KR102032863B1 - 입자 검출기에 대한 향상 - Google Patents

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Abstract

빔검출기(10)는 모니터되는 영역(38)에 있는 입자들을 검출하기 위해 공동 협력해 동작하는 광원(32), 수신기(34), 및 타겟(36)을 포함한다. 타겟(36)은 입사광(40)을 반사하고, 반사광(32)이 수신기(34)로 되돌아 가게 한다. 수신기(34)는 뷰필드를 가로질러 복수의 지점들에서의 광강도를 기록하고 보고할 수 있다. 바람직한 형태로, 검출기(10)는 제 1 파장대역에서 제 1 광빔(3614), 제 2 파장대역에서 제 2 광빔(3618), 및 제 3 파장대역에서 제 1 광빔(3616)을 방출하고, 제 1 및 제 2 파장대역은 실질적으로 같고 제 3 파장대역과는 다르다.

Description

입자 검출기에 대한 향상{Improvements to Particle Detectors}
본 발명은 입자 검출기의 태양에 관한 것이다. 예로써, 실시예들이 연기를 검출하도록 형성된 빔검출기에 관해 기술된다. 일태양으로, 예시된 실시예는 빔검출기와 연계하여 기술되나, 본 발명은 보다 일반적으로 배터리 구동 디바이스에 관한 것이다.
공기 중에 입자를 검출하는 다양한 방법들이 공지되어 있다. 한가지 방법은 모니터 영역을 가로지르는 빔을 투사하여 빔의 감쇠를 측정하는 것을 포함한다. 이런 검출기들은 통상적으로 '연기농도 검출기(Obscuration detectors)' 또는 간단히 '빔검출기'로 알려져 있다.
몇몇 빔검출기들은 원거리 반사기와 함께 동일 위치의 송수신기를 이용하며, 다른 검출기들은 모니터되는 개방공간의 맞은 편에 위치된 별개의 송신기 유닛과 수신기 유닛을 이용한다.
예시적인 종래 빔검출기가 도 1에 도시되어 있다. 검출기(10)는 광원 및 검출기(12)와 모니터 영역(16)의 일측에 배치된 반사기(14)를 포함한다. 광원과 검출기(12)로부터 입사광(18)이 반사기(14)를 향해 투사된다. 반사기(14)는 입사광(18)을 반사하며 이때 반사광(20)은 광원과 검출기(12)를 향해 다시 반사된다. 특정 물질들이 모니터 영역(16)에 들어오면, 입사광(18)과 반사광(20)을 감쇠시키고 광원 및 검출기(12)에 수신된 광량이 줄어들게 한다. 다른 빔검출기는 광원을 검출기로부터 분리시키고 반사기를 생략하며 모니터 영역(16)을 가로지르는 광을 이용해 직접 검출기를 비춘다. 다른 기하학적 형태도 또한 가능하다.
빔검출기에 의해 사용된 연기 검출방식이 바람직하나, 빔검출기는 통상적으로 많은 문제를 겪는다.
먼저, 빔검출기는 외부물체 또는 먼지와 같은 다른 미립자 물질이 모니터 영역에 들어와 빔을 가리는 경우 타입 I(긍정오류) 에러를 받을 수 있다. 빔검출기는 일반적으로 대상, 예컨대, 연기 입자에 의해 야기된 흐릿함과 대상이 아닌 예컨대 날아다니는 곤충의 외부물체가 빔에 있으므로 인해 발생된 흐릿함을 구별할 수 없다.
둘째, 빔검출기는 설치시 주의 깊은 정렬을 필요로 할 수 있다. 이런 정렬은, 입자들이 없는 정상조건에서, 광이 센서로 들어가 대부분의 전송된 빔을 캡쳐하고 차례로 흐릿함에 대한 감도를 극대화하는 것을 보장하는 것을 목적으로 한다. 이 조정은 느릴 수 있고 따라서 수행하기에 고가일 수 있다. 더욱이, 이는 물리적 환경이 변함에 따라 가령 빔검출기가 부착되는 구조에서의 작은 움직임으로 인해 반복될 필요가 있을 수 있다. 몇몇 경우, 검출기에 대한 입사광의 강도가 급속히 줄어드는 경우, 이 정렬은 또한 오경보를 초래할 수 있다.
본 발명은 출원인명 Xtralis Technologies Ltd.로 2008년 6월 10일자에 출원된 호주 가출원 2008902909 및 국제특허출원 PCT/AU 2009/000727에 이들 결함 중 몇가지를 해결하기 위한 시스템을 제안한다. 본 명세서에 기술되고 도 2로서 나타낸 예시적인 실시예는 모니터 영역(38)에서 입자를 검출하기 위해 협력해 동작하는 광원(32), 수신기(34), 및 타겟(36)을 포함한다. 타겟(36), 예컨대, 코너 큐브(corner cube)는 입사광(40)을 반사해, 반사광(32)이 수신기(34)로 되돌아간다. 바람직한 실시예에서, 수신기(34)는 바람직하게는 비디오 카메라 또는 광센서 어레이를 갖는 다른 수신기, 예컨대, 하나 이상의 CCD(전하결합 디바이스) 이미지 센서, 또는 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 센서 이미지 또는 실제로 뷰필드(view field)를 가로질러 복수의 점들에서 광강도를 기록하고 보고할 수 있는 임의의 디바이스이다.
이 시스템에서, 수신기(34)는 모든 빛을 뷰필드(40)에 수신하고, 이미지 센서상에 타겟(36)을 포함한 뷰필드(40)의 이미지를 형성하기 위해 이미지 광학기를 포함한다. 수신기(34)는 뷰필드를 통과한 일련의 위치들에서 이미지 강도를 나타내는 데이터 형태로 뷰필에 광강도를 기록한다. 이 데이터의 일부는 적어도 부분적으로 반사광(42)에 해당한다. 마이크로컨트롤러(54)는 이미지 데이터를 분석하고, 데이터의 어떤 부분이 최고 반사광(42)의 측정을 제공하는지 결정한다. 수신기(34)는 넓은 뷰필드를 갖고 이 뷰필드내 광범위한 지점들에서 광을 별도로 측정할 능력을 갖기 때문에, 광원(32)이 타겟(36) 또는 수신기(34)와 주의깊게 정렬될 필요가 없는데, 이는 오정렬 영향이 간단히 뷰 내의 다른 픽셀들에 해당하는 다른 데이터 부분이 반사광(42)을 측정하는데 사용될 것이기 때문이다. 따라서, 수신기의 뷰필드가 타겟(36)을 포함한다면, 이미지내 하나 이상의 대상영역들은 반사광(42)에 대해 측정된 값을 포함한다.
연기 또는 다른 미립자 물질이 모니터 영역(38)에 들어오면, 입사광(40) 또는 반사광(42)을 흐리게 하거나 산란시킨다. 이 흐릿함 또는 산란은 마이크로컨트롤러에 의해 정해진 이미지 영역에서 측정된 수신된 반사광(42)에 대한 강도의 하강으로 검출된다.
반사광(42)을 포함하기 위해 마이크로컨트롤러에 의해 선택된 영역 외부에 있는 픽셀들은 이들 픽셀들에 의해 수신된 광이 반사광(42)과 일치하지 않기 때문에 무시될 수 있다.
시간에 걸쳐, 건물이 바뀌거나 다른 요인들이 시스템의 기하학적 형태를 변경함에 따라, 타겟(36)이 수신기(34)의 뷰필에 여전히 있지만, 타겟(36)의 이미지는 수신기(34)의 이미지 검출기 상의 다른 지점에 나타난다. 이 움직임을 해결하기 위해, 마이크로컨트롤러는 시간에 걸쳐 광센서를 가로질러 타겟(36)의 이미지를 추적하도록 형성되어 시간에 걸쳐 보정 이미지 영역에서 연기 검출이 수행되게 할 수 있다.
본 명세서에 기술된 몇몇 실시예에서, 타겟(36)은 2개의 실질적으로 동일직선상 경로를 따라 해당 광원(또는 공통소스)에 의해 방출된 2(또는 이상) 파장(λ1 및 λ2), 예컨대, 적외선(IR) 및 자외선(UV) 파장으로 도시되어 있다.
파장은 피검출 입자, 가령, 연기 입자의 존재시 다른 행동을 나타내도록 선택된다. 이런 식으로, 2(또는 이상) 파장에서 수신된 광의 상대 변화는 빔의 감쇠를 야기한 것의 표시를 제공하는데 사용될 수 있다.
더욱이, 본 출원인의 초기 출원은 여러 타겟들을 동시에 모니터할 수 있는 실시예를 기술한다. 본 명세서에서 도 3에 도시된 이 실시예에 따르면, 검출기(50)는 모니터 영역(58)에서 연기를 감지하기 위해 협동해서 동작하는 광원(52), 수신기(54), 제 1 타겟(56), 및 제 2 타겟(57)을 포함한다. 타겟(56)은 입사광(62)을 반사시켜 반사광(64)을 수신기(54)로 되돌려 보낸다. 타겟(57)은 입사광(65)을 반사시켜 반사광(67)을 수신기(54)로 되돌려 보낸다. 이전 실시예에서와 같이, 수신기(54)는 이미지 데이터를 마이크로컨트롤러(74)로 보낸다. 마이크로컨트롤러(74)는 데이터를 분석하고 데이터의 일부가 반사광(64)과 반사광(67) 각각에 대해 가장 강한 정보를 포함하는지 결정한다. 이 결정 과정의 결과, 마이크로컨트롤러(74)는 이미지 센서로부터 판독된 각각 개개의 픽셀들 또는 각각의 픽셀 그룹에 일치하는 데이터의 2 부분을 선택하며, 상기 데이터 부분은 반사광(64)과 반사광(67)의 강도를 각각 측정하는데 신뢰가능하게 사용될 수 있다. 이런 식으로 시스템(50)은 단지 추가 타겟 또는 광원의 추가로 2개의 빔검출기의 기능을 수행할 수 있다.
이런 시스템을 이용해, 본 발명자는 이전에 빔검출기 시스템에서 고감도 필요성과 동작의 광범위한 각도 범위 필요성의 겉보기에 모순적인 요건들을 해결한 입자 검출 시스템을 제안하였다. 그러나, 이들 제약들뿐만 아니라 송신기로서 사용될 수 있는 광원의 강도에 대한 제약들은 이들 면에서 입자 검출 시스템을 더 강화할 필요성이 있을 수 있는 것을 의미한다.
빔검출기에서 전송된 광강도는 제한될 수 있다. 예컨대, 예산적인 고려가 있을 수 있는데, 이는 상대적으로 저전력의 광이미터가 제조시 선택되어야 하는 것을 의미한다. 게다가, 몇몇 경우, 특히 송신기 유닛이 배터리로 구동되는 경우, 제한된 전원이 통용될 수 있다. 눈 보호도 또한 송신기로부터 가시광의 잠재적 방해효과(nuisance effect)인 광원의 송전력을 제한하는 요인이다. 이들 이유 중 어느 하나로 인해, 빔검출기에 상대적으로 낮은 전송신호출력이 사용될 수 있다. 따라서, 시스템의 신호 대 노이즈 비(比)가 손상될 수 있다.
방출된 전력을 가능한 한 낮게 유지하면서 만족스럽게 동작하기 위해, 송신기의 극방출 패턴과 수신기의 뷰잉각도는 가능한 한 좁게 유지되는 것이 이점적이다. 그러나, 설치 및 정렬을 위해, 동일한 각도들을 가능한 한 넓게 유지하는 것이 이점적이다. 따라서, 시스템의 이들 외관상 모순되는 요건들을 수용하는 것은 문제를 나타낼 수 있다.
이런 시스템에서 발생될 수 있는 다른 문제는 반사면이 송신기와 수신기 사이에 하나 이상의 의도치 않은 광경로들을 제공하여 직접적인 광경로의 인식과 방해되거나 수신된 신호(들)에 제어되지 않으며 의도하지 않은 기여를 유발하거나 또는 모두를 제공할 수 있다는 것이다. 이 효과는 온도 또는 건물 통풍로에 따른 움직임이나 반사된 기여가 시간에 걸쳐 바뀌는 사람 또는 차량의 움직임과 같이 반사면이 어떤 변화를 받는다면 악화된다.
빔검출기 부품들은 종종 실질적으로 평평한 천장 아래에 장착되므로, 이런 타입의 바람직하지 못한 반사가 통상적일 수 있다. 이러한 문제를 야기하기 위해, 반사면의 마감은 명백히 반사형 또는 미러형일 필요가 없으며 일반적으로 긴 스팬(span)이 표면 부근에 장착된 빔검출기에서 발생하듯이 심지어 공통 매트 페인팅면(matt-painted surface)이 좁은 입사각도로 상대적으로 강한 거울반사를 제공할 수 있음을 본 발명자는 알았다. 미러형 또는 광택 마감이 극단적인 경우이지만, 심지어 명백히 거친 면도 이들 문제를 일으키는데 충분한 거울반사를 제공할 수 있다.
인접한 벽들, 특히 광택나는 벽들도 또한 블라인드 또는 개방형 윈도우가 다양한 시간에서 사용될 수 있는 추가적 복잡함에 따라 유사한 문제를 발생할 수 있다. 그러나, 이 문제는 통상적으로 발생하지 않는데, 왜냐하면 빔들이 벽 바로 가까이 지향되는 것이 요구되지 않기 때문이다.
이런 이유 및 다른 이유로, 빔검출기는 일반적으로 설치시 주의 깊은 정렬을 필요로 한다. 이런 정렬은 입자가 없는 정상상태에서 광이 센서로 들어와 전송된 빔의 대부분을 캡쳐하고 차례로 차광 감도를 극대화하는 것을 보장하는 것이다. 이 캘리브레이션은 느릴 수 있고 따라서 수행하는데 고가일 수 있다. 더욱이, 물리적 환경이 변함에 따라, 예컨대, 빔검출기가 부착되는 구조에서의 작은 움직임 때문에 반복될 필요가 있을 수 있다. 어떤 경우, 검출기 상에 입사광의 강도가 빠르게 줄어들 경우, 이 오정렬은 또한 오경보를 야기할 수 있다.
빔검출기는 일반적으로 벽 등의 평편면에 장착되므로, 일반적으로 관측타입의 정렬 디바이스의 라인을 이용하기 위해 검출기 뒤에 있을 수 없다. 또한 검출기들은 대개 고각으로 접근불가능한 위치에 장착되므로, 정확한 정렬 및 오정렬에 의해 야기된 어려움들의 문제가 악화된다.
도 1에 대해 언급된 바와 같이, 몇몇 빔검출기들은 원격 반사기와 함께 동일 위치에 놓인 송수신기를 이용한다. 도 9에 도시된 바와 같이 또 다른 정렬은 수신기(1104)로부터 멀리 있는 광원(1102)을 이용한다. 이격된 송신기(1102)는 고가의 와이어링 필요성을 방지하기 위해 배터리로 구동될 수 있다. 더욱이, 화재경보루프로부터 구동되는 실시예에서, 검출기 유닛(1104)(또는 도 1의 결합된 광원 및 검출기(102))도 또한 배터리를 이용해 와이어 루프 서플라이 용량의 지정된 제한을 초과하는 높은 전력소비의 주기동안 예비 서플라이로서 동작할 수 있다.
필요한 서비스 수명을 달성하고 안전 요건에 맞게 하기 위해, 배터리 구동 유닛들은 선적 또는 장기 보관 동안 전력구동되지 않아야 하는 것이 바람직하다.
편의상, 배터리구동 장비는 종종 수동 스위치를 이용하거나 절연 세퍼레이터(separator)의 제거에 의해 또는 배터리를 장비에 삽입함으로써 활성화된다. 본 발명자는 이들 방법들이 특히 빔검출 시스템의 경우에 여러 가지 단점이 있음을 알았다. 배터리구동 장비를 전력구동하기 위한 종래 시스템은 자동이 아니며 그 결과 빔검출 시스템 설치시 간과될 수 있다. 빔검출 시스템에서 광원(102,202)용으로 사용된 파장은 종종 사람의 눈에 보이지 않을 수 있다. 이는 광원(102,202)이 설치시 활성화되는지 확인하기가 어렵다. 또한, 빔검출 시스템은 종종 매우 높은 곳에 설치되며 시스템 구성요소에 접근하려면 비계를 설치하거나 체리피커(cherry picker)를 필요로 한다. 그 결과, 뜻밖에 무동작 상태로 남겨진 유닛에 접근하여 조정하려면 시간 소모적이고 비용이 많이 든다.
배터리구동 유닛들을 활성화하는 종래 기술들 중 몇몇은 또한 빔검출 시스템이 유닛의 주요 인클로저를 통해 침투를 유발하는 배열을 방지해야 하는 공통 요건과 결부된다. 이는 종종 송신기가 먼지 및 습기의 진입에 내성이 있도록 설계되고, 수동 작동 스위치의 사용으로 이런 절연이 더 어려워지고 고가이게 되는 경우이다.
빔검출기로 발생할 수 있는 다른 문제는 빔검출기의 노출된 광학면이 시간에 걸쳐 오물로 오염될 수 있다는 것이다. 이는 수신된 신호를 점차 줄어들게 해 오경보를 일으킬 가능성이 발생할 수 있다. 광학면에 먼지 누적(build up)을 방지하고 제거하는 방법들이 공지되어 있으며 특히 뷰잉 윈도우, 보호 덮개, 와시 와이프(wash-wipe) 장치 등에 내오염성(contamination-resistant) 코팅의 사용과 같은 폐쇄회로 TV 보안감시 애플리케이션 분야에 통상적으로 이용된다.
또한, Xtralis Technologies Limited 출원인명의 PCT/AU2008/001697에 기술된 바와 같이, 윈도우 오염을 막기 위한 배리어 또는 정전기 가드영역으로서 필터 정화공기를 이용한 방법을 포함한 광학면상에 먼지 누적을 제거하거나 방지하는 다른 기계적 수단들이 있다. 이런 방법들은 이점적으로 본 발명의 다른 태양과 결합하거나 별도로 빔검출기에 사용될 수 있고 각각은 본 발명의 태양을 구성한다.
도 2 및 도 3과 연계해 기술된 듀얼파장 시스템으로, 빔에서의 입자를 검출하기 위해 차동 측정(differential measure)이 이용되기 때문에, 수신된 광의 절대 강도의 변화는 어느 정도 허용되나, 파장들 간의 상대 변화로 장애가 발생할 수 있거나 여전히 오경보가 악화될 수 있다; 특히 IR빔에 비해 UV빔으로부터 수신된 신호에서의 상대 감소로 연기에 대한 오판을 할 수 있다. 따라서, 광학면상에 오염물의 임의의 파장 선택적 누적이 문제가 될 수 있다.
비디오 감시 분야 및 (카메라와 같은) 광학디바이스들이 원격 위치된 유사 분야에서의 문제는 곤충이나 기타 외부물체가 시스템의 광학 구성요소의 노출면에 때때로 착륙해 광학 구성요소의 뷰필드를 부분적으로 또는 전체적으로 보이지 않게 할 수 있다는 것이다. 유사한 문제들도 또한 곤충 및 기타 외부물체에 노출되는 빔검출기들과 같은 입자검출 시스템에서 발생할 수 있다. 따라서, 빔검출기와 같은 입자검출 시스템의 구성요소들을 보호하고 이로써 이런 상황에 의해 야기된 오경보를 최소화할 필요가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예들은 다른 파장대역의 광을 방출하도록 구성된 송신기에 있는 별개의 광이미터들을 포함할 수 있다. 가장 바람직하기로, 광이미터들은 LEDs이다. 시간이 지남에 따라 LEDs의 출력은 절대강도나 비교강도 중 어느 하나 또는 모두에 있어 변할 수 있다. 듀얼파장 시스템의 경우, 절대강도에서 변화는 입자를 검출하기 위한 시스템에 사용된 강도의 상대측정이 실질적으로 일정하게 변함이 없는 한 어느 정도 허용될 수 있다. 그러나, 2개 광이미터의 출력강도에서의 상대변화는 비정상경보 또는 오경보를 일으킬 수 있다. 이는 특히 UV LED로부터 출력신호가 적외선 LED의 출력에 비해 줄어든 경우이다.
빔을 이용해 큰 영역, 즉, 150 미터가 넘는 길이거나, 예컨대, 불과 3미터의 빔 길이를 필요로 하는 상대적으로 제한된 공간을 모니터하기 위해 빔검출기를 이용하는 것이 공지되어 있다. 종래 빔검출기 시스템에서, 동일한 광원 및 수신기는 이들 2개의 매우 다른 적용, 즉, 150미터 이격 또는 3미터 이격에 사용될 수 있다. 이는 송신기와 수신기 간의 거리에 따라 전송전력을 내리거나 수신기의 이득을 조절함으로써 가능해 진다.
그러나, 상술한 본 출원인의 이전 출원 및 도 3의 예는 각 수신기에 대한 하나의 이상의 송신기를 포함할 수 있는 빔검출기를 나타내고 있다. 이는 여러 송신기들이 수신기로부터 광범위하게 다른 거리에 설정되게 할 수 있다는 점에서 자체의 특정 문제를 나타낸다. 예컨대, 도 57에 도시된 타입의 방을 고려해보자. 이 방(5700)은 일반적으로 L자형이며 상기 L자형 외부 정점에 수신기(5702)가 장착되어 있다. 3개의 송신기들(5704,5706,5708)이 방(5700) 주위에 위치되어 있다. 제 1 송신기(5704)는 L자형의 한 암을 따라 위치되어 있다. 제 2 송신기(5706)는 L자형의 다른 암의 단부에서 제 1 송신기(5704)로부터 90°위치에 위치되어 있다. 제 3 송신기(5708)는 수신기(5702)로부터 L자형의 정점 건너편에 장착되어 있다. 명백한 바와 같이, 송신기(5704,5706)와 수신기(5702) 간의 거리는 송신기(5708)와 수신기(5702) 간의 거리보다 훨씬 더 길다. 그 결과, 각 송신기로부터 수신된 광의 레벨이 매우 달라진다. 더욱이, 송신기(5708)는 수신기에 가까이 있어 광수신 소자를 포화시킬 수 있다.
다른 단점들도 또한 발생할 수 있는데, 가령, 때때로, 설치자는 빔검출기의 신뢰할 수 있는 성능을 이용해 제조업자의 사양 범위 밖의 시스템을 설치할 수 있다. 예컨대, 빔검출기는 종종 송신기와 수신기 간에 상당히 떨어져 동작하도록 의도되어 있으나, 설치자는 이 거리를 확장시켜 제조업자가 추천하거나 규정이 허용하는 거리를 넘어선 시스템을 제공할 수 있다. 어떤 경우, 입자 검출기의 설치자는 제공된 광원에 대한 수신기의 동작한계를 모를 수 있다.
이런 상황에서, 설치된 입자 검출기는 초기 설치시 만족스럽게 동작할 수 있으나, 설치 후 머지않아, 정확하게 동작하는 것을 멈추게 된다. 이는 가령 입자 검출기가 애초에 설계 한계 가까이 또는 넘어서 설치된 경우에 발생할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 장비 또는 환경에 변화가 발생할 수 있으며, 이는 빔에 입자가 있는 것과는 다른 이유로 인한 수신된 신호강도를 점차 변경시킨다. 이들 변화는 예컨대 구성요소의 노화, 그로스 얼라인먼트 드리프트(gross alignment dirft), 또는 광학면의 오염에 의해 야기될 수 있다. 이런 시스템 드리프트는 보통 디자인 한계내에서 설정된 경우 시스템에 의해 처리될 것이다. 그러나, 시스템이 이들 한계 범위를 벗어나 설정될 경우, 성능의 열화 및 관련된 오작동 상황의 발생이 영구적으로 또는 반복해서 발생할 수 있다.
더욱이, 단단한 물체를 이용해 연기가 있음을 시뮬레이션함으로써 이러한 빔검출기를 조정 및/또는 테스트할 수 있는 것이 바람직하다. 이런 테스트는 빔검출기에 대해 테스트하는 표준 물체의 요건이다. 예컨대, 유러피언 EN 54-12는 '바이오디텍션(Biodetection) 및 화재경보 시스템, 연기 검출기, 광학적 광빔을 이용한 라인 검출기'를 나타낸다.
종래 기술의 테스트 방법에서, 빔검출기의 테스트는 투사된 광빔을 부분적으로 보이지 않게 하는 광필터를 이용해 연기의 효과를 시뮬레이션한다. 주로 사용된 필터는 실질적으로 반복가능하게 같은 양만큼 모든 가시광 및 근가시광 파장을 보이지 않게 하는 섬유망, 또는 염료가 적재된 플레이트 또는 프린트된 피처(features)를 갖는 트랜스페어린시(transparencies)로 구성된다. 본 발명자는 이런 타입의 필터가 상술한 타입의 빔검출기로 이용하는데 적합하지 않을 수 있음을 알았다.
도 1 내지 도 3에 기술된 시스템이 바람직한 실시예에서, 광원은 복수의 광이미터들을 포함하도록 구성되며, 각각의 광이미터는 특정 파장대역의 광을 발생하도록 형성된다. 더욱이, 별개의 광원들은 단색 이미지소자가 사용될 수 있도록 다른 시간대에 광을 방출하도록 배열된다. 별개의 광이미터들 사용의 직접적인 결과로 광원에서 2개의 광이미터들 간에 약간의 이격이 있고, 이에 따라 광은 광원과 수신기 사이에 개재한 공간을 통해 가까이 인접해 있으나 약간 다른 빔 경로들 위로 이동하게 된다. 이는 송신기 상에 곤충과 같은 작은 물체가 다른 광경로보다 더 많이 한 광경로에 영향을 주어 수신기의 판독에 영향을 줄 수 있는 위험을 제공한다. 이는 오경보 또는 불필요한 비정상 상황을 유발할 수 있다.
종래 빔검출기는 설치시 주의 깊은 정렬을 필요로 한다. 이런 정렬은 입자가 없는 정상상태에서 광이 센서에 들어와 대부분의 전송된 빔을 캡쳐해 차례로 차광 감도를 극대화하는 것을 보장하는 것이다. 이 캘리브레이션은 느릴 수 있고 따라서 수행하는데 고가일 수 있다. 더욱이, 물리적 환경이 변함에 따라, 예컨대, 빔검출기가 부착되는 구조에서의 작은 움직임 때문에 반복될 필요가 있을 수 있다. 언급한 바와 같이, 본 발명자는 앞서 2009년 6월 10일자로 출원인명 Xtralis Technologies Ltd로 출원한 PCT/AU2008/001697(상기 명세서는 본 명세서에 참조로 전체가 합체되어 있음)의 입자 검출기를 제안하였으며, 상기 입자 검출기는 광센서소자 매트릭스, 예컨대, CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서칩 또는 비디오 카메라에서와 같은 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 구비하는 광센서를 갖는 수신기, 또는 뷰필드를 가로지르는 복수의 지점들에서 광강도를 수신하고 보고할 수 있는 기타 수신기를 포함한다. 수신기에서 각 센서소자는 수신한 광의 강도에 대한 시그널을 발생한다. 시그널은 컨트롤러로 전송되며, 여기서, 입자 검출기 알고리즘이 수신된 이미지 데이터에 적용된다. 단일-센서 수신기에 비해, 이런 입자 검출기에서의 수신기는 뷰필드는 넓지만 노이즈가 낮으며, 뷰필드내 광범위한 지점들에서 광을 별도로 측정하는 능력을 갖는다.
각 센서소자는 고유의 노이즈 레벨을 갖기 때문에, 타겟(즉, 빔 이미지)을 단일 센서소자에 포커싱함으로써 시스템의 전체 신호 대 노이즈 비가 향상될 수 있다. 그러나, 이는 최적의 결과를 낼 수 없다.
상술한 타입의 센서들, 가령, CCD 등은 때때로 인접한 픽셀들 또는 인접한 픽셀 그룹들이 상당히 다른 값들을 갖는 계단식(staircasing)으로 알려진 수신기에 사용된 이미지 처리 알고리즘에 의해 발생된 현상을 당하게 된다. 센서의 물리적 구조는 또한 센서소자들 간에 신호를 전혀 발생하지 않는 비응답식 "갭"을 갖는다. 이들 효과로 인해, 연기 검출기 구성요소의 정렬시 임의의 변화로 측정된 강광도 레벨에서 큰 변화가 가능하게 발생할 수 있다.
예컨대, 포커싱된 타겟의 작은 크기로 인해, 수신기 또는 송신기의 매우 작은 움직임으로 포커싱된 이전 픽셀에 비해 매우 다른 고유의 노이즈 레벨 또는 응답을 갖는 완전히 다른 센서소자로 타겟이 옮겨지게 된다. 이는 또한 수신된 빔의 모두 또는 적지 않는 부분이 상술한 "갭들" 중 하나에 닿는 위치에 있을 수 있다. 따라서, 컨트롤러에 의해 결정된 이미지 강도에서 결과적으로 발생한 변화로 컨트롤러가 연기를 허위로 검출하게 된다.
이 문제를 부분적으로 완화하기 위해, 검출기는 시간에 걸쳐 정확한 센서들로부터 나온 신호에 대해 연기 검출이 수행되게 할 수 있도록 시간에 따른 광센서를 가로지르는 타겟들을 추적하도록 형성될 수 있다. 그러나, 이미지 강도를 적절히 결정하기 위해, 컨트롤러는 시간에 걸쳐 사용된 다른 광센서들의 고유 특성들을 탐지해 내는 것이 요구된다. 이렇게 하는 것은 싸이클 및 전력 처리와 같은 시스템 자원을 요구한다. 또한, 항상 컨트롤러가 이 결정을 하도록 할 수 있지 않다.
빔검출기에서 발생할 수 있는 추가적 문제는 모니터되는 공간 내에 주변광으로부터 간섭이다. 주변광은 공간을 비추는 태양 또는 공간을 비추는데 사용되는 인위적 조명 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 빔검출기는 이 광의 영향을 최소화하기 위한 장치를 필요로 한다. 이 문제는 빔검출기의 광원이 전력소비를 최소화하고, 눈에 안전하며, 시각적 불편함을 일으키지 않도록 상대적으로 저전력으로 구동되어야 하는 대립요건이 더해진다. 단일 파장의 광을 사용하는 종래 기술에서, 필터는 일반적으로 주변광으로부터 시그널을 줄이는데 사용된다. 적외선 빔검출기의 경우, 이는 일반적으로 모든 가시광과 UV광을 실질적으로 제거하는 저역통과필터이다. 그러나, 이는 상술한 바와 같은 다수의 파장 시스템들에 적합하지 않다.
상술한 시스템의 바람직한 실시예에서, 입자 검출기는 화재경보 루프로부터 직접 수신기에서 전력을 공급받는다. 이는 전력을 공급하거나 검출기와 소통하기 위한 전용 와이어링의 필요성을 없애는 점에서 디바이스의 설치 단가를 최소화한다. 그러나, 화재경보루프는 주로 검출기에 매우 소량의 DC 전력만 제공한다. 예컨대, 이런 검출기에는 약 50mW의 평균 전력소비가 바람직할 수 있다. 그러나, 현재 기술로는 비디오 캡쳐 및 처리동안 소비되는 전력은 루프로부터 가용한 50mW 보다 훨씬 클 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 별도의 전원이 사용될 수 있으나, 이는 화재안전설비 기준이 부담되기 때문에 비용이 많이 든다. 예컨대, 화재안전설비 기준은 완전히 승인된 감시 배터리 백업용 서플라이 및 설비된 주요 와이어링을 필요로 한다.
제한된 전원은 또한 송신기의 광전력 출력을 제한한다. 제한된 광전력 출력은 차례로 측정된 신호의 신호 대 노이즈 비를 제한한다. 시스템의 신호 대 노이즈 비가 너무 크게 열하되면, 시스템은 자주 또는 계속 오경보를 겪을 수 있다.
몇몇 시스템에서, 신호 대 잡음비는 수신기에 긴 누적시간(integration time) 또는 평균시간을 이용함으로써 강화될 수 있다. 그러나, 대개 10초 내지 60초 사이인 시스템 응답시간은 긴 누적시간이 이용될 경우 더 높은 레벨로 증가되어야 한다. 이는 바람직하지 못하다.
연기 검출을 위해 빔검출기를 이용하는 것 이외에, 추가 또는 다른 환경적 조건들 또는 위험들, 예컨대, CO2 가스 검출 또는 온도 검출을 검출하기 위한 다른 센서 장치를 이용하는 것이 종종 바람직하다. 검출기는 편의상 유선 또는 무선 통신링크를 이용해 경보 또는 비정상 상태를 화재경보 컨트롤 패널 등의 모니터링 시스템에 신호를 보낸다. 이와 같은 이들 링크들은 종종 상당한 비용과 경보시스템에 있을 수 있는 신뢰도 문제를 가중시킨다.
몇몇 시스템에서, 본 발명자는 적어도 몇몇 구성요소들 및 가장 이점적으로는 배터리상의 송신기를 동작하는 것이 유익할 수 있다고 판단했다. 예시적인 구성요소는 2008년 6월 26일자로 출원된 본 출원인의 동계류중인 특허출원 PCT/AU 2009/000727에 기술되어 있으며, 상기 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
그러나, 입자 검출기의 배터리 구동 구성요소에서 발생될 수 있는 문제는 시간에 걸쳐 구성요소의 배터리들이 방전되고 구성요소는 결국 오작동된다는 것이다. 이런 오작동은 가능하게는 디바이스가 수리되고 재주문되도록 요청되는 예정에 없는 보수(補修)를 필요로 한다. 연기 검출 애플리케이션에서, 이는 특히 장비가 생명안전 역할에 사용되고 오작동이 신속히 수리될 것이 요구되기 때문에 문제가 된다. 문제는 예방 보수를 수행함으로써 고쳐질 수 있으나 결국 이는 불필요한 서비스와 상당한 양의 배터리 수명이 남아 있는 유닛들의 교체를 행하는 것과 같을 수 있으며, 따라서 비용이 많이 들고 재료 낭비적이다.
