物の運動および振動などによって引き起こされる動き）を許容するために、充分に大きくなければならない。

また、集光領域は、ビーム全体が一様に測定されるよう、その領域を横切って充分に一様な感度を有さなければならない。

図２９Ａおよび２９Ｂが、上述の技法を実施するための適切なシステムを示している。

図２９Ａが、光のビーム２９０４を放射する光源２９０２を有しているシステム２９００を示している。ビームは、受光されるレーザ出力を測定する光センサ２９０６を終端とする。上述のように、光センサ２９０６は、ビーム全体を確実に捕らえることができるよう、ビーム２９０４の断面よりも大きいセンサ領域を有している。ビーム２９０４は、視野２９１０を監視して、本明細書の他の場所および我々の先行の特許出願に記載の方法での粒子の検出の実行に使用される出力信号を送信するように構成された第２の光取得装置（例えば、カメラ２９０８）によって監視される。

図２９Ｂが、レーザ２９０２によって発せられた光のビーム２９０４が光センサ２９０６の手前に配置された画像化光学系２９２２を通過する点を除き、図２９Ａのシステムにきわめてよく似たシステム２９２０を示している（類似の構成部品には、類似の番号が付されている）。画像化光学系１９２２は、ビーム全体を確実に捕らえて光センサ２９０６上に集中させることができるよう、ビーム２９０４の断面よりも大きい集光面積を有している。光学系２９２２の存在ゆえに、光センサ２９０６のサイズを小さくすることができる。同様に、ビーム２９０４は、視野２９１０を監視して、本明細書および我々の先行の特許出願のどこかに記載の方法での粒子の検出の実行に使用される出力信号を送信するように構成された第２の光取得装置（例えば、カメラ２９０８）によって監視される。

別の実施形態においては、レーザビーム（好ましくは、散乱の測定に使用されるビームと同じビーム）を、対象の空間を通って反射ターゲットへと放射することができる。受光される反射レーザビームの出力を、レーザ端において監視することができる。

ターゲットが鏡面回帰反射器（例えば、ミラー・コーナー・キューブまたは注意深く調節された平面鏡）である場合、図２９Ａおよび２９Ｂのシステムに関して述べたものと同様の最適かつ安定な光の取得を補償するための要因が考慮されなければならない。しかしながら、ターゲットが非鏡面反射器（例えば、多数の小反射器で構成された回帰反射器の粗い表面）である場合には、戻りのビーム全体を迎えることが光電セル（または、集光光学系）にとって非現実的であるため、高い安定性を達成するために異なる要件が存在する。

そのような方法を実施するシステムの例が、図３０に示されている。このシステムは、図２９Ａおよび２９Ｂのシステムに類似している（類似の構成部品には、類似の番号が付されている）。このシステム３０００は、光のビーム２９０４に交差して戻りのビーム３００４を反射する反射器（この場合には、平面鏡３００２）を備える点で、先の実施形態から相違する。戻りのビームは、レーザ２９０２に隣接して取り付けられた光検出器３００６によって受光される。この実施形態においても、画像化光学系を使用してもよいことを、理解できるであろう。先の実施形態と同様に、ビーム２９０４および３００４が、視野２９１０を監視するように構成された第２の光取得装置（例えば、カメラ２９０８）によって監視され、第２の光取得装置が、本明細書および我々の先行の特許出願のどこかに記載の方法での粒子の検出の実行に使用される出力信号を送信する。

先の実施形態と同様に、適切な安定性を実現するために、反射ターゲットの面積および光センサは、建物の運動などによって生じ得る整列の変化を許容するために充分に大きくなければならない。さらに、反射ターゲットの受光領域は、反射に関して充分に一様でなければならない。

非鏡面の反射器が使用される場合には、レーザの「スペックル」が過剰な変化を生じさせることがないように保証するために、さらなる対策がとられなければならない。

レーザの「スペックル」は、マルチパス（すなわち、光が光源から目的地まで異なる経路によって移動することができる状況）に起因する干渉作用である。実際には、これが、無作為な明暗のパッチまたは「スペックルパターン」をビームの「スポット」に出現させる。

スペックルに起因するばらつきを減らすための適切な方法は、通常は、多数の非相関なスペックルのピークおよび谷を平均することにもとづく。本発明の発明者は、以下の典型的な技法を考え出した。
・現実的に最も大きい光センサを使用する。
・センサ光学系を使用することによって受光される光の焦点をずらす。
・レーザをターゲット表面のより大きな部分を横切って動かし、読み取りを時間平均する。
・ターゲットにより大きな直径のスポットを形成するために、より大きなレーザビームまたは発散するビームを使用する。
・非コヒーレントな光源を使用し、あるいはコヒーレントな光源が使用される場合には、ビームを非コヒーレントにするために使用することができる装置（例えば、乳白色ガラスまたは当業者にとって公知の他の技法）をセンサまたは発光体に配置する。
・コヒーレンスを減らすべくレーザの周波数を変調する。
・可能な限り大きく、あるいは現実的に最大の集光レンズを、受光器において使用する。

理解されるとおり、光源を光検出器へと自動的に再整列させるための方法および機構を、望まれないビームの移動に起因する受光出力の変化を少なくするために使用することもできる。

わずかな光損失の測定の安定性を向上させるための別の方法は、１００％の透過の基準レベルをときどきリセットすることである。これは、好ましくは、散乱信号がしきい値散乱レベルを下回るとすぐに行われる。ひとたび散乱信号がしきい値をいくらか上回ると、最後の較正レベルが保持され、以後の処理に使用される。しかしながら、理解されるとおり、散乱レベルが長い期間にわたって続く場合、読み取りの信頼性は、最後の較正が長くなるため、時間とともに低下する。