불행히도, 개개의 배터리 성능과 환경조건들의 변화는 단순히 예정된 일상적 교체주기를 신뢰할 수 없고 어쩌면 낭비적이게 한다. 문제에 대한 한가지 명백한 해결책은 배터리 상태 표시기가 있는 구성요소를 탑재하는 것이나, 이는 단가가 추가되고 표시기 그 자체가 배터리 수명을 더 줄이는 전력소비 단점이 있다. 더욱이, 구성요소상에 표시기를 정규적으로 직접 감시하는 것이 필요하며 이는 빔검출기의 경우 특히 불편할 수 있다
도 3에 대해 기술된 바와 같은, 즉, 빔들의 교차점이 피감시 영역에 보내지도록 맵핑될 수 있는 서로 충분히 가까이 있고 2 이상의 빔들이 대기의 공통영역을 교차하거나 지나도록 대응하는 송신기 및 수신기 쌍에 의해 복수의 빔검출기들이 형성된 빔검출기에서, 서브시스템들 중 어느 하나가 다른 서브시스템에 영향을 주지 않는 환경조건 또는 시스템 문제에 의해 영향받을 수 있다는 점에서 문제가 발생할 수 있다. 이런 문제는 일반적으로 달성가능한 감도의 저하를 강제하거나 원치않는 오경보 비율을 높인다.
명세서에 있는 임의의 종래 기술에 대한 참조는 이 종래기술이 호주 또는 임의의 다른 법역(法域) 내 통상적인 일반지식의 일부를 이루거나 이 종래기술이 당업자와 관련 있는 것으로 확인되고 이해되며 간주될 것으로 논리적으로 예상될 수 있는 인식 또는 임의의 제안 형태가 아니며 그렇게 받아들여지지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 상기의 문제들을 해결하는 향상된 입자 검출기를 제공하는 것이다.
제 1 태양으로 본 발명은 조명필드 위로 기설정된 특징을 갖는 하나 이상의 광빔들을 전송하도록 형성된 송신기와, 뷰필드를 갖고 송신기에 의해 전송된 광빔을 수신하도록 형성된 수신기를 구비하는 빔검출기 수단으로서,
빔검출기는 송신기의 조명필드와 수신기의 뷰필드 내에 하나 이상의 반사면들을 갖는 구조를 포함하는 모니터링 공간을 보호하도록 설치되고,
빔검출기는 수신기에 수신된 광빔이 하나 이상의 기설정된 광특징들을 소유하는지 여부를 판단하도록 형성된 프로세서를 포함하는 빔검출기 수단을 제공한다.
하나 이상의 특징들을 갖는 이벤트에서, 프로세서는 송신기로부터 광빔이 수신되는 것으로 판단하도록 형성될 수 있다. 수신된 빔이 하나 이상의 특징들을 갖지 않는 이벤트에서, 프로세서는 송신기로부터 광빔이 수신되는 않는 것으로 판단하도록 형성될 수 있다. 대안으로, 프로세서는 수신된 광빔이 전송빔의 반사인 것으로 판단할 수 있다.
빔검출 수단은 프로세서가 송신기로부터의 광빔이 수신되지 않고/않거나 반사된 빔이 수신되는 것으로 판단하는 이벤트에서 오작동 상태를 신호보내도록 형성된 시그널링 수단을 포함할 수 있다.
제 2 태양으로, 본 발명은 빔검출기의 수신기에 의해 수신된 광빔이 직접 전송된 빔 또는 반사된 빔인지를 결정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 수신기에서 빔을 수신하는 단계와 하나 이상의 기설정된 빔 특징들을 측정하는 단계, 및 기설정된 특징이 빔에 있는 정도를 따라 직접 전송된 빔인지 또는 반사된 빔인지를 판단하는 단계를 포함한다. 반사된 빔의 하나 이상의 특징들이 전송된 빔의 실질적으로 하나 이상의 기설정된 특징들과 일치하지 않는 경우, 상기 방법은 수신된 빔이 반사인 것을 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 빔 특징은 수신된 빔 및/또는 빔의 수신된 편광특징에서 2 이상의 파장성분들의 상대 강도를 포함할 수 있다.
다른 특징에서, 본 발명은 복수의 이미지 센서들을 포함하는 수신기를 빔검출기에 제공하며, 각 이미지 센서는 복수의 센서소자들을 포함하고, 상기 이미지 센서들은 적어도 부분적으로 겹치는 뷰필드를 갖도록 배열된다. 수신기는 추가적으로 2개 센서들 각각에 이미지를 형성하도록 적용된 광학수단을 포함할 수 있다. 수신기는 복수의 센서들의 뷰필드내에 이미지 구성요소의 각(角) 위치를 판단하기 위해 복수의 이미지 센서들 중 하나 이상으로부터 이미지를 분석하기 위한 이미지 분석 수단을 추가로 포함한다. 이미지 구성요소는 빔검출기의 광원에 의해 전송된 하나 이상의 빔들일 수 있다.
다른 태양으로, 본 발명은
송신기로부터 광빔을 수신하기 위한 복수의 센서소자들을 포함하는 하나 이상의 센서들과,
이로부터 이미지 데이터를 수신하고 처리하기 위해 하나 이상의 센서들과 데이터 소통하는 처리수단들과,
빔검출기의 하나 이상의 송신기로부터 수신되는 많은 빔들을 나타내는 입력을 수신하도록 형성된 입력수단을 포함하는 빔검출기용 수신기를 제공한다.
바람직하기로, 입력수단은 하나 이상의 스위치들(예컨대, DIP 스위치들), 또는 데이터가 프로세서 수단에 제공될 수 있는 직렬포트 등과 같이 데이터 입력 인터페이스 또는 이에 연결된 메모리를 포함할 수 있다.
다른 태양으로, 본 발명은
모니터되는 영역을 가로질러 광빔을 전송하도록 형성된 하나 이상의 광원들과,
송신기에 대해 배열되고 상기 송신기로부터의 광이 모니터되는 공간의 적어도 일부를 이동한 후 수신기에 도달하도록 공간이 감시되는 하나 이상의 수신기들을 포함한다.
본 발명의 소정 실시예들에서, 빔검출기 시스템은 조명필드내 표면으로부터 전혀 반사가 없도록 모니터되는 공간과 송신기 및 및/또는 수신기에 대해 배열되는 하나 이상의 광차단 배플들과, 광원과, 수신기에 도달하는 빔검출기의 광수신기의 뷰필드를 포함할 수 있다.
빔검출기의 바람직한 실시예로, 광수신기는 본 명세서에 기술된 본 발명의 태양들 중 하나에 따라 제조된다.
본 발명의 소정 실시예에서, 빔검출기의 송신기는 본 발명의 하나 이상의 태양들 중 어느 하나의 실시예에 따라 제조된다.
일태양으로, 본 발명은 공간적으로 뚜렷한 빔 패턴으로 광을 발생하도록 형성된 하나 이상의 광원들을 포함하는 빔검출기용 송신기를 제공한다. 바람직하기로, 공간적으로 식별가능한 빔패턴은 적어도 한 면에 비대칭이다. 공간적으로 식별가능한 빔패턴은 식별가능한 특징들을 갖는 개개의 광빔들의 패턴을 포함할 수 있다. 상기 특징들은 서로 식별될 수 있는 파장특징들, 편광특징들 또는 변조특징들일 수 있다. 다른 특징들도 또한 이용될 수 있다. 예컨대, 바람직한 형태로, 식별가능한 패턴은 한 쌍의 식별가능한 광빔들을 포함할 수 있다. 송신기의 몇몇 실시예에서는 단일 광원이 이용될 수 있다. 이 경우, 수신기에 의해 형성된 빔 이미지는 광원의 형태가 직접 구별될 수 있도록 되어야 한다. 예컨대, 광원의 이미지는 상하좌우가 광원의 이미지로부터 구별될 수 있도록 'L'자 형일 수 있다.
상기 타입의 송신기를 포함한 빔검출기에서, 다른 태양으로 본 발명은 또한 수신기에 수신된 빔이 직사 또는 반사 빔에 의해 전송된 것인지 판단하는 방법으로서,
광원에 의해 전송된 빔이 수신기에 수신되도록 광원과 수신기를 배열하는 단계와,
광원의 직사 이미지와 표면으로부터 반사된 광원의 미리 이미지가 수신기에 식별될 수 있도록 광원의 조명필드와 수신기의 뷰필드 내에 인접한 표면에 대해 광원을 배향하는 단계를 포함한다.
이 배열하는 단계는 이미지가 직사 및 반사 이미지에서 대칭이 아니도록 광을 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 태양으로, 본 발명은 빔검출기 시스템에서
입자 검출기에 의해 전송된 빔과 잠정적으로 일치하는 2개의 이미지 세그먼트를 포함하는 이미지를 수신하는 단계와,
각각의 수신된 빔의 휘도를 판단하는 단계와,
수신된 빔 중 가장 밝은 빔이 직접 수신된 빔인 것을 판단하는 단계를 포함하는 반사된 빔과 직접 수신된 빔을 식별하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 태양으로,
복수의 수신된 빔들 중 한 빔은 광원으로부터 직접 수신된 것이고 어떤 빔은 표면으로부터 반사에 의해 수신된 것인지를 판단하는 방법으로서,
수신된 빔 중 어떤 빔이 반사면으로부터 수직하게 가장 멀리 있는 빔검출기의 수신기의 광센서의 센서소자에 수신되는지를 판단하는 단계와,
직사 빔 이미지로서 판단된 빔 이미지를 지정하는 단계를 포함하는 판단하는 방법이 제공된다.
*제 1 태양으로,
제 1 편광상태로 광빔을 전송하도록 형성된 광원과,
제 2 편광상태로 광을 수신하고 수신된 광레벨을 출력하도록 형성된 광수신기와,
수신된 광레벨을 분석하고 경보 및/또는 오작동 로직을 적용하며 기설정된 오작동 상태가 있다면 행동을 개시하도록 형성된 컨트롤러를 포함하는 빔검출기가 제공된다.
일실시예로, 제 1 및 제 2 편광상태는 나란하다.
또 다른 실시예로, 제 1 및 제 2 편광상태는 서로 오프세트 되어 있다. 이들은 직각일 수 있다.
빔검출기는 제 3 편광상태를 갖는 제 2 광빔을 전송하도록 형성된 광원을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 3 편광상태는 바람직하게는 다르다. 가장 바람직하기로, 이들은 직각이다. 제 1 및 제 2 광원은 공통 광원일 수 있다. 제 3 및 제 2 편광상태는 같을 수 있다.
빔검출기는 또한 제 4 편광상태에 있는 광을 수신하도록 형성된 광수신기를 포함할 수 있다.
제 2 및 제 4 편광상태는 바람직하게는 다르다. 가장 바람직하기로, 이들은 직각이다. 제 4 및 제 1 편광상태는 같을 수 있다.
광수신기 또는 수신기 중 하나 또는 모두는 편광필터 또는 복수의 교환가능한 필터들을 포함할 수 있다.
빔검출기 시스템의 구성요소는
제 1 공간분포로 광을 방출하거나 광을 수신하도록 형성된 적어도 하나의 전기광학 구성요소와,
제 1 공간분포가 제 2 공간분포를 형성하기 위해 조절되도록 전기광학 구성요소에 대해 배열된 광학 서브시스템을 포함하고,
2개의 비평형축을 따른 제 1 공간분포의 상대 범위는 동일한 축을 따른 제 2 공간분포의 상대 범위와는 다르다.
바람직하기로, 축은 서로 직각이다. 가장 바람직하기로, 하나는 수직축이고 다른 하나는 수평축이다.
바람직하기로, 제 2 공간분포는 제 1 공간분포에 비해 수직으로보다는 상대적으로 수평으로 더 넓다.
광학 서브시스템은 아나모픽(anamorphic) 렌즈 또는 다른 '와이드-스크린' 광학 시스템을 포함할 수 있다.
전자광학 구성요소는 이미지 센서일 수 있다. 전자광학 구성요소는 광이미터, 예컨대, LED, 레이저 다이오드일 수 있다.
본 발명의 다른 태양은
광빔을 발생하기 위한 적어도 하나의 광이미터와,
광빔의 각(角)분산을 제어하기 위한 광학 서브시스템을 포함하고,
상기 광학 서브시스템은 다른 축보다 한 축을 따라 더 큰 각 분산을 갖게 광빔을 만들도록 형성되는 빔검출기용 광원을 제공한다.
바람직하기로, 빔의 형태는 높이보다 더 넓다. 빔은 5도 내지 25도 사이의 수평 각(角)분산을 갖도록 형성될 수 있다. 가장 바람직하기로, 약 10도 내지 15도 사이이다.
수직 분산은 0도 내지 10도일 수 있다. 가장 바람직하기로는 약 3도 내지 5도 사이에 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은
센서 상의 복수의 위치들에서 감지된 광레벨을 나타내는 출력을 제공할 수 있는 광센서와,
제 1 형태를 갖는 뷰필드에서 광을 수신하고 상기 광을 제 2의 다른 형태의 이미지를 광센서에 보내도록 형성된 광학 서브시스템을 포함하는 빔검출기용 수신기를 제공한다.
바람직하기로, 광학 서브시스템은 아나모픽 렌즈를 포함한다. 광학 서브시스템의 뷰필드는 바람직하게는 서로 보다는 한 방향으로 더 넓다. 바람직하기로는 높이보다 더 넓다.
광학 서브시스템의 뷰필드는 한 방향으로 최대 광 허용각도와 다른 방향으로 최대 광 허용각도에 의해 정의될 수 있다.
바람직하기로, 최대 수평 허용각도는 90도 이하이다. 그러나, 어떤 경우에는 더 클 수 있다.
바람직하기로, 최대 수직 허용각도는 10도 이하이다.
본 발명의 다른 태양은 넓게 요약해 입자 검출기와 함께 포함되거나 입자 검출기에 부착되는 시각정렬 디바이스는 타겟에 지향되고 설치시 또는 정렬 조절이 필요할 때 기기를 정확하게 정렬하는데 사용되는 입자검출 기기의 설정과 관련있다. 시각정렬 디바이스 및 입자 검출기에서 광학요소들은 서로에 대해 고정된 정렬을 갖게 된다. 시각정렬 디바이스는 원격 표면을 향해 시각적으로 관찰가능한 광빔을 보호하는 시각적 빔 발생기를 구비할 수 있거나, 원격 표면의 이미지를 수신하고 디스플레이 스크린상의 표면의 이미지를 디스플레이하는 비디오 카메라를 구비할 수 있다.
본 발명의 일태양은
하나 이상의 광원 및/또는 하나 이상의 광수신기를 포함하는 광학모듈과,
지지 표면에 광학모듈을 형성하기 위한 장착수단과,
장착수단과 광학모듈 사이에 위치된 관절식 연결부와,
타겟에 대해 광원 또는 광원들 및/또는 수신기 또는 수신기들을 정렬하도록 보조하기 위해 광학모듈과 함께 움직이도록 설비된 시각정렬 디바이스를 구비하는 연기검출기의 구성요소를 제공한다.
광학적으로, 시각정렬 디바이스는 정렬빔 발생기가 삽입될 수 있는 광학모듈에 하나 이상의 소켓들을 구비한다.
관절식 연결부는 장착수단에 대해 광학모듈의 배향을 고정하기 위한 하나 이상의 고정수단을 포함할 수 있다. 관절식 연결부는 상대적으로 큰 기울기의 호(arc)를 통해 광학모듈이 장착수단에 대해 경사지게 할 수 있는 볼과 컵 조인트를 구비할 수 있고, 고정수단은 선택된 방향으로 볼을 컵에 고정하도록 형성된다. 고정수단은 컵의 스레디드 보어(threaded bore)에 맞물린 스크류 부재를 구비할 수 있고 볼과 컵을 함께 고정하기 위해 볼의 표면에 접촉한다. 선택적으로 스크류는 시각정렬 디바이스를 통해 접근될 수 있다.
다른 구성으로, 본 발명은
하나 이상의 광원들 및/또는 하나 이상의 수신기들을 포함하는 광학모듈과,
광학모듈을 지지 표면에 장착하기 위한 고정장착수단과,
광학모듈과 하나 이상의 광원들 또는 광수신기들 사이에 위치된 관절식 장착수단과,
타겟에 대해 광원, 광원들 및/또는 수신기들을 정렬하는데 보조하기 위해 광원 또는 광원들 및/또는 수신기 또는 수신기들과 함께 움직이도록 설비된 시각정렬 디바이스를 구비하는 연기검출기용 구성요소를 제공한다.
선택적으로, 시각정렬 디바이스는 정렬빔 발생기가 삽입될 수 있는 관절식 장착수단에 하나 이상의 소켓을 구비한다.
관절식 연결부는 관절식 장착수단에 대해 광학모듈의 배향을 고정하기 위한 하나 이상의 고정수단을 포함할 수 있다. 관절식 연결부는 상대적으로 큰 기울기의 호(arc)를 통해 광학모듈이 장착수단에 대해 경사지게 할 수 있는 볼과 컵 조인트를 구비할 수 있고, 고정수단은 선택된 방향으로 볼을 컵에 고정하도록 형성된다. 고정수단은 컵의 스레디드 보어에 맞물린 스크류 부재를 구비하고 볼과 컵을 함께 고정하기 위해 볼의 표면에 접촉할 수 있다. 선택적으로, 스크류는 시각정렬 디바이스를 통해 접근될 수 있다. 대안으로, 회전가능한 장착이 이용될 수 있다.
시각정렬 디바이스는 빔정렬 수단에서 슬라이딩 피트되는 크기의 실리더 튜브 또는 샤프트에 수용되거나 장착되는 레이저를 구비할 수 있다. 선택적으로, 레이저는 관절식 연결부를 고정하기 위한 도구의 일부를 형성한다. 레이저는 시각적 식별을 돕기 위해 플래시(flash)될 수 있다.
대안으로, 시각정렬 디바이스는 하우징과 함께 움직이도록 장착되고 타겟의 이미지를 발생할 수 있는 비디오 카메라를 구비할 수 있고, 이미지는 타겟과 함께 정렬시 광학구성요소가 동작가능하게 정렬되는 시준수단을 포함한다. 하우징은 카메라 장착시 카메라가 광원에 대해 기지(旣知)의 배향으로 방향 정렬된 뷰필드를 갖도록 카메라와 하우징을 정렬하는 비디오 카메라 마운트를 포함할 수 있다. 선택적으로, 기지의 배향은 광원으로부터 방출한 광과 축방향으로 정렬된다.
구성요소는 빔검출기와 같은 입자검출기용 송신기, 수신기 또는 타겟 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은
시각정렬 디바이스를 포함한 구성요소를 지지 표면에 초기 배향으로 장착하는 단계와,
시각정렬 디바이스의 출력을 시각적으로 관찰함으로써 구성요소의 배향을 결정하는 단계와,
구성요소가 선택된 동작 배향에 있을 때까지 시각정렬 디바이스를 모니터링함으로써 구성요소의 배향을 조절하는 단계와,
상기 동작 배향으로 구성요소를 고정하는 단계를 포함하는 연기검출기의 구성요소 정렬방법을 제공한다.
상기 방법은 구성요소로부터 시각정렬 디바이스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
구성요소의 배향은 지지 표면으로부터 원격 위치에 있는 시각정렬 디바이스로부터 방출된 정렬 광빔의 위치 또는 시각정렬 디바이스의 카메라에 의해 발생된 원격 표면의 이미지를 관찰함으로써 판단될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은
핸들을 갖는 샤프트와,
핸들에 의해 동작될 수 있는 드라이버와,
드라이버에 대해 고정된 또는 기지의 배향에 있는 시각정렬 디바이스와,
샤프트와 핸들을 구비하는 정렬도구를 제공한다.
또한, 케이싱에 위치된 레이저를 구비하도록 시각 정렬 디바이스와, 오목부가 케이싱을 수용하도록 핸들이 제공된다. 레이저는 레이저가 사용하지 않을 경우 스위치 오프될 수 있도록 온/오프 스위치를 갖는 배터리 전력구동 레이저일 수 있다. 샤프트는 도구가 사용되는 기기의 구성에 따라 직선이거나 엘보우를 가질 수 있다. 대안으로, 시각정렬 디바이스는 비디오 카메라를 구비할 수 있다.
본 발명의 태양은
입자검출 구성요소에 대해 시각적 정렬 디바이스와 맞물리고 정렬하기 위한 결합수단과,
결합시 입자검출 구성요소의 정렬의 시각적 표시를 제공하기 위한 시각적 타겟팅 수단을 갖는 시각정렬 도구를 제공한다.
시각적 타겟팅 수단은 카메라일 수 있으나, 바람직하게는 가시광을 투사하기 위한 수단이다. 가시광은 레이저 포인터와 같은 간단한 빔 또는 크로스 헤어(cross hairs)와 같은 더 복잡한 패턴일 수 있다. 투사 수단은 시각 식별을 돕기 위해 플래시될 수 있다. 시각적 타겟팅 수단은 바람직하게는 배터리 구동되고, 사용하지 않을 경우 스위치 오프될 수 있도록 온/오프 스위치를 포함할 수 있다.
결합수단은 바람직하게는 입자 검출기 구성요소 안에 있는 오목부내에 수용될 수 있는 세장형 돌출부이다. 바람직하기로, 시각 타겟팅 수단은 결합수단과 동축으로 정렬된다.
시각정렬 도구는 세장형 핸들과 샤프트를 포함하고, 샤프는 핸들의 일단에서 돌출해 있고 핸들과 동축으로 정렬되며, 샤프트의 적어도 일부분은 결합수단을 형성한다. 샤프트와 오목부는 실린더형이며 그 사이에 슬라이딩 피트에 맞는 크기로 될 수 있다.
시각적 타겟팅 수단은 바람직하게는 핸들의 다른 일단에 배열된다. 선택적으로, 시각적 타겟팅 수단은 핸들로부터 착탈될 수 있다.
시각정렬 도구는 입자검출 구성요소의 고정수단과 결합하고 동작하기 위한 드라이버를 포함할 수 있다.
드라이버는 바람직하게는 핸들로부터 샤프트의 일단에 형성되고 고정수단을 동작하도록 샤프트의 축 주위로 회전될 수 있다. 드라이버는 예컨대 알렌키(헥스(hex)), 필립스 헤드 또는 기타 속성 형태, 예컨대, 삼각형 등일 수 있다. 이상적으로, 드라이버는 하나의 상대회전 배향으로만 고정수단과의 결합을 위해 형성된다. 예컨대, 드라이버는 상보적인 오목부에서 수용될 수 있는 비등변 삼각형 돌출부일 수 있어, 시각정렬 도구의 회전배향은 고정수단의 상태를 나타낸다. 시각적 표시는 상기 표시를 돕기 위한 도구에 제공될 수 있다.
이런 태양으로, 본 발명은
장착부, 광학모듈 및 고정수단을 포함하는 입자검출 구성요소로서,
상기 장착부는 장착표면에 고정 부착될 수 있고,
상기 광학모듈은 타겟에 대한 정렬을 위해 장착부에 대해 관절식이며 정렬의 시각적 표시를 할 수 있는 수단을 포함하고,
상기 고정수단은 선택된 정렬에서 장착부에 대해 광학모듈을 고정하기 위해 동작될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 '타겟'이라는 용어는 폭넓게 해석될 수 있으며, 광원을 다시 수신기로 반사하기 위해 원격 위치에 장착된 실제 타겟을 포함할 수 있다. 그러나, 타겟은 또한 원격 표면으로부터 반사된 광이 수신기에 의해 모니터되는 경우 원격면을 말하거나 심지어 구성요소가 정렬되어야 하는 소정 지점을 말할 수 있다. 예컨대, 수신기는 광원용 타겟일 수 있거나 그 반대일 수 있다.
시각적 표시를 가능하게 하는 수단은 카메라 또는 레이저 포인터와 같은 전자광학 디바이스를 포함하는 시각적 타겟팅 수단일 수 있으나, 바람직하게는 시각적 타겟팅 수단을 포함한 시각정렬 도구와 협력하기 위한 결합 피처(feature)이다.
바람직하기로, 광학모듈은 결합 피처를 형성하는 세장형 오목부를 포함한다. 오목부는 바람직하게는 적어도 하나의 개구 단부를 갖고 광학모듈이 정렬될 때 오목부의 축이 타겟을 향해 돌출하도록 배열되어 있다. 오목부는 광학모듈의 동작 필드의 한계와 나란한 방향으로 또는 광학모듈의 공간적 광학 특징들과 몇몇 다른 기지의 물리적 관계로 돌출될 수 있다.
고정수단은 바람직하게는 시각정렬 도구에 의해 동작될 수 있다. 고정수단은 바람직하게는 고정장치를 동작하기 위해 오목부 내에 위치되고 시각 정렬도구와 결합될 수 있는 구동부재를 포함한다. 바람직하기로, 이는 고정수단과 동작하도록 선택된 배향으로 오목부의 축 주위로 회전구동되게 형성된다. 구동부재는 바람직하게는 단일 상대 회전배향으로만 시각정렬도구의 드라이버와 결합하기 위해 형성된다. 예컨대, 드라이버는 구동부재에 형성된 상보적인 오목부에 수용될 수 있는 비등변 삼각형 돌출부일 수 있어, 시각정렬 도구의 회전배향이 고정수단의 상태를 나타낸다. 표시가 상기 표시를 돕기 위한 구성요소에 제공될 수 있다.
바람직하기로, 광학모듈 및 장착부 중 하나, 가장 바람직하게는 광학모듈이 다른 부분내에 캡쳐되고, 상기 관절부는 광학모듈과 장착부 사이에 구형 슬라이딩 피트에 의해 달성된다. 구동부재는 광학모듈 및 장착부 중 하나에 있는 그러브 스크류(grub screw)일 수 있고, 광학모듈 및 장착부 중 다른 하나와 결합되게 회전될 수 있다. 그러나 바람직하게는, 광학모듈은 브레이크 슈 및 캠을 포함하고, 상기 캠은 구동부재에 의해 구동되고 브레이크 슈를 구동하도록 배열되어, 장착모듈 및 광학모듈과 마찰적으로 또는 다르게 결합되고 이로써 장착부에 대해 광학모듈을 고정시킨다. 캠은 구동부재에 부착되거나 구동부재와 일체로 형성될 수 있다. 브레이킹 슈는 후퇴된 논브레이킹 위치를 향해 바이어스될 수 있다.
광학모듈은 렌즈 또는 미러와 같은 간단한 광학요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 미러는 고정 장착된 전기광학요소를 앞뒤로 빔을 재지향시키도록 정렬될 수 있다. 이 경우, 미러와 전기광학요소는 하우징에 장착될 수 있다.
바람직하기로, 광학모듈은 발광소자 또는 발광소자들 또는 광수신기와 같은 전기광학요소를 포함한다. 전기광학요소는 카메라일 수 있다.
바람직하기로, 입자검출기 구성요소는 전기광학요소의 동작을 가능하게 하기 위해 상기 고정수단이 동작될 때 전원에 회로를 동작가능하게 연결시키도록 구성된다. 이를 위해, 스위치가 구동부재와 결합될 수 있다. 예컨대, 구동부재는 상기 구동부재가 선택된 배향으로 회전할 때 리드 스위치에 대해 동작하도록 배열된 자석을 축으로부터 반경에 있는 위치에 지닐 수 있다.
본 발명의 이 태양은 또한 입자검출기 구성요소와 시각정렬 도구의 결합과, 입자검출 구성요소를 설치 하고 정렬하는 방법을 제공한다.
광학모듈, 장착부 및 고정수단을 포함한 입자검출기 구성요소를 정렬하는 방법으로서,
타겟과 배향의 시각적 표시를 정렬시키기 위해 장착부에 대해 광학모듈을 관절식 결합하는 단계를 포함한다.
바람직하기로, 상기 방법은 상기 정렬에서 광학모듈을 고정시키는 고정수단을 동작시키는 단계를 포함한다.
바람직하기로, 상기 방법은
광학모듈의 배향의 시각적 표시를 제공하기 위해 입자검출기 구성요소의 광학모듈과 시각정렬 도구를 결합시키는 단계와,
상기 시각정렬 도구를 결합해제하는 단계를 더 포함한다.
상기 동작은 바람직하게는 상기 시각적 표시 도구를 회전시키는 단계를 포함하고 가장 바람직하게는 전자광학요소를 전원에 동시에 연결한다.
입자검출기 구성요소를 설치하는 방법은
장착면에 입자검출 구성요소의 장착부를 고정 장착하는 단계와,
상술한 방법들에 따른 입자검출기 구성요소를 정렬하는 단계를 포함한다.
바람직한 형태로, 상기 단계는 광학모듈을 고정하는 단계와 전자광학요소를 전원에 연결하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 장착부, 광학모듈, 고정수단 및 동작수단을 포함하는 연기검출기 구성요소로서,
장착부는 장착면에 고정 부착될 수 있고,
광학모듈은 전기광학요소를 포함하며 타겟에 대한 정렬을 위해 장착부에 대해 관절식 결합되고,
고정수단은 선택된 정렬로 장착부에 대해 광학모듈을 고정시키도록 설치자 입력에 응답해 동작될 수 있으며,
동작수단은 상기 설치자 입력에 응답해 전기광학요소를 전원에 동작하게 연결시키도록 구성되는 연기검출기 구성요소를 제공한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 각도 영역 위로 광학신호를 적어도 송수신하도록 형성된 전기광학 구성요소와, 광신호를 광학 어셈블리로 재지향시키도록 형성된 광학 어셈블리와, 전기광학 구성요소가 광학 어셈블리를 통해 광신호를 송수신하도록 서로에 대해 장착되는 전기광학 구성요소를 포함하는 입자검출기의 구성요소로서, 광학 어셈블리의 배향은 구성요소에 의해 송수신되는 광학신호의 방향이 변경되게 할 수 있도록 전기광학 구성요소에 대해 조절될 수 있는 입자검출기의 구성요소를 제공한다.
바람직하기로, 상기 구성요소는 전자광학요소와 광학 어셈블리가 장착되는 하우징과 광학신호가 통과될 수 있는 개구를 포함한다.
장착수단은 하우징에 대해 회전가능하게 광학 어셈블리에 장착되도록 형성될 수 있다. 장착수단은 바람직하게는 하우징내 오목부와의 마찰 끼움이다. 장착수단은 광학 어셈블리의 회전을 가능하게 하도록 동작도구에 의해 결합될 수 있는 결합수단을 포함한다. 결합수단은 본 명세서에 기술된 동작도구와 결합하도록 형성될 수 있다.
광학 어셈블리는 광학신호를 반사하기 위한 미러를 포함할 수 있다.
*전기광학 구성요소는 복수의 센서소자들을 포함한 광센서일 수 있다. 광센서는 바람직하게는 일련의 이미지들을 캡쳐하도록 형성된 카메라이다.
본 발명의 태양에 따르면, 액츄에이터를 갖는 제 1 모듈과 제 1 모듈에 장착되도록 구성된 제 2 모듈을 구비하는 입자검출기 어셈블리가 제공된다. 제 2 모듈은 빔검출 시스템에 사용하기 위한 전기광학 시스템과 상기 전기광학 시스템에 전력을 제공하도록 동작될 수 있는 전원을 구비한다. 제 2 모듈은 또한 액츄에이터에 응답하는 스위치를 포함한다. 제 2 모듈이 제 1 모듈에 장착될 경우, 액츄에이터는 스위치가 전원을 전기광학 시스템에 동작가능하게 연결하게 한다.
한가지 수단으로, 액츄에이터는 자석이고, 리드 스위치는 2개의 모듈이 어셈블리될 경우 자석의 접근을 검출하는데 사용된다.
넓은 개념으로, 본 발명의 일태양은 광학표면의 오염이 실질적으로 동일한 양만큼 양 파장들에 영향을 줄 경우 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 이 태양으로, 실제 화재가 감지되지 않을 수도 있는 훨씬 더 길게 선택된 시간 상수, 예컨대, 일주일을 이용해 신호 채널 모두의 유효한 전반적 수신기 이득의 증가로 수신된 신호의 매우 점진적인 감소가 보상된다.
따라서, 일태양으로, 본 발명은 입자검출 시스템에 수신된 광레벨에서의 장시간 드리프트를 검출하는 단계와, 드리프트를 보상하기 위한 검출회로의 이득을 증가시키는 단계를 포함한다. 여러 조명들이 있는, 예컨대, 다른 파장들의 시스템에서, 파장종속적 이득 증가가 이루어질 수 있다.
이 개념은 오염이 연기 오염의 결과로 있듯이 주로 매우 작은 입자들로 구성될 경우에 발생할 수 있는 것처럼, 광학 표면의 오염이 더 긴 파장보다는 더 짧은 파장에 영향을 줄 경우, 실제 화재가 감지되지 않을 수도 있는 훨씬 더 길게 선택된 시간 상수, 예컨대, 일주일을 다시 이용해 수신된 신호의 매우 점진적인 감소가 별도로 각 신호채널의 유효한 전반적인 수신기 이득의 증가로 개별적으로 보상되도록 확대될 수 있다.
제 1 태양으로, 본 발명은 제 1 파장대역에 있는 제 1 광빔과, 제 2 파장대역에 있는 제 2 광빔과, 제 3 파장대역에 있는 제 3 광빔을 전송하도록 형성되고, 제 1 및 제 2 파장대역은 실질적으로 동일하고 제 3 파장대역과는 다른 입자검출 시스템에 사용하기 위한 입자검출 시스템에 사용하기 위한 광원을 제공한다.
제 1 및 제 2 파장대역은 전자기(EM) 스펙트럼의 자외선부에 있을 수 있다. 제 3 파장대역은 전자기 스펙트럼의 적외선부에 있을 수 있다.
제 1 광빔이 광원으로부터 전송되는 위치는 제 2 광빔이 광원으로부터 전송되는 위치와 이격되어 있다. 이격은 약 50㎜일 수 있다.
광원은 제 1 및 제 2 광빔을 방출하기 위한 제 1 광이미터와 제 3 광빔을 방출하기 위한 제 2 이미터를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 광원은 제 1 광이미터로부터 방출된 광을 제 1 및 제 2 광빔으로 분할하기 위한 빔분할기를 더 포함할 수 있다. 대안으로, 광원은 제 1 광빔을 방출하는 제 1 광이미터와, 제 2 광빔을 방출하는 제 2 광이미터와, 제 3 광빔을 방출하는 제 3 광이미터를 포함할 수 있다. 제 1, 제 2 및/또는 제 3 광이미터는 발광다이오드일 수 있다.
광원은 반복된 시퀀스로 제 1, 제 2 및 제 3 광빔을 발생하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 바람직하기로, 반복된 시퀀스는 제 1, 제 2 및/또는 제 3 광이미터의 교번 동작을 포함한다.