長きにわたる低レベル散乱の事象において、計算されるわずかな光損失の散乱に対する比が次第にドリフトするという悪影響に対処するために、加えられる補正係数を次第に減らすことが可能である。

以上から気が付くとおり、成功のためには、わずかな光損失の測定がレーザ／ターゲットの整列のわずかな変化によって損なわれることがないように保証するために、システムが、典型的には、正確かつ迅速に調節できるレーザの操縦を必要とする。適切なビーム操縦機構は、上述されている。

上述のように、多数の波長において散乱の比を決定する本発明の実施形態を実施することが可能である。この実施形態においては、いくつかの光源が必要とされる可能性がある。それらは、好ましくは、粒子のサイズを見分けるために、１つの赤外光源および１つのより短い波長の光源（例えば、青色／紫色またはＵＶ）を含むと考えられる。これは、現時点においては依然として高コストであり、典型的には期待できる寿命が短く、温度許容度に乏しい青色／紫色または紫外レーザの必要性を導入する。

この手法は、典型的には、１つのカメラで２つの波長を視認できるように、光センサに選択フィルタを必要とし、あるいは追加のカメラ／フィルタのペアを必要とする。

先の実施形態において述べたバックグラウンドキャンセル方法は、いくつかの発光体「オン」フレームおよび発光体「オフ」フレームを合計または平均するプロセスを含む。これらの方法は、典型的には、等しい数の「オン」および「オフ」フレームを使用する。

しかしながら、バックグラウンド光のレベルがフレームの取得の期間の間に増加または減少する場合に、オンおよびオフのフレームが同時には取得されていないため、残余のバックグラウンド成分が存在するであろう。

この影響を、「オン」サンプルおよび「オフ」サンプルの「重心」が一致するようにサンプリングの仕組みを変えることによって最小限にすることができる。これは、「オン」フレームよりも多くの「オフ」フレームを採取（あるいは、この反対）して、それらをインターリーブし、あるいは使用される「オン」および「オフ」フレームが到来中心時間の周囲に広げられる他の何らかの構成を使用することによって達成することができる。

図３１は、画像シーケンス３１００の一連のフレームを示している。黒色のフレームは、「オフ」フレーム（すなわち、光源がオフのときに取得されたフレーム）を表わしており、白色のフレームは、光源が照らされているときに取得された「オン」フレームである。シーケンス３１００は、「オフ」フレームを「オン」フレームよりも１つ多く含む。したがって、一連の「オン」フレームの中心時刻が、一連の「オフ」フレームの中心時刻と同じである。

別の仕組みにおいては、さらに重み付けをフレームへと適用することができる。例えば、図３１は、第２の一連の画像フレーム３１０２を示している。この一連の画像フレームにおいて、最初および最後のフレームである「オフ」フレームを、平均化または合計において使用されるときに、１／２という係数によって重み付けすることができる。これにより、バックグラウンドがキャンセルされた画像を、「オン」フレームの合計から「オフ」フレームの合計を引き算したものとして計算することができ、フレームの数の相違を補正する計算上のオーバヘッドを避けることができる。

オン露出およびオフ露出の時間中心が一致している限りにおいて、時間とともに線形に変化するバックグラウンド光レベルについて、正確なキャンセルを実現することができる。

図３２に示した他の変種においては、連続するフレームのシーケンスが、境界において（１つ以上のフレームを）共有している。この点に関し、図３２は、連続して取得された３つのフレームのシーケンス３２００、３２０２、および３２０４を示している。この仕組みにおいて、隣接するフレームシーケンス３２００および３２０２ならびに３２０２および３２０４の間の境界の「オフ」フレームは、上述のとおりに各々のシーケンスの「オフ」フレームの平均または合計に寄与する。バックグラウンドレベルが線形に増加または減少する状況においてバックグラウンドの良好なキャンセルの実行を助けるほかに、通常であれば使用されないフレームの破棄の必要も回避される。

当然ながら、この技法を、本明細書または本出願と同時に係属中の我々の他の特許出願に記載のバックグラウンドキャンセルを実行するための他の上述の方法の任意のいずれかと組み合わせることが可能である。

本発明の上述の態様のいくつかの実施形態は、走査可能または操縦可能な光源または光学部品を要求する。例えば、操縦可能なレーザビームが、以下の問題に対処するために本発明の実施形態において使用される。
・システムが機能可能になる前に、システムの試運転においてレーザビームを正確に設定する必要がある。
・取り付けにおけるドリフトまたは移動。この点に関し、ドリフトが存在する場合には、必要な経路を正確に維持するために、レーザビームの間断のない調節が必要であり得る。例えば、ドリフトは、温度または湿度が変化するときに建物に生じることが多い建物の動きに起因して生じ、あるいは取り付け機構における望ましくない変化に起因して生じ得る。
・センサの視野への物体の進入。この問題に対処するための本明細書に記載の実施形態のいくつかは、光ビームの方向を一時的または継続的に変化させることを含む。

或る範囲のレーザビーム操縦機構が公知であり、さまざまな用途に使用されている。本発明の発明者の知る例として、反照検流計、圧電光学マウント、および電動運動マウントが挙げられる。しかしながら、本明細書に提示の粒子検出システムにおいて使用されるビーム操縦機構には、特定の制約が存在する。例えば、本発明の検出システムの態様は、最適な性能のために満足しなければならない以下の要件を有する可能性がある。