다른 태양으로, 본 발명은 제 1 광빔을 방출하는 제 1 광이미터와, 제 2 광빔을 방출하는 제 2 광이미터와, 제 1 및 제 2 광이미터로부터의 광이 광원으로부터 전송되는 전송영역을 포함하는 광학 시스템을 구비하고, 외부물체에 의한 전송영역의 차단으로 제 1 및 제 2 광빔 모두가 실질적으로 동일하게 차단되도록 광학시스템이 배열되는 입자검출 시스템에 사용하기 위한 광원을 제공한다.
제 1 및 제 2 광이미터는 반도체 다이일 수 있다. 바람직하기로, 이들은 단일 광학 패키지내에 수용된 반도체 다이들이다.
광학시스템은 제 1 및 제 2 광이미터들로부터 전송영역으로 제 1 및 제 2 광빔을 지향하기 위한 광지향 광학기를 더 포함할 수 있다.
광지향 광학기는 볼록렌즈, 프레즈넬 렌즈, 및 미러를 포함하나 이에 국한되지 않는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다른 광학요소들 및 이들의 조합들도 이용될 수 있다.
전송영역은 바람직하게는 광학시스템의 외부 접근가능한 광학면의 적어도 일부를 형성한다. 예컨대, 렌즈, 미러, 윈도우, LED 패키지 등의 외부면일 수 있다.
광학 시스템은 제 1 및 제 2 광빔 중 하나 또는 모두의 빔형태를 변경하도록 형성된 빔성형 광학기를 더 포함할 수 있다.
빔성형 광학기는 광원으로부터 전송되는 광에 약 10도의 빔 발산을 제공하할 수 있다.
이 경우, 빔성형 광학기는 또 다른 방향보다 일방향으로 더, 예컨대, 수직으로보다는 수평으로 더 확장되도록 빔들 중 어느 하나 또는 모두의 빔 형태를 변경할 수 있다.
빔성형 광학기는 또한 서로 다른 빔형태를 갖도록 제 1 및 제 2 빔을 변경할 수 있다. 빔성형 광학기는 제 2 광빔보다 더 넓은 빔형태를 갖도록 제 1 광빔을 변경할 수 있다.
빔성형 광학기는 빔의 공간 강도를 조절하도록 형성된 하나 이상의 빔강도 조절요소들을 포함할 수 있다. 빔강도 조절요소는 광학면 코팅; 그라운드 글래스 확산기; 및 에칭 글래스 확산기를 포함하나 이에 국한되지 않는 그룹에서 선택될 수 있다.
제 1 광이미터는 자외선 광빔을 방출할 수 있고 제 2 광이미터는 적외선 광빔을 방출할 수 있다.
광지향 광학기와 빔성형 광학기가 하나의 광학요소로 조합될 수 있거나, 다수의 광학요소들을 갖는 광학적 수단을 구비할 수 있다. 광학요소들은 전송 또는 반사소자일 수 있다.
다른 태양으로, 본 발명은 광원과 수신기를 포함하는 입자검출 시스템을 제공하며, 상기 광원은 상기 진술 중 하나 이상에 기술된 바와 같다.
입자검출기용 광원은 떨어진 뷰포인트(view point)로부터 제 1 겉보기 크기를 갖는 적어도 하나의 광빔을 발생하도록 형성된 하나 이상의 광이미터와, 적어도 하나의 광빔을 수신하고 적어도 하나의 광빔을 전송하도록 배열되고, 전송된 광빔이 떨어진 뷰포인트로부터의 제 1 겉보기 크기보다 더 큰 제 2 겉보기 크기를 갖도록 형성된 광학시스템을 포함한다.
광학시스템은 바람직하게는 빔확산기를 포함한다. 확산기는 전용 광학구성요소(예컨대, 에칭된 글래스 피스)이거나 또 다른 목적으로 사용되는 광학구성요소상에 표면처리로서 형성될 수 있다.
또 다른 태양으로, 적어도 2개의 파장대역에 있는 성분들을 갖는 적어도 하나의 광빔을 발생하도록 형성된 하나 이상의 광이미터와, 선택적으로 하나 이상의 빔들이 지나는 광학시스템을 포함하고, 광이미터(들) 및/또는 광학시스템은 적어도 2개의 파장대역중 하나에 있는 광이 공간 강도 프로파일을 갖도록 구성되고, 상기 공간 강도 프로파일은 또 다른 파장대역의 공간 강도 프로파일과는 다른 입자검출기용 광원이 제공된다.
바람직하기로, 한 파장대역의 광의 빔폭은 또 다른 파장대역의 광의 빔폭보다 더 넓다. 바람직하기로, 더 긴 파장대역의 광은 더 짧은 파장대역의 광보다 협소한 빔을 갖는다. 바람직하기로, 더 긴 파장대역은 EM 스펙트럼의 적외선부 또는 적색부를 포함한다. 더 짧은 파장대역의 광은 EM 스펙트럼의 청색부, 자색부 또는 자외선부를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 광이 방출되는 윈도우부를 포함하는 하우징과, 복수의 파장대역들에서 광을 발생하기 위한 수단과, 하우징내에 배열되고 광을 발생하는 수단에 의해 방출된 파장대역들 중 적어도 하나 이상에서 광의 일부분을 수신하도록 구성된 광감지소자와, 광을 발생하는 수단들, 광감지소자, 및 전기회로 간에 전기연결을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 전기컨택트를 포함하는 입자빔 검출에 사용할 수 있는 광이미터를 제공한다.
바람직하기로, 광이미터는 해당 파장대역에서 광을 방출하도록 형성된 복수의 발광소자들을 포함한다.
광감지소자는 포토다이오드 또는 다른 광감지 회로소자일 수 있다.
가장 바람직하기로, 광이미터소자는 LED 다이이다. 바람직하기로, 하우징의 윈도우부가 발광 빔의 형태를 제어하도록 형성될 수 있다.
하우징은 LED 패키지일 수 있다.
일형태로, 하나 이상의 파장대역들에서 광을 방출하기 위한 복수의 광이미터들을 포함한다. 기설정된 빔 특징을 달성하기 위해 하우징내에 복수의 광이미터들이 배열될 수 있다. 일예로, 한 파장대역에 해당하는 광이미터들은 또 다른 파장대역에 해당하는 하나 이상의 광이미터들을 둘러싸도록 배열될 수 있다.
바람직한 형태로, 하우징은 광감지소자에 도달하는 주변 광을 최소화하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예컨대, 수단은 발광소자에 의해 방출된 파장대역 밖에 있는 광을 감쇠하는 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다. 대안으로, 광감지소자가 실질적으로 하우징 외부로부터 직접 광을 수신하는 것을 차단하도록 하우징내에 배열된 하나 이상의 배플들(baffles) 또는 벽들(walls)을 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 입자 검출기에서 광원의 발광소자의 출력 강도를 판단하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 광이미터가 광을 방출하는 "온 주기"와 광이미터에 의해 광이 전혀 방출되지 않는 "오프 주기"를 포함하는 변조패턴에 따라 발광소자를 조사(照射)하는 단계와, 하나 이상의 온 주기와 하나 이상의 오프 주기로 발광소자로부터 출력을 검출하는 단계와, 하나 이상의 오프주기에서 측정된 광레벨을 기초로 하나 이상의 온 주기에처 검출된 광출력을 보정하는 단계를 포함한다. 예컨대, 보정은 인접한 온 주기측정으로부터 오프 주기측정을 빼는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 온 또는 오프 주기는 광출력 레벨을 결정하기 위해 해당하는 온 또는 오프 주기의 소정의 기설정된 회수에 걸쳐 누적되거나 평균될 수 있다.
또 다른 형태로, 본 발명은 본 명세서에 기술된 타입의 적어도 하나의 발광이미터를 포함하는 입자 검출기용 광원을 제공한다.
광원은 상기 광원의 조명패턴과 광감지소자에 전기연결된 피드백 회로를 제어하도록 형성되고 이로부터 입력을 수신하고 컨트롤 신호를 변조회로로 출력하도록 형성된 변조회로 구성요소를 포함할 수 있다.
변조회로는 수신된 피드백 신호의 레벨 또는 변화를 기초로
조명기간;
조명강도;
광이미터에 인가된 전압; 또는
광이미터에 인가된 전류 중 하나 이상을 가변하도록 형성될 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 입자검출기의 광원에서 복수의 조명펄스들을 포함하는 제 1 변조패턴에 따라 광원의 적어도 광이미터를 조사하는 단계와, 피드백 신호를 수신하는 단계와, 피드백 신호에 응답해 변조패턴을 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
상기 방법은
조명기간;
조명강도;
광이미터에 인가된 전압; 또는
광이미터에 인가된 전류 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하기로, 피드백 신호는 광원의 적어도 하나의 발광소자의 광출력을 모니터하도록 배열된 광감지소자에 의해 발생된다.
피드백 신호는 광원의 적어도 하나의 이미터의 기설정된 특징을 보상하도록 형성된 신호일 수 있다. 기설정된 특징은 광이미터의 온도 응답일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 피드백 신호에 응답해 변조패턴을 조절하는 단계는 광원의 적어도 하나의 광이미터의 출력 강도에 대한 데이터를 인코딩하도록 변조패턴을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 광이미터 출력 데이터를 광출력의 수신기로 전송하도록 하나 이상의 변조 펄스들이 변조패턴에 삽입되거나 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양으로,
적어도 하나의 내부공간을 정의하고, 광이 하우징으로 또는 하우징 밖으로 지날 수 있는 광학적 투과 벽부를 포함하는 적어도 한 측면을 갖는 하우징과,
하우징의 광학적 투과 벽부를 통해 광을 송수신하도록 형성된 내부공간에 있는 전기광학 시스템과,
*광학적 투과 벽부의 외부면에 또는 외부면 부근에 외부물체를 검출하도록 형성되고 외부면에 또는 외부면 부근에 외부면 및 임의의 외부물체를 비추도록 형성된 광원을 포함하는 외부물체 검출 시스템과,
조사되는 이벤트에서 외부물체로부터 산란된 광을 수신하고 출력신호를 발생하기 위한 광수신기와,
하나 이상의 기준이 충족되고 동작이 행해지는 이벤트에서 외부물체의 존재를 판단하기 위해 출력신호를 분석하고 오작동 로직을 적용하도록 형성된 컨트롤러를 포함하는 빔검출기용 구성요소가 제공된다.
광수신기는
포토다이오드, 및
사용시 입자를 검출하는데 사용된 광센서 어레이의 일부 중 어느 하나일 수 있다.
광원은 내부 공간내에 장착될 수 있다. 대안으로, 이는 하우징 외부에 장착될 수 있다.
제 1 태양으로, 본 발명은 하나 이상의 광원들과, 상기 하나 이상의 광원들로부터의 광이 입자감시 영역을 지나 수신기에 수신되도록 배열된 수신기와, 적어도 하나의 수신된 광강도 임계치를 기초로 하나 이상의 기정의된 경보 및/또는 오작동 상태의 발생에 대해 모니터하도록 프로그램된 컨트롤러를 포함하는 입자검출 시스템에서의 방법으로서,
시운전 주기동안 컨트롤러에 의한 사용을 위해 적어도 하나의 초기 광수신 강도 임계치를 제공하는 단계와,
시운전 주기에 이어 동작 주기동안 사용을 위해 적어도 하나의 제 1 동작 수신광 강도 임계치를 제공하는 단계를 포함하는 입자검출 시스템에서의 방법을 제공한다.
바람직하기로, 시운전 주기 동안 제공된 수신된 광강도 임계치는 이하로는 오작동 상태가 표시될 수 있는 최소 수신된 광강도 임계치를 포함한다.
수신된 광강도 임계치는 이하로는 오작동 상태 또는 경보상태 중 하나가 표시될 수 있는 최소 수신된 광강도 임계치를 포함할 수 있다.
시운전 주기에서 최소 수신된 광강도 임계치는 동작주기의 적어도 일부 동안 최소 수신된 광강도 임계치보다 클 수 있다.
상기 방법은 지연주기의 경과 후 적어도 제 2 동작 광강도 임계치를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 적어도 제 2 동작 광강도 임계치는 지연주기에 이은 동작주기의 적어도 일부동안 사용된다.
제 2 동작강도 임계치는 지연주기 동안 수신된 강도의 하나 이상의 측정을 기초로 할 수 있다.
이 제 2 동작강도 임계치는 바람직하게는 적어도 하나의 제 1 동작 광강도 임계치보자 더 크다. 제 2 동작강도 임계치는 적어도 하나의 제 1 동작 광강도 임계치보자 더 낮을 수 있다.
상기 방법은 지연주기의 경과를 결정하는 단계를 더 포함한다. 지연주기의 경과를 결정하는 단계는 컨트롤러에 의해 자동으로 및/또는 지연주기의 끝을 신호보내는 명령의 수신시에 수행될 수 있다.
수신된 광이 복수의 파장성분들을 포함하는 경우, 상기 방법은 2 이상의 파장들에서 수신된 광강도를 기초로 적어도 하나의 기정의된 경보상태의 발생을 판단하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 2 이상의 파장들에서 수신된 광강도의 조합을 기초로 하나 이상의 기정의된 경보상태의 발생을 판단하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 시운전 주기 후 동작주기를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 동작주기를 초기화하는 단게는 자동으로, 예컨대, 타이머를 기초로 또는 초기 명령의 수신시에 수행될 수 있다.
다른 태양으로, 본 발명은 하나 이상의 광원들과, 상기 하나 이상의 광원들로부터의 광이 입자감시 영역을 지나 수신기에 수신되도록 배열된 수신기를 구비하는 입자검출 시스템용 컨트롤러서,
상기 컨트롤러는 적어도 하나의 수신된 광강도 임계치를 기초로 하나 이상의 기정의된 경보 및/또는 오작동 상태들의 발생을 모니터하도록 프로그램되고,
상기 컨트롤러는 상술한 방법을 수행하도록 형성되는 입자검출 시스템용 컨트롤를 제공한다.
상기 컨트롤러는 하나 이상의 기정의된 경보 및/또는 오작동 상태의 발생시에 동작을 개시할 수 있다. 예컨대, 동작은 경보 또는 에러신호의 발생일 수 있다.
본 발명은 또한 컨트롤러와 같은 것을 포함한 입자검출 시스템을 제공한다. 입자검출 시스템은 광을 수신하기 위한 수신기와, 하나 이상의 광빔들을 방출하도록 배열된 하나 이상의 광원들을 더 포함할 수 있어, 하나 이상의 광원들로부터 나온 광은 입자들이 감시되는 영역을 지나 수신기에 의해 수신된다. 바람직하기로 각 광원은 발광 다이오드이다. 수신기는 광센서 소자들의 어레이를 포함할 수 있다. 예컨대, 수신기는 비디오 카메라일 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 또한 하나 이상의 광원들과 상기 하나 이상의 광원으로부터의 광이 수신기에 의해 수신되기 전에 연기감시영역을 지나도록 하는 수신기를 배열하는 단계와, 본 발명의 제 1 태양의 실시예인 방법을 수행하는 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 태양으로, 하나 이상의 광빔들을 전송하도록 형성된 적어도 하나의 송신기와, 피감시 공간을 지난 후 적어도 한 송신기로부터 하나 이상의 광빔을 수신하도록 형성된 수신기와, 수신기의 출력을 기초로 공간에서 입자들의 존재를 판단하도록 형성된 컨트롤러와, 입자검출시 사용하기 위해 송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단을 포함하는 공간을 모니터링하기 위한 입자검출 시스템이 제공된다.
송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단은 송신기와 결합된다. 송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단은 송신기에 의해 방출된 광빔의 경로에 선택적으로 위치될 수 있는 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다. 송신기는 상기 송신기에 의한 광출력 강도가 기설정된 레벨로 설정될 수 있도록 하나 이상의 필터 소자들을 수용하도록 구성된 장착수단을 포함할 수 있다.
송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단은 송신기의 광출력을 전기적으로 제어하도록 형성된 전기 컨트롤 수단을 포함할 수 있다. 전기 컨트롤 수단은 송신기에 대한 광출력 강도를 선택하도록 수동으로 제어될 수 있는 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다.
전기 컨트롤 수단은 수신기와 데이터 통신될 수 있고 송신기로부터 수신된 광레벨에 대해 수신기로부터 컨트롤 정보를 수신하도록 형성되며, 상기 컨트롤 정보에 응답해 송신기의 광출력을 제어하도록 형성된다.
입자검출시 사용을 위한 송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단은 수신기와 결합될 수 있다.
송신기는 다른 강도레벨로 복수의 신호들을 전송하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 입자검출시 사용을 위한 송신기의 광출력 강도를 판단하는 수단은 다른 강도레벨로 전송된 복수의 신호들에 대해 수신된 광강도 레벨을 판단하고 입자검출시 사용을 위해 송신기의 광출력 강도를 판단하기 위해 상기 수신된 광강도 레벨을 하나 이상의 기준과 비교하도록 수신기와 결합된 수단을 포함할 수 있다.
송신기는 다른 강도레벨의 복수의 신호들을 포함하는 반복된 신호패턴을 전송하도록 형성될 수 있고, 수신기는 입자검출시 사용되도록 판단된 반복된 패턴으로 하나 이상의 신호들을 선택적으로 수신하도록 형성될 수 있다.
송신기는 검출 시스템의 수신기에서 수신된 다른 광레벨들을 발생하도록 구성된 복수의 신호들을 포함하는 반복된 신호패턴을 발생하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
입자검출 시스템은 더 바람직하게는 빔검출기이다.
반복된 신호패턴은 다른 강도레벨로 전송된 신호들을 포함할 수 있다. 반복된 신호패턴은 다른 기간의 신호들을 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 적어도 한 파장의 빔을 발생하는 적어도 하나의 광원과, 광원이 장착되는 하우징과, 광빔을 선택적으로 감쇠시키기 위해 광원에 대해 선택적으로 장착될 수 있는 하나 이상의 필터들을 포함하는 입자검출 시스템용 송신기를 제공한다.
송신기는 적어도 하나의 광원을 전력공급하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
송신기는 적어도 하나의 광원의 조명패턴을 제어하기 위한 컨트롤회로를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 입자검출 시스템의 송신기로부터 수신된 광레벨을 측정하기 위한 적어도 하나의 광센서와, 신호를 수신하기 위해 광센서를 선택적으로 활성화하기 위한 컨트롤러를 구비하는 입자검출 시스템용 수신기를 제공한다. 컨트롤러는 입자검출 시스템의 송신기에 의해 전송된 기설정된 수신신호들로 광센서를 선택적으로 동작하게 형성될 수 있다.
송신기에 의해 전송된 기설정된 신호들은 초기 시간주기에 센서에 의해 수신된 광의 측정된 레벨을 기초로 기설정될 수 있다.
테스트 필터는 필터요소와 같은 적어도 하나의 시트를 구비하고, 입자 검출기에 의해 전송되는 제 2 파장대역의 광과는 다른 범위로 입자 검출기에 의해 전송되는 제 1 파장대역의 광을 전송하도록 구성된다. 바람직하기로, 테스트 필터는 더 짧은 파장의 광을 전송하고 입자 검출기에 의해 전송된 더 긴 파장대역의 광을 전송하는 것 미만으로 입자 검출기에 의해 방출된다.
테스트 필터는 하나 이상의 필터재료 시트들을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 필터 시트 또는 시트들은 2개 파장에서 다른 전송이 달성되도록 하는 재료의 형태일 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 필터요소들이 처리되거나 컬러선택적 전송재료로 주입될 수 있다. 이 경우 재료는 염료(dye)일 수 있다.
바람직한 형태로, 테스트 필터는 기설정된 전송특징을 달성하는 그러한 방식으로 결합된 복수의 필터요소들을 포함한다. 바람직하기로, 전송 특징은 기설정된 농도의 연기를 흉내낸다. 복수의 시트들이 선택가능한 전송특징을 제공하도록 이런 식으로 조합될 수 있다.
일실시예로, 기설정된 크기 범위로 입자들이 추가된 실질적으로 투명한 재료의 시트 또는 시트들은 테스트 하에서 검출기에 의해 검출되는 입자들에 해당한다. 가장 바람직하기로, 입자들은 직경이 0.2 내지 1.0 마이크론이다.
다른 실시예에서, 필터요소는 소정의 흡수특징을 발생하도록 하는 표면처리를 가질 수 있다. 일형태로, 필터요소는 직물 표면을 포함할 수 있다. 직물 표면은 예컨대, 기계적 흡수, 입자 블라스팅, 화학적 또는 레이저 에칭에 의해 야기될 수 있다.
다른 실시예에서, 제 3 형태의 표면은 기설정된 전송에 해당하는 기설정된 개수의 도트들로 프린트된다.
필터요소는 전송되지 않는 광을 반사 또는 흡수할 수 있다. 그러나, 흡수가 일반적으로 더 편리하다.
제 1 태양으로 본 발명은 입자 검출기에서, 복수의 공간 위치들에서 광을 수신하고 수신된 광강도를 나타내는 신호를 출력하도록 형성된 적어도 하나의 수신기 소자와, 복수의 파장들에서 동시에 광을 수신하고 적어도 2개의 파장대역들에서 수신된 광강도를 나타내는 출력신호가 얻어질 수 있도록 하나 이상의 센서소자들에 2 이상의 파장대역들의 광을 전송하도록 구성된 적어도 하나의 파장선택적 소자를 포함하는 광학 시스템의 수신기를 제공한다.
바람직한 형태로, 수신기는 실질적으로 동시에 복수의 파장대역들에 있는 복수의 공간적으로 이격된 위치들에서 수신된 광강도를 측정하도록 구성된다.
본 발명의 일형태로, 파장 선택적 소자는 수신기 전에 광경로에 위치된 하나 이상의 필터요소들을 포함할 수 있다. 보다 바람직하기로, 필터요소 또는 요소들은 모자이크 다이 필터를 포함한다. 대안으로, 파장 선택적 소자는 하나 이상의 광분리 소자, 예컨대, 프리즘, 회절격자 등을 포함할 수 있다. 다른 대안으로, 광분리소자는 광센서 소자와 결합될 수 있고 다층 감지소자를 구비할 수 있으며, 광감지 소자의 각 층들은 해당 파장대역의 광 강도를 측정하도록 구성되어 있다.
특히 바람직한 형태로, 대상 파장대역은 적외선 대역과 자외선 대역을 포함한다. 이 예에서, 파장 선택적 소자는 적외선 선택적이고 자외선 선택적이도록 형성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 파장 선택적 소자는 입사 광빔을 각각의 파장성분들로 분할하고 각 파장성분을 해당 센서 또는 센서의 소자들의 서브세트로 보내도록 형성될 수 있다.
다른 형태로, 본 발명은 다중 대역을 갖는 필터링 수단을 포함하는 빔검출기용 수신기를 제공한다. 일형태로, 필터링 수단은 다중통과대역 간섭필터를 포함할 수 있다. 예컨대, 이런 필터는 제 1 통과대역 센서에서 긴 파장대역과 상기 파장의 하나 이상의 고조파들을 선택적으로 전송하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 필터는 800 나노미터와 400 나노미터에서 실질적으로 모든 광을 전송하는 반면 다른 파장의 대부분의 광을 차단하도록 설계될 수 있다. 필터링 수단은 복수의 필터들을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 필터들은 하나 이상의 간섭필터 또는 복수의 다이 필터들 등을 포함할 수 있다. 상기 복수의 필터들은 다른 통과대역의 광이 수신기의 센서의 다른 부분에 닿도록 기설정된 공간 패턴에 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 태양으로, 상술한 타입의 수신기를 포함하는 투사된 빔 입자 검출기가 제공된다. 바람직하기로, 입자 검출기는 다색 광원을 포함한다. 가장 바람직하기로, 광원은 복수의 파장대역들의 광을 동시에 방출하도록 형성될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 광원은 동기로 동작되는 단색 광원들을 포함한다. 그러나, 이는 대안으로 다색 광원을 포함할 수 있다. 다색 광원들은 크세논 플래시 튜브 또는 크립톤 광원을 포함할 수 있다. 대안으로, 광이미터는 형광재료와 형광재료를 비추도록 배열된 광이미터의 조합일 수 있다. 광이미터는 예컨대 LED일 수 있다.
본 발명의 다른 태양으로, 실질적으로 빔검출기의 수신기의 필터의 각 통과대역에 해당하는 복수의 파장대역들의 광을 방출하도록 형성된 광원을 포함하는 빔검출기용 송신기가 제공된다.
다른 태양으로, 본 발명은 본 발명의 상기 태양에 따라 제조된 적어도 하나의 송신기와 수신기를 구비한 빔검출기를 제공한다.
본 발명의 일태양에 따르면,
광빔을 방출하도록 형성된 송신기와,
충돌한 광강도에 대해 전기신호를 발생하도록 각각 형성된 복수의 센소소자들과 함께 광센서를 갖는 수신기와,
광센서로부터 광빔의 확산된 이미지를 형성하기 위해 수신기에 광빔의 이동경로에 위치된 빔확산 광학기와,
수신된 빔의 강도를 판단하고, 기설정된 상태가 충족되는 지를 판단하기 위해 강도 데이터에 경보 및/또는 오작동 로직을 적용하며, 기설정된 상태가 충족된 경우 동작을 초기화하도록 복수의 센서소자들에 의해 발생된 전기신호를 처리하는 컨트롤러를 포함하고,
송신기와 수신기는 송신기로부터 광빔의 적어도 일부가 수신기에 의해 수신되도록 배열되는 연기 검출기가 제공된다.
빔확산 광학기는 센서와 일치하지 않는 지점에 광빔을 포커싱하는 렌즈를 포함할 수 있다. 빔확산 광학기는 송신기와 광센서 사이에 위치될 수 있는 확산기를 선택적으로 포함할 수 있다. 확산기와 렌즈는 함께 사용될 수 있다.
확산된 빔의 이미지가 바람직하게는 수신기의 센서 상의 복수의 센서소자들을 커버를 한다. 예컨대, 확산된 빔은 2 내지 100개의 소자들을 커버할 수 있다. 바람직하기로는 확산된 빔은 센서상에 센서소자즐의 크기와 밀도에 더 따를 수 있으나, 4 내지 20개의 센서소자들을 커버한다. 확산된 빔의 이미지는 바람직하게는 선명하게 포커싱된 빔 이미지보다 더 크다.
컨트롤러는 바람직하게는 수신된 광레벨을 판단하기 위해 복수의 센서소자들로부터 수신된 신호를 조합하도록 구성된다. 일형태로, 복수의 광센서들로부터 측정된 광레벨이 더해진다. 더해지기 전에, 각 기여하는 센서소자의 신호레벨들이 가중화될 수 있다.
컨트롤러는 광센서상의 빔 이미지에 해당하는 신호중심 위치를 판단하고, 각 센서와 신호중신 위치 사이의 거리에 따라 각 센서소자로부터의 신호를 가중화한다.
송신기는 2 이상의 파장대역에 있는 성분들을 갖는 광빔을 전송할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
송신기로부터 여러 센서소자들을 구비하는 센서를 갖는 수신기로 광빔을 전송하는 단계와,
빔을 수신하도록 수신기를 배열하는 단계와,
센서상에 광빔의 확산된 이미지를 형성하는 단계와,
빔이 충돌하는 여러 센서소자들 중 적어도 이들 센서소자들에 의해 검출된 수신광레벨의 강도에 대한 전기신호를 발생하는 단계와,
복수의 신호들을 기초로 수신된 빔의 강도를 판단하는 단계와,
수신된 판단 강도에 대해 경보 및/또는 오작동 로직을 적용하는 단계와,
기설정된 경보 및/또는 오작동 상태가 판단된 경우 동작을 개시하는 단계를 포함하는 연기검출 방법이 제공된다.
빔의 확산된 이미지를 형성하는 단계는 광센서와 일치하지 않는 위치에 포커싱되도록 광빔을 디포커싱하는 단계를 선택적으로 포함한다.
대안으로 또는 추가로, 빔을 확산하는 단계는 송신기와 센서 사이에 확산기를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
수신된 빔의 강도를 판단하는 단계는 복수의 수신된 신호들을 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 신호들은 조합으로 가중화될 수 있다. 예컨대, 상기 방법은 빔의 확산된 이미지의 신호위치의 중심을 판단하는 단계와, 신호 위치의 중심으로부터 해당하는 센서소자의 거리에 따라 신호를 가중화하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 태양으로, 본 발명은 이미지 캡쳐 디바이스로부터 데이터를 간헐적으로 수신하고 데이터를 처리하도록 형성된 제 1 프로세서와, 제 1 프로세서와 통신가능하게 결합되고 제 1 프로세서를 선택적으로 동작시키도록 형성된 제 2 프로세서를 포함하는 입자검출 시스템용 구성요소를 제공한다.
제 2 프로세싱 디바이스는 입자검출 시스템의 추가적인 입자 검출기에 연결된 외부 데이터 통신 시스템과의 소통; 시스템의 하나 이상의 인터페이스 구성요소의 제어; 및 구성요소의 오작동 상태의 모니터링 기능들 중 하나 이상을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다.
바람직하기로, 제 2 프로세서는 제 1 프로세서보다 전력소비가 낮다.
구성요소는 바람직하기로 또한 입자검출과 결합된 송신기로부터 하나 이상의 광학신호를 수신하기 위한 이미징 수단을 포함한다.
본 발명의 제 2 태양으로, 입자검출기 시스템에서의 방법이 제공된다. 상기 방법은 제 2 프로세서를 이용한 제 1 프로세서의 동작주기를 모니터링하는 단계와, 제 2 프로세서로부터 신호에 응답해 제 1 프로세서를 활성화하는 단계와, 제 1 프로세서와 함께 하나 이상의 데이터 프로세싱 단계들을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 하나 이상의 프로세싱 과업의 완료시 제 1 프로세서를 비활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 프로세서는 바람직하게는 입자검출 시스템의 수신기로부터 비디오 데이터를 처리하도록 구성된다.
일태양으로, 본 발명은
모니터링되는 지역의 일부를 비추기 위한 적어도 하나의 광빔을 방출하기 위한 적어도 하나의 광이미터와,
광원에 전력을 공급하기 위한 배터리와,
배터리의 전압 또는 배터리의 전류 출력 중 적어도 하나를 측정하기 위한 배터리 모니터와,
광원의 적어도 하나의 광이미터의 조명을 제어하고, 배터리의 전압 또는 배터리의 전류 출력 중 적어도 하나를 수신하며, 남은 예상된 배터리 수명을 나타내는 값을 판단하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 입자 검출기용 광원을 제공한다.
바람직하기로, 컨트롤러는 남은 예상된 배터리 수명이 기설정된 시간주기 미만인 경우, 남은 예상된 배터리 수명의 표시를 발생하도록 형성된다.
바람직하기로, 광원은 남은 예상된 배터리 수명에 영향을 주는 환경요인, 예컨대, 온도를 감시하기 위한 환경 모니터를 포함한다.
기설정된 시간 주기는 바람직하게는 광원을 위한 예정, 재추천 또는 명령 서비스 간격들 간의 주기보다 더 길다.
또 다른 태양으로, 본 발명은
모니터링되는 지역을 가로지르는 하나 이상의 광빔들을 방출하도록 형성된 적어도 하나의 송신기와 상기 송신기에 의해 방출된 적어도 하나의 광빔을 수신하도록 형성된 적어도 하나의 수신기를 포함하는 빔검출기 서브시스템과,
모니터링되는 지역과 관련된 환경상태를 감지하고, 광통신 채널을 통해 빔검출기 서브시스템의 수신기에 출력을 보내도록 형성된 적어도 하나의 추가 환경 모니터를 포함하는 환경 모니터링 시스템을 제공한다.
바람직한 형태로, 광통신 채널은 빔검출 서브시스템의 하나 이상의 송신기에 의해 출력된 빔을 변조함으로써 실행될 수 있다.
대안으로, 광통신 채널은 하나 이상의 추가 환경 모니터들과 결합되고 빔검출기 서브시스템의 수신기의 뷰필드 내에 놓이도록 배열된 광이미터를 포함할 수 있으며, 광이미터는 결합된 환경 모니터에 의해 감지된 상태를 보내도록 변조되게 형성된다.
특히 바람직한 형태로, 빔검출 서브시스템의 광수신기는 복수의 공간 위치들들에서 수신된 광강도를 측정하도록 형성된 복수의 감지소자들을 포함하는 하나 이상의 센서들을 구비할 수 있다. 이런 시스템은 광통신 채널과 상기 빔검출 서브시스템의 하나 이상의 송신기들의 입자검출 빔을 동시에 모니터하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 태양으로, 복수의 빔검출기들과, 검출기와 데이터 통신하고 각각의 상기 빔검출기로부터 출력을 수신하는 적어도 하나의 컨트롤러를 구비한다. 상기 컨트롤러는 빔 길이의 적어도 일부와 공간상으로 실질적으로 일치하는 적어도 한 쌍의 빔검출기의 출력을 상관시키도록 형성되고, 기설정된 상관상태가 있는 이벤트에서는 입자검출 이벤트 또는 오작동 상태 중 하나가 발생된 것으로 판단한다. 일형태로, 상관은 일시적 상관을 포함한다. 상관은 입자검출 레벨 상관을 포함할 수 있다. 간단한 형태로, 상관은 2 이상의 빔검출기들의 입자검출레벨이 실질적으로 같은지를 비교함으로써 간단히 수행될 수 있고, 대안으로, 복수의 빔검출기들에 대한 입자검출 프로파일은 이들 간의 상관 정도를 판단하기 위해 서로 비교될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양으로, 적어도 한 지점에서 실질적으로 일치할 수 있는 빔들을 갖는 복수의 빔검출기들을 포함하는 입자검출 시스템을 동작하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 빔검출기들로부터 출력을 수신하는 단계와, 적어도 2개의 출력들 간에 상관관계가 있는지를 판단하는 단계와, 기설정된 상관상태가 있다면, 기설정된 입자검출 및/또는 오작동 로직에 따라 입자검출 이벤트 또는 오경보 이벤트가 발생되는지 판단하는 단계를 포함한다. 경보는 2개 검출기들의 시간가변 입자검출 프로파일을 교차상관하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 또한 대안으로 입자검출 상태 간의 상관관계, 즉, 2 이상의 검출기들의 교차하는 경보레벨 또는 경보 임계치를 결정하는 단계를 포함한다.