動きの範囲：ビームの走査が通常の動作の一部として使用される実施形態において、大きな動きの範囲が必要とされる可能性がある。

動きの精度：本発明の実施形態においては、全ビーム出力の少量がメートルごとに光ビームから散乱させられ、あるいは隠されるため、システムの整列が高度に精密である必要がある。

動きの速度：いくつかの実施形態においては、システムの取り付け部における振動または光速運動を補償する必要がある可能性があり、したがって使用されるビーム操縦機構は、幾何学の急激な変化に対抗できる必要がある。

寿命：１０年になることが期待される粒子検出システムに必要な寿命の間、障害物の検出という目的のための走査が、１分間隔で生じる可能性があり、合計で５００万回を超える動作となる。

電力の消費：電力の消費が少ないことが望ましい。

これらの要件が、ロバストさ、長い寿命、少ない保守の必要性、およびきわめて低い平均の電力消費を提供する解決策によって満足されることが好都合であり、これが低い製造コストで達成されることが好都合である。

図３３は、本発明の好ましい形態において使用されるビーム操縦機構の第１の実施形態を概略的に示している。この場合、機構は、機構に取り付けられたミラーの方向を変えることによって動作するが、他の光学部品を機構に取り付けることができる。ビーム操縦機構３３００は、好都合には、互いに重ねて取り付けられた２つ以上のステージから構成される。第１のステージ３３０４が、取り付け部３３０２に対して操縦可能であって、大きな移動範囲にわたる粗い制御を提供し、これが設置時の粒子検出システムの初期の粗い整列にとくに有用である。好ましくは、第１のステージは、４０度を超える行程を約±１度の精度で提供することができる。

第１のステージ３３０４上に取り付けられ、第１のステージ３３０４上で独立に操縦可能である第２のステージ３３０６が、狭い移動範囲における微細な制御を提供し、これが試運転の際の正確な整列およびドリフトの事象における整列の維持に有用である。さらに、障害物の検出の目的のために摩滅することなくレーザビームの走査を繰り返すことを可能にすることができる。典型的には、第２のステージは、２０度未満の行程を±０．０５度よりも良好な精度で提供する。

例えば、好ましい実施形態においては、第１の「粗調」ステージ３３０４をベースマウント３３０２へと取り付けることができ、方向の制御を、減速ギアボックスが装着されたＤＣ電気モータおよびスウォシュプレートへのリンク機構またはカムを使用してもたらすことができる。好ましくは、２つのモータが使用され、一方がもっぱらＸ（水平）軸における移動を制御し、一方がもっぱらＹ（垂直）軸における移動を制御する。

しかしながら、これは設計の便利の問題であり、２次元における適切な動きの範囲が達成できる限りにおいて、選択される軸が直交している必要はない。

好ましい実施形態においては、第２の「微調」ステージ３３０６が、第１のステージ３３０４上に取り付けられ、２つの電磁ボイスコイルアクチュエータを使用して比較的精密な動きを提供する。周知の別のアクチュエータ（圧電式など）での置き換えも可能である。

この多段式の手法を使用することによって得られる利益は、以下のとおりである。
・低コスト：幅広い移動範囲および精度の両方を組み合わせる運動システムを製作することは実現可能であるが、きわめて微細な公差で製作される高価な部品が必要になると考えられる。多段式の手法は、低コストな部品の使用を可能にする。
・長寿命：ボイスコイルまたは圧電デバイスなど、第２のステージ用に選択されるアクチュエータは、他の利用可能なアクチュエータ機構と同じ様相では摩耗しない。

たった今説明した操縦機構を、図３４のフローチャートに示されるように、ＡＶＳＤシステムの試運転の際に（あるいは、他の時点で）使用されるターゲット取得プロセスのために、以下のように使用することができる。

ターゲット取得方法２４００は、粗調位置決めステージ（好ましくは、微調位置決めステージも）を自身の中心位置（好ましくは、非駆動の休止位置）位置させることによって始まる（ステップ３４０２）。次いで、システムが、好ましくは、およそ１０〜２０度の範囲内へと大まかに整列させられる。この初期の粗調整列は、通常は、例えば設置の測定ならびに光源およびターゲットが取り付けられる壁の相対のパーリネス（ｐｅａｒｌｉｎｅｓｓ）に単純に依存することによって、技術者によって手動で行われる。

次に、ステップ３４０２において、粗調整列ステージが、レーザビームを必要とされるターゲット位置に大まかに近付ける（例えば、１または２度の範囲内）ために、ソフトウェアの制御のもとで動かされる。

次に、ステップ３４０４において、粗調整列ステージが停止させられる。好ましくは、粗調整列ステージは、動力が除かれたときに確実に静止を保つように構成されている。

次いで、ステップ３４０４において、微調整列ステージが、レーザビームを必要とされる位置へと操縦するように動かされる。

使用されるターゲット取得アルゴリズムは、本明細書のどこかに記載される取得アルゴリズムのいずれか、または当業者にとって公知の他の任意の機構であってよい。

本発明のさらなる態様は、本明細書に記載のＡＶＳＤシステムの信頼性または精度を改善するために単独または組み合わせにおいて使用することができる機械的な改善または変更に関する。

ＡＶＳＤシステムにおいて生じ得る問題は、カメラおよびレーザの光学的に敏感な表面の空気中の粒子による汚染である。そのような汚染は、システムの有効感度および画像分解能を低下させる可能性がある。画像取得装置、発光体、またはあらゆる介在の光学系の内部の光学面は、それらを保護するために大気から密封することが可能であるが、最も外側の光学面（例えば、レンズまたは窓）は、依然として汚染されがちである。