이 명세서 전체에 걸쳐, "빔"이라는 용어는 LED와 같은 광이미터의 출력에 관하여 사용된다. 빔은 반드시 단일 방향으로 시준 또는 한정될 필요는 없으나, 발산, 수렴 또는 임의의 적절한 형태로 될 수 있다. 마찬가지로, "광"은 폭넓은 평균 전자기 복사로 이해되어야 하며 전자기 스펙트럼의 가시부에 한정되지 않는다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 모니터링되는 공간을 비추도록 형성되고, 복수의 펄스들을 구비하고 제 1 주기로 반복되는 펄스 트레인(pulse train)을 포함하는 적어도 하나의 광원과, 뷰필드를 갖고 상기 광이 모니터링되는 공간을 지난 후 적어도 하나의 광원으로부터 광을 수신하도록 형성되며, 수신기의 뷰필드내에 있는 영역들에서 수신된 광의 강도를 나타내는 신호를 발생하도록 형성되고, 노출시간 및 수신한 프레임 속도에 의해 정의된 적어도 하나의 광원으로부터 광을 순차적으로 수신하도록 구성된 수신기와, 수신기에 의해 발생된 신호를 처리하도록 형성된 수신기와 연결된 프로세서를 포함하고, 각각의 복수의 펄스들내에 방출된 펄스 트레인을 갖는 펄스들은 수신한 프레임 속도에 대한 시간적 위치를 갖는 입자검출 시스템을 제공한다.
펄스 트레인에서 펄스는 바람직하게는 약 절반의 노출시간 기간을 갖는다. 바람직하기로, 펄스 트레인의 반복주기는 시간적으로 인접한 프레임들 간의 주기보다 실질적으로 더 길다. 프레임 속도는 100fps-1500fps, 900fps-1100fps, 500fps-1200fps 범위 중 어느 하나에 있다. 바람직하기로, 프레임 속도는 약 1000fps이다.
펄스의 기간은 바람직하게는 1㎲ 내지 100㎲ 사이이다. 가장 바람직하게는 펄스의 기간은 약 50㎲이다.
노출시간은 일반적으로 2 내지 200㎲이다. 바람직하기로 노출시간은 약 100㎲이다.
펄스 트레인은 적어도 하나의 동기 펄스를 포함할 수 있다. 바람직하기로는 2를 포함한다. 펄스 트레인은 제 1 파장의 적어도 하나의 펄스를 포함할 수 있고, 펄스 트레인은 제 2 파장의 적어도 하나의 펄스를 포함할 수 있다. 펄스 트레인은 적어도 하나의 데이터 펄스를 포함할 수 있다.
프레임 속도와 각 펄스들 간의 시간적 간격은 적어도 제 1 시간주기에서 이들 간의 위상차를 바꾸도록 선택되고, 프레임 속도와 각 펄스들 간의 시간적 간격은 펄스 트레인에서 각각의 펄스들이 각각의 노출내에 있도록 선택된다.
본 발명의 또 다른 태양으로, 모니터링되는 공간을 비추도록 형성된 적어도 하나의 광원과, 뷰필드를 갖고 상기 광이 모니터링되는 공간을 지난 후 적어도 하나의 광원으로부터 광을 수신하도록 형성되며, 수신기의 뷰필드내에 있는 영역들에서 수신된 광의 강도를 나타내는 일련의 프레임들을 발생하도록 형성되는 수신기와, 수신기에 의해 발생된 신호를 처리하고 출력을 제공하도록 형성된 수신기와 연결된 프로세서를 포함하는 입자검출 시스템에서의 방법으로서, 수신기가 광을 수신하는 많은 광원들을 판단하는 단계를 포함하는 입자검출 시스템에서의 방법이 제공된다.
상기 방법은 광원의 개수를 판단하기 위해 수신기에 의해 출력된 복수의 프레임들을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 광원의 개수를 판단하는 단계 동안 높은 프레임 속도로 수신기를 동작하는 단계와, 실질적으로 제 2의 낮은 프레임 속도로 수신기를 동작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 수신기의 뷰필드내에 후보 위치들을 식별하기 위해 프레임들 간에 수신된 광레벨에서 상대적으로 큰 변화를 갖는 영역들을 식별하도록 수신기로부터 복수의 프레임들을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 프레임들 간의 위치에 대해 수신된 광레벨에서의 변화를 임계치와 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 후보위치에 대해 송신기로부터 예상된 기설정된 전송패턴으로 수신기를 동기하려고 시도하는 단계와, 동기가 성공적인 경우, 후보 위치가 송신기로부터 광을 수신한 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 후보위치에 대해 송신기로부터 예상된 기설정된 전송패턴으로 수신기를 동기하도록 시도하는 단계와, 동기가 성공하지 않은 경우, 후보위치가 송신기로부터 광을 수신하지 않은 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기설정된 전송패턴으로 수신기를 동기하도록 시도하는 단계는 후보 위치를 포함한 복수의 적어도 부분적인 프레임들을 캡쳐하는 단계와, 송신기에 의해 방출된 펄스 트레인에 해당하는 수신된 광의 예상 패턴을 수신된 프레임들과 비교하는 단계와, 위상고정루프를 이용해 수신된 패턴으로 동기하도록 시도하는 단계를 포함할 수 있다.
송신기에 의해 방출된 펄스 트레인에 해당하는 수신된 광의 예상 패턴과 수신된 프레임을 비교하는 단계는 어떠한 펄스도 후보 위치에 대해 수신되지 않았을 때의 시간을 나타내는 수신된 광의 기준레벨을 판단하는 단계와, 각 펄스로부터 수신된 광레벨을 기준레벨과 비교하는 단계와, 차가 기설정된 임계치를 초과하면, 펄스가 수신된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
송신기에 의해 방출된 펄스 트레인에 해당하는 수신된 광의 예상 패턴과 수신된 프레임을 비교하는 단계는 예상된 패턴에 해당하는 일련의 펄스들이 수신되었는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 판단된 광원들의 개수를 기설정된 개수의 광원들과 비교하는 단계와, 판단된 개수가 기설정된 개수와 일치하지 않는 경우, 판단 단계를 반복하는 단계와, 오작동신호를 보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 각각의 태양들 및 이들의 실행을 더 명확히 설명하기 위해, 이들 태양들은 별도의 실시예에 대해 각각 기술되어있다. 당업자는 본 발명의 실행에 대한 2 이상의 이런 실시예들을 조합하는 방법을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 명세서에 개시되고 정의된 본 발명은 본 텍스트 또는 도면에서 언급되거나 증명된 2 이상의 개개의 특징들과 태양들의 모든 다른 조합들에 확대되는 것을 알아야 한다. 이들 다른 조합들 모두가 본 발명의 다양한 다른 태양들을 구성한다.
본 명세서에 전체에 걸쳐 "빔"이라는 용어는 LED와 같은 광이미터의 출력에 관하여 사용된다. 빔은 반드시 단일 방향으로 시준 또는 한정될 필요는 없으나, 발산, 수렴 또는 임의의 적절한 형태로 될 수 있다. 마찬가지로, "광"은 폭넓은 평균 전자기 복사로 이해되어야 하며 전자기 스펙트럼의 가시부에 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 문맥이 다른 경우를 필요로 하는 것을 제외하고, '구비한다'라는 용어 및 '구비하는', '구비하다' 및 '구비된'과 같은 용어의 변형들은 다른 추가물, 구성요소, 인티저(integer) 또는 스텝(step)을 배제하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부도면을 참조로 단지 비제한적인 예로써 기술되어 있다.
도 1은 종래 빔검출기를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 실행할 수 있는 빔검출기를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 실행할 수 있는 빔검출기를 도시한 것이다.
도 4는 반사가 빔검출기에 초래될 수 있는 시나리오를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 빔검출기내 수신기의 근접도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 빔검출기 셋업을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 빔검출기 배열을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 빔검출기의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 송신기와 수신기의 편광상태가 정렬된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 송신기와 수신기에서 편광상태가 직각으로 배열된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 2개의 직각으로 편광된 빔들이 편광 감지 수신기에 전송되는 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.
도 12는 하나의 편광빔을 방출하는 송신기가 2개의 직각으로 편광된 수신기들에 의해 수신되는 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 동작하는 입자 검출기 시스템에 의해 모니터되는 공간의 평면도를 도시한 것이다.
도 14는 시스템의 수신기 및 송신기를 도시한 도 13의 공간을 관통하는 횡단면도를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 사용된 수신기의 개략도를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 사용된 송신기의 개략도를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명에 따른 연기 검출기 및 장착 장치를 도표로 도시한 것이다.
도 18은 도 17에 도시된 연기 검출기의 횡단면 측면도를 도시한 것이다.
도 19는 본 발명에 따른 연기 검출기 기기의 또 다른 실시예의 측면도를 도시한 것이다.
도 20은 본 발명에 따른 연기 검출기 기기의 또 다른 실시예의 평면도를 도시한 것이다.
도 21은 본 발명에 따른 연기 검출기 기기의 또 다른 실시예의 도식도를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 연기 검출기의 구성요소를 관통하는 횡단면도를 도시한 것이다.
도 23은 제 1 모듈 및 제 2 모듈을 갖는 빔검출기 어셈블리의 개략도로서, 어셈블리는 2개 모듈들이 조립될 때 구동된다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 사시도이다.
도 25는 도 24의 송신기의 브레이크 슈와 스핀들의 근접 사시도이다.
도 26은 도 24의 수신기의 사시 절단도이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 사시도이다.
도 28은 도 27의 송신기의 브레이크 슈, 레버암 및 스핀들의 근접 사시도이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 빔검출기에 2개 파장의 수신된 광의 좌표를 도시한 것이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 방법 실행시 이득 및 보정된 출력의 좌표를 도시한 것이다.
도 31은 본 발명의 실시예에서 2개 파장대역의 수신된 광레벨을 도시한 것이다.
도 32는 도 31에 기술된 조건의 본 발명의 실시예에 따른 방법 실행시 보정된 출력레벨과 조절된 이득레벨을 도시한 것이다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 광원을 포함하는 입자검출 시스템을 도시한 것이다.
도 34는 외부물체에 의해 부분적으로 가려졌을 때 도 33의 광원을 도시한 것이다.
도 35는 연기에 의해 가려질 경우 도 33의 광원을 도시한 것이다.
도 36은 도 33 내지 도 35에 도시된 광원의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원을 포함하는 입자검출 시스템을 도시한 것이다.
도 38은 외부물체에 의해 부분적으로 가려졌을 때 도 37의 광원을 도시한 것이다.
도 39는 도 37 및 도 38에 도시된 광원의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 40은 본 발명의 실시예에 사용된 광학 시스템을 도시한 것이다.
도 41 및 도 42는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원을 도시한 것이다.
도 43 및 도 44는 입자검출 시스템에 사용된 광원의 빔 폭을 변경하는 효과를 도시한 것이다.
도 45 및 도 46은 입자검출 시스템에 사용된 방출된 광의 다른 파장대역에서 광에 대한 다른 공간 프로파일을 갖는 이점을 도시한 것이다.
도 47은 본 발명의 제 1 실시예에 사용될 수 있는 광이미터를 도시한 것이다.
도 48은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 광이미터의 한층 더한 상세도를 도시한 것이다.
도 49는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 광이미터의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 50은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 회로를 도시한 개략 블록도이다.
도 51은 도 50의 회로의 동작을 도시한 도표이다.
도 52는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 제 2 회로를 도시한 개략 블록도이다.
도 53은 도 52의 회로의 동작을 도시한 도표이다.
도 54는 본 발명의 실시예를 이용한 빔검출기의 광원의 개략도를 도시한 것이다.
도 55는 본 발명의 실시예를 이용한 빔검출기의 광원의 개략도를 도시한 것이다.
도 56은 본 발명의 실시예를 이용한 빔검출기의 광원의 개략도를 도시한 것이다.
도 57은 본 발명의 실시예에 따른 입자 검출 시스템이 설치된 방을 도시한 것이다.
도 58은 본 발명의 실시예에 따라 동작하는 빔검출기를 설치하는데 실행될 수 있는 과정의 일실시예의 흐름도를 도시한 것이다.
도 59는 설치 후 본 발명의 실시예에 따른 빔검출기의 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 과정의 일실시예의 흐름도를 도시한 것이다.
도 60은 설치에 이어 본 발명의 실시예에 따른 빔검출기의 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 과정의 또 다른 실시예의 흐름도를 도시한 것이다.
도 61은 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 62는 도 61에 도시된 송신기의 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 63은 본 발명의 실시예로 사용될 수 있는 예시적인 감쇠기를 도시한 것이다.
도 64는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 전송 전력과 대응하는 수신기 상태의 그래프를 도시한 타이밍 도표이다.
도 65는 본 발명의 태양에 따른 테스트 필터를 이용한 입자검출 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 66은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 예시적인 테스트 필터를 도시한 것이다.
도 67은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전송 스펙트럼의 도표이다.
도 68 내지 도 75는 본 발명의 태양에 따라 제조된 필터의 다양한 실시예들을 도시한 것이다.
도 76은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 입자검출 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 77은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 예시적인 수신기를 도시한 것이다.
도 78은 본 발명에 따른 광수신기의 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 79는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다른 광수신기를 도시한 것이다.
도 80은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광수신기의 제 4 실시예를 도시한 것이다.
도 81은 본 발명의 실시예를 이용한 빔검출기의 개략도이다.
도 82는 다른 전송위치를 나타낸 도 81에 도시된 빔검출기의 개략도이다.
도 83은 본 발명의 실시예의 확산수단의 일실시예를 도시한 개략도로서, 송신기가 충분히 멀리 있으며, 렌즈로 입사하는 빔광선들이 기본적으로 나란하다.
도 84는 본 발명의 확산수단의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 85는 본 발명의 태양의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 86 내지 도 89는 도 85에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 다수의 파장필터장치들을 도시한 것이다.
도 90은 본 발명의 실시예에 따라 동작하도록 형성될 수 있는 화재경보시스템의 개략도이다.
도 91은 본 발명의 실시예에 따른 빔검출기의 수신기 부품의 개략 블록도를 도시한 것이다.
도 92는 본 발명의 실시예에 사용된 예시적인 펄스 트레인을 도시한 것이다.
도 93은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 환경모니터링 시스템을 개략 도시한 것이다.
도 94는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 환경모니터링 시스템의 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 95는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 광원을 개략 도시한 것이다.
도 96은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 시스템을 도시한 것이다.
도 4는 상술한 타입의 빔검출기를 도시한 것이다. 빔검출기(100)는 송신기(102)와 수신기(104)를 포함한다. 빔검출기(100)는 공간(101)에 있는 입자를 검출하도록 설정되며, 공간은 가령 방일 수 있다. 송신기(102)는 렌즈(106)에 의해 정의된 조명영역 위로 발산하는 광빔을 방출한다. 광빔은 수신기(104)에 반사없이 도착하는 직사 조명경로(108)를 포함한다. 송신기(102)의 조명영역(106)내에 몇몇 광선은 반사경로, 예컨대, 공간(101)을 정의하는 천장(112)에서 반사된 경로(110)에 의해 수신기(104)에 도달한다. 본 발명자는 소정 상태가 충족되면, 반사빔(110)이 있는 것은 무시될 수 있다고 판단했다. 예컨대, 수신된 빔이 최소 수신 강도요건을 충족하면, 그리고 빔이 식별가능한 특징들, 가령, 성분 및/또는 편광상태를 포함하는 경우, 수신된 빔은 기설정된 특징을 갖는다. 입자를 검출하는데 사용된 빔이, 가령, 다수 파장시스템에서 직사빔(108)인지 반사빔(110)인지가 문제가 되는 몇몇 경우에는, 천장(112)의 표면 마감으로 한 파장대역의 광이 제 2 파장대역의 광보다 더 완전히 반사되도록 될 수 있다. 이들 파장대역이 수신기(104)가 입자를 검출하기 위해 사용하는 송신기(102)에 의해 전송된 파장대역과 일치하는 경우, 2개 파장대역에서 수신된 광강도의 차(差) 측정은 반사광 경로(110)에서는 직사 광경로(108)와는 다르게 행동한다. 따라서, 이 경우, 직사 광경로 빔(108)을 정확하게 식별하는 것이 필요하다.
도 5는 이런 시스템에서 반사빔으로부터 직사빔을 결정하기 위한 한가지 방식을 도시한 것이다. 도 5에서, 일치하는 특징들은 도 4와 동일한 참조번호로 표시된다. 도 5는 반사빔(110)과 직사빔(108)을 도시한 빔검출기(100)의 수신기(104)의 근접도를 도시한 것이다. 도 5는 또한 수신기(104)의 센서(200)의 세부내용을 도시한 것이다. 이 실시예에서, 공간 해상도가 높은 센서를 광수신기(104)에 제공함으로써 반사빔(110)과 직사빔(110)을 구별할 가능성이 향상된다. 상술한 바와 같이, 수신기(104)의 센서(200)는 다른 공간 위치들에서 수신된 광강도를 별개로 검출할 수 있는 다수의 감지소자(202)를 포함한다. 도 5에서, 높은 해상도 센서(200)를 제공함으로써, 한 픽셀(208) 그룹은 직사빔(108)에 의해 비춰질 수 있고 이격된 다른 그룹의 센서소자들(210)은 수신된 반사빔(110)에 의해 비춰지는 것을 알 수 있다. 센서소자 크기가 실질적으로 큰 경우, 이들 2개의 수신된 빔을 별개의 감지소자 그룹들로 분해할 수 없다. 특히 바람직한 형태로, 광센서의 공간 해상도는 특히 직사빔과 반사빔에 의해 정의된 면 방향에서 특히 크다.
대부분의 실시예에서, 빔검출기의 컨트롤러는 스팟, 예컨대, 210 또는 208 중 어떤 것이 가장 큰 광도를 갖는지 결정하고, 입자 검출을 위해 가장 큰 강도빔을 사용하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 가장 밝게 수신된 빔은 직사광(108)에 해당한다. 극단적인 경우, 2개의 수신된 광빔들의 강도 간에 충분히 구별가능한 차가 없을 수 있다. 이 경우, 반사면으로부터 가장 먼 수신기에 도달한 빔이 다른 빔, 즉, 반사면에 더 가까이 있는 빔이 직사빔일 가능성이 더 큰 것처럼 직사빔으로서 선택되는 것이 바람직하다.
한가지 예시적인 실시예에서, 이미지 센서의 해상도는 640×480 픽셀이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다른 빔검출기를 도시한 것이다. 이 경우, 빔검출기(300)는 송신기(302)와 수신기(304)를 포함한다. 빔검출기의 동작은 실질적으로 본 명세서의 다른 곳에 기술된 동작과 실질적으로 같다. 그러나, 빔검출기 설치는 반사면(310)에 부착된 2개의 배플(306 및 308)을 추가로 포함한다. 배플(306 및 308)은 반사면(310)으로부터 직사빔 경로(312)를 향해 밖으로 뻗어 있고 잠정적으로 수신기(304)에 도달할 수 있는 반사빔 경로를 인터셉트하는 역할을 한다. 배플의 개수와 길이는 특별한 설치에 적합하도록 선택될 수 있고 직사빔(312)까지 거의 전체적으로 아래로 뻗어 있도록 위치될 수 있다. 대안으로, 정확한 위치지정이 가능한 경우, 반사빔의 정확한 위치가 결정될 수 있다면 상대적으로 짧은 배플이 사용된다. 또 다른 옵션은 직사빔(312)이 지나도록 개구가 정확히 위치된 더 긴 배플을 포함한다. 인식되는 바와 같이, 예컨대, 창고가 천장 아래에 놓인 수평으로 뻗어 있는 많은 천장 지지빔들을 갖는 창고 타입의 설치시 배플처럼 동작하는 기존 구조의 바로 가까이에 송수신기를 배치함으로써 동일한 배플이 달성될 수 있고, 송수신기는 천장의 표면에서의 반사로부터 간섭을 막기 위해 배플처럼 빔이 효과적으로 동작하도록 빔 약간 아래에 위치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예는 송신기(354)와 수신기(356)를 구비한 빔검출기 셋업(350)을 도시한 것이다. 송신기(352)는 기설정된 조명영역 위로 빔 또는 광빔을 방출하며, 이전 실시예에 언급한 바와 같이, 직사빔(358)과 반사빔(360)이 수신기(356)에 도달할 수 있다. 이 실시예에서, 수신기는 반사방향으로 상대적으로 좁은 뷰필드(θ)를 갖고 이로써 수신기(356)는 반사면(362)을 볼 수 없도록 구성된다. 수신기(356)가 반사면(362)을 볼 수 없다면, 충분히 강한 피식별 신호를 발생하는 송신기(354)로부터 수신기로의 유일한 광경로는 직사빔(358)이 된다. 마찬가지로, 송신기(354)의 조명영역은 반사면(362)을 비추지 않도록 한정될 수 있다. 일반적으로, 빔검출기 설치시, 반사면은 모니터되는 방의 천장이 된다. 이 경우, 수신기(356)의 뷰필드 및/또는 송신기(354)의 조명영역은 수직 방향으로 제한될 필요가 있다. 조명영역을 위한 적절한 뷰필드는 0°내지 5°사이의 발산각도를 갖는다. 그러나, 이 요건은 시스템의 기하학적 형태에 따라 달라진다. 명확히, 장거리의 시스템은, 즉, 송신기와 수신기 간의 거리가 100미터인 시스템은 이 결과를 달성하기 위해 매우 좁은 빔 발산각도 또는 뷰잉각도를 필요로 한다. 그러나, 송신기와 수신기 거리가 불과 3미터인 실시예에서는, 훨씬 더 넓은 조명 및 뷰필드 각도가 허용될 수 있다. 반사면 부근도 또한 상술한 결과를 달성하기 위해 요구된 각도에 영향을 준다.
도 8은 본 발명의 태양에 따라 제조된 빔검출기의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 빔검출기(500)는 송신기(502)와 수신기(504)를 포함한다. 송신기(502)는 2개의 광이미터(502A, 502B)를 포함한다. 각 광이미터(502A, 502B)는 각각의 조명영역 위로 빔 또는 광빔들을 방출하고 수신기(504)에 도달하는 직사빔(508)과 반사빔(510)을 지향시킬 수 있다. 2개의 광이미터(502A, 502B)는 수신기(504)에 수신된 광을 분석함으로써 수신된 빔의 광원, 즉, 어떤 이미터에서 광이 나오는지 결정될 수 있도록 기설정된 조명 순서대로 동작하도록 구성된다. 이 실시예에서, 직사광경로(508)를 통해 수신기(504)에 도달한 광은 수신기 센서(미도시)상의 이미지(514A)를 형성하는 반면, 반사광경로(510)에 의해 수신기에 수신된 광은 514B에 도시된 바와 같이 수신기(504)의 센서에 이미지를 형성한다. 명백한 것처럼, 2 경우(즉, 직사 및 반사)에서 수신기에 형성된 이미지는 하나가 다른 하나의 미러 이미지인 점에서 서로 다르다. 직접 형성된 이미지(514A)는 2개의 광원(502A, 502B)의 상대 위치를 보존하는 반면, 반사된 이미지(514B)에서, 이들 2개 광원(502A, 502B)의 위치는 반사빔 및 수신기를 포함한 면에서 뒤집어진다. 따라서, 수신된 이미지를 분석함으로써, 수신된 빔 중 어떤 쌍이 직사빔경로(508)에 해당하고 어떤 쌍이 반사빔경로(510)에 해당하는 지 결정할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 2개 광원(502A, 502B)은 다른 변조패턴으로 조사되기보다는 다른 파장 또는 편광특징을 갖는 광이미터일 수 있다.
당업자에 명백한 바와 같이, 송신기 상에 임의의 형태의 광이미지 배열, 예컨대, 빔에 대해 임의의 방향으로 임의의 반사면으로부터 직사빔 또는 반사빔임을 판단하도록 2차원 광선의 식별가능한 광이미터들이 송신기에 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 빔검출기 시스템(1100)이 도시되어 있다. 빔검출기 시스템은 상술한 타입 중 어느 하나일 수 있고 송신기(1102)와 수신기(1104)를 포함한다. 송신기는 임의의 하나 이상의 송신대역들로 임의의 개수의 광빔들을 방출할 수 있다. 송신기(1102)에 의해 방출된 빔 또는 빔들은 수신기(1104)에 의해 수신된다. 이 실시예에서, 송신기는 편광(예컨대, 수직 편광)을 송신하도록 배열된다. 수신기(1104)는 전송된 편광과 동일한 편광을 갖는 광만을 수신하도록 형성된다.
송신기의 편광은 레이저 다이오드와 같은 고유 편광광원을 이용하거나 랜덤한(또는 다른 방법으로) 편광광원의 빔경로에 편광필터를 배치하는 것을 포함한 다양한 방법들로 달성될 수 있다. 마찬가지로, 수신기의 편광 감도는 수신기의 고유 특징들에 의해 또는 수신기의 센서소자 앞에 하나 이상의 편광필터의 배치에 의해 결정될 수 있다.
이 예에서, 일반적으로 편광되지 않거나 랜덤하게 편광된 주변 태양광과 같은 불쾌한 광은 수신기에 의해 실질적으로 거부되는 반면, (송신기와 수신기 사이의 입자 및 물체에 의해 소실된 비율보다 적은) 전송된 빔들 모두는 수신기(104)에 의해 수신된다.
도 10은 도 9의 유사한 시스템을 도시한 것이다. 도 10에서 시스템(1200)은 수신기(1204)에 의해 수신된 광빔(1206)을 방출하는 송신기(1202)를 포함한다. 이 예에서, 송신기는 (예컨대, 수직으로 편광된) 제 1 방향으로 편광되고 적어도 하나의 편광빔(1206)을 방출한다. 수신기(1204)는 송신기(1202)에 의해 전송된 빔에 수직한 편광의 광을 수신하도록 배열된다. 이 경우, 수신기(1204)는 수평으로 편광된 광을 수신하도록 형성된다. 이런 편광 오프세트는 빔(1206) 경로에서 먼지와 같은 큰 입자들이 연기와 같은 작은 입자들과 구별될 수 있다는 점에서 이점을 나타낸다. 이는 먼지와 같은 큰 입자들은 랜덤 편광을 갖는 광을 전방 산란하는 경향이 있고 따라서 수신기(1204)에 수신된 광의 횡편광 성분을 증가시키기 때문이다.
도 9 및 도 10에 기술된 2개 실시예의 조합이 입자검출 시스템에 포함될 수 있다. 먼저 도 11을 참조하면, 시스템(1300)은 송신기(1302)와 수신기(1304)를 포함한다. 송신기(1302)는 광빔(1306A,1306B)을 방출하도록 형성된다. 이들 2개 광빔 중 제 1 빔(1306A)은 제 1 편광상태로 방출되도록 배열되는 한편, 제 2 빔(1306B)은 수직 편광상태로 방출된다. 수신기(1304)는 단일 편광만, 가령, 제 1 편광상태로만 광을 수신하도록 배열된다. 따라서, 이해되는 바와 같이, 도 9 및 도 10에 대해 기술된 기수들 모두가 동일한 수신기에 적용될 수 있다. 바람직하기로 송신기(1302)는 빔(1306A,1306B)을 번갈아 발생하도로 배열되어 2개 편광상태의 빔들이 다른 시간에 수신기(1304)에 도달한다.
다른 시스템이 도 12에 도시되어 있다. 이 시스템에서, 빔검출기(1400)는 송신기(1402)와 수신기(1404)를 구비한다. 송신기(1402)는 수직 편광빔(1406)을 방출하도록 구성된다. 수신기(1404)는 복수의 편광상태, 가령, 수직 편광상태 또는 수평 편광상태로 수신된 광을 분해할 수 있도록 형성된다. 이는 동시에 또는 번갈아 동작되는 다른 편광을 갖는 복수의 광수신 요소들을 가짐으로써 달성될 수 있다. 이 예에서, 각각의 수신기에 빔을 지향시키기 위해 수신기 소자 이전에 빔분할 구성요소(1408)가 제공된다.
당업자에 명백한 바와 같이 수직 및 수평 편광에 대한 사양은 단지 편의를 위해 선택되었으며 임의의 편광이 사용될 수 있다. 더욱이, 기술의 편의를 위해, 수직 편광상태가 본 발명을 도시하기 위해 선택되었다. 그러나, 본 발명은 정렬되거나 서로 수직인 편광상태에 국한되는 것으로 받아들여지지 않아야 한다. 편광들 간에 다른 각도 오프세트들도 가능하다. 당업자는 이 변경을 고려해 수행하도록 적절한 계산을 결정한다.
수신기 또는 송신기용 편광상태의 변화를 달성하는 한가지 방법은 광경로에 편광필터를 배치하기 위한 기계적 수단을 제공하는 것이다. 예컨대, 솔레노이드가 빔경로 안팎으로 왕복편광필터를 이동시키기 위한 액츄에이터로서 사용될 수 있다. 대안으로 휠형 구조 주위로 복수의 다른 편광필터를 갖는 회전필터 장치가 이용될 수 있다. 광경로를 지나는 구조처럼 휠을 회전시킴으로써 시간에 걸쳐 다른 편광이 달성될 수 있다. 다른 기계적 수단도 또한 가능하다. 예컨대, 송신기(402)의 발광소자는 수신기의 하나 이상의 센서들이 할 수 있듯이 물리적으로 축 주위로 회전될 수 있다. 다른 기계적 수단도 당업자에게 명백하다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 빔검출 시스템(402A)이 설치되는 방(400A)의 평면도를 도시한 것이다. 빔검출 시스템은 8개 송신기(406A, 406B 내지 406H)를 모니터하도록 구성된 단일 수신기(404A)를 포함한다. 각각의 송신기(406A 내지 406H)는 α도의 수평 조명각도로 광을 전송하도록 형성되어 있다. 이는 또한 도 14에 도시된 바와 같이 β도의 수직 조명각도로 광을 전송하도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 수신기(404A)의 뷰필드는 수평 및 수직범위가 다르다. 이 예에서, 수신기(404A)는 Y도의 뷰잉앵글 및 δ도의 수직 뷰잉앵글에 걸쳐 광을 수신하도록 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 송신기(406A 내지 406H) 조명의 수평각도는 β도의 조명 수직각도 보다 훨씬 더 넓다. 마찬가지로, 수신기(404)는 수직 뷰필드보다 더 넓은 수평 뷰필드를 갖는다.
송수신기의 차동 뷰필드와 조명필드 각각은 일반적인 설치시 정렬 허용오차를 고려해 선택된다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같은 대부분의 설치시, 송신기(406A 내지 406H)는 일반적으로 서로 동일한 높이로 설치되며, 수신기(404A)는 송신기(406A 내지 406H)에 평행한 면에 장착된다. 따라서, 송신기(406A 내지 406H)의 이미지가 수신기(404A)의 광센서에 수신될 경우, 이들은 광센서상에 정렬되는 경향이 있다. 따라서, 상대적으로 협소한 뷰필드가 수신기(404A)에 대해 수직방향으로 허용될 수 있다. 그러나, 도 4로부터 명백한 바와 같이, 매우 넓은 수평 뷰필드가 수신기(404A)에 요구된다. 마찬가지로, 송신기(406A 내지 406H)의 수평정렬은 대부분의 설치시 수직정렬보다 더 어려워진다. 이것은 일반적으로 수직면으로의 이동범위가 더 제한되며 일반적으로 빌딩 벽들은 상대적으로 정렬에 평행하기 때문이다. 이런 이유로, 설치자는 송신기와 수신기의 뷰필드가 장착되는 표면의 평면에 수직하게 송신기와 수신기를 장착하지 않을 수 있으며 이는 적절하게 정확한 수직정렬을 달성하게 된다. 그러나, 이는 수평정렬되는 경우가 아닐 수 있는데, 광원의 조명각도와 광수신기의 수신각도가 피설치 시스템의 기하학적 형태로 인해 피장착 표면 방향으로부터 변하기 때문이다. 따라서, 수평정렬 능력을 제공하는 것이 필요하며 수신기의 수평 뷰필드와 송신기의 수평 빔폭은 이점적으로는 상대적으로 넓다.
예컨대, 수신기는 수직 뷰필드가 약 10도인 반면 수평 뷰필드는 90도에 가깝도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 송신기는 수직 빔폭이 3 내지 5도인 반면 수평 빔폭이 약 10도 이도록 형성될 수 있다.
다른 수평 및 수직 빔 발산 또는 뷰잉각도를 달성하기 위해 송신기 또는 수신기 중 하나는 아나모픽 렌즈(anamorphic lens)를 포함한 광학 시스템이 설치될 수 있다.
도 15는 도 13과 연계해 기술된 바와 같은 수신기의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
수신기(420)는 비디오 리드아웃 및 프로세싱 서브시스템(424)에 결합되는 멀티 세그먼트 광센서(422)를 포함한다. 광수신기(920)는 수신된 광을 센서 어레이(422)에 포커싱하기 위해, 예컨대, 복수의 렌즈들 또는 다른 광학구성요소들, 예컨대, 미러를 구비한 광학수단(426)을 포함한다. 바람직한 형태로, 아나모픽 렌즈는 실질적으로 수신기의 다른 수직 및 수평 뷰필드를 제공하도록 배열된다.
도 16은 하나 이상의 파장대역에서 하나 이상의 광빔을 방출하도록 형성된 적어도 하나의 광이미터(702)를 포함하는 송신기(700)를 도시한 것이다. 송신기(700)는 예컨대 배터리일 수 있는 전력원(706)에 의해 전력구동되는 컨트롤 회로(704)를 포함한다. 광이미터(702)는 광빔(708)을 방출한다. 이런 광빔은 광학수단(710)에 의해 특별한 분산패턴 또는 빔형태로 형성된다. 상술한 바와 같이, 광학수단(710)은 하나 이상의 아나모픽 렌즈를 포함할 수 있다.
당업자에 명백한 바와 같이, 다른 설치는 이에 놓인 다른 기하학적 한계와 요건들을 갖는다. 따라서, 본 발명은 송신기, 예컨대, 406 또는 수신기, 예컨대, 404의 빔 형태가 수직 또는 수평 각도로 정의되는 경우로 제한되는 것으로 간주되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명은 송신기의 빔폭과 수신기의 각 범위 중 어느 하나 또는 모두가 서로 수직이든 아니든 그리고 수직 및 수평으로 정렬되든 아니든 임의의 두 방향으로 다른 시스템으로까지 확장된다.