露出されている光学的に敏感な表面に粒子が接触することを防止する１つの方法は、光学的に敏感な表面を、光を受光または送信する筐体の開口からかなりの距離に位置させることである。開口が、カメラへの光の進入またはレーザからのビームの出射を可能にするが、光学面と環境の大気との間に実質的に静止した空気のポケットを生成する。したがって、開口に進入するほこりの粒子は、光学的に敏感な表面へと移動する前に、光学的に重要でない表面へと沈降する傾向にある。さらに、それでもなお空気中に浮遊したままであり、光学的に敏感な表面へと達する可能性がある小さな粒子を、取り除くことが可能である。

図３５は、上述の形式の光学的構成３５００を示している。光学的構成３５００は、露出された光学素子３５０４（レンズまたは窓などであってよい）を含むＡＶＳＤシステムの構成部品３５０２（例えば、レーザなどの発光体またはカメラなどの光検出器）を含む。この構成部品３５０２をハウジング３５０６が囲んでおり、ハウジング３５０６が、光をハウジングに進入させることができ、あるいは光をハウジングから出すことができる開口３５０８を備えている。開口３５０８と露出された光学部品３５０４との間に、ハウジングが、比較的静止した空気が存在できる空間３５１０を囲んでいる。

空間３５１０に浮遊する軽い粒子を取り除くための１つの方法は、空気の空間３５１０を横切って電界が設定されるように構成し、空気中の粒子を光学的に敏感な表面へと移動できるよりも前に空気から引き付けることである。

図３６の実施形態においては、恒久的に帯電した材料３５１２および３５１４を空気の空間３５１０に隣接して配置することによって、電界が受動的にもたらされる。そのような材料は周知であり、例えば３Ｍ社から市販されているようなエレクトレット材料や、他の分極強誘電体材料を挙げることができる。好ましくは、ハウジング３５０６の構成は、材料３５１２および３５１８を過剰に汚れたならば好都合に交換または清掃できるような構成である。

図３７に示されているような別の実施形態においては、電界を、例えばいくつかの周知の電気的な方法のうちの任意の１つによって、能動的に生成することが可能である。この実施形態３７００においては、ハウジング３５０６が、空間３５１０の各側に位置する２枚の帯電プレート３７０２および３７０４を備えている。プレート３７０２および３７０４の間に、回路３７０６によって電界が維持される。回路は、例えば、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ電圧増倍器としても知られるインバータ／キャパシタ−ダイオードのラダー配置であってよい。

光学的に敏感な表面へと向かう粒子の移動を防止するためのもう１つの方法は、清浄空気の対向流を生じさせることによる。この清浄空気を、ファンを使用してフィルタを通って外部の空気を引き込むことによってもたらすことができる。図３８は、そのような構成の例を示している。簡単に言うと、ハウジング３５０６および光学部品３５０２は、図３５に示したものと同じである（同様の構成部品には、同様の番号が付されている）。この構成３８００は、ハウジング３５０６の内部に取り付けられ、フィルタ３８０４を通ってハウジングの中へと空気を引き込むように構成されたファン３８０２をさらに備えている。次いで、この方法でハウジングに進入する清浄空気が、光学部品３５０６の周囲へと押し流され、矢印３８０６の方向に開口３５０８を介してハウジング３５０６から出る。このシステムを、露出された光学的に敏感な表面３５０４が汚染のない状態に保たれるように保証するために、露出された光学的に敏感な表面３５０４へと直接的に清浄空気を吹き付けるダクトまたは他の同様の装置を使用することによって改善することができる。

関連の、しかしながらわずかに異なる問題が、システムの露出された光学面（例えば、レンズ、センサ、またはレーザ放射器の）へと移動する生物（とくには、昆虫または蜘蛛）に起因して生じ得る。例えば、大型の蛾などの昆虫が、センサの観察窓に舞い降り、視界の容認できない部分を覆う可能性があり、あるいは光源へと舞い降りて、光源から発せられる光ビームを部分的または完全に遮る可能性がある。さらには、とくには蜘蛛が巣を作り、そのような巣が光学面に付着し、システムの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

同様の問題が、セキュリティカメラの分野において、化学防虫剤、殺虫剤、および低付着コーティング、ならびにワイパーを使用することによって対処されている。これらの有効性は限られており、定期的な更新または保守が必要である。

光学系を虫などの侵入から保護する他の方法は、ハウジングの開口の周囲または露出された光学部品の周辺に電気導体を配置することである。次いで、この導体に、虫を光学系に侵入する前に感電死させるために、高電圧電源を供給することができる。人間の負傷の可能性をなくすために、電流を害のないレベルに制限することができ、ハウジングが開かれた場合に高電圧の供給をオフにするハウジング上の安全インターロックを備えて動作させることができる。

本発明のいくつかの実施例においては、システムの光学素子のうちの１つ以上が短い時間期間のあいだ部分的または完全に遮られることを、許容できる可能性がある。例えば、障害物が所定のしきい値期間（例えば、３０秒）よりも短い時間のうちに解消する場合、これを容認できると考えることができ、いかなる対処も不要と考えることができる。しかしながら、しきい値期間よりも長く続く場合には、本明細書のどこかに記載の方法のうちの１つ以上を使用して、不具合を検出することができる。

観察窓を遮るものがないようにして清浄な状態に保つために、さまざまな方法を使用する監視カメラが公知である。一例は、ワイパーの使用である。しかしながら、ワイパーは頻繁な保守を必要とする可能性があり、乾燥払拭によって引き起こされる光学面の損傷を防止するために、消耗品たる溶媒を必要とする可能性があるという欠点を抱えている。

本発明の発明者は、この問題を、耐スクラッチ窓（例えば、サファイア窓）の使用によって軽減できることを突き止めた。しかしながら、この問題に対処するための他の手法も、提案されている。

従来技術の解決策の他の例が、「Ｃａｍｅｒａｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｏｆ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｃａｍｅｒａｓ」という名称の国際特許公開ＷＯ０５０９６０９１Ａ１に記載されている。これは、外部からの物質を投げ飛ばすように駆動でき、あるいはより澄んだ視界を提供するために少なくとも回転させることができる透明カバーを提供している。同様の技法が、他の同様の状況において使用されており、例えば回転する透明ディスクが、飛沫を振り払うために船舶の艦橋の観察窓にしばしば設けられている。

本発明のこの実施形態においては、光学素子の光路または視界が、少なくとも１つの可動部材によって一掃される覆いの少なくとも一部を通って案内される。この可動部材が、光学面への虫または他の外部の物質の定着を防止する。

図３９を参照すると、カメラを保持するように構成されたハウジングの実施形態が示されている。ハウジングの構成３９００は、図３５〜３９に示したものとおおむね同様であり、したがって同じ機能を共通に有する構成要素には、先の実施形態と同じ参照番号が与えられている。図３９のシステムは、複数の羽根を有する電動の軸流ファン３９０４の形態の可動部材がハウジング３９０２に備えられている点で、先の実施形態から相違する。ファンは、その羽根がハウジング３９０２の観察開口３９０６（この開口を介して、カメラ３５０４が光を取得する）をおおむね満たすようなサイズおよび配置を有している。使用時、カメラ３９０８は、回転しているファンの羽根を見通すことによって画像を取得する。

カメラ３９０８の開放開口時間とファンとが、好ましくは、カメラ３９０８がレンズの眺めがファンの羽根によって遮られていないときに各フレームを取得するように、ソフトウェアによって同期される。これを助けるために、ファンのモータは、好ましくはＤＣブラシレス式であり、整流出力信号が設けられる。あるいは、モータの速度および角度位相を制御または測定するために、多数の周知の方法の任意の１つを使用することができる。

他の実施形態においては、ファンの羽根によって遮られたことが明らかになったカメラフレームを、単純に破棄することができる。

好都合には、ファンを、上述の方法に沿った方法でハウジング３９０２から空気を吸い出し、空気中の塵埃などの筐体への進入を阻止するように構成することができる。この任務を助けるために、ファン３９０４によってハウジング３９０２から吸い出された空気を清浄空気で置換できるようにするためのフィルタ３９１０を、ハウジングに備えることができる。

ファン３９０４を連続的に動作させることができるが、好ましくは、寿命を延ばすために障害物がすでに検出されたときに限って動作させられる。また、試験および有用性の維持のために、ときどき動作させることも可能である。

好都合には、開口３９０６を、空気の流量を制限するために、カメラの視野の領域を除いて部分的に遮ることができる。

別の実施形態においては、移動部材が、ワイパー、ブラシ、単純な棒、などであってよく、光学系を昆虫、蜘蛛、または他の外来の物質の進入から保護するために観察穴を横切って往復運動を行うことができる。とくには蜘蛛の巣の付着の問題を未然に防ぐために、一つの実施形態においては、可動部材を、穴を横切って移動するときに完全または不完全に回転させ、糸をボビン状の様相で集めることができる。

当業者であれば、本発明のこの態様を、カメラと同様に光源（例えば、レーザ）の保護にも適用できることを、理解できるであろう。

ＡＶＳＤシステムが光の少ない条件下で運転される場合や、システムが高温に曝される場合に、画像検出装置または光源の温度を下げて、信頼性の向上および測定ノイズの低減を果たすことが好都合である。これの典型的な実施例においては、ペルチェクーラーなどの冷却装置が、光センサに密に物理的に接触させて配置され、熱エネルギーを外部環境への消散のための領域へと運び去る。

図４１が、本発明のこの態様の実施形態に従って製作された画像取得機構を示している。画像取得機構４１００が、撮像素子４１０２（例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像チップ）を回路基板４１０４に搭載して備えている。撮像素子４１０２は、レンズ４１０６などの撮像光学系を介して対象の領域の光源を視認するように構成されている。回路基板４１０４の撮像デバイス４１０２とは反対の側に、ペルチェ冷却装置４１０８が取り付けられ、次いでペルチェ冷却装置４１０８が、ヒートシンク４１１０へと接続されている。ペルチェクーラー４１０８が、熱を撮像デバイス４１０２からヒートシンク４１１０へと移動させ、ヒートシンク４１１０において熱が大気へと渡される。ヒートシンク４１１０から消散される熱が撮像デバイス４１０２を過熱させることがないよう、熱絶縁４１１２が設けられている。ヒートシンクの熱の消散の効率を高めるために、システムは、空気をヒートシンク４１１０の周囲に循環させるファンを取り入れることができる。別の実施形態においては、熱の消散をさらに助けるべくヒートシンクを撮像デバイス４１０２からさらに遠くに配置できるように、ヒートパイプを使用することができる。