입자검출 시스템은 도면의 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시된 타입이거나 PCT/AU2004/000637, PCT/AU2005/001723 또는 PCT/AU2008/001697에 개시된 바와 같은 다른 타입인지에 무관하게, 시스템의 구성요소, 예컨대, 광원과 타겟 및 수신기로 되돌아간 방출빔의 반사의 정렬이 중요하다. 상술한 바와 같이, 광원과 타겟 간의 거리가 상당할 수 있고, 이에 따라 광원을 타겟과 정확하게 정렬하는 것이 어려울 수 있다. 이런 이유로, 설치시 및 설치 위치로부터 광원 및/또는 타켓의 이동이 발생하는 경우 모두에서 광원(및/또는 역반사가 아닌 경우 타겟)의 방향이 변하게 하는 조절가능한 장착수단이 제공되는 것이 바람직하다.
도 17은 입자 검출기의 광학 구성요소의 정렬을 돕는 정렬 빔수단의 일실시예를 도시하고 있다. 도 17에 도시된 디바이스는 도 2를 참조로 상술한 타입이나, 연기 검출기는 다양한 다른 형태를 취할 수 있다. 도시된 바와 같이, 연기 검출기(2200)는 광원(2202)과 수신기(2204)를 포함한다. 또한, 연기 검출기(2200)는 광원(2202)과 축방향으로 정렬되나 시각적으로 관찰될 수 있는 정렬빔(2242)을 발생하도록 형성된 타입의 시각적 정렬 디바이스(2230)를 포함한다. 빔(2242)이 연기 검출기(2200)로부터 소정 거리에 위치된 타겟(2206)으로 투사된다.
연기 검출기(2200)에는 원형판(2232) 형태의 장착수단이 제공되며, 상기 원평판은 사용시 지지면에 적절한 높이로 연기 검출기(2200)를 고정시키도록 지지면 상에 나사 등에 의해 장착된다. 장착플레이트(2232)와 연기 검출기(2200) 사이에 관절식 연결부(2234)가 제공된다. 관절식 연결부는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 이는 검출기의 정렬에 변화를 주나 선택된 방향으로 고정될 수 있다. 마찰 고정수단이 가능하거나, 몇몇 나사 고정수단의 형태가 사용될 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 관절식 연결부(2234)는 컵(2236)과 볼(2238)을 구비하고, 볼은 컵내에 회전할 수 있다. 볼은 연기 검출기(2200)가 지지플레이트(2232)에 대해 기울어지도록 컵에 의해 잡혀 있게 보유되어, 이로써 입사광(2210)이 소정 거리로 떨어져 있는 타겟(2206)으로 정확히 지향되게 한다. 볼을 컵에 대해 고정하기 위해 그러브 스크류(grub screw)(2240)가 제공된다. 컵에 볼을 고정하기 위해 예컨대 마찰 접합(friction fit)을 포함한 다른 형태가 가능하다.
상술한 바와 같이, 타겟과 입사광(2210)의 정렬을 용이하게 하기 위해 정렬빔(2242)이 사용된다. 따라서, 일반적으로 레이저 빔을 구비하는 정렬빔(2242)은 입사광(2210)에 평행하다. 따라서, 조작자는 타겟에 또는 타겟에 바로 인접해 정렬빔(2242)을 배향할 수 있어 (일반적으로 보이지 않는) 입사광(2210)이 타겟에 한 가운데 겨냥되는 것을 보장한다. 입사광(2210)이 타겟의 중심에 배향되면, 그러브 스크류(2240)가 고정되어 이로써 컵(2236)내에 볼(2238)을 고정시킨다. 이는 연기 검출기(2200)가 최적 정렬되는 것을 보장하고 본 명세서에 기술된 방식으로시스템의 정렬이 일어날 수 있다.
도면 중 도 19는 선택된 동작가능한 위치에 연기 검출기(2200)를 고정하는 방법을 기술한다. 이 실시예에서, 볼(2238)을 컵(2236) 내에 고정하는데 사용된 그러브 스크류(2240)는 검출기 하우징(2200)의 전면(2246)을 통해 뻗어 있는 통로(2244)를 따라 접근될 수 있다. 통로(2244)는 정렬도구(2250)의 샤프트(2248)를 수용하도록 구성된다. 정렬도구(2250)는 그 일단에 드라이버(2252)와 그 타단에 핸들(2254)이 있다. 핸들(2254)은 후단에 오목부(2256)가 있어 레이저(2258)가 그곳에 삽입된다. 샤프트(2248)는 상기 샤프트가 통로(2244)에 위치된 경우 레이저(2258)로부터 레이저빔(2242)이 상술한 바와 같이 광원(2202) 및/또는 수신기(2204)와 축방향으로 정렬되는 것처럼 통로(2244)와 근접해 슬라이딩 피트(sliding fit)된다.
이 실시예에서, 샤프트(2248)와 통로(2244)는 각각 상보적인 실린더형이다. 물론, 당업자는 다른 배열도 가능한 것을 인식할 것이며, 예컨대, 통로(2244)는 정사각형의 측면 치수가 샤프트(2248)의 직경과 일치하는 정사각형 프로파일을 가질 수 있다.
따라서, 도 19에 도시된 도구(2250)를 이용해 설치자는 샤프트(2248)를 통로(2244)에 삽입하고 그런 후 원격 타겟에서 가시적 정렬빔(2242)을 관찰하면서 하우징(2200)을 조작한다. 하우징이 정확히 정렬되면, 핸들(2254)은 그러브 스크류(2240)와 결합된 드라이버 헤드(2252)와 회전해 그러브 스크류(2240)를 죄고 컵과 볼을 함께 고정한다. 이런 식으로 함께 고정된 후, 장비를 설치하는 기술자는 레이저 빔(2242)이 타겟과 여전히 정확히 정렬되는 체크하고 그렇다면 연기 검출기가 정확히 배향되어 있다는 것을 알게 된다. 명확히, 장래 어느 순간에, 가령 장비가 보수 또는 서비스받을 때마다, 유닛의 방향은 단순히 도구(2250)의 샤프트를 통로(2244)에 삽입하고 다시 한번 레이저빔(2242)이 원격 위치의 타겟과 정확히 정렬되는지 여부를 검사함으로써 체크될 수 있다.
이 실시예에서, 드라이버(2252)는 스크류 드라이버 헤드로 도시되어 있으나, 명확히 그러브 스크류가 어떤 다른 형태, 가령, 알렌키 소켓(Allen key socket)의 결합 구조를 갖는다면, 드라이버(2252)는 적절한 크기의 6면 알렌키 형태로 있게 된다.
도 19는 레이저가 정렬을 위해 설치된 도구를 도시하고 있으나, 이는 물론 레이저(2258)를 통로(2244)에 간단히 삽입해 원격 타겟에 대해 하우징의 정렬을 보조한다.
도 17 내지 도 19는 빔이 입사광빔에 나란히 배열된 정렬을 도시하고 있으나, 이는 유일하게 가능한 정렬이 아니다. 예컨대, 하우징은 타겟 또는 대상 영역에 대해 셋업과 연기 검출기의 배향을 돕는 형태로 입사광에 기울어진 복수의 레이저 수신 소켓들을 가질 수 있다. 예컨대, 연기 검출기는 도 3을 참조로 상술한 형태로 될 경우, 이는 또한 광원 조명의 풀 아크(full arc)(2622)를 나타내는 레이저 빔을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 명백히 광원 조명의 풀 아크에 해당하는 입사광에 비스듬하게 소켓을 하우징(2200)에 포함하는 것이 바람직하다.
도 20은 3개 소켓들(2249)을 갖는 하우징을 도표로 도시한 것으로, 각 소켓은 설치 기술자가 최적 성능을 위해 하우징을 정확히 정렬하게 할 수 있도록 도 19에 도시된 도구(2250)를 수용하도록 형성되어 있다. 측면의 2개 소켓들(2249)은 바람직하게는 비디오 카메라가 검출할 수 있는 가시광의 아크에 대해 정렬되어 있고, 중앙 소켓은 비디오 카메라의 중심을 원격 위치에 있는 타겟(2206)과 정렬하는데 사용된다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 시각적 정렬 디바이스(2260)는 샤프트(2262)를 포함하고, 샤프트는 차례로 연기검출기 하우징(2264)의 소켓에 장착되고 상기 하우징(2264)에 장착된 광학 구성요소들에 정해진 방향으로 정렬된다. 비디오 카메라(2266)가 샤프트(2262)의 단부에 있는 핸들부(2268)에 장착된다. 비디오 카메라는 바람직하게는 배터리 구동되고, 하우징(2264)으로부터 원격 위치에서 타겟의 이미지를 발생하도록 형성된다. 비디오 카메라에는 바람직하게는 망원렌즈가 제공된다.
비디오 카메라에 의해 보여진 이미지는 바람직하게는 무선으로 수신기 유닛(2270)에 전송되며, 상기 수신기 유닛은 원격 타겟의 이미지가 디스플레이되는 스크린(2272)을 포함한다. 이미지는 또한 시준 심볼(sighting symbol) 또는 디바이스(2274)를 포함할 수 있으며, 상기 디바이스는 십자선 형태로 또는 그리드 패턴 등과 같이 시준 디바이스를 보조하는 어떤 다른 정렬 형태로 있을 수 있다.
명백히, 하우징이 움직이면, 비디오 카메라의 뷰필드와 이에 따라 비디오 카메라를 통해 발생된 이미지가 스크린상에 이동되며, 연기 검출기를 정렬하는 기술자는 스크린상의 이미지를 봄으로써 하우징을 정확하게 배향시킬 수 있게 된다. 비디오 카메라는 연기 검출기의 광학 구성요소들에 대해 고정된 상대 정렬로 정렬되기 때문에, 스크린 상에 이미지가 정확히 의도된 타겟과 정렬되면, 기술자는 광학 구성요소들이 정확히 정렬된 것을 알게 된다. 수신기는 바람직하게는 카메라로부터 실시간 이미지를 나타내는 PDA 등과 같은 휴대용 배터리구동 컴퓨터 디바이스이다. 카메라와 수신기 간의 연결은 바람직하게는 무선이나 또한 케이블을 통해서도 될 수 있다.
카메라는 LED와 같은 광원, 또는 타겟 위치에 장착된 다른 능동 혹은 수동 광원에 따른 파장의 파장종속형 광필터가 설비될 수 있다. 타겟 광원은 사람의 눈에 쉽게 분간될 수 있도록 선택적으로는 특정 속도 또는 패턴으로 플래시될 수 있다. 플래시의 패턴은 카메라 및/또는 수신기에 있는 소프트웨어에 의해 식별될 수 있다.
수신기 유닛 또는 카메라에 있는 소프트웨어는 디스플레이 상에 향상된 뷰를 발생하기 위한 수단을 포함할 수 있고, 타겟이 장착된 방 또는 표면의 주변 이미지를 포함할 수 있다. 수신기 유닛과 카메라 결합은 바람직하게는 정렬 과정을 돕기 위해 조작자에 가청음 큐 및/또는 음성 명령어를 발생하기 위한 수단을 포함한다. 이들 명령어는 타겟과 정확히 정렬하도록 하우징을 움직이는 방법에 대한 명령어의 특성일 수 있다. '위', '아래', '왼쪽', '오른쪽', '타겟에' 등과 같은 음성어를 포함할 수 있다.
샤프트(2262)의 단부에 장착된 비디오 카메라로, 관절식 연결부(2274) 주위로 하우징의 작은 이동으로 상대적으로 넓은 아크를 통해 샤프트의 단부에 있는 비디오 카메라가 이동된다. 따라서, 샤프트는 비디오 카메라가 암의 말단에 장착된 레버암으로서 동작한다. 이는 정렬 과정의 감도를 높여, 비디오 카메라와 광학 구성요소들이 정확하게 상대적으로 정렬해 있다면, 비디오 카메라가 타겟과 정확히 정렬될 경우, 광학구성요소들은 의도된 방향으로 정확히 정렬된다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광학 구성요소들의 다른 하우징 구성을 도시한 것이다.
이 예에서, 구성요소(2900)은 카메라 또는 광원(들)과 같은 전기광학 구성요소과 관련된 전자회로 및 광학기(2904)를 포함한다. 전자광학 구성요소(2902)은 하우징(2906)에 대해 고정되게 장착되고 고정 와이어링(2908)을 통해 전기 및 데이터 연결부(2910)를 통해 연결된다.
하우징(2906)은 광빔이 하우징에 들어가나 나갈 수 있는 개구(2912)를 포함한다. 개구(2912)는 렌즈 또는 윈도우에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 구성요소(2900)은 또한 하우징(2906)에 장착된 광학 어셈블리(2914)를 포함한다. 이 경우, 광학 어셈블리는 전자광학 시스템(2902,2904)의 광학 축에 대해 비스듬하게 장착된 미러이다. 미러는 광학신호를 전자광학 시스템(2902,2904)으로 또는 전자광학 시스템으로부터 그리고 개구(2912)를 통해 재지향시키는데 사용된다.
미러(2914)는 관절식 장착수단(2916)을 통해 하우징(2906)에 장착된다. 이 경우, 관절식 장착수단은 하우징(2906)에서 해당 형태의 오목부(2920)에 잡혀있는 회전 마찰 베어링(2918)에 장착된 회전식 샤프트를 구비한다. 관절식 장착부(916)는 정렬 도구를 이용해 하우징(2906)의 외부에서 결합될 수 있는 결합수단(2922)을 포함한다. 예컨대, 이전 실시예에 대해 기술된 정렬도구가 사용될 수 있다.
사용시, 광학구성요소를 설치하는 기술자는 고정된 장착수단을 이용해 장착면에 대해 고정식으로 하우징을 부착시키고 그런 후 정렬도구를 이용해 미러의 방향을 조절함으로써 전자광학 구성요소(2902)의 외부 뷰필드(또는 조명필드)를 조절한다. 시스템의 동작 방법은 장착면에 대해 전체 하우징의 재정렬을 가능하게 하기보다는 장착면에 대해 고정되게 장착된 전자광학 구성요소에 대해 광학 어셈블리(2914)의 방향이 변해질 수 있는 것을 제외하고는 실질적으로 상술한 방법과 같다.
도 23은 예컨대 광송신기일 수 있는 빔검출기 어셈블리(2300)를 도시한 것이다. 어셈블리(2300)는 2개의 모듈로 구성된다. 모듈(2302)은 배터리(미도시)와 유닛용 전자광학 시스템(2306)을 수용한 메인 인클로저(main enclosure)이다. 전자광학 시스템(2306)은 회로기판(2308)에 장착될 수 있다. 모듈(2302)은 또한 한가지 배열로 자기장에 대해 응답하는 스위치(2310)를 포함한다. 이런 스위치의 예는 리드 스위치(reed switch)로서, 밀봉된 유리 엔벨로프에 위치된 강자석 금속 리드에 한 쌍의 컨택트를 갖는다. 컨택트는 초기에 분리된다. 자기장이 있는 상태에서, 스위치는 닫힌다. 일단 자기장이 제거되면, 리드의 스티프니스(stiffness)로 인해 컨택트가 떨어지게 된다.
홀효과 디바이스와 같은 자기장에 민감한 다른 스위칭 디바이스들도 또한 이용될 수 있다.
모듈(2304)은 스위치(2310)에 동작할 수 있는 액츄에이터를 포함하는 마운팅 베이스이다. 예컨대, 액츄에이터는 자석(2312)일 수 있다.
모듈(2302 및 2304)은 운반되어 서로 별도로 또는 패키지로 저장되며, 상기 패키지에서 액츄에이터는 스위치의 활성을 막기 위해 스위치로부터 충분히 떨어져 이격되어 있다. 일반적으로, 설치시, 모듈(2304)은 벽(2320) 또는 장착면에 고정되고, 그런 후 모듈(2302)이 모듈(2304)에 부착된다. 모듈(2302)이 쉽게 그리고 단단히 모듈(2304)에 고정되게 할 수 있는 많은 수단들이 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 모듈(2304)은 하나 이상의 트랙들을 가질 수 있고, 어셈블리 동안, 모듈(2302)은 스토퍼까지 트랙을 따라 슬라이딩될 수 있다. 2개 모듈을 적소에 보유하기 위해 디텐트(detent) 수단이 제공될 수 있다. 이런 배열은 기설정된 방향으로 2개 모듈이 어셈블리되게 하여, 자석(2312)에 대해 스위칭(2310)을 위치시킨다.
모듈(2302 및 2304)이 어셈블리될 때에만 스위치(2301)가 닫히고, 배터리로부터 상당한 전력소비가 개시되게 한다.
또 다른 배열로, 모듈(2304)은 복수의 자석들(2312)을 포함한다. 자석(2312)의 형태는 모듈(2304)에 대한 데이터를 식별하는 것과 같이 정보항목을 나타내는데 사용될 수 있다. 정보는 모듈(2304)의 위치에 대해 일련번호 또는 루프 어드레스를 포함할 수 있다. 베이스 모듈(2304)에 대한 자석의 패턴을 제공함으로써, 데이터는 모듈(2304)이 벽(2320)에 부착되는 위치에 효과적으로 영구히 보유될 수 있다. 따라서, 모듈(2302)이 교체되더라도, 예컨대, 고갈된 배터리와 같은 오작동 후에도, 식별 데이터가 여전히 있게 된다.
모듈(2302)은 모듈(2304)에서 자석(2312)의 존재를 감지하는 복수의 스위치(2310) 또는 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 모듈(2304)에서 자석의 패턴들로 코딩된 식별 데이터를 판독할 수 있는 리드 스위치들의 어레이 또는 기설정된 패턴이 제공될 수 있다.
다른 배열로, 모듈(2304)내 자석(2312)의 패턴은 카드와 같이 착탈식 디바이스상에 제공될 수 있다. 자석 패턴을 갖는 카드는 예컨대 모듈이 벽(2320)에 부착된 경우 모듈(2304)에 삽입될 수 있다.
도 24 내지 도 26은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 송신기 유닛(3000)은 광학모듈을 형성하는 하우징(3200)을 포함한다. 송신기는 장착부(3180)를 함께 형성하는 배킹 플레이트(backing plate)(3010), 리어 케이싱(rear casing)(3020), 및 포워드 케이싱(forward casing)(3030)을 더 포함한다.
배킹 플레이트(3010)은 벽과 같은 장착면(미도시)에 관통해 장착될 수 있는 스크류 홀을 포함한다. 배킹 플레이트(3010)는 간단한 착탈식 스냅핏(snap fit)으로 리어 케이싱(3020)에 부착된다.
리어 케이싱(3020) 및 포워드 케이싱(3030)은 하우징(3200)이 수용되는 부분 구형공동을 함께 정의한다. 하우징(3200)은 리어 하우징(3040)과 포워드 하우징(3050)을 포함한다. 각각의 리어 및 포워드 하우징(3040,3050)은 현저하게 중공 반구형 쉘형태를 갖는다.
리어 하우징(3040)은 외주 주위로 립을 갖는다. 포워드 하우징(3050)은 구형 하우징(3200)을 정의하기 위해 함께 스냅핏된다. 스냅핏에 인접한 리어 하우징(3040)의 작은 부분이 포워드 하우징(3050)으로 돌출하고 그 부근에 환형층계를 정의한다.
검출기 하우징(3200)의 외부면은 현저하게 구형이며 리어 케이싱(3020) 및 포워드 케이싱(3030)에 의해 정의된 구형 공동에 상보적이다. 하우징(3020)은 장착부(3180)에 대해 광범위한 방향으로 회전될 수 있고 설치동안 느슨하게 마찰해 정렬될 수 있도록 상보적인 구형면들 간에 근접해 슬라이딩 피트된다.
포워드 케이싱(3030)의 전단은 하우징(3200)을 노출하기 위해 개방된다. 이 실시예에서, 포워드 케이싱(3030)에서 개구가 형성되고 만곡되어 하우징(3200)이 수평축 주위보다는 수직 축 주위로 광범위한 각도로 관절식으로 되게 한다: 일반적으로 이런 송신기는 대응하는 수신기처럼 천장 가까이의 벽에 장착되어, 일반적으로 수평축 주위로, 즉, 위 아래 방향으로 조절이 덜 필요하게 된다.
포워드 하우징(3050)의 전단은 렌즈(3060)가 운반되는 원형 개구를 정의하도록 절단된다. 원형 인쇄회로기판(PCB)(3070)은 중심에 장착되어 하우징(3200)내에 놓인다. PCB(3070)는 렌즈(3060)에 평행하며 포워드 하우징(3050)으로 돌출한 리어 하우징(3040)에 의해 정의된 환형계단에 기대어 안착된다.
LED(3080) 형태의 광원은 PCB(3070)의 전방면에 중심에 장착되고 사용시 광빔, 예컨대, 하나 이상의 파장대역을 투사하며, 광빔이 흐릿해 지는 것은 입자가 있음을 나타낸다. 렌즈(3600)는 LED(3080)에 의해 투사된 빔을 시준하도록 배열된다. 배터리(3090)는 PCB(3070)의 후면에 수반된다.
예시된 실시예는 도 25에 도시된 스핀들(3240), 캠(3100) 및 브레이크 슈(3110)를 포함한 고정장치(3190)를 포함한다. 스핀들(3240)은 축 중앙지점에서 외부로 돌출한 칼라(3240)를 갖는다.
각각의 리어 하우징(3040)과 포워드 하우징(3050)은 스핀들(3240)의 각각의 부분을 수용하기 위한 관형 오목부를 포함한다. 칼라(3140)는 리어 및 포워드 하우징이 함께 스냅핏될 때 리어 하우징(3040)과 포워드 하우징(3050) 사이에 붙들려 있다. 칼라(3040) 앞뒤로 스핀들 주위의 오링씰들은 부스러기들이 하우징(3200)으로 진입하는 것을 제한한다.
6각형 소켓(3160)이 스핀들(3240)의 전방 단부면에 형성된다. 실린더형 관형 통로(3244)가 포워드 하우징(3040)을 지나 소켓(3160)에 접근을 제공한다. 송신기 유닛의 설치동안 소켓(3160)은 통로(3244)를 통해 송신기 유닛(3000)의 전방에서 끼움과 같이 알렌키를 수용하여, 설치자가 축 주위로 스핀들(3240)를 회전시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 회전은 장착부(3180)에 대해 선택된 방향으로 하우징(3200)을 고정시킨다.
리어 하우징(3040)은 브레이크 슈(3110)가 수반된 후방 개구를 갖는다. 브레이크 슈(3110)는 부분 구형이며 외부면(3130)이 후퇴된 '관절 위치'에 있을 때 리어 하우징(3040)의 구형 외부면과 정렬된다. 브레이크 슈(3110)는 각각의 측면에 스터드(stud)(3120)를 지닌다. 스터드(3120)는 짧은 측면거리, 즉, 위아래와 앞뒤 방향에 수직한 방향으로 돌출된다. 스터드(3120)는 리어 하우징(3040)에 있는 상보적인 오목부(미도시)내에 수용되고, 이로써 브레이크 슈(3110)가 운동범위를 통해 회전될 수 있는 피봇을 정의한다. 운동범위는 리어 및/또는 포워드 케이싱(3020,3030)에 의해 정의된 브레이크면(3130)과 내부 구형면 간의 접촉에 의해 그리고 후술된 캠(3100)과의 접촉에 의해 제한된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 브레이크 슈(3110)는 스터드(3120)를 각각 지니는 2개의 윙부를 분리하는 중앙 길이방향 채널을 포함한다. 브레이크 슈(3110)는 브레이크 슈(3110)와 리어 케이싱(3040)이 스터드(3120)를 가로지르는 전체 치수를 줄이기 위해 윙부를 압박하고 스터드(3120)가 리어 케이싱(3040)에 형성된 상보적인 오목부(미도시)에 수용되도록 브레이크 슈(3110)를 리어 케이싱(3040)에 끼움으로써 어셈블리될 수 있게 하는 컴플라이언스도(a degree of compliance)를 갖는다. 해제되고 난 후, 윙부는 비압축 형태로 되돌아와 스터드(3120)가 상보적 오목부에 스냅된다.
캠(3100)은 스핀들(3240)에 의해 지지된다. 물론, 캠이 도 28에 도시된 스핀들과 일체로 형성되게 다른 선택이 있을 수 있다. 캠(3100)은 단일 로브를 포함하고 스터드(3120)(및 이에 의해 정의된 피봇축)로부터 전방으로 이격된 위치에서 하방으로 브레이크 슈(3110)에 작용하도록 배열되어 있다.
수신기(3000)의 설치 동안, 하우징(3200)을 정렬한 후, 설치자는 알렌키형 도구를 이용해 통로(3244)를 통해 스핀들(3240)의 소켓(3160)에 접속한다. 스핀들(3240)을 회전시키기 위해 알렌키형 도구를 이용함으로써 캠(3100)이 회전되고, 차례로 캠은 브레이크면(3130)이 리어 및 포워드 케이싱(3020 및 3030)에 의해 정의된 내부 구형면과 마찰 결합되도록 브레이크 슈(3110)의 전방부를 하방으로 구동시킨다. 이에 의해 장착부(3180)에 대한 하우징(3200)의 정렬이 고정된다.
이 실시예에서, 렌즈(3060)와 LED(3080)는 렌즈(3060) 면에 수직 방향으로 광을 투사하도록 형성되어 있다. 통로(3244)도 또한 렌즈(3060)면에 수직하다. 설치 동안, 상술한 바와 유사한 정렬도구가 사용될 수 있고, 정렬도구는 통로(3244)와 폐쇄 슬라이딩 피트를 위한 크기의 실린더 샤프트를 가지며 샤프트와 동축인 빔을 투사하도록 배열된 레이저 포인터를 포함한다. 이 실시예에서, 정렬도구의 샤프트는 소켓(3160)에 상보적으로 끼워지는 알렌키에서 끝을 이룬다. 설치 동안, 도구는 통로(3244)에 삽입되어 소켓(3160)과 결합된다. 결합시, 정렬도구는 레버로서 사용될 수 있고 투사된 빔이 수신기와 같은 타겟에 포커싱될 때까지 조작될 수 있다. 이로써, 통로(3244)는 하우징(3200) 정렬의 시각적 표지를 제공하기 위한 종래 수단을 제공한다. 그런 후, 정렬도구는 정확한 정렬로 하우징(3200)을 고정하기 위해 축 주위로 단순히 회전될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전원, 이 경우, 배터리(3090)는 설치시 송신기를 활성화시키기 위해서만 연결되는 것이 바람직하다. 스핀들(3240)의 칼라(3140)는 외주의 한 지점에 자석(3150)을 지닌다. 자석(3150)의 상대 위치와 캠(3100)의 로브는 브레이크 슈(3110)가 앞선 '브레이킹' 위치에 있을 때, 자석(3150)은 PCB(3070)의 후면에 장착된 리드 스위치(미도시)와 상호작용하여 스위치를 닫히게 하고 이로써 전원을 연결해 수신기(3000)를 활성화시키도록 선택된다. 캠(3100)의 로브에 대한 칼라(3140) 주위로 자석의 위치는 브레이크 슈(3110)가 후퇴되는 "관절" 위치에 있을 때, 자석(3150)은 리드 스위치에 동작하지 않아, 리드 스위치가 여전히 개방되어 있어, 수신기가 여전히 비활성화상태로 있도록 선택된다.
송신기 유닛(3000)은 설치가 간단하다. 수신기(3000)는 배터리가 연결되지 않아 전지가 다 되지 않도록 후퇴된 관절위치에 고정장치를 갖는 사전 어셈블리된 유닛으로서 제공될 수 있다. 간단한 스냅핏으로 리어 케이싱(3020)에 부착된 배킹 플레이트는 레버오프(즉, 언스냅)되고 스크류되거나 그렇지 않으면 벽이나 다른 장착면에 고정된다. 그런 후 리어 케이싱(3020)과 이에 부착된 나머지 수신기(3000)가 배킹 플레이트에 간단히 스냅된다. 하우징은 상술한 정렬도구를 이용해 정렬되고 그런 후 상기 정렬로 쉽고 편리하게 고정되어 동일한 도구의 한 번의 동작으로 작동된다.
도 27 및 도 28은 도 24 내지 도 26에 기술된 실시예와 유사한 또 다른 실시예를 도시한 것이다 도 28은 도 25와 유사하나, 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있는 수신기(3000')를 예시한 것이다. 수신기(3000')는 스핀들(3240')이 이전 실시예에서와 같이 접속될 수 있는 통로(3244')를 포함한다. 이 실시예는 고정장치의 세부사항에 있어 도 24의 실시예와 다르다. 스핀들(3240')은 피봇 장착된 레버암(3210)에 동작하도록 배열된 일체형 캠(3100')을 포함한다.
레버암(3210)은 측면, 즉, 상하 및 전후 방향에 수직한 방향으로 길이를 갖는다. 3120'에서 스터드는 레버암(3210)의 일단으로부터 앞으로 돌출해 있다. 스터드(3120')는 레버암(3210)이 송신기 하우징(3200')내에 피봇 지지되는 송신기 하우징(3200')내에 정의된 상보적인 오목부(미도시)내에 수용된다.
짧은 스터드(3230)는 레버암(3210)의 타단으로부터 전후방향으로 돌출해 있다. 스터드(3230)는 동축으로 정렬되어 있다. 상방으로 돌출한 클레비스(clevis) 배열을 포함한 브레이크 슈(3110')가 레버암의 타단을 둘러싸고 레버암(3210)과 브레이크 슈(3110')를 피봇 연결하기 위해 스터드(3230)와 결합한다. 브레이크 슈(3110')는 레버암(3210)으로부터 아래로 돌출해 있고 정사각형 횡단면을 가지며 부분적 구형 브레이크면(3130')에서 종결된다.
브레이크 슈(3110')는 송신기 하우징(3200')내의 상보적인 정사각형 프로파일을 갖는 홀(미도시)을 지나는 관내에 안착되고 가이드된다.
송신기(3000')의 설치 동안, 상기 실시예에서와 같이 스핀들(3240')이 회전된다. 스핀들(3240')이 회전하면, 캠(3100')은 (스터드(3120')에 의해 정의된) 피봇축 주위로 레버암(3210)을 아래로 구동하도록 동작한다. 브레이크 슈(3110')는 차례로 고정된 장착부(3180')의 내부면과 마찰 결합하도록 하방으로 밀어진다.
레버암(3210)은 암의 메인 바디로부터 예각으로 레버암(3210)의 단부로부터 하방으로 돌출한 일체형 핑거(3220)를 포함한다. 핑거(3220)는 만곡 경로를 정의하며, 상기 경로의 외부면은 송신기 하우징(3200')의 내부에 상보적이다. 핑거(3220)는 상기 내부를 가압하고 이로써 레버암(3210)을 바이어스시켜 (스터드(3210')에 의해 정의된) 피봇축 주위로 상방 회전하도록 하는 치수이다. 이에 의해 브레이크 슈(3110')는 후퇴된 논브레이킹 위치로 캠에 대해 바이어스된다.
상술한 바와 같이 시간이 지남에 따른 광학면의 오염으로 빔검출기에 문제가 발생될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는 시간에 지남에 따른 광학 시스템의 오염을 보상하도록 형성될 수 있다. 도 29는 진정한 수신 광레벨, 즉, 시스템의 수신기 또는 광센서에 도달한 광레벨이 시간에 걸쳐 어떻게 감소하는지를 도시한 것이다. 도 29는 시간에 걸쳐 빔검출기 수신기의 센서에 도달하는 진정한 광레벨의 시간(t1 및 t2) 간의 도표를 도시한 것이다. 도표로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장(λ1 및 λ2)에서 수신된 광레벨은 수신기의 광학 시스템 표면상의 오염의 누적으로 인해 시간에 걸쳐 점차 감소된다. 감도 손실을 보상하기 위해, 본 발명의 일실시예에서, 시스템 이득은 검출된 강도(λ1 및 λ2)가 실질적으로 시간에 걸쳐 유지되도록 이에 따라 (도 30에 나타낸 바와 같이) 시간에 걸쳐 매우 천천히 높아진다.
도 31은 알 수 있는 바와 같이 파장대역(λ1 및 λ2)에서 성능의 열화가 다른 것을 제외하고는 도 30의 구성과 같다. 이 실시예에서, λ2에서의 신호는 λ1에서의 신호보다 광학 오염에 더 큰 영향을 받는다. 이런 시나리오에서, 2개 파장대역에서 수신된 신호들 간의 다른 값 또는 상대 값을 이용하는 시스템은 파장(λ1 및 λ2)에서 수신된 신호 간의 간격이 증가함에 따라 오경보상태로 갈 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 이득은 각 파장에 대해 다르게 조절되고, 알 수 있는 바와 같이, 이득이 조절될 경우, 도 30에서와 같이, 시스템의 장기간 평균 출력은 실질적으로 일정해 진다.
도 31 및 도 32의 예에서, 연기 이벤트(3500)가 시간(t1 및 t2) 사이 대략 중간에 발생한다. 이 경우, λ1은 기준파장으로서 유효하게 동작하기 때문에, 강도가 매우 적게 내려가는 반면, λ2로 수신된 신호는 작은 입자들에 의해 매우 크게 흡수되는 λ2의 경향으로 인해 매우 현저히 내려간다. 알 수 있는 바와 같이, 연기 이벤트는 이득에 적용되는 보상에 비해 이런 짧은 기간을 갖기 때문에, 시스템 오염에 대한 장기간 보상이 연기 이벤트(3500)의 발생에 영향받지 않고 연기 이벤트(3500)도 또한 시스템에 의해 신뢰할 수 있게 검출된다.
도 33 내지 도 35를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원(3300)이 도시되어 있다. 광원(3300)은 광이 광원(3300)으로부터 수신기(3306)로 전송되는 전송영역(3304)을 갖는 하우징(3302)을 포함한다.
전송영역(3304)은 이 예에서 하우징(3302)의 외부에 위치해 있고 하우징(3302)내에서 나온 광이 광원(3300)으로부터 수신기(3306)로 전송되는 지점을 제공한다. 이와 같이, 전송영역(3304)은 광원(3300) 외부로부터 접속될 수 있고 먼지/오물 누적, 벌레/곤충 활동 등에 의해 영향받을 수 있다. 전송영역(3304)은 제한 없이 임의의 광학면(또는 그 일부)일 수 있고, 예시를 위해, 하우징(3302)으로부터 돌출한 것으로 도시되었으나, 이는 물론 하우징(3302)의 벽과 동일 평면이거나 오목해 질 수 있다. 전송영역(3304)은 하우징(3302)과 일체로 형성되거나 하우징의 구성부일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 하우징(3302)은 제 1 광이미터(3308), 제 2 광이미터(3310) 및 제 3 광이미터(3312)를 수용한다. 각각의 광이미터(3308 내지 3312)는 LED이고, 전송영역(3304)을 통해 수신기(3306)로 전송되는 광빔(각각 3314, 3316 및 3318)을 방출한다. 제 1 광이미터(3308)와 제 3 광이미터(3312)는 제 1 스펙트럼 대역에 있는 전자기 복사, 예컨대, 실질적으로 동일한 파장의 UV광(즉, EM 스펙트럼의 자외선 부분에 있는 광)을 방출하고, 이로써 UV 이미터로서 간주된다. 제 2 광이미터(3310)는 제 2 스펙트럼 대역에 있는 EM 복사, 예컨대, (즉, EM 스펙트럼의 적외선부에 있는) IR 광을 방출하고, 이로써 IR 이미터로서 간주된다. 따라서, 광빔(3314 및 3318)은 UV 광빔이라 하고 광빔(3316)은 IR 광빔이라 한다.
광원(3300)은 또한 제 1, 제 2 및 제 3 광이미터(3308 내지 3312)의 동작을 제어하도록 형성되는 컨트롤러(3320)를 포함한다. 컨트롤러는 도시된 바와 같이 하우징(3302)내에 수용될 수 있거나 하우징으로부터 멀리 있을 수 있고 광이미터(3308 내지 3312)의 동작을 원격으로 제어할 수 있다.
인식되는 바와 같이, 광이미터(3308 내지 3312)는 컨트롤러(3320)에 의해 동작되는 특정한 방식은 시스템의 프로그래밍에 따른다. 이 실시예에서, 컨트롤러(3320)는 반복해 교번하는 순서로 광이미터(3308 내지 3312)의 조작을 왔다갔다 한다. 수신기(3306)에 의해 수신된 이들 빔의 프로세싱은 하기에 더 상세히 논의된다.
컨트롤러는 또한 컨트롤 신호를 수신기(3306)로 보내기 위해 광이미터(3308 내지 3312) 중 하나 이상을 동작하도록 형성될 수 있다. 이런 컨트롤 신호는 광원(3300)에 대한 상태 정보를 나타낼 수 있다. 예컨대, 광원(3300)이 조작되고, 광원(3300)이 오기능하고/하거나, 광원(3300) 배터리가 다 되어 가는 것을 전달할 수 있다. 컨트롤 신호는 각각의 광이미터(3308 내지 3312)에 의해 방출된 타이밍 및/또는 광빔(3314, 3316 및/또는 3318)의 강도에 의해 결정될 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, UV 광이미터(3308 내지 3312)는 서로 떨어져 있고, 차례로 UV 광빔(3314 내지 3318)이 전송영역(3304)을 떠나는 지점을 분리하게 한다. UV 광이미터(및 UV 광빔(3314 내지 3318)) 간의 분리는 전송영역(3304)이 외부물체(3322)에 의해 방해받을 경우 UV 광빔(3314 내지 3318) 중 단 하나만 가로막힐 수 있도록 충분히 떨어져 있다. 제 1 및 제 3 광빔(3314 및 3318) 간의 약 50mm의 이격이 이 목적에 적합한 것으로 발견되었다. 따라서, 이 배열은 UV대역에 있는 여분의 광이미터를 효과적으로 제공한다.
"외부물체"라는 용어는 본 명세서에서 대기중에 있을 수 있는 먼지 또는 연기 입자 또는 다른 대상 입자보다 더 큰 물체 또는 불쾌한 입자를 말하는데 사용된다. 일예로서, 전송영역(3304)을 가로막는 외부물체는 전송영역(3304)위로 기어가는 벌레나 곤충일 수 있다.
도 34는 하나의 UV 광빔(3318)이 방해받고 나머지 IR 광빔(3314)은 방해받지 않는 예를 도시한 것이다. 이 예에서, 수신기(3306)는 경보상태라기보다는 다만 매초 예상된 UV 펄스를 수신하기 때문에 오(誤)상태임을 인식한다.
이 상태(즉, UV 광빔(3314 내지 3318) 중 단 하나만이 수신기(3306)에 수신되거나 특정 방해로 인해 다른 것보다 상당히 낮은 레벨로 수신되는 상태)가 상당한 시간 동안, 예컨대, 1 분 동안 계속되면, 수신기(3306)는 광원(3300)과 함께 에러/오기능으로 이를 해석하고 적절한 경보/에러 메시지를 보내도록 프로그램될 수 있다.
도 34에 도시된 방해와 대조적으로, 도 35는 대기중에 연기 입자들(3324)이 3개 빔(3314 내지 3318) 모두를 가리는 상황을 도시한 것이다. 이 예에서, 연기(3324)는 각각의 광빔(3314 내지 3318)을 실질적으로 같은 정도로 감쇠시키고, 경보상태 또는 오상태가 있는지 여부를 결정하기 위해 통상의 경보로직이 적용될 수 있다.
도 36은 상기 실시예에 대한 대안을 제공한다. 상기 실시예와 유사한 광원(3600)은 빔(3614, 3616 및 3618)이 수신기(3606)에 방출되는 하우징(3602)과 전송영역(또는 윈도우)(3604)을 포함한다. 광원(3600)의 동작은 컨트롤러(3620)에 의해 제어된다. UV광빔(3614 및 3618)은 단일 UV 광이미터(3626)로부터 방출된다. 이 경우, 광원(3600)은 광원(3626)으로부터 빔을 분할하는 빔 분할기(3628)를 포함해 제 1 및 제 3 광빔(3614 및 3618)이 상술한 바와 같이 서로 충분히 떨어져 전송영역(3604)을 나가게 한다.
도 37 내지 도 40을 참조하면, 입자 검출기 시스템에 사용하기 위한 광원(3700)의 또 다른 실시예가 제공된다. 광원(3700)은 광이 광원(3700)으로부터 수신기(3706)로 전송되는 전송영역(3704)을 갖는 하우징(3702)을 포함한다. 전송영역(3704)은 상술한 바와 같이 전송영역(3604)에 관한 것이나, 훨씬 더 작은 것을 알 수 있다.
하우징(3702)은 제 1 및 제 2 LED 이미터(3708 및 3710)를 수용한다. 광이미터(3708)는 UV 광이미터이고 UV 광빔(3712)을 방출하는 반면, 광이미터(3710)는 IR 광이미터이고 IR 광빔(3714)을 방출한다. 광원(3700)은 또한 제 1 및 제 2 광이미터(3708 및 3710)의 동작을 제어하도록 형성된 컨트롤러(3716)를 포함한다. 컨트롤러는 도시된 바와 같이 하우징(3702)내에 수용될 수 있거나, 하우징으로부터 멀리 떨어져 있고 광이미터(3708 및 3710)의 동작을 원격으로 제어할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 광원(3700)은 광빔(3712 및 3714)이 실질적으로 동일한 경로를 따라 전송영역(3704)으로부터 광원을 나가도록 (후술된 바와 같이) 구성된다. 가장 바람직하기로, 이들은 동일선상이다. 이 배열은 전송영역(3704)이 도 38에 도시된 바와 같이 외부물체(3718)(다시, 예컨대, 전송영역을 가로질러 기어가는 곤충)에 의해 가로막힐 경우, UV 및 IR 광빔(3712 및 3714)은 실질적으로 같은 각도로 방해되는 특징을 제공한다.
외부물체(3718)가 전송영역(3704)을 가로막을 때, 제 1 및 제 2 빔(3712 및 3714) 모두에 실질적으로 같은 방해를 야기하고, 수신기와 연결된 컨트롤러는 저하된 수신광레벨의 원인을 판단하기 위해 경보 또는 오작동 로직을 적용한다. 오작동 및 경보로직은 하기의 방식으로 수신된 강도에 있어 동일하고 동시적인 강하를 해석하도록 구성될 수 있다. 강도에서 강하가 작은 몇몇 경우, 시스템은 이를 오작동 또는 방해로 해석할 수 있다. 상기 상태가 지속되면 소프트웨어에 또는 발생된 오작동 상태에 대해 보상될 수 있다. 강도가 크게 강하되면 초기 경보기준이 동계류중인 특허출원에 기술된 2개 파장대역의 다른 감쇠를 기초로 하더라도 경보가 발생할 수 있다.
도 37 및 도 38은 실질적으로 동일선상의 경로를 따라 전송영역(3704)으로부터 광원(3726)을 떠난 빔(3712 및 3714)을 제공하도록 구성된 광원(3700)의 일실시예를 제공한다. 이 실시예에서, 광빔(3712 및 3714)은 물리적으로 근접한 광원(3708 및 3710)에서 나온 것이 아니라, 광지향 광학기(3722)를 이용해 전송영역에 닿기 전에 서로 가까이 데려와 진다. 광지향 광학기(3722)는 미러, 렌즈(예컨대, 볼록, 오목, 프레즈넬 렌즈) 및/또는 프리즘 또는 그 조합과 같이 광을 지향하는데 적합한 임의의 광학기일 수 있고, 또한 광빔(3712 및 3714)을 시준하기 위해 사용될 수 있다.
도 39는 광빔(3712 및 3714)이 함께 가까이 있는 전송영역(3726)으로부터 광원을 나가도록 구성된 광빔(3724)의 다른 실시예를 제공한다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 이미터(3728 및 3730)는 단일 광학 패키지(3732)내에 수용된 반도체 다이이다(전송영역(3726)은 방출된 광빔(3712 및 3714)이 패키지(3732)를 나가는 지점이다). 이 실시예에서, 패키지(3732)내 반도체 다이(3728 및 3730)의 물리적 근접 및 패키지(3732)의 리징효과(leasing effect)에 의해 광빔(3712 및 3714)의 근접이 달성된다.
이는 공통 LED 패키지에 다수의 반도체 다이들을 갖는 LED를 이용함으로써 달성될 수 있다. 예가 도 47 내지 도 49에 도시되어 있다. 일반적인 LEDs와 같이, 하우징은 투명재료로 만들어지고 빔을 전방 방향으로 폭넓게 한정하는 방출된 광빔에 대한 렌즈효과를 갖도록 형성된다.
다른 실시예로, 도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 광원(3700)에는 또한 광이미터(3708 및 3710)로부터 방출된 광빔의 형태를 조절하기 위한 빔성형 광학기(4102)가 제공된다. 도 41에서 단일요소로 도시되었으나, 빔성형 광학기(4102)는 실제로(및 도 42에 도시된 바와 같이) 광원(3700)에서 수신기(3706)로 전송된 광의 빔폭 및/또는 빔형태를 조절하기 위해 다양하게 역할하는 요소들을 조절하는 많은 빔을 포함할 수 있다.
광이미터(3708 및 3710)로부터의 광빔(3712 및 3714)은 후술된 바와 같이 소정의 특징을 갖는 조절빔(4104)을 제공하는 기능을 하는 빔성형 광학기(4202)를 지난다.
인식되는 바와 같이, 빔은 축에 횡방향으로 공간 강도 프로파일 또는 빔 프로파일을 갖는다. 빔 프로파일을 이용해 광빔의 빔폭은 동일한 강도의 2 지점들 사이, 예컨대, 최대 일측 등에 3db 포인트 사이에 정의될 수 있다. 빔폭의 공통 측정은 빔의 "반치폭(FWHM)"이다. 예컨대, 도 42에서 조절된 빔(4204)은 빔(4204) 강도가 기설정된 임계치보다 큰 와이드부(4214)가 빔의 강도가 기설정된 임계치 아래의 더 밝은 빔부(4216)에 의해 프린지(fringe)되는 것으로 도시되어 있다.
빔성형 광학기(4102)는 소정의 빔프로파일을 달성하도록 선택될 수 있고, 시준요소(4208)는 시준광빔(3712 및 3714)을 꽉찬 빔형태로 제공한다. 예컨대, 시준요소(4208)는 프레즈넬 렌즈 또는 볼록렌즈와 같은 렌즈이거나 반사기일 수 있다.
빔조절 광학기는 또한 빔프로파일을 "평평하게"하고 광빔(3712 및 3714)의 빔폭을 늘리도록 선택된 확산요소(4210)를 포함할 수 있다. 확산요소는 예컨대 그라운드/에칭/스모킹 글래스 확산기(glass diffuser)일 수 있다. 확산요소(4210)는 대안으로 전송영역(3704) 혹은 또 다른 빔조절요소 중 하나에 도포된 코팅일 수 있다.
도 40은 빔 프로파일을 형성하고 평평하게 하는 예시적인 광학요소(400)를 예시한 것이다. 광학요소(4000)는 다중소자렌즈(4081)를 이용해 등을 맞대어 배치된 프레즈넬 렌즈(4080)를 포함한다. 프레즈넬 렌즈는 빔과 다중소자렌즈(4081)를 시준해 효과적으로 빔을 확산시킨다. 다중소자렌즈(4081) 대신 또 다른 확산기, 예컨대, 그라운드, 스모킹, 또는 에칭 글래스 또는 표면이 사용될 수 있다.
송신기에 확산기를 제공하는 것은 수신기가 확산기 없이 관찰되는 지점보다는 상기 광원에 해당하는 확장된 스팟을 "볼"때 이점적이다. 결과적으로, 전송영역(3702)에 내려앉은 임의의 외부물체는 전송영역의 작은 부분을 커버하고 이에 따라 수신기(3706)에 수신된 전체 광에 비례해 더 작은 영향을 준다. 더욱이, 멀티빔 시스템에서, 모든 광이미터(3708 및 3710, 즉, UV 및 IR 파장 모두에서의 광)가 공통소자를 통해 확산될 때 전송영역(3702)에 내려앉은 (곤충과 같은) 임의의 외부물체는 실질적으로 동일한 양만큼 각각의 광파장(즉, UV 및 IR)에 영향을 끼친다.
조절된 빔(4204)에 더 큰 빔폭을 더 제공함으로써, 광원(3700)과의 수신기(3706)의 정렬이 간단해진다. 도 43은 광원(4354)으로부터 빔(4352)을 수신하는 수신기(4350)의 설명을 제공한다. 넓은 빔폭을 가짐으로써 (중앙 부근의) 빔폭을 가로지른 강도의 변화율이 줄어든다. 이는 빔과 수신기의 정렬이 시간이 지남에 따라 표류하기 때문에 작은 상대적 움직임에 대한 빔의 중심 부근에서 수신된 강도의 변화율은 협소한 빔폭을 갖는 빔에 비해 줄어드는 것을 말한다.
이 경우, 빔(4352)의 빔폭(4356)은 센서(4350)상에 3개 센서소자들에 해당한다. 시스템이 이들 3개 픽셀들이 수신된 빔의 강도를 결정하는데 사용되는 출력을 평균하도록(또는 규합하도록) 구성되는 경우, 송신기와 수신기 간의 정렬시 작은 변화는 시스템이 센서의 표면상의 빔 이동을 정확히 추적하거나 대안으로 3개 픽셀들로부터 측정된 신호강도에서 큰 변화를 유발하는 것을 필요로 한다. 이 문제는 도 44에 도시된 바와 같이 더 넓은 빔폭을 이용해 최소화된다. 이 시스템에서, 광표면(4454)에 의해 방출된 빔(4462)은 센서(4450)상에 6개 센서소자들의 크기와 대략 같은 폭(4456)을 갖는다. 인식되는 바와 같이, 이런 시스템은 중앙의 3개 픽셀들이 중앙의 고강도 빔영역 외부에 놓이기 전에 정렬하는데 더 많이 용인된다.
사용된 확산기(diffuser)와 제공된 빔폭의 고유 특성들은 수신기와 광이미터에 따른다. 그러나, LED를 이용한 대략 10도의 빔폭이 수신기와 광원의 용이한 정렬 및 수신기 및/또는 광원의 드리프트(drift)를 수용하기 위해 조절된 빔의 강도 보존과 폭 간에 적절한 호환인 것으로 발견되었다.
도 42를 참조하면, 조절빔(4204)의 빔 프로파일이 수직보다는 수평방향으로 더 확장되도록 프로파일 조절요소(4212)가 선택된다. 이는 건물의 움직임이 일반적으로 수직면보다는 수평면에 더 큰 변화를 일으키는 사실을 또한 수용하는 한편 수신기에서 조절된 빔(4204)의 강도를 극대화하는데 이용된다.
광원은 다른 파장대역에서 빔에 다른 강도 프로파일을 제공하기 위한 파장 종속형 프로파일 조절요소(4212)를 포함할 수 있다. 빔조절 소자는 다시 렌즈, 반사기, 코팅 또는 각 파장에서 소정의 빔 프로파일이 달성되게 유사하게 선택될 수 있다.
프로파일 조절요소(4121)는 (UV 이미터(3708)로부터 발생한) UV광의 빔폭이 (IR 이미터(3710)로부터 발생한) IR광의 빔폭보다 더 큰 빔 프로파일을 갖는 조절빔(4204)을 발생하는 효과를 갖는다. 이것이 도 45 및 도 46에 도시되어 있고, 여기서 광원(4500)은 UV광(4504)의 빔폭이 IR광(4506)의 빔폭 보다 더 넓은 빔(4502)을 전송한다. 이는 광원(4500) 또는 수신기(4508)가 (예컨대, 건물의 움직임으로 인해) 움직이고 그 사이의 정렬이 무너진 경우, (더 협소한 빔폭을 갖는) IR광(4506)은 UV광(4504)이 정렬에서 벗어나기 전에 수신기(4508)와의 정렬에서 벗어나게 (즉, 수신기에 수신된 IR광량을 줄이게) 된다. 이는 수신기에서 IR 광도의 저하를 일으킨 후 정렬이 점차 악화됨에 따라 UV 강도가 줄어든다. 이는 UV가 IR 이전에 떨어지는 연기가 빔에 들어갈 때 보이는 효과와 반대이다. 따라서, 오정렬은 컨트롤러의 오작동/경보로직에 의한 연기 이벤트와 구별될 수 있다.
프로파일 조절요소를 이용하는 것에 대한 대안으로서, 광원은 하나 이상의 IR 광이미터를 둘러싼 복수의 UV광이미터들과 함께 사용될 수 있다. 이 경우, 광원과 수신기의 정렬이 무너짐에 따라, 수신기는 UV 광빔을 수신하는 것을 멈추기 전에 IR 광을 수신하는 것을 멈추게 되고, 이로써 수신기가 경보 이벤트라기 보다는 오작동으로서 이를 해석하게 한다.
몇몇 실시예에서, 색다른 강도 프로파일이 형성될 수 있다. 예컨대, 강도 프로파일이 사인함수나 유사한 것을 갖는다. 이 경우, 수신기의 센서의 센서소자 또는 센서소자 그룹이 전송된 빔의 공간 강도 프로파일과 일치하는 수신된 빔강도에서의 변화를 검출하면, 빔은 센서소자 또는 센서소자의 그룹을 가로질러 스위핑하는 컨트롤러에 의해 판단될 수 있다. 이는 오작동 로직에 의해 시스템이 정렬을 벗어나 표류하고 어느 한 재정렬이 필요하거나 곧 요구되는 것을 검출하고 신호보내는데 사용될 수 있다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따른 빔검출기의 송신기에 사용될 수 있는 광이미터(4740)를 도시한 것이다. 광이미터(4740)는 하나 이상의 발광소자(미도시)에 수용된 바디(4742)를 포함한다. 이미터(4740)는 발광소자에 의해 발생된 광빔이 방출되는 렌즈 또는 윈도우부(4744)를 포함한다. 이는 디바이스에 전기연결을 하기 위한 복수의 리드(4746)를 포함한다. 도 47은 동일한 광이미터의 평면도를 도시한 것이다. 광이미터(4740)는 복수의 발광소자(4748,4750)를 포함한다. 이 경우, 광이미터는 LED이고, 발광소자는 UV LED 다이(4748) 및 IR LED 다이(4750) 형태의 2개의 LED 다이로서 발광소자를 구성한다. 패키지(4740)는 또한 바디(4742)내에 포토다이오드(4752)를 포함한다. 각각의 발광소자(4748,4750)는 렌즈(4744)를 통해 광을 방출하도록 형성되어 있다. 포토다이오드(4752)는 발광소자(4748,4750)에 의해 방출된 광의 소정 부분을 수신하고 피드백 회로에 제공되는 전기신호를 발생한다. 포토다이오드 출력신호는 피드백 회로에 의해 광이미터(4740)의 정확한 동작을 유지하기 위해 발광소자의 출력을 조절하는데 사용된다.
도 49는 광원의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 이 예에서, 광이미터(4955)는 바둑판 패턴으로 배열된 복수의 발광소자들을 포함한다. 이 경우, 광이미터(4955)는 중앙 IR LED 다이(4960) 주위에 배열된 4개의 UV LED 다이(4958)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 이 배열은 각각의 수신기와 광원의 오정렬에 의해 야기된 오경보를 방지하기 위한 특별한 이점을 가질 수 있다. 패키지(4955)도 또한 포토다이오드(4952)를 포함한다.
도 50은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 송신기용 회로의 개략 블록도를 도시한 것이다. 회로(5000)는 예컨대 상술한 바와 같이 적외선 및 UV LED 다이에 해당하는 2개의 광이미터(5002,5004)를 포함한다. 이는 또한 포토다이오드(5006)를 포함한다. 상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, LED와 포토다이오드(5002,5004,5006)는 하나의 LED 패키지내에 서로 가까이 인접해 패키지될 수 있다. 그러나, 이들은 또한 개개의 구성요소들로 별도로 패키지될 수 있다. 광이미터(5002,5004)는 전류소스(5008)에 전기연결되고 포토다이오드(5006)는 피드백 회로(5010)에 전기연결된다. 피드백 회로(5010)는 전류소스(5008)와 소통한다. 사용시, LED(5002,5004)의 출력을 나타내는 포토다이오드(5006)로부터의 출력이 피드백 회로(5010)로 전해지고, 차례로 광이미터(5002,5004)로의 전류소스(5008)의 출력을 제어한다. 포토다이오드(5006)에 수신된 광신호가, 예컨대, 시간에 걸쳐 LED에 의해 출력되는 광이 감소함으로 인해 또는 온도 증가로 인한 광이미터(5002,5004)의 발광이 감소해서 줄어듦에 따라, 피드백 회로(5010)는 광원(5008)에 출력을 가하고 상기 광원(5008)은 광원(5002,5004)에 구동전류의 증가를 야기한다. 이런 식으로, 광이미터(5002,5004)의 광출력은 대략 일정한 레벨로 유지될 수 있다. 광이미터는 정확한 시스템 동작에 필요한 다른 특징 및 기설정된 조명특징을 가질 수 있기 때문에, 2개 광이미터(5002,5004)의 출력이 개별적으로 제어 및 조절될 수 있다. 이는 조명을 번갈아 펄스하고 포토다이오드(5006)를 이용한 광출력을 개별적으로 결정함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 응답이 파장 선택적인 방식으로 다수의 포토다이오드들이 사용될 수 있고, 대응하는 광이미터에 동조될 수 있다. 예컨대, 이는 각각의 포토다이오드에 대해 다른 대역통과 필터들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이 경우, 광이미터(5002,5004)는 동시에 비춰질 수 있고, 이들의 출력은 본 명세서에 기술된 바와 같이 피드백 회로를 이용해 개별적으로 안정화될 수 있다. 도 51은 연속으로 조사되는 하나의 광이미터의 광출력을 안정화하는데 있어 도 50의 회로의 피드백 절차를 도시한 것이다. 도 51의 도표는 시간에 걸쳐 포토다이오드의 출력을 나타내고 시간에 걸쳐 광원으로부터 추력된 광의 감소를 나타내는 제 1 부(5102)를 포함한다. 이 출력은 전류원(5008)에 의해 출력된 구동전류를 제어하는 피드백회로로 제공된다. 포토다이오드 출력의 감소로 도표(5104)에 도시된 바와 같이 LED 출력전류가 증가하게 된다.
도 52는 제 2 회로를 개략적 블록도 형태로 도시한 것이다. 이 예에서, 전류소스의 출력전류를 제어하기보다는 피드백회로에 의해 광이미터의 출력 펄스들 기간이 제어된다. 따라서, 도 51은 전류소스(5208)에 각각 연결된 2개의 광원(5202,5204)를 포함한다. 회로는 또한 피드백회로(5210)에 연결된 포토다이오드(5206)를 포함한다. 이 회로(5200)는 전류소스(5208)에 의해 광이미터(5202,5204)에 가해진 전류펄스의 타이밍과 기간을 제어하는 구동펄스 모듈회로(5212)를 추가로 포함한다. 이 예에서, 포토다이오드(5206)에 의해 수신된 수신광레벨의 감소가 감지되면, 피드백회로(5210)는 신호를 변조회로(5212)로 보낸다. 응답시, 변조회로(5212)는 LEDs에 가해진 전류소스(5208)에 의해 발생된 펄스길이를 늘린다.
도 53은 도 52의 회로 동작방법을 도시한 것이다. 상단 도표는 알 수 있는 바와 같이 시간에 걸쳐 점차 줄어드는 포토다이오드(5302)의 출력을 도시한 것이다. 하단 도표(5304)는 광이미터에 인가된 드라이브 전류를 도시한 것이다. 이 경우, 출력전류는 정사각형파 펄스, 예컨대, 5306으로 인가된다. 포토다이오드의 출력이 감소함에 따라, 펄스의 기간이 시간에 걸쳐 늘어난다. 펄스 기간을 이런 식으로 조절하고 일정한 레벨로 전류를 유지함으로써, 펄스 길이에 걸쳐 통합된 광이미터에 의해 전송된 유효 광강도가 실질적으로 일정하게 유지된다. 이점적으로, 각 펄스내 광강도의 단일 샘플을 단순히 취하는 수신기라기보다는 수신기가 적분기로서 동작될 수 있고 전송된 신호를 더 많이 모을 수 있기 때문에 수신기에서 펄스가 더 정확하게 수신된다.
도 51 및 도 53의 도표는 송신기의 단일 발광소자에 대한 포토다이오드 응답 및 구동회로 전류를 도시한 것이다. 유사한 도표가 다른(또는 기타) 발광소자들에 대해 발생될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, LED 강도의 개방루프 컨트롤이 제공될 수 있다. 예컨대, 이는 LED의 출력 특징에 대해 온도 보상되거나 온도 안정화된 전류구동회로를 제공함으로써 저가로 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 발광소자의 출력은 매우 간단한 전류컨트롤회로를 이용한 고정된 펄스에 구동됨으로써 단지 약하게 제어될 수 있다. 이 경우, 포토다이오드에 의해 측정된 평균 출력강도가 수신기로 보내질 수 있다. 그런 후, 수신기는 소프트웨어에서 변경된 LED 출력을 보상하도록 구성될 수 있다. 바람직한 형태로, 평균 LED 출력이 광통신채널 또는 기타 무선통신채널을 이용해 수신기로 보내질 수 있다. 광통신채널이 이용되는 경우, 이는 광미터 중 하나 또는 다른 하나 또는 모두의 조명펄스의 시퀀스로 펄스를 삽입하거나 생략해 자체적으로 광이미터의 출력을 변조함으로써 실행될 수 있다. 이 실시예는 복잡한 피드백 회로없이 상대적으로 저가의 송신기만 필요로 하는 이점이 있다. 이는 또한 광미티어의 온도 및 노화관련 드리프트가 상대적으로 낮아질 수 있어 통신대역도 단지 낮아질 필요가 있다는 사실이 이점적이다.
하나 이상의 포토다이오드를 이용해 광이미터의 광출력을 측정하고 제어하는 상술한 방법에서 발생할 수 있는 다른 문제는 주변광이 이 측정과 간섭될 수 있다는 것이다. 예컨대, 태양광이 포토다이오드에 의해 수신될 수 있고 포토다이오드에 의해 검출될 때 발광소자의 검출된 출력 광레벨을 잘못되게 높일 수 있다.
이 문제를 극복하기 위해, 일실시예에서, 유효한 주변광이 포토다이오드와 연계해 대역통과필터를 이용해 크게 줄어들 수 있다. 예컨대, 해당 광이미터에 의해 방출된 파장대역의 광만을 통과시키지만 다른 모든 파장들, 예컨대, 태양광에서 통상적으로 발생하는 파장들은 감쇠시키는 포토다이오드가 효과적으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 형광등과 같은 인공광이 사용될 경우, 대역통과필터는 여전히 해당 광이미터에 의해 전송된 파장대역의 광을 투과하면서 실질적으로 모든 인공광을 제외하도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 광흡수 배플들이 포토다이오드 주위에, 예컨대, 단지 발광소자로부터 광이 포토다이오드에 닿을 수 있도록 LED, 패키지에 위치될 수 있다. 포토다이오드는 상기 포토다이오드와 LED 패키지의 렌즈 사이에 배플을 위치시킴으로써 외부광으로부터 차폐될 수 있다.
배경광레벨을 보정하기 위한 다른 방식은 광이미터가 '온' 및 '오프'될 때 포토다이오드로부터 측정하는 것이다. 이 경우, 광이미터의 펄스들 사이에서 '오프' 주기동안 취해진 측정은 배경광을 나타낸다. 이 배경광레벨은 '온'주기, 즉, 광이미터 소자가 비춰지는 시간주기 동안 측정된 다음(또는 이전) 광레벨로부터 빼질 수 있다. 배경광레벨은 상기 배경광레벨의 평탄함이 요구되면 '온'주기 데이터로부터 빼진 배경레벨의 여러 '오프' 프레임들과 슬라이딩 평균을 통해 평균될 수 있다. 예컨대, 이는 주변 광레벨이 광이미터의 펄스 주파수와 같거나 실질적으로 같은 주파수로 크게 변할 때 필요할 수 있다.
도 54는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광원을 도시한 것이다. 광원(5400)은 광원(5406)에 의해 전력구동되는 컨트롤회로(5404)에 전기연결된 광이미터(5402)를 포함한다. 광이미터(5402)는 광시스템(5408)을 통해 광빔(또는 광빔들)을 수신기로 투사시킨다. 몇몇 실시예에서, 광시스템(5408)은 간단히 광빔이 사용시 투사되는 투명 윈도우일 수 있으나, 또한 광원(5402)에 의해 방출된 광빔이 특별한 빔 특징을 취하도록 형성되는 예컨대 하나 이상의 렌즈, 미러 또는 필터등을 포함한 더 복잡한 광수단일 수 있다. 상술한 바와 같이, 광구성요소(5408)의 외부면은 그 외부면 상에 곤충 등에 의한 일시적으로 엄폐되기 쉽다.
이들 외부물체를 검출하기 위해, 광원(5400)에는 컨트롤회로(5404)에 연결된 포토다이오드(5410) 또는 다른 광감지소자가 제공된다. 사용시, 포토다이오드(5410)는 광수단(5408)의 외부면의 적어도 일부를 막은 외부물체로부터 산란된 광을 수신하도록 배열된다. 포토다이오드(5410)는 오작동 상태가 있는지 포토다이오드(5410)에 의해 수신된 산란광의 강도를 바탕으로 판단하도록 형성된 컨트롤회로(5404)에 다시 연결된다. 예컨대, 컨트롤회로(5404)는 포토다이오드(5410)로부터 수신된 피드백 신호와 기설정된 임계치를 비교하는 그중에서도 특히 오작동 로직으로 프로그램된 마이크로 컨트롤러(5412)를 포함할 수 있고, 수신된 강도가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 또는 피드백 신호에 의해 어떤 다른 강도 및/또는 시간기반 기준이 충족되는 경우, 오작동 로직이 광원(5400)에서 오작동응답을 촉발하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 마이크로컨트롤러는 광이미터(5402)의 조명패턴이 오작동 상태가 있는 특별한 검출 시스템의 수신기로의 신호에 대한 오작동 상태에 응답해 변하게 할 수 있다. 발광패턴의 특정 신호를 인코딩함으로써, 오작동 타입이 수신기로 다시 신호보낼 수 있다. 기설정된 형태로 진폭, 기간 및/또는 전송된 광펄스의 타이밍을 변조함으로써 오작동 상태가 전해질 수 있다. 이는 입자검출 시스템의 송신기와 수신기 간에 와이어링이나 다른 무선통신 시스템들이 전혀 필요하지 않다는 이점이 있다.
도 55 및 도 56은 본 발명의 태양의 다른 실시예를 도시한 것으로, 공통부분들은 공통 참조번호로 표시하였다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 광원(5500)의 제 2 실시예를 도시한 도 55를 먼저 참조한다. 이 실시예에서, 광원(5500)에는 추가 발광 디바이스(5502)가 제공되었다. 얇은 입사각도로 렌즈를 비추도록 발광 디바이스가 배치되었다. 이는 광학 구성요소(5408)의 외부면에 있는 입자 또는 외부물체들이 포토다이오드(5410)에 의해 검출되는 충분한 반사를 발생할 기회를 높인다. 이 실시예에서, 포토다이오드는 광원(5502)에 의한 직접 조명을 방지하도록 벽 또는 배플(5504)에 의해 가려질 수 있다.
도 56은 광원(5600)을 도시하고 있다. 이 실시예는 외장 광이미터(5602)의 포함에 의해 도 54 및 도 55에 도시된 광원과는 다르다. 광학 구성요소(5408)의 외부 면을 직접 비추도록 이 광원(5602)은 위치되어 있다. 이는 외부면에 곤충 등과 같은 외부물체의 존재를 정확히 식별하는 추가적 이점이 있을 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 광원이 내부에 장착된 포토다이오드가 제공될 수 있다. 이 피드백 포토다이오드는 일반적으로 광원 또는 광원들의 광출력을 모니터하고, 예컨대, 수신된 광레벨의 감소가 측정되면 광원의 방출 특징을 조절하는데 사용된다. 그러나, 내부 포토다이오드는 상부 임계치를 수신된 신호에 적용함으로써 본 발명의 이 태양의 실시예에 사용될 수 있고, 수신된 광레벨이 상부 임계치보다 크면(및 컨트롤러(5404)에 의해 야기된 광출력이 증가한 결과가 아니면), 이는 광학 시스템(5408)의 외부면 상의 외부물체의 결과인 것으로 판단내릴 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 입자검출 시스템의 수신기와 또한 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 수신기는 도 14에서와 같은 광이미터와 포토다이오드가 설비될 수 있고 광원에 대해 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법을 이행하도록 구성될 수 있다. 수신기로, 수신기 하우징내 광의 전송은 시스템의 입자검출 성능과 인터페이스하지 않는 것이 명백히 이점이 있다. 따라서, 수신기의 수신 대역 밖으로 광을 방출하거나 수신기에 선택된 파장을 배제하는 대역통과필터가 제공될 수 있도록 광원(5502)이 선택될 수 있다. 대안으로, 입자 검출기의 광원이 플래시들 사이의 '오프 주기'를 갖는 기설정된 패턴에 따라 플래시하도록 설정되면, 이들 '오프 주기'에서 외부물체 검출 기능이 수행될 수 있다. 이들 '오프 주기'에서 외부물체 검출이 예컨대 광이미터에 사용되면, 예컨대, 이미터(5502)는 수신기의 통과대역에 광을 방출할 수 있고 광학 구성요소(5408)의 외부면 상에 외부물체의 존재를 검출하는데 메인 수신기가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 입자 검출기가 적절히 설치 및 시운전되는 것이 중요하다. 정확한 설치와 시운전은 시스템의 신뢰와 안전한 동작을 보장한다. 이에 대해, 입자검출 시스템의 셋업과 시운전에 이용될 수 있는 여러 공정들을 지금 기술한다.