上述したＡＶＳＤシステムは、監視対象の空間を横切る固定の直線状の対象領域を照明する１つ以上の固定のビームを使用している。

被保護の空間を横切って間隔を空けて配置されるこれらの固定のビームは、煙の検出を、法的要件に沿った方法で実行することを可能にし、多くの用途において満足できるが、とくには集中した高温火災からの細い煙の柱が、検出されることなくビームの間を偶然に通過してしまう可能性がある。

この可能性に対処するために、本発明の実施形態は、監視の対象とすることができる空間を横切るように向けられたレーザビームの実質的に中断のない１つ以上の平面を提供することができる。この光の平面を、円柱レンズなどの光学系によって生成でき、あるいは空間を横切って１つ以上のビームを走査することによって生成できる。

図４２が、この形式の典型的なＡＶＳＤシステムを示している。システム４２００が、空間４２０２を監視するように構成され、光源４２０４およびカメラ４２０６の形態の画像取得手段を備えている。光源４２０４が、おおむねカメラ４２０６の視野内にある平面４２０８を照明する。上述のように、光源４２０４は、直線ビームを横から横へと走査し、あるいは円柱レンズなどの光学合焦機構を使用することによって、平面を照明することができる。

このような構成においては、細い煙の柱４２１０が、光平面４２０８の高さに達するや否や散乱を生じさせ、散乱を生じさせることなく平面４２０８を通過することはできない。

この平面の各点において達成できる測定感度は、散乱の角度に応じてさまざまであると予想され、これはソフトウェアにおいて自動的に補償することが可能であるが、煙の柱は可能な限り最短の時間で検出される。

ビームの走査を実行するための１つの機構は、回転する八角形ミラーを使用することである。図４３が、ビーム４３０２の走査のための機構を示しており、光のビーム４３０４を放射する光源４３０２を備えている。ビーム４３０４が、回転する八角形ミラー４３０６から反射される。ミラー４３０６が回転するにつれて、ミラー表面に到着するビームの入射の角度が変化し、反射ビームがセクター４３０８を掃引される。

上述のようにビームを走査することによって、システムは、固定のビームよりも広い領域を連続的に監視するという利点を有しつつ、ビームの走査に単純かつ信頼できる機構を使用することができる。

レーザが移動しているため、カメラの画像におけるビーム位置が移動する。カメラがレーザと同じ平面にある場合、ビームは画像内のエピポーラ線に拘束されるが、位置情報は、時間変化する幾何学ゆえに依然としてぼやけるであろう。この問題に対処するために、レーザの掃引が、各々の連続する露出期間において一式の異なる部分領域を掃引するよう、意図的にカメラのフレームレートから非同期にされる。或る時間の後で、このサイクルを繰り返すことができる。次いで、位置情報を、一式の連立方程式を解くことによって、一式のそのような画像から回収することができる。画像内のビームに沿ったピクセルごとにグレイレベルを得るための通常のＡＶＳＤ法が、移動するレーザビームのぼやけの影響のデコンボルーションを試みる前に適用される。

ビームの走査速度が充分に低速である場合、ぼやけの影響を無視することができる。

カメラのシャッタに対するレーザの掃引の正しい位相を、レーザビームの掃引の一部がカメラのレンズの通過であり得るため、チェックすることができる。大部分の時間において、レーザをレンズを通過するときにブランクにすることができ、チェックが必要とされるときにオンのままにすることができる。レーザの傾きの調節も、同じ方法でチェックすることができる（走査を水平面において生じるように描く）。

上述のエッジ散乱にもとづくカメラの視野の監視も、この物理的な構成によって実行することができる。

他の実施形態においては、光のカーテンを、ビームに対して斜めに配置された回転ミラーを使用してビームを走査することによって生成することができる。好ましくは、ミラーがビームの入射の方向に対して４５度に設定され、ビームに平行な軸を中心にして回転させられる。適切な機構４５００が、図４５に示されている。この機構において、光源４５０２がミラー４５０６に向かって光のビーム４５０４を放射する。ミラー４５０６は、入射ビーム４５０４に対して４５度の角度にセットされ、光を光源からのビーム４５０４の放射の方向に対して直角に反射する。ミラー４５０６を軸４５０８を中心にして回転させて、ビーム４５０４によって入射ビーム４５０４に垂直な平面を掃引することができる。ビームによって掃引される光のカーテンの形状を、ミラー４５０６へのビーム４５０４の入射の角度を変えることによって変更することができる。他の実施形態においては、ミラーを軸４５０８に垂直な軸を中心にしてさらに回転させることができる。この実施形態においては、ビームに三次元の空間をそうインさせることができる。この例においては、ミラーを複数の軸を中心とする運動を可能にするジンバル式の機構に取り付けることができる。

明るい照明の状態においては、取得される画像における飽和を防止するための対策がとられなければならず、そのような対策として、小さな開口（高いＦ値）、損失の多いフィルタ（通常は中性密度）、および短いシャッタ時間の使用が挙げられる。残念ながら、これらの対策は、システムの感度を導入される損失係数に正比例して低下させる。

代案は、短いシャッタ時間によって可能にされるより高いフレームレートを利用することである。短いシャッタ時間を使用することによって、所与の期間内により多くの画像を取得でき、したがって雑音を減らすことができる。

原理的に、シャッタ時間を飽和を避けるためにＮ倍短縮しなければならない場合、フレームレートをＮ倍に増やすことができる。したがって、積分長さをＮ倍増加させることができる。カメラの雑音（ピクセル値に関する）が不変であると仮定すると、追加の平均によってシステムの雑音を√Ｎ倍低減できる一方で、利得変動はＮ倍に悪化する。したがって、正味の結果は、√Ｎ倍悪い雑音レベルであるが、フレームレートの増加のない場合に考えられるＮ倍の悪化よりもはるかに良好である。

したがって、この仕組みを使用することによって、中性密度フィルタまたは大きなＦ値の絞りによって引き起こされる全面的な感度の不利益に苦しむ必要がない。

高フレームレートの重要なさらなる利点は、急激なバックグラウンド照明の変動に左右されにくくなる点にある。

Ｆ１．６のレンズと、望ましくない光を減らすために使用することができる狭帯域の干渉フィルタ（５０ｎｍ）と、従来からのＣＭＯＳ画像センサとを使用する典型的な実施例において、２ｍｓを超える露光時間は、大量の太陽光の環境において飽和を引き起こす可能性がある。したがって、例えば２ｍｓという露光時間を使用することができ、これは毎秒約６００フレームというフレームレートを可能にする。これは、システムを２５ｆｐｓというより一般的なレートで動作させる場合に比べ、約５倍の雑音低減すなわち感度の改善をもたらすと考えられる。

現在の技術において、低コストな６４０×４８０のＣＭＯＳ画像センサは、通常は６００ｆｐｓは不可能であり、６０ｆｐｓという最大レートがより一般的である。高いレートでの動作を可能にする方法は、以下のとおりである。
・例えば高さ４８ピクセル×幅６４０ピクセルなど、センサの有効窓を細い水平窓へとプログラムする。
・センサから画像の一部のみを抽出し、次のフレームのためにセンサを速やかにリセットする。
・放射されるレーザビームの画像が窓内に表れるように保証する。

実際には、正しい向きを、カメラについての水平な取り付けの向きによって達成することができ、カメラ、レーザ、およびレーザビームがすべてほぼ水平な平面内にある。

この例においては、垂直高さが、撮像装置の完全な解像度の１０分の１であり、フレームレートの最大１０倍までの増加を可能にしている。

ＡＶＳＤシステムによる監視対象の空間に特定の物質が高レベルで存在する場合、これがＡＶＳＤの主光源によって放射されるレーザビームを大いに遮るであろう。そのような状況においては、粒子から散乱させられた光そのものが散乱させられ、大いに吸収される。これは、煙のレベルの測定の誤差につながる可能性がある。煙がきわめて高いレベルであるとき、主たる照明源から前方方向に散乱される検出可能な光の強度は、きわめて低いレベルまで低下する可能性があり、取得された画像においてまったく見えない可能性すらある。

とくには、煙の密度がきわめて急激に上昇する状況が、散乱にもとづく検出のみが単独で使用される場合には、不具合状態のように見える可能性がある。さらに、高いレベルの煙は、散乱光を検出するセンサにおいて受光される光が少ないため、低レベルとの見分けが困難になり得る。

煙のレベルの上昇について、受光される散乱信号への影響が、図４４のグラフに示されている。グラフの各点は、対象の空間において粒子の密度が一様であり、粒子が等方性の散乱かつ非吸収性であるとして計算されている。グラフは、２つの経路長（２０メートルおよび７０メートル）について描かれている。グラフから分かるとおり、低レベル（例えば、１メートルにつき約１％という掩蔽レベルまで）においては、散乱信号が、理想的な応答に比較的良好に従い、掩蔽に比例して増加している。より強い掩蔽においては、散乱信号が反転点において頭打ちになり、最終的には低下し始める。

グラフが単調増加でないという事実は、一般に、検出された散乱レベルが２つの異なる掩蔽（すなわち、２つの異なるレベルの粒子濃度）に対応するという曖昧さを引き起こす。したがって、粒子の濃度を正確に決定するために、この曖昧さの解決または回避が必要である。

この曖昧さを回避するための１つの方法は、煙がグラフの反転点に達するよりも前に警報が発せられるように充分にグラフの反転点よりも低い警報しきい値を使用することである。

散乱の読み取りにおける誤差を減らすために、ビームの長さに沿った合計の部分光損失を、ビームに沿った平均の煙レベルから推定することができる。次いで、これを、光子の経路長はカメラの付近、レーザの付近、または中間のいずれで散乱させられてもほぼ同じであるため、散乱の読み取りを拡大するために使用することができる。次いで、これらの新たな散乱の読み取りを、全体の部分光損失の推定を改善するためにフィードバックでき、このプロセスを所望の散乱の精度が得られるまで繰り返すことができる。しかしながら、収束の不良をチェックすることが重要である。

収束の不良が生じる場合、すべての下流の決定システムが警報に移行するように、適切に大きい煙レベルの値を非収束の値の代わりに出力することができる。

より高度な方法は、経路を小さなセグメントにモデル化し、各々のセグメントについて当該セグメントについて受光された散乱光にもとづく推定の部分光損失を使用することである。これらの値は、全体としての部分光損失について、より良好な推定を得ることを可能にする。やはり反復が必要である。そのような「有限要素」法は、当業者にとって公知であろう。