명확히 하기 위해, 하기의 공정 설명은 도 2에 대하여 기술된 입자검출기에 집중된다. 그러나, 상기 공정은 도 3 및 다른 이행에 대해 기술된 이행들을 이용해 실행될 수 있으며, 이는 관련 기술분야의 당업자들에 명백하다.
일실시예에서, 공정은 시운전 단계와 동작단계로 구성된 2단계를 포함한다. 시운전 단계는 빔검출기의 초기 설치시에 수행되는 반면, 동작단계는 설치 후 몇차례 수행된다.
입자검출기를 시운전하기 위한 공정이 도 58에 도시되어 있다. 기술자 또는 다른 적합한 설치자가 입자, 예컨대, 연기를 모니터하는데 필요한 영역을 잇는 적절한 위치에 (다른 기하학적 형태로 선택되는) 광원(32), 수신기(34) 및 타겟(36)을 장착한다(단계 5801). 언급한 바와 같이, 비디오 카메라 또는 다른 적절한 디바이스의 형태의 수신기(34)를 사용함으로써, 설치 공정이 더 용이해지고 더 빨라질 수 있다.
설치에 이어, 단계(5802)에서, 기술자는 입자검출기에 전력을 공급함으로써 검출기를 활성화시킨다. 초기에, 검출기는 모니터할 뷰필드내 광원들의 존재를 발견한다. 본 명세서의 다른 곳과 본 출원인의 동계류중인 출원에 기술된 바와 같이, 컨트롤러는 광원(32)으로부터 광을 나타내는 검출기의 뷰필드의 관련 부분(들)을 식별하고 단계(5803)에서 광원(32)으로부터 수신된 광신호의 강도를 측정한다. 이 식별과정은 수동일 수 있다. 예컨대, 기술자가 수신기(34)에 휴대용 컴퓨터를 인터페이스해서 카메라에 잡힌 이미지를 보고, 포인트 및 클릭 디바이스 또는 다른 경우 뷰필드의 관련부를 이용해 나타낸다. 식별과정은 대신 자동일 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(44)가 광원(예컨대, UV 및/또는 자외선 광원들이 사용될 경우 UV 및/또는 적외선광)에 의해 조사된 스크린 부분을 식별하도록 프로그램된다.
타겟 획득 및 타이밍 발견의 예시적인 방법에 대한 상세한 설명이 본 명세서의 다른 곳에서 찾을 수 있다.
각 식별된 광원으로부터 수신된 광레벨이 임계치와 비교되어 수신된 광레벨이 단계(5804)에서 허용될 수 있는지를 판단한다. 컨트롤러(54)가 기설정된 임계치 보다 큰 광원(32)으로부터 광을 수신하면, 입자 검출기가 허용가능한 동작을 나타내게 한다(단계 5805). 시스템의 상태 표시는 기술자가 보기에 음향을 내고/내거나 컨트롤러(44)와 통신하는 신호를 PDA 또는 컴퓨터에 전송하는 것과 같이 다른 통보방식들이 이용될 수 있으나 수신기(34)상에 LED를 일정하게 밝게 하는 것을 포함할 수 있다.
검출시스템은 상기 검출시스템이 바르게 동작하고 있는지 혹은 입자들이 검출되었는지를 판단하기 위해 경보 및 오작동 로직을 적용한다. 경보 및 오작동 로직은 수신기에 수신된 광강도를 기초로 한 경보 기준을 포함한다. 이 기준은 미가공(raw) 강도 측정, 여러 파장들 또는 변화율에서 다른 값 또는 비교 값, 또는 당업자에 알려진 다른 측정들을 기초로 할 수 있다. 일반적으로 기준은 수신 데이터를 임계 레벨과 비교하는 것으로 여겨질 수 있다. 본 발명자는 입자검출 시스템의 설치 및 시운전이 기술자에 의해 감독되고 시운전 동안 시스템이 입자 검출 또는 인명안전기능을 제공하는 것을 믿지 못하기 때문에, 통상의 경보 임계치는 시운전 단계에서 주로 무시될 수 있다는 것을 알았다. 따라서, 시운전 동안 적용된 임계치는 동작단계 동안 가해진 하나 이상의 경보 또는 오작동 임계치에 비해 매우 엄격히 설정될 수 있다.
바람직한 형태로, 시운전 단계에 사용된 적어도 하나의 임계치는 실질적으로 입자검출기가 경보를 발행하는 레벨 보다 크게 설정되고, 동작단계에서 연기가 검출되거나 오작동이 발생하는 것을 나타내는 다른 동작을 취한다.
예컨대, 시운전 단계 중에 수신된 허용가능한 최소 광레벨은 정상동작 동안 오작동 상태를 야기하는 광레벨 보다 20% 이상 설정될 수 있다. 이런 임계치는 설치자가 시스템의 초기 정렬이 매우 정확하고, 광표면이 깨끗하며 좋은 상태이고 전송 경로길이가 허용가능한 범위를 벗어나지 않는 것을 보장할 것을 필요로 한다. 그렇지 않으면, 시스템은 시운전 동안 적소에 비교적 엄격한 광강도를 달성하지 못하게 된다.
시운전 단계 동안 컨트롤러(44)는 수신된 광강도가 기설정된 임계치 미만인 것으로 판단하면, 컨트롤러(44)는 입자검출기가 에러를 표시하게 한다(단계 5806). 예컨대, 이는 LED를 플래시하거나 신호를 기술자의 PDA 또는 컴퓨터에 전송하는 것을 포함할 수 있다. 뷰필드의 관련 부분들의 식별이 자동인 경우, 컨트롤러(44)는 수동 식별과정이 완료되게 할 수 있고, 이어서 단계(5802 내지 5804)가 반복될 수 있다.
에러 표시의 수신시, 기술자는 문제를 고치기 위한 필요한 행동을 수행할 수 있다. 예컨대, 기술자는 광원(32)과 수신기(34) 사이의 경로길이를 줄이기 위해 가령 광원(32), 수신기(34) 및/또는 타켓(36)을 재위치시킬 수 있다. 경로길이에서 상당한 감소가 요구되고 초기 설치가 타겟(36)에 이용된 경우, 기술자는 타겟(36)을 제거하고 상기 타겟(36)이 전에 위치된 곳에 수신기(34)를 두어 경로길이를 반감할 수 있다. 그렇지 않으면 기술자는 입자 검출기의 구성요소들을 장착하기 위해 적절한 중앙지점을 설정할 수 있다.
컨트롤러(44)는 각각 전원이 들어올 때 도 58에 도시된 과정의 일부를 완료하도록 프로그램될 수 있다. 대안으로, 과정은 예컨대 수신기(34)와 연결된 버튼을 누르는 명령시에만 또는 수신기(34)의 통신포트를 통한 명령의 수신시에만 완료될 수 있다.
시운전 단계가 성공적으로 완료되면, 수신기(34)는 동작을 시작할 상태에 있게 된다. 이 동작단계의 2가지 실시예들, 즉, 첫째는 도 59에 대해서 둘째는 도 60에 대해 후술되어 있다. 동작단계 동안, 수신기(34)는 광원(들)(32)로부터 수신된 광강도를 측정한다. 이 데이터가 처리되고, 연기가 광원(들)(32) 및 수신기(34) 사이의 광경로에 있는 것을 수신된 신호(들)이 나타내면, 컨트롤러(44)는 입자검출기에 경보상태를 발생하고/하거나 또 다른 장치(예컨대, 화재패널) 또는 자동대피 시스템과 같은 시스템이 경보를 발생하도록 신호를 보낸다.
여러 파장들을 동작시키는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 1차 경보 임계치는 하나 이상의 파장에서 수신된 광강도의 차동 측정, 예컨대, 2개 파장에서 수신된 광강도 간의 비율 또는 차 또는 이런 측정들의 변화율을 기초로 한다. 별도로 하나 이상의 파장들에서 절대 또는 보정된 수신 광강도를 기초로 2차 "폴백(fallback)" 임계치가 설정될 수 있다. 보정 동작 및 오작동 상태의 검출은 또한 차동 또는 절대 수신광레벨 모두를 기초로 할 수 있다.
도 59를 참조하면, 컨트롤러(44)는 광원(32) 또는 절대 신호강도 임계치에 대한 각각의 광원(32)으로부터 수신된 신호 강도를 다시 체크하도록 프로그램된다. 이 체크는 요건에 따라 연속적으로 또는 주기적으로, 예컨대, 하루에 한번, 하루에 2번 이상, 또는 보다 적은 빈도로 수행될 수 있다. 체크는 명령시, 예컨대, 수신기(34)의 통신포트에 수신된 신호강도를 점검하도록 하는 명령의 수신시 또는 수신기(34)와 연계해 제공된 버튼의 활성화시 수행될 수 있다. 컨트롤러(44)가 단계(5907)에서 체크가 필요없다고 결정되면, 수신기(34)는 광경로에 있는 연기를 계속 모니터한다.
체크가 요구되면, 단계(5908)에서 컨트롤러(44)는 광원(들)(32)로부터 광의 신호강도를 평가하고 단계(5909)에서 이를 임계치와 비교한다. 이 임계치는 단계(5803)에서 사용된 임계치와 같을 수 있거나 대안으로 동작의 요구되는 수준의 신뢰를 나타내도록 결정된 또 다른 설정 값일 수 있다.
단계(5910)에서, 비교 결과가 평가되고, 요구되는 최소 강도의 임계치를 초과하지 못하면, 에러가 표시/발생되며(단계 5911), 에러는 특별한 실행에 따라 단계(5806)에 나타난 에러와 같거나 다를 수 있다. 예컨대, 단계(5911)에 표시된 에러는 입자 검출기 지역, 및/또는 건물용 보안실과 같은 통제실 및/또는 유선 및/또는 무선 공공 및/또는 사유 네트워크를 통해 에러를 전송함으로써 원격 모니터실에서 발생된 음향신호일 수 있다.
요구되는 최소 강도의 임계치를 초과하면, 단계(5912)에서, 입자검출기는 허용가능한 동작을 나타내며, 이는 단계(5805)에 기술된 바와 같이 표시될 수 있다.
도 60을 참조하면, 다른 동작단계를 이행하도록 컨트롤러(44)에 의해 완료될 수 있는 공정의 흐름도가 도시되어 있다.
시운전에 이어(즉, 단계(5805)에 이어), 단계(6016)에서 컨트롤러(44)는 지연주기가 만료되었는지 판단한다. 이 지연주기는 예컨대 24시간일 수 있고, 그 시간 후에 입자검출기는 안정적인 상태로 동작하는 것으로 예상될 수 있다. 다른 논제로(non-zero) 지연주기가 다른 실시예에서 이용될 수 있다. 바람직하기로, 지연주기동안 검출기는 기본적 입자검출 목적을 위해 사용되지 않으며, 정확한 동작을 위해서만 모니터된다.
지연주기가 만료되면, 컨트롤러(44)는 임계치를 재설정한다(단계 6018). 바람직하기로, 이용된 새 임계치는 동작단계(6015)에서 측정되었던 측정 신호강도(또는 이로부터 도출된 파라미터)를 기초로 한다. 대안으로, 지연의 완료시 행한 측정을 기초로 할 수 있다(단계 6017). 동작 임계 강도는 또한 기설정된 최소값을 가질 수 있다. 대안으로, 허용가능한 임계치는 지연주기 동안 시스템의 성능을 주시함으로써, 예컨대, 지연주기 동안 하나 이상의 파장들에서 수신된 광강도의 변화를 분석함으로써 결정될 수 있다. 가령, 빔에 대상 입자들의 충돌과는 다른 것들에 의해 야기된 주기에 걸쳐 수신된 광강도의 변화(예컨대, 마운팅 드리프트(mounting drift), 광원의 광출력 변화에 따른 온도 등)가 2% 이면, 허용가능한 최소 수신된 광레벨은 평균 수신광레벨 아래 2%로 또는 어떤 다른 레벨로 설정될 수 있다. 동작 강도는 지연주기의 마지막에 측정된 강도 및 기설정된 최소값 모두의 함수, 예컨대, 2개 값의 평균으로서 결정될 수 있다. 동작 임계치와, 있다면, 기설정된 최소값은 하나 이상의 광경로가 있다면 각 광경로에 무관하게 결정/설정될 수 있다.
다음 컨트롤러는 광원(들)(32)으로부터 수신된 광의 강도를 평가하고(단계 6088A) 이를 새 동작 임계치와 비교한다(단계 609A).
단계(600A 내지 602A)는 도 59에 대해 상술한 바와 같이 단계(689A)에 결정된 동작 임계치를 이용해 처리될 수 있다.
여러 광원들 및/또는 단일 광원으로부터 여러 광경로들이 있는 경우, 임의의 모니터되는 광경로 중 하나를 따라 수신된 광강도가 임계치 아래로 떨어지면 에러가 표시될 수 있다. 대안으로, 한 레벨은 광경로들 중 하나를 따라 광이 임계치 아래에 있을 경우를 나타내고, 또 다른 레벨은 하나 또는 모든 광경로들을 따르는 광이 임계치 아래에 있을 경우를 나타내는 에러 상태의 다른 레벨들이 있을 수 있다. 임계치는 각각의 광경로에 대해 다를 수 있으며, 가령 상기 경로에 대해 광원(32)에 의해 발생된 광의 강도 차를 반영한다.
상기 설명에서, 광원(들)(32)로부터 수신기(34)로 각각의 광경로가 참조된다. 당업자는 광이 천장과 같은 다양한 구조물에서 반사될 수 있고 그 결과 광원과 수신기 상의 특정 지점 간에 하나 이상의 광경로가 있을 수 있음을 인식한다. 한 광원으로부터 나온 광이 여러 광경로들에 의해 수신기에 수신되고 한 광원으로부터 나온 광이 또 다른 광원에서 나온 광을 수신하는 수신기의 경로에 반사되는 실행들은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 의도되어 있다.
다시 도 57을 참조하면, 이와 같은 설치시, 시스템에 있는 각 송신기 또는 수신기(5702)의 포화를 야기할 가능성이 있는 거리에 위치된 시스템에 있는 적어도 이들 송신기들의 광경로에 광감쇠기(optical attenuator)를 적용함으로써 송신기(5704,5706,5708)로부터 수신기에 도달한 광의 강도 차가 본 발명의 다른 태양의 실시예에서 조절될 수 있다. 도 61은 이 수단을 실행하는데 사용될 수 있는 예시적인 하우징을 도시한 것이다. 도 61은 송신기 하우징(6100)을 관통하는 횡단면도를 도시한 것이다. 하우징내에 LED(6102)와 같은 광원이 위치해 있다. 이는 적합한 회로(미도시)에 연결되고 입자 검출에 이용하기 위한 광빔을 발생하는데 사용된다. 광원(6102)에 의해 방출된 광은 빔이 적절한 형태, 예컨대, 협소하게 발산하는 컬럼 또는 넓게 발산하는 빔 또는 본 명세서에 기술된 몇몇 다른 형태로 빔을 포커싱하기 위한 하나 이상의 광학요소들(6140)를 지날 수 있다. 송신기(6100)는 상기 송신기(6100)로부터 방출된 빔을 감쇠시키기 위한 하나 이상의 광감쇠기(6108)를 추가로 포함한다. 감쇠 레벨은 적절한 특징을 갖는 하나 이상의 필터들(6108)을 이용해 송신기와 대응하는 수신기 간의 거리에 대해 적절한 레벨로 선택되고 설정될 수 있다. 적절한 감쇠레벨을 달성하도록 다수의 필터링 요소들이 직렬로 추가될 수 있다. 다수의 필터들을 갖는 시스템의 예가 도 62에 도시되어 있다. 도 62에서 동일한 구성요소들은 도 61과 일치하도록 표시하였다. 바람직한 실시예에서, 송신기(6100)의 하우징(6106)은 적절한 위치에 필터(6108)(및 6110)를 수용하기 위한 구조(6112)를 갖도록 구성될 수 있다. 가장 바람직하기로, 수신기는 시스템의 시운전 동안 선택가능한 필터들이 설치자에 의해 탈착될 수 있다. 예컨대, 하우징은 개개의 필터요소를 수용하도록 각각 형성된 복수의 그루브들, 예컨대, 그루브들(6112)을 포함한다.
도 63은 도 61 또는 도 62에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 3개의 예시적인 필터요소들을 도시하고 있다. 필터(6300,6301,6302)는 바람직하게는 중립밀도 필터이고 플라스틱 필름과 같은 감쇠재료로 제조될 수 있다. 재료의 흡수레벨을 높임으로써, 예컨대, 재료의 특성을 바꾸거나 재료의 두께를 증가시킴으로써 다른 거리들에 대한 감쇠기들이 제조될 수 있다.
바람직하기로, 각 필터는 필터의 강도를 나타내는 표시가 있다. 예컨대, 송신기와 수신기 간의 바람직한 거리 또는 거리 범위의 표시가 필터에 인쇄되거나, 엠보싱되거나 그렇지 않으면 디스플레이될 수 있다. 대안으로, 프랙셔널 감쇠레벨(fractional attenuation level)이 디스플레이될 수 있다. 필터상에 디스플레이된 이 정보는 설치자가 설치되는 입자 검출기의 기하학적 형태에 대해 송신기를 이용해 적절한 필터 또는 필터 그룹을 결정하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 이 태양의 다른(또는 상보적인) 실시예를 설명한다. 이 실시예에서, 시스템은 필터가 필요하다면 이 실시예와 함께 사용될 수 있으나 수신기가 필터를 사용하지 않고도 포화를 방지하게 하도록 형성된다. 도 64는 본 발명의 태양에 따른 상술한 문제에 대한 제 2 방안을 도시한 타이밍 도표이다.
본 발명의 이 태양에서, 송신기는 강도가 다른 펄스 시퀀스를 방출하고 동동작안 이 시퀀스를 반복하도록 구성될 수 있다. 그런 후 수신기는 수신된 펄스가 수신기의 허용가능한 광레벨 내에 있는지를 판단할 수 있고, 그 시간 전에 허용가능한 광레벨을 갖는 이들 펄스들만 수신하도록 할 수 있다.
도 64를 참조하면, 상단 도표(6400)는 시간에 걸쳐 송신기에 의해 방출된 펄스 시퀀스의 전송전력을 나타낸 타이밍 도표이다. 하단 좌표는 수신기의 수신상태를 도시한 것이다. 초기 시간주기(t1)에서, 송신기는 전송전력을 점차 높이는 전송펄스(6404,6406,6408) 시퀀스를 통해 순환된다. 이 시퀀스는 시간주기(t2 및 t3)에서 반복되고 그 후 계속된다. 제 1 시간주기(t1)에서, 수신기는 전송펄스가 수신기를 포화시키지 않으나 적절한 신호 대 노이즈비를 갖기에 충분히 높게 되는 적절한 레벨이 되게 가고 있는지 모른다. 따라서, 시간주기(t1)동안, 수신기는 계속해서 "온" 상태에 있고 각각의 전송펄스(6404,6406,6408)를 수신할 수 있다. 3개의 수신된 펄스들의 측정 강도를 기초로, 수신기는 어떤 펄스가 온에서 수신되어야 하는지를 판단할 수 있다. 이 경우, 펄스(6408)는 올바른 강도를 갖도록 결정되고 수신기는 연이은 전송주기(T2 및 T3)에서 펄스(6408)의 전송시간에 해당하는 시간(6410 및 6412)에 활성화되도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 수신기와 송신기는 일반적으로 서로 통신하지 않으며, 송신기는 동작을 통해 3개의 다른 레벨의 펄스들을 계속 방출한다. 대안으로, 수신기가 송신기로 다시 통신할 수 있는 실시예에서, 수신기는 펄스 중 어떤 것은 계속 방출하고 펄스 중 어떤 것은 생략하게 송신기로 신호를 보낼 수 있다. 이런 시스템은 소수의 펄스들이 방출되기 때문에 송신기의 전력소비를 줄인다.
다양한 전송펄스들을 모니터링하는 초기 주기는 수신기가 여러 전송 시간주기에 걸쳐 송신기의 조명패턴을 발견하는데 필요할 수 있는 단일 전송 시간주기 너머로 확장될 수 있다.
이 문제를 완화하거나 해결하기 위한 세번째 방안으로, 본 발명의 다른 태양은 전자수단을 이용해 송신기의 전송전력을 제어한다. 이 예에서, 설치 동안 설치자에 의해 적절한 전송레벨로 설정되는 송신기에 DIP 스위치가 포함될 수 있다. DIP 스위치에 대한 설정은 LED를 통하는 전류를 줄이고 이에 따라 LED를 어둡게 하거나 수신기의 포화를 방지하기 위해 "온 주기" 펄스 기간을 줄이도록 선택될 수 있다. 이 경우, 송신기가 초기에 다른 전력레벨로 광을 방출하는 설치모드를 갖는 것이 이점적일 수 있다. 이 주기동안 수신기는 적절한 전송레벨을 결정하고 가장 바람직한 값으로 전송레벨을 설정하도록 적절한 DIP 스위치 설정(또는 설정들)이 이루어지게 설치자에게 나타낼 수 있다. 예컨대, 수신기에는 송신기에 대한 DIP 스위치 설정을 나타내는데 사용될 수 있는 디스플레이 또는 다른 인터페이스가 제공될 수 있다. 이는 또한 복수의 송신기를 이용한 시스템에서 임의의 과정이 각 송신기에 대해 반복될 수 있음을 또한 인식해야 한다.
본 발명의 이 태양에 대한 다른 실시예에서, 다수의 송신기들을 갖는 시스템은 시스템에 다른 타입의 송신기들을 포함할 수 있다. 각 송신기 타입은 특정 거리 또는 거리 범위에서 사용하기에 최적일 수 있고 어떤 타입의 송신기가 설치되어야 하는지를 선택하는 것은 설치자에게 달려있다.
도 65는 본 발명의 또 다른 태양의 실시예에 따른 테스트 필터를 이용해 테스트되는 입자검출 시스템(6500)의 실시예를 도시한 것이다. 입자검출 시스템(6500)은 광원(6502) 및 광수신기(6504)를 포함한다. 광원(6502)은 λ1에 중심을 둔 파장대역에 있는 제 1 파장대역(6506)과 λ2에 중심을 둔 제 2 파장대역(6508)의 광을 포함한 하나 이상의 빔들을 발생한다. 바람직하기로, λ1은 가령 전자기 스펙트럼의 자외선부에 있는 더 짧은 파장대역이고, λ2는 가령 근적외선에 중심을 둔 더 긴 파장대역이다. 광빔(6506 및 6508)은 상기 광빔(6506 및 6508)을 교번시킴으로써 빔에 대한 연기의 영향을 모방한 테스트 필터(6510)를 지난다. 그런 후, 테스트 필터(6510)에 의해 야기된 빔 감쇠의 정도가 주어지면 행동이 올바른지를 판단하기 위해 수신기(6504)의 동작이 체크될 수 있다. 광원(6502)에 의해 방출된 광이 2개의 파장대역(λ1 및 λ2)에 있는 광을 포함하기 때문에, 필터(6510)는 적절한 방식으로 이들 2개 파장대역을 처리하는 흡수 특징을 필요로 한다. 상술한 바와 같이 입자검출기(6500)의 바람직한 형태로, 2개의 파장대역(λ1 및 λ2)에 있는 광강도의 차동 측정(예컨대, 각 파장에서 측정된 강도의 비율 또는 이들 값의 변화율 등)은 빔(6506 및 6508)내 기절정된 크기 범위의 입자들의 존재를 판단하는데 사용된다. 가장 바람직하기로, 수신된 광강도의 비율은 기설정된 방식으로 변하기 때문에, 입자검출 이벤트가 나타내질 수 있다. 따라서, 대부분의 경우, 테스트 필터(6510)는 양 파장대역을 균일하게 감쇠시키지 않고 연기효과를 모방하도록 2개의 파장대역(λ1 및 λ2)에서 차동 감쇠를 제공해야 한다. 이 예에서, 테스트 필터(6510)는 더 긴 파장대역(λ2)보다 상당히 더 짧은 파장(λ1)을 흡수한다. 예컨대, 테스트 필터는 λ2에서 보다 λ1에서 대부분 광의 2배를 흡수하며, 이는 입자의 특정 타입과 닮은 것으로 판단될 수 있다.
따라서, 테스트 필터 특징들은 다른 파장대역에서 전송된(또는 감쇠된) 광비율 모두를 설정하고 또한 테스트 필터에 의해 전송된(또는 감쇠된) 광의 절대 레벨을 변하게 하도록 선택된다. 이들 2개 변수들은 다른 연기 또는 입자 타입 뿐만 아니라 다른 연기 또는 입자 밀도들을 흉내 내는데 적합한 테스트 필터를 제공하도록 형성될 수 있다.
도 66은 3개 필터요소들(6512, 6514, 및 6516)를 포함한 제 1 예시적인 테스트 필터를 도시한 것이다. 테스트 필터(6510)는 일반적으로 필터재료의 3층으로 형성된 시트형 재료이다. 이 예에서, 첫번째 2개 필터요소들(6512 및 6514)은 파장대역(λ1)에서 광을 감쇠시키고, 세번째 필터요소(6156)는 파장대역(λ2)에서 광을 흡수한다. 이 예에서, 테스트 필터(6510)를 구성하는 각각의 필터(6512 내지 6156)는 통과한 광의 동일한 감쇠를 제공하도록 구성된다. 따라서, 테스트 필터(6510)는 파장대역(λ2)에서 광을 감쇠시키는 것만큼이나 강하게 파장대역(λ1)에서 광을 2배로 감쇠시킨다.
도 67은 테스트 필터(6570)에 대한 전송 스펙트럼을 도시한 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 테스트 필터는 실질적으로 파장대역(λ1 및 λ2) 밖의 모든 광을 전송하나 파장대역(λ2)에서 광을 감쇠하는 것만큼 파장대역(λ1)의 대부분의 광의 약 2배를 감쇠시킨다. 다른 실시예에서, 파장대역(λ1 및 λ2) 밖의 전송은 임의의 레벨로 될 수 있고 모든 파장에 걸쳐 균일할 필요는 없다.
상술한 흡수 특징들은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 도 68 내지 도 75는 이들 기술의 범위를 도시한 것이다. 다른 것은 당업자에 명백할 수 있다.
도 68은 필터요소를 도시한 것이다. 필터요소는 상기 필터요소를 이용해 테스트되는 입자검출기를 이용해 검출되는 입자들과 실질적으로 같은 입자 크기의 분포를 갖는 복수의 입자들이 부착되는 전면(6802)을 갖는다. 이런 입자들은 많은 잘 알려진 프로세스를 이용해 제조되거나 알루미늄 산화물과 같은 분말로부터 여과 및 분리에 의해 선택될 수 있다. 도 69b는 이 방식에 대한 변형을 도시한 것이다. 도 15b의 필터요소(6900)는 도 68의 실시예에 사용되나, 필터요소의 벌크를 통해 분포되는 입자들과 유사한 입자들을 포함한다.
도 70은 한 면 또는 양면이 재료의 표면에 결함을 유발하도록 표면처리를 갖는 필터요소(7000)를 도시하고 있다. 표면 결함은 예컨대 기계적 마모, 입자 블라스팅, 화학적 또는 레이저 에칭 등에 의해 발생될 수 있다. 대안으로 결함들은 예컨대 3D 레이저 에칭을 이용해 도 70에서 필터요소의 벌크를 통해 발생될 수 있다.
도 71 및 도 72는 기설정된 감쇠특징을 달성하도록 필터요소(7100,7200)에 수행될 수 있는 다른 표면처리들을 도시한 것이다. 이들 예에서, 필터요소는 실질적으로 투명재료로 형성되고 표면 프린팅의 도포에 의해 변형된다. 예컨대, 필터요소 시트의 한 면 또는 양면에 패턴을 프린트하기 위해 잉크젯 또는 레이저 프린터가 사용될 수 있다. 바람직하기로, 도트 패턴이 필터요소의 전체 표면 위에 프린트된다. 가장 바람직하기로, 제 1 요소에 의해 달성되는 감쇠의 레벨에 의해 결정된 기설정된 거리에 균일한 크기의 도트들이 프린트된다. 도 71 및 도 72는 필터요소상에 프린트된 도트의 개수와는 별개로 실질적으로 동일하다. 알 수 있는 바와 같이, 도 71은 도 72보다 프린트된 도트가 훨씬 더 적으며 따라서 도 15e의 제 1 요소보다 흡수를 덜하게 된다.
명백히 기설정된 감쇠를 달성하기 위해 다른 패턴들이 사용될 수 있다.
도 73은 필터요소(7300)의 표면에 실행될 수 있는 프린팅 패턴을 도시한 것이다. 이 필터요소(7300)는 2개의 컬러 프린팅 프로세스로 프린트되고 제 1 컬러(7304)의 도트들과 제 2 컬러(7306)의 도트들을 갖는 도프 패턴을 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 컬러(6806)보다 컬러(6804)의 도트가 더 많고 따라서 필터요소는 다른 파장대역보다 한 파장대역에서 더 많이 광을 감쇠시킨다. 대안으로, 한 컬러에서의 도트 패턴은 필터요소의 일측에 프린트될 수 있고 다른 측상의 도트 패턴은 제 2 컬러로 프린트될 수 있다.
도 74는 더 복잡한 구조를 갖는 테스트 필터를 도시한 것이다. 이 테스트 필터요소(7408)는 5개 층들(7410 내지 7418)로 만들어진다. 4개 층들(7410 내지 7416)은 파장대역(λ1)에서 광을 감쇠시키나 다른 모든 파장에는 투과되며, 마지막층(6818)은 파장대역(λ2)에서 흡수된다.
도 75는 또 다른 테스트 필터를 도시한 것이다. 이 테스트 필터는 파장대역(λ1 및 λ2)에서 광의 기설정된 감쇠를 달성하도록 선택된 특징을 갖는 중앙부(7420)를 갖지만, 코어(7420)를 형성하는 감쇠층들을 보호하기 위해 투명층(7422 및 7424)으로 적층된다. 이는 감쇠층들이 다른 물체 또는 기판들과 접촉함으로써 손상될 수 있는 표면처리를 이용하는 경우에 특히 이점적이다.
또 다른 실시예에서, 테스트 필터의 표면 중 하나 또는 모두는 기설정된 파장 선택적 감쇠 프로파일을 만들기 위해 복수의 박막들로 처리될 수 있다. 더욱이, 필터요소들은 소정의 감쇠 프로파일을 달성하도록 흡수보다는 반사일 수 있다.
도 76은 송신기 또는 광원(7602) 및 수신기(7604)를 포함하는 빔검출기(7600)를 도시한 것이다. 송신기(7602)는 하나 이상의 광빔(7608)을 발생하도록 형성된 하나 이상의 광이미터(7606)를 포함한다. 하나 이상의 빔들 중 적어도 일부가 수신기(7604)에 수신된다. 바람직하기로, 광이미터(7606)는 다른 파장들(λ1 및 λ2)(이하 "파장대역 λ1 및 λ2"라 함)에 중심을 둔 2개 파장대역들내 광을 동시에 발생하도록 형성된다. 수신기(7604)는 2개 파장대역에서 표면상에 복수의 위치들에서 수신된 강광도를 나타내는 신호를 출력하도록 형성된 광센서(7610)를 포함한다. 2개 파장대역에서 출력은 광수신기(7604)의 출력에 대한 분석을 수행하고 수신된 신호 또는 신호들에 응답해 동작이 수행될 필요가 있는지 여부를 판단하기 위해 경보 및/또는 오작동 로직을 적용하는 컨트롤러(7612)로 보내진다. 수신기(7604)는 이미지를 형성하거나 그렇지 않으면 수신된 빔(7608)을 제어하기 위한 광학시스템(7614)을 추가로 포함할 수 있다.
광이미터(7606)가 동시에 2개 파장대역(λ1 및 λ2)에서 방출되는 본 발명의 실시예에서, 광수신기(7604)의 센서(7610)는 바람직하게는 파장대역 각각에서 광을 수신하도록 동시에 그리고 식별가능하게 형성된다. 이 목적을 달성하기 위해, 광수신기(7604)에는 광으로부터 파장대역(λ1)과 파장대역(λ2)의 광을 분할하고 2개의 파장성분들을 별개로 측정하게 하는 방식으로 센서(7610)로 차동적으로 보내는 파장선택 구성요소가 제공될 수 있다.
도 77은 이 기술이 수행될 수 있게 하는 수신기(7750)의 제 1 예를 도시한 것이다. 수신기(7750)는 광빔(7754)이 수신기(7750)로 들어가는 윈도우(7752)를 포함한다. 윈도우(7752)는 평평한 유리피스 혹은 유사물일 수 있거나 대안으로 광수신기에 또는 부근에 이미지를 형성하도록 갖추어진 광학수단(예컨대, 렌즈 또는 렌즈 시리즈)의 일부일 수 있다. 수신기(7750)는 복수의 센서소자들(7758)을 포함하는 센서(7756)를 포함한다. 파장선택 구성요소(7760)가 인접한 광센서(7756) 전면에 장착되고 예컨대 모자이크 다이 필터를 구비한다. 다이 필터(7760)는 복수의 셀들(7762 및 7764)을 포함한다. 셀(7762)은 제 1 파장대역(λ1)에서 투과적이고 셀(7764)은 제 2 파장대역(λ2)에서 투과적이도록 형성된다. 모자이크 다이필터(7760)와 광센서 어레이(7756)의 결합으로 센서(7756)의 픽셀들 또는 센서소자들의 제 1 그룹이 제 1 파장대역의 광을 수신하는 한편, 센서 어레이(7756)의 다른 픽셀들은 제 2 파장대역(λ2)에 광강도 사용을 동시에 수신하고 기록한다.