あるいは、高い煙レベルでの測定が可能な追加の検出器を、システムに追加してもよい。

散乱光信号の減衰を補正する好ましい方法は、レーザビームの経路の終わりにおける到着強度（部分光損失と等価）を、適切な補正係数を決定するために使用することである。この補正は、最も好都合には、主たるＡＶＳＤレーザにもとづく。本明細書に記載の監視技法または照準技法のうちの１つ以上が使用される場合には、そのような方法の実施に必要な追加の構成部品は、ＡＶＳＤシステムに存在している可能性が高い。あるいは、以下の構成を使用することができる。
・別途の後方散乱レーザを使用することができ、主たる前方散乱システムと同じカメラによって監視することができる。
・高い煙密度での動作に合わせて構成された別のＡＶＳＤシステム一式を用意することができる。
・例えば本発明の他の態様に記載のように、レーザ目標を監視して、レーザビームの到着強度を測定する光検出器。
・光源に位置して空間を２回横断した後のレーザビームの到着強度を決定する光検出器に向かって、レーザビームの一部またはすべてを反射させるための反射面を目標に備える構成。反射器は、上述のように非鏡面または鏡面あるいは回帰反射であってよい。そのようなシステムは、光が空間を２回通過するため、感度が向上するという利点を有している。
・カメラによって測定される別の光源の強度の使用。例えば、レーザユニットが、画像内の光源点の位置の正確な割り出しを可能にするマーカーランプを既に備えることができる。同様のマーカーを、他のシステム構成部品に配置し、空間を横切って監視することができる。
・カメラから得られた画像内の基準領域の空間周波数の分析。高周波成分の大きな減少が、煙の濃度が高いことを示しており、例えば通常であればセンサの視野において数ピクセルを占めるにすぎないレーザ端におけるマーカーランプが、煙が高濃度で存在する場合には、より広い領域にわたってぼやけ、すなわち画像内の短周期（高周波）成分の数が少なくなる。
・透過、掩蔽、または粒子の濃度に関係する他の任意のパラメータを測定する任意の方法。

散乱から導出される煙のレベルが信頼できない恐れが存在するきわめて高いレベルの掩蔽においては、測定されたレーザビームの到着強度を、より確実に粒子を検出するために散乱レベルにくみあわせることができる。

単純な方法は、散乱から導出された煙レベルをレーザビームの到着強度（透過）で除算することであり、透過は、１−（経路における強度の総損失）である。別の方法においては、散乱から導出された煙信号とレーザビームの到着強度から主として導出された煙信号との間で測定の重み付けを行うようにシステムを構成することができる。これらの異なる検出方法の間のバイアスを、動的に決定することができる。例えば、低い粒子レベルにおいては、システムを散乱から導出される煙レベルのみを使用するように構成できるが、レーザビームの到着強度が低下するにつれて、到着強度の測定から割り出される煙レベルに向かってより大きなバイアスを加えることができる。システムを、２つのしきい値の間で２つの煙測定の相対の寄与を拡大縮小するように設定することができる。例えば、レーザビームの到着強度の期待される強度からの減少が４０％未満である場合には、散乱から導出される煙レベルだけを使用することができる。レーザビームの到着強度が期待される強度から６０％を超えて減少した場合には、受光強度の測定から割り出される煙の指標（おそらくは、長さによってセクタへと割り当てられる）を使用することができる。到着強度がこれらのしきい値の間にある場合には、２者の重み付け平均が、滑らかなつながりをもたらすことができる。

ビームの長さにおける強度損失をビームに沿った空間セクタへと割り当てる別の方法は、散乱信号がシステムの雑音レベルを充分に上回っている場合に、散乱信号にもとづいて割り当てを重み付けることである。この方法で、煙の位置を特定するというＡＶＳＤシステムの能力が、高い煙レベルにおいても失われない。

本明細書において開示および定義された本発明が、本文または図面において述べられ、あるいは本文または図面から明らかである個々の特徴の２つ以上のあらゆる選択的組み合わせにまで広がることを、理解できるであろう。そのような種々の組み合わせはすべて、本発明のさまざまな代案の態様を構成する。

また、本明細書において使用されるとき、用語「備える(comprises)」（あるいは、その文法上の変形）が、用語「含む(includes)」と同等であり、他の構成要素または特徴の存在を排除するものと解釈してはならないことを、理解できるであろう。

Claims (7)

1. ＡＶＳＤシステムにおいてビームの整列を決定する方法であって、
   監視対象の空間を横切って光ビームを放射するステップと、
   光ビームを所定の領域を横切って走査するステップと、
   光ビームの少なくとも一部分を、放射ビームまたは反射ビームのいずれかが監視対象の空間を横切るように、反射器から光センサに向かって反射させるステップと、
   光センサで光ビームの少なくとも一部を受けるステップと、
   受けた光について測定される少なくとも１つのパラメータにもとづいて、光ビームの整列を判断するステップと、
   判断した整列にもとづいて、ビームが所定の方法で整列するように、光ビームの整列を変更するステップと、を含む方法。
2. 測定されるパラメータが、下記の特徴のうちの任意の１つ以上を含む請求項１に記載の方法。
   光の強度、スポットサイズ、総受光放射照度、光強度パターン。
3. ビームの走査の結果として受ける光を分析し、ＡＶＳＤシステムの一部を形成する反射器からの反射の受光パターンの特徴を特定するステップ、を含む請求項１に記載の方法。
4. 反射器の光学的特徴が、該反射器からの反射光に該反射器の少なくとも一部分の反射、屈折、および／または回折の特徴によって引き起こされる検出可能なパターンを形成するための手段を含む請求項１に記載の方法。
5. 光ビームを所定の領域を横切って走査するステップが、ビームを所定のパターンで走査するステップを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記パターンが、下記のパターンのうちの任意の１つ以上を含む請求項５に記載の方法。
   直線パターン、ラスタパターン、らせんパターン。
7. 監視対象の空間を横切って光ビームを放射するように構成された光源と、
   光ビームを所定の領域を横切って走査する手段と、
   光ビームの少なくとも一部を受けるように構成された光センサを含む受光器とを備え、
   請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実施するように構成された粒子検出システム。

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