그런 후, 컨트롤러는 한 그룹에서(즉, 한 파장대역에 대한) 강도 값을 다른 그룹과 분리하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 센서소자들의 출력은 2개 파장 대역신호들을 얻기 위해 선택적으로 "판독"될 수 있다.
도 78은 유사한 결과를 달성한 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 수신기(7800)는 광이 수신기 하우징(7804)에 들어오는 윈도우 또는 포커싱 광학기를 구비할 수 있는 광학 구성요소(7802)을 포함하는 점에서 도 77의 수신기와 유사하다. 광학 구성요소(7802)을 통과한 후, 빔은 입사광의 파장에 따라 다른 방향으로 광을 발산하도록 형성된 파장선택적 프리즘(7806)으로 들어간다. 따라서, 파장대역(λ1)의 광은 제 1 빔(7808)으로 전송되는 반면, 파장대역(λ2)의 광은 제 2 빔(7810)으로 전송된다. 파장대역(λ1)의 빔은 제 1 센서 어레이(7812)에 닿고, 제 2 파장대역(λ2)의 광은 제 2 센서 어레이(7814)에 닿는다. 앞선 실시예들에 대해 상술한 바와 같이, 센서 어레이(7812 및 7814)는 표면에 복수의 지점들에서 광의 강도를 동시에 기록하도록 형성된다.
도 79는 프리즘을 이용해 빔을 파장성분으로 분할한 제 2 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 수신기(7820)는 광학구성요소(7824)와 빔분할 구성요소(7826)를 통해 광을 수신하도록 형성된 단일 센서 어레이(7822)를 포함한다. 빔분할 구성요소는 제 1 파장대역의 광을 제 2 파장대역의 광으로부터 분리하고 다른 방향으로 이들을 지향시키도록 형성된다. 이 실시예는 별도의 센서 어레이상에 각각의 파장대역(λ1 및 λ2)에서 이미지를 형성하기보다는 빔분할 구성요소(7826)가 센서 어레이(7822)에 매우 가까이 장착되는 점에서 도 78의 실시예와 다르다. 이런 식으로, 빔분할이 센서 어레이(7822)의 표면에 매우 가까이 발생된다. 효과적으로, 이는 센서소자(7822)의 픽셀의 서브세트들에 대한 별도의 파장선택 빔분할기를 제공한다.
도 80은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예는 센서소자(7854)에 장착된 하우징(7852)을 포함한 광수신기(7850)를 도시한 것이다. 광이 광학시스템(7856)을 통해 하우징에 들어가고 광센서(7854)로 전송된다. 이 실시예에서, 센서(7854)는 다층 센서이고 n 센서층들(7854.1, 7854.2에서 7854.n)을 포함한다. 각 센서층(7854.1에서 7854.n)은 다른 에너지로 광을 수신하도록 형성되어 있다. 이 에너지 분리는 다른 에너지 광자들이 다른 깊이로 센서 디바이스(7854)에 투과되는 현상을 이용함으로써 달성된다. 이런 경우, 센서 디바이스는 실리콘 광감지소자일 수 있다. 센서(7854)의 각 층에서, 광광도의 공간적으로 구별된 측정이 해당 파장에서 판단될 수 있다.
상술한 각각의 실시예에서, 복수의 파장에서의 신호들이 상술한 방법에 따라 처리될 수 있어 입자검출 또는 오작동 상태 출력을 발생한다.
2개 파장 시스템들과 연계해 바람직한 실시예들을 기술되었으나, 3 이상의 파장들이 몇몇 실시예에서 사용될 수 있음을 알아야 한다.
도 81 및 도 82는 적어도 하나의 광빔(8102)을 방출하기 위한 송신기(8101)와 빔을 수신하기 위한 수신기(8103)를 포함하는 본 발명의 일실시예를 도시한 것이다. 수신기(8103)는 여러 광감지소자들(8104)을 갖는 광센서를 갖는다. 적절한 수신기의 예는 센서들이 픽셀들의 매트릭스로 배열된 비디오 이미저이다. 각 센서소자는 센서에 의해 검출된 광의 강도와 예컨대 비례적으로 관련된 전기신호를 발생한다.
도 81에서, 송신기(8101)는 모니터되는 공간(8105)을 가로질러 수신기(8103)의 맞은편 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 송신기(8101)는 방출빔(8102)이 모니터되는 공간(8105)을 가로지르는 한 다른 곳에(즉, 수신기(8103)를 향해 방출된 빔을 직접 조준하지 않게) 위치될 수 있음을 알아야 한다. 방출빔(8102)이 광학 반사기와 같은 수단에 의해 수신기(8103)를 향해 지향될 수 있다.
방출빔(8102)의 경로에 확산수단(8106)이 제공되어 수신기 센서(8107A)에 빔의 의도적으로 확산된 이미지를 발생시킨다. 센서소자(8104)로부터의 신호들이 프로세서와 같은 컨트롤러(8108)로 전송된다.
컨트롤러(8108)는 수신된 빔(8107A)의 강도를 판단하기 위해 적어도 일부 센서소자들, 예컨대, 단지 빔이 닿는 센서소자들로부터 신호들을 조합한다. CCD(8103)에서 각 센서소자는 다른 고유 노이즈 레벨과 다른 광변환효율을 가질 수 있다. 따라서, 계산시, 컨트롤러(8108)는 빔(8107A)과 초기에 정렬된 센서소자들(8109A)에 대한 정보를 고려한다. 판단된 강도를 기초로, 컨트롤러(8108)는 경보로직을 적용하고 경보신호를 보내거나 관리자 또는 또 다른 사용자에게 경보 또는 메시지를 보내는 것과 같은 어떤 행동을 취해야 할지 결정한다. 이전에 상술한 시스템에서, 판단된 강도가 연기입자의 존재에 해당하는 임계치보다 낮은지 여부를 기초로 판단을 하였다.
도 82에서, 송신기(8101)의 위치가 도 81에 도시된 위치로부터 약간 옮겨진 것으로 도시되어 있다. 이 변화로 확산된 빔 이미지(8107B)의 위치가 변하게 된다. 확산빔(8107B)이 입사하는 몇몇 센서소자들은 컨트롤러(8108)에 의해 신호들이 초기에 읽어지는 센서소자(8109)의 초기 서브그룹 밖에 있다. 컨트롤러(8108)는 센서(8103)의 표면을 가로질러 빔의 임지의 위치를 추적하고 이에 따라 새 영역(8109A)에 있는 센서들 위로 수신된 광을 통합하도록 형성되어 있다. 인식된 바와 같이, 영역(8109A)내 센서들의 그룹은 그룹(8109)으로서 원래 사용된 그룹과는 다르지만 2개 그룹(8109,8109A)은 동일한 개수의 센서들을 포함한다.
새 영역(8109A)에 있는 센서소자들은 이론적으로 원래 영역(8109)에 있는 센서소자들과는 다른 고유신호에러를 가질 수 있다. 그러나, 이 차는 충분하지 않다. 이 예에서, 4개의 새로 집적된 센서소자들의 평균 고유 노이즈 레벨은 더 이상 사용되지 않는 4개 센서소자들의 노이즈 레벨과 대략 동일하다. 더욱이, 센서소자들 간의 간격(즉, 갭의 개수와 크기)은 실질적으로 일정하게 유지되므로 센서소자들 간에 갭에는 전혀 추가 광이 손실되지 않는다.
이는 2개 센서들이 다른 광변환효율을 갖고 그 차는 (더 확산된 빔 이미지의 경우에서처럼) 평균으로 완화되지 않기 때문에 선명한 포커싱 빔이 한 센서소자에서 다음 소자로 이동함에 따라 수신된 빔강도에 대한 에러가 극적으로 변하는 선명하게 포커싱된 빔 이미지의 경우와 대조될 수 있다. 또한, 한 센서소자에서 다음 소자로 포커싱 빔이 이동함에 따라, 센서소자들 사이의 공간을 지나 스캔되고 센서들 사이의 공간에서 상당한 빔전력량이 손실되는 조정주기(intervening period)가 있게 된다. 상술한 바와 같이, 이들 문제는 디포커싱 이미지의 사용에 의해 완화된다.
하기의 문단은 수신기에 사용된 광학기(즉, 이미징 시스템)가 어떻게 의도적으로 디포커싱 타겟을 발생하도록 배열될 수 있는지의 예를 기술한다. 이 명세서에서, '확산수단'이라는 용어는 센서상에 빔의 확산 이미지를 발생하는 임의 수단 또는 구성요소를 말하는 것으로 광범위하게 읽어져야 한다.
도 83에 도시된 실시예에서, 확산수단(8301)은 방출된 빔경로에 있는 포커싱 렌즈(8302)를 포함한다.
포커싱 렌즈(8302)는 관련된 초점(8304)을 갖는다. 방출빔(8303)은 송신기(미도시)에 의해 직접 렌즈(8302)로 또는 렌즈(8302)를 향해 빔을 반사시키는 반사기(미도시)로 전송된다. 이 실시예에서, 렌즈(8302) 및 센서(8305)의 상대 위치로 인해 포커싱 빔 이미지(8306)가 위치되는 곳으로부터 센서가 변위된다. 포커스량과 확산량이 제어되어 시스템에 움직임이 있을 때에도 상대적으로 안정적이면서 (확산된 이미지 또는 흐릿한 이미지로 달성되면서) 신호 대 노이즈 비가 얻어질 수 있다(더 꽉 포커싱 빔으로 달성될 수 있다).
다른 실시예(도 84)에서, 수신기(8310)는 포커싱 렌즈(8311)를 포함한다. 광센서(8312)가 포커싱 이미지가 위치된 스팟에 위치되어 있다. 이 실시예에서 확산수단은 렌즈(8311)와 광센서(8312) 사이 어딘가에 (예컨대, 센서 위에 직접) 위치되어 있는 확산기(8313)을 포함한다. 따라서, 수신된 이미지는 의도적으로 흐릿해진다. 확산기(8313)는 그라운드 또는 에칭 글래스일 수 있거나 간단히 센서 자체에 에칭면을 구비할 수 있다.
몇몇 경우, 확산수단(8313)은 센서(8312)에 대한 방출된 빔경로내 어딘 가에 위치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 송신기는 실질적으로 동일선상의 경로를 따라 방출된 2개(또는 이상)의 파장 대역들, 예컨대, 적외선(IR) 및 자외선(UV) 광대역에 성분들을 갖는 광빔을 출력할 수 있다. 피검출 입자, 예컨대, 연기입자의 존재들에서 다른 행동을 디스플레이하도록 2개 파장들이 선택된다. 이런 식으로, 2개(또는 이상)의 파장들로 수신된 광의 상대 변화는 빔의 감쇠를 유발한 표시를 제공하는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 수신기는 여러 빔들을 수신할 수 있거나 다수의 송신기들이 수신된 빔을 방출할 수 있다. 여러 빔들은 모니터되는 공간에서 연기검출을 위해 함께 사용된다. 상기 실시예에서와 같이, 센서들은 빔을 수신하고 신호들을 컨트롤러로 보낸다. 컨트롤러는 신호를 분석하고 신호의 어떤 부분들이 각각의 빔에 대해 가장 강하게 관련된 정보를 포함하는지 판단한다. 이 판단과정의 결과로, 컨트롤러는 각각의 개별 센서들 또는 그룹들에 의해 발생된 2부분의 신호들을 선택해, 선택된 신호가 빔의 강도를 측정하는데 가장 신뢰할 수 있게 사용될 수 있다. 데이터가 가장 신뢰할 수 있게 사용될 수 있는 센서들을 선택하는 한가지 방법은 연기 검출기를 시운전하고 적절한 센서를 선택할 때 수신기에 의해 발생된 이미지를 보는 것이다.
계산된 수신 빔강도가 가능한 한 수신빔의 실제 강도와 가깝도록 보장하는 다른 방식은 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다. 컨트롤러는 전체 이미지 강도에 대한 소자의 기여에 따라 소정의 센서소자에 해당하는 값을 사용할지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 센서소자 출력으로부터, 컨트롤러는 빔의 '신호중심' 위치를 판단할 수 있다. 신호중심 위치는 질량 대신 각 픽셀이 기여한 신호값이 계산에 사용된 것을 제외하고는 질량중심 위치와 유사하다. 예컨대, 하기의 식이 이용될 수 있다:
신호중심 위치 벡터 = {(각 픽셀의 위치벡터)*(각 픽셀의 값)의 합}/{모든 픽셀들로부터의 값들의 합}
신호중심위치가 결정된 후, 컨트롤러는 센서소자와 신호중심 위치 사이의 거리에 따라 (즉, 각 센서에 의해 발생된 전기신호에 해당하는) 각 센서소자에 의해 수신된 빔강도에 기여한 신호를 가중화할 수 있다. 이런 식으로, 컨트롤러는 신호들이 가장 잘 나타내고 센서 상에 빔 이미지의 위치에서 드리프트(drift)로 인해 연이은 측정으로부터 빠질 가능성이 가장 적은 센서소자들을 판단한다.
도 85는 본 발명의 다른 태양의 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 입자검출 시스템(8500)은 송신기(8502)와 수신기(8504)를 포함한다. 송신기(8502)는 파장대역(λ1 및 λ2)의 광을 포함한 광을 방출하도록 형성된 광원 또는 광원들을 포함한다. 광원(8502)은 다른 파장대역에서 방출하도록 형성된 복수의 발광소자들 또는 광대역 광원을 포함할 수 있다. 송신기(8502)는 소정의 빔 프로파일 또는 분산특징의 광빔을 형성하기 위해 추가로 하나 이상의 광학구성요소(예컨대, 8506)을 포함할 수 있다. 수신기(8504)는 또한 상기 수신기(8504)의 센서 어레이(8510)에 빔의 이미지를 형성하도록 갖추어진 광지향 또는 이미지 형성 광학기(8508)를 포함할 수 있다. 수신기(8504)와 주변광의 간섭을 최소화하기 위해, 수신기(8504)에는 또한 멀티 통과대역 필터수단(8512)가 제공된다. 예컨대, 멀티 통과대역 필터는 광원(8502)의 방출대역에 해당하는 제 1 통과대역 및 제 2 통과대역의 광을 선택적으로 전송하도록 배열된 간섭필터일 수 있다. 가장 바람직하기로, 필터수단(8512)은 하나의 긴 파장과 상기 파장의 하나 이상의 고조파에서 통과대역을 갖는 멀티 통과대역 간섭필터이다. 이런 실시예에서, 광원(8502)은 유사하게 관련된 고조파들로 광을 방출하도록 구성되어야 한다. 예컨대, 단일 간섭필터는 다른 파장들의 대부분의 광을 차단하면서 800 나노미터 및 또한 400 나노미터에서 실질적으로 모든 광을 전송하도록 설계될 수 있다. 이런 필터 이용시, 광원은 800 나노미터 및 또한 400 나노미터에서 방출되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 필터수단(8512)은 하나 이상의 간섭필터 또는 다이필터 또는 나란히 사용되는 다른 유사한 타입의 필터를 포함할 수 있다. 예컨대, 시스템이 동작하도록 구성된 파장대역의 개수와 일치하는 2 이상의 필터들이 수신기의 이미지 경로에 나란히 배치될 수 있다. 도 86 내지 도 89는 이런 필터수단들의 예를 도시한 것이다. 이에 대해, 도 86 내지 도 89의 필터수단들은 기준 심볼(8602)과 음영진 흰색으로 표시된 제 1 통과대역의 광을 전송하도록 형성된 부분들과 음영진 회색이며 제 2 통과대역으로 광을 전송하도록 형성된 참조번호(8604)로 표시된 다른 부분들을 포함한다. 도 88은 4 파장 시스템에 사용하도록 형성되고 제 3 및 제 4 파장대역의 광을 전송하도록 형성된 참조번호(8606 및 8608)로 표시된 부분들을 추가로 포함한다. 각각의 필터수단들에서, 필터의 표면은 대략 다른 파장성분들 간에 동일하게 나누어지며 따라서 실질적으로 각 파장대역의 고른 광량을 수신기에 전송한다. 이런 수단은 유효 수신기 렌즈직경이 도 86, 도 87 및 도 89에서 각 파장에 대하 대략 절반씩 줄어들어 이에 따라 유효 신호 강도를 감소시키는 점에서 상술한 멀티 통과대역필터에 비해 단점이 있다. 그러나, 이는 광원 LED이 서로 고조파로 있을 필요가 없으나 상품단가과 같은 다른 장점으로 선택될 수 있다는 사실에 의해 어느 정도 보상될 수 있다. 더욱이, 이런 수단에 사용된 필터는 더 낮은 단가로 될 수 있고 이런 정확한 파장 중심을 필요로 하지 않으며, 따라서 온도요동에 따른 송신기 출력의 변화에 덜 민감해진다.
도 90은 본 발명의 실시예가 이용될 수 있는 화재경보 시스템의 개략도를 도시한 것이다. 화재경보 시스템(9000)은 화재경보루프(9012)에 연결된 화재패널(9010)을 포함한다. 화재경보루프(9012)는 화재패널로부터 전력 및 통신을 시스템(900)에 부착된 화재경보설비의 다양한 부분들로 전달한다. 예컨대, 화재경보루프(9012)는 전력, 하나 이상의 지점 검출기(9104) 및 경보 사이렌(9016)과 소통하는데 사용될 수 있다. 이는 또한 검출기(9018)와 같은 하나 이상의 입자검출기와 소통하는데 사용될 수 있다. 추가로, 빔검출기 시스템(9020)은 또한 화재경보루프(9012)에 부착될 수 있다. 본 발명에서, 빔검출기 시스템(9020)은 본 명세서의 실시예들 중 하나와 관련해 상술한 타입일 수 있고 제 1 단부에 수신기(9022)와 상기 수신기에 원격 위치된 송신기(9024)를 포함한다. 바람직하기로, 예컨대, 떨어진 별도의 메인 전원과 루프에 전력공급될 수 있다. 수신기(9022)는 제 1 경보루프(9012)에 연결되고 상기 루프로부터 전력을 끌어내어 상기 루프를 통해 화재패널(9010)과 소통한다. 통신수단들은 당업자에 공지되어 있으며 빔검출기(9020)가 화재패널(9010)로 다시 화재나 오작동 상태 또는 다른 상태를 나타내게 한다.
본 발명자는 연기 검출기가 순간적으로 응답할 필요가 없기 때문에, 처리 및 캡쳐가 정지될 때의 주기들로 배치된 연기 검출기의 비디오 캡쳐 및/또는 비디오처리 서브시스템을 간헐적으로 동작시킴으로써 허용가능한 평균전력소비가 얻어질 수 있음을 알았다. 따라서, 시스템은 아주 거의 또는 전혀 전력이 소비되지 않게 설계된 "동결"상태에 들어갈 수 있다.
이 방안을 달성하는 첫번째 방법은 비디오 캡쳐 및/또는 처리 서브시스템을 간헐적으로 활성화시키도록 동작되는 간단한 타이머 유닛을 입자 검출기의 비디오 처리 시스템에 제공하는 것이다.
그러나, 시스템의 바람직한 형태로, 송신기(9024)는 루프나 다른 메인전원으로부터 전력공급되지 않고, 배터리 구동되며 바람직하게는 수신기(9022)에 또는 이와 함께 고속 통신으로 연결되지 않는다. 따라서, 송신기(9024)는 전원을 보존하기 위해 단지 매우 낮은 듀티 싸이클로 광을 방출해야 한다. 이런 시스템에서, 각각 전송된 광의 버스트 타이밍은 수신기에 의해 제어되거나 또한 동일한 송신기(9022)와 통신될 수 있는 임의의 다른 수신기와 동기되지 않을 수 있다.
더욱이, 비디오 프로세서 "동결" 주기 동안, 수신기(9022)는 여전히 화재경보루프로부터 서비스 폴(servicing polls) 또는 깜박이는 디스플레이 LEDs 등과같은 다른 기능들을 관리하는데 필요할 수 있다. 따라서, 시스템 프로세서를 활성화하고 "동결" 상태로부터 깨어나도록 간단한 타이머 방법을 이용하는 것은 이 문제에 대한 바람직한 방안이 아니다.
본 발명의 바람직한 형태로, 수신기(9022)는 1차 프로세서를 활성화시키고 1차 프로세서가 "동결" 상태에 있을 때 중단없이 계속되어야 하는 다른 기능들을 다루는데 사용되는 1차 프로세서보다 훨씬 더 전력소비가 낮은 2차 프로세서를 이용한다.
도 91은 본 발명의 태양에 이용하는 수신기(9100)의 개략 블록도를 도시한 것이다.
수신기(9100)는 송신기(9024)로부터 광신호를 수신하기 위한 이미징 칩(9102), 예컨대, Aptina Inc사가 제조한 부품번호 MT9V034의 CMOS 센서를 포함한다.
이는 선택적으로 수신된 전자기 복사를 소정의 방식으로 이미징 칩에 포커싱하기 위한 광학시스템(9104), 가령, 표준 4.5㎜, f1.4c-마운트 렌즈와 같은 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다.
이미징 칩(9102)은 바람직하게는 Actel M1AGL600-V2 필드프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)인 컨트롤러(9106)와, 프로그램 저장용 PC28F256P33 플래시 롬(ROM), 이미지 저장용 2개의 IS61 LV51216 고속 램 및 프로그램 실행 및 데이터 저장용 2개의 CY621777DV30L 램을 포함한 연결 메모리(9108)와 데이터 통신된다. 컨트롤러의 기능은 이미지 칩(9102)을 제어하고 필요한 데이터 시퀀스 조작을 수행해 검출 시스템에 필요한 기능을 수행한다. 컨트롤 수단은 디지털 전자 디자인의 당업자들이 잘 이해하는 바와 같이 올바른 동작을 위해 필요한 여러가지 추가 구성요소들을 갖는다.
제 2 프로세서(9112)가 또한 제공된다. 이 프로세서(9112)는 Texas Instruments의 MSP430F2122 마이크로컨트롤러 또는 유사물일 수 있고, 컨트롤 수단의 건강을 점검하고 필요하다면 컨트롤 수단이 오작동되거나 컨트롤 수단이 어떤 다른 이유로 필요한 업무를 수행할 수 없다면 외부 모니터링 장비에 오작동신호를 보내는 것과 같은 기능을 수행한다. 이는 또한 전력소비를 최소화하기 위해 컨트롤 및 이미지 수단에 적시적 전원의 제어를 맡을 수 있다. 이는 필요하지 않은 경우 메인 프로세서(9106)를 비활성화시키고 필요할 때 간헐적으로 깨우는 프로세서(9112)에 의해 수행된다.
프로세서(9112)는 디스플레이 또는 사용자 인터페이스와 같은 인터페이스 수단(9114)과 데이터통신되고 또한 화재경보루프, 예컨대, 화재패널에 연결된 다른 장비와 데이터통신을 할 수 있도록 화재경보루프에 연결된다.
바람직한 실시예에서, 인터페이스(9114) 수단은 경보 또는 오작동 상태가 있다면 외부 모니터링 장비에 통지하는데 사용된다. 수신기에 의해 오작동이 있는 것으로 판단되면, 인터페이스 수단은 스위치를 개방함으로써 이를 모니터링 장비(예컨대, 도 3의 화재패널(9010))에 통지해, 상술한 모니터링 장비 밖으로 전류 흐름을 차단한다. 바람직한 실시예에서, 스위치는 전력소비가 매우 낮은 활성화 및 비활성화되는 이점을 갖는 MOSFET 트랜지스터를 이용한 고체상태 수단이다. 수신기에 의해 경보상태가 있는 것으로 판단되면, 인터페이스 수단은 모니터링 장비로부터 기설정된 임계치를 초과한 전류를 인출함으로써 이를 모니터링 장비에 통보한다. 바람직한 실시예에서, 모니터링 장비로부터 인터페이스 와이어를 가로지르는 전류제한 분로인 바이폴라 트랜지스터의 위치지정에 의해 초과전류 인출이 활성화된다. 경보상태를 신호 보내는데 약 50mA의 총 전류 인출이 사용된다. 바람직한 실시예에서, 정상동작을 위한 전력은 비경보 상태 하에서 3mA의 일정한 전류가 연결와이어로부터 모니터링 장비로 인출된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 송신기(9024)는 각각의 광원들, 예컨대, 적외선 및 자외선에 대한 조명패턴, 조명시간, 시퀀스 및 강도를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함한다. 예컨대, 이는 Texas Instruments MSP430F2122 마이크로컨트롤러일 수 있다. 마이크로컨트롤러는 또한 최초 설치시 디바이스의 활성화를 탐지한다. 송신기의 바람직한 실시예에서, 전원은 리튬 티오닐 염화물 전지(Lithium Thionyl Chloride battery)이다.
본 발명의 바람직한 형태로, 시스템의 시운전 동안, 메인 프로세스(9106)는 각각의 광원들(예컨대, 도 3의 광원(9024))의 조명패턴을 발견하도록 프로그램될 수 있고, 바람직하기로는 수 분, 가령, 10분의 주기에 걸쳐, 활성화 패턴을 판단할 수 있다. 이 프로세스는 수신기와 관련된 모든 광원들에 대해 반복된다. 저전력 프로세스(9112)가 발견된 광원 시퀀싱 정보를 이용해 정확한 시간에 1차 프로세서(9106)를 활성화시킬 수 있다.
인식되는 바와 같이, 이런 구조의 시스템을 이용함으로써, 늘 동작해야 하는 시스템의 기능은 매우 저전력소비 프로세스(9112)에 의해 제어될 수 있는 한편 메인 비디오 프로세스(9106)에 의해 간헐적으로 매우 집중적인 프로세싱이 수행될 수 있고, 이렇게 함으로써, 평균전력이 상대적으로 낮은 레벨로 유지될 수 있다.
본 발명자는 정확하게 송신기 출력을 획득하고 추적하기 위해 송신기와 대응하는 수신기 동작의 조명패턴을 선택할 때 다루어야 하는 실제 실시예와 관련된 다양하고 종종 맞서는 제한들이 있음을 알았다. 예컨대, 어떤 시스템에서, 오작동 상태와 특별한 검출 이벤트를 구별하기 위해 감쇠의 변화율을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 배경에서 논의된 긴 누적시간의 이용을 복잡하게 한다. 바람직한 실시예는 정상 측정을 위해 10초의 누적주기를 이용하고, 1초의 더 짧은 누적주기는 변화기반 오작동 검출율에 이용된다.
시스템 성능에 대한 또 다른 제약은 장면 조명레벨이다. 실제 시스템에 대해, 이는 대개 장면이 시스템 동작수명의 적어도 일부분 동안 태양광에 의해 비춰질 수 있다는 것을 가정하는 것이 필요하다. 또한, 카메라에 대한 파장선택적 필터를 이용할 능력에 대한 제한(예컨대, 적어도 비용 제한)이 있을 수 있다. 따라서, 포화를 방지하기 위해 짧은 노출을 이용하고 여전히 신호에 대한 충분한 헤드룸을 남기는 것이 필요하다. 시스템의 바람직한 실시예에서, 노출기간은 100㎲이지만, 최적치는 센서, 필터, 렌즈, 최악의 경우의 장면 조명 및 신호에 필요한 헤드룸 량의 선택에 따른다.
수신기를 송신기와 동기하는 수단이 또한 요구된다. 이는 무선 시스템과 같이 하드웨어를 추가로 사용하지 않고도 이를 달성하는 것이 바람직하다. 대신 한 바람직한 수단으로, 입자 검출을 위해 사용된 동일한 이미징 및 프로세싱 하드웨어를 이용해 동기가 선택적으로 수행된다. 그러나, 당업자가 아는 바와 같이, 동기를 위해 입자 검출을 위한 동일한 하드웨어의 사용은 시스템내 2가지 문제들 링크하고, 이로써 가능한 방안들에 대한 다른 제한들을 부과한다.
시스템내 또 다른 제한은 노이즈의 존재에 기인한다. 시스템에서 주요 노이즈 소스는 카메라 샷 노이즈와 현장(sean)에서 광변화 인한 노이즈이다. 다크 노이즈는 일반적으로 전체 태양광을 다뤄야 하는 시스템에 크게 기여하지 않는다. 씬 노이즈(scene noise)는 초기 특허출원에 기술된 배경소거방법을 이용해 매우 효과적으로 다루어진다. 샷 노이즈(shot noise)는 양자검출 프로세스에 기본이기 때문에 완전히 제거될 수 없다. 그러나, 샷 노이즈는 노출 시간을 줄이고 또한 소수의 노출들을 합산함으로써 줄일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 실질적으로 모든 송신전력은 여전히 충분한 시스템 응답시간을 허락하는 반복속도로 매우 간단한 플래시로 제기된다.
예컨대, 초당 1의 플래시 속도는 응답시간요건을 충족하고 1㎲ 미만의 플래시 기간 및 2㎲의 노출시간이 (원칙적으로) 사용될 수 있다. 실제로, 이는 동기(synchronise)하기가 매우 어려울 수 있다. 또한, 송신기 LEDs는 이런 짧은 시간에 에너지를 전달하기 위해 매우 큰 피크 전류를 처리하는 것이 필요할 수 있고, 차례로 비용을 높이게 된다. 또 다른 제한은 센서의 동적범위이다. 모든 전력을 초당 하나의 플래시로 둠으로써 센서가 포화될 수 있다.
상기 요인들을 고려해, 바람직한 실시예는 100㎲의 노출, 50㎲의 플래시 기간, 및 9000ms의 주기를 이용한다. 3개 샘플의 누적 길이는 변화기반 오작동 검출율에 사용된다. 30개 샘플의 누적길이는 연기측정에 이용된다.
배경소거기술을 수행하기 위해, 수신기는 또한 현장으로부터의 기여를 제거하는데 사용되는 플래시 바로 전후의 이미지를 캡쳐할 필요가 있다. 이상적으로, 이들 "오프" 노출은 시간가변 배경의 경우 소거를 최적화하기 위해 "온" 노출에 가능한 한 가까울 때 발생된다. 바람직한 실시예에 사용된 수신기 시스템으로, 최대 실제 프레임속도는 1000fps이므로, "오프" 노출은 "온" 노출의 일측에 1ms 이격되어 있다.
한가지 형태로, 송신기 광출력은 낮은 듀티 싸이클이 매우 낮은 일련의 짧은 펄스들로 구성된다. 펄스들은 이미지 시스템의 프레임속도(예컨대, 1000fps)와 일치하도록 두어진다. 도 92는 수신기에서 센서 노출에 대한 예시적인 펄스 시퀀스를 도시한 것이다. 이 경우, 송신기는 IR 파장대역과 uv 파장대역의 광을 방출하도록 형성된다. 이런 일련의 펄스들은 9000ms 주기로 반복된다.
예에서, 다음과 같이 5 펄스들이 있다:
· Sync1 ( 프레임1 )(110) 및 Sync2 ( 프레임2 )(112): 싱크 펄스는 송신기과 수신기 간에 (후에 더 상세히 논의되는) 동기를 유지하는데 사용된다. 이들 펄스들은 바람직하게는 가장 전력 효율적인 파장대역에서 만들어 진다. 이 경우, IR 광원이 전력소비가 낮기 때문에 사용된다. 더욱이, 더 긴 파장은 연기를 더 많이 침투할 수 있어, 더 큰 상태 범위에 동기가 유지될 수 있다. 싱크 펄스는 50㎲ 길이이다.
이상적으로, 각 싱크 펄스는 수신기 셔터의 개방주기의 리딩(Sync1) 및 트레일링 에지(Sync2)상의 시간 중심에 있다. 이는 수신된 강도가 작은 동기 에러에 따라 변하게 한다.
· IR( 프레임5 )(114) 및 UV( 프레임7 )(116): IR 및 UV 펄스들은 신호레벨측정(및 차례로 감쇠와 연기레벨을 측정)하는데 사용된다. 이들은 50㎲ 길이이며, 수신기 강도에 영향을 주지 않고 송신기와 수신기 간에 25㎲ 타이밍 에러까지 허용한다.
· 데이터( 프레임9 )(118): 데이터 펄스는 소량의 데이터를 수신기에 전송하는데 사용된다. 데이터 펄스를 전송하거나 전송하지 않음으로써 데이터는 인코딩된다. 데이터 펄스는 전력을 아끼기 위해 진폭이 감소되고 같은 이유로 IR이다. 이들은 길이가 50㎲이다. 이 시스템은 3bps 데이터 채널을 제공한다. 데이터는 일련번호, 제조일자, 총 러닝타임, 배터리 상태 및 오작동 상태를 포함할 수 있다. 당업자는 이 시스템에서 데이터를 전송하기 위한 다른 많은 방법들을 알 것이다. 이들은 펄스위치 인코딩, 펄스폭 인코딩 및 멀티레벨 인코딩 방식을 포함할 수 있다. 더 큰 데이터속도가 쉽게 달성될 수 있으나, 바람직한 실시예에 사용된 간단한 방식은 요구되는 소량의 데이터에 충분하다.
도 92에서, "오프"프레임(즉, 전혀 해당하는 송신기 출력이 없는 프레임)동안 수신기로부터의 데이터는 다음 목적으로 사용된다:
· 프레임 0 및 3은 싱크 펄스의 배경소거에 사용된다.
· 프레임 4 및 6은 IR 펄스의 배경소거에 사용된다.
· 프레임 6 및 8은 UV 펄스의 배경소거에 사용된다.
· 프레임 8 및 10은 데이터 펄스의 배경소거에 사용된다.
(a) 공간 검색
상술한 바와 같이, 수신기는 이미지 프레임내 하나 이상의 픽셀들의 형태로 각각의 전송될 펄스들을 수신한다.
그러나, 시스템이 동작을 개시할 때 시운전 동안 (적어도 제 1 시간에) 이미 프레임내 송신기(들)의 위치들이 확립되어야 한다. 이는 예컨대 이미지를 조사하고 좌표에 프로그램하는 조작자를 포함한 수동 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 특수 훈련, 특수 도구 및 설치를 위한 긴 복잡한 설치과정의 필요성은 바람직하지 않다. 바람직한 실시예에서, 이미지 프레임내 송신기들의 위치를 결정하는 것이 자동화된다. 송신기들의 위치를 지정하기 위해 수행된 프로세스는 다음과 같다:
· 시스템은 먼저 송신기가 카메라의 뷰필드내에 있고 펄스들이 캡쳐 주기동안 전송될 경우 송신기 펄스들이 하나 이상의 이미지들에 있는 것을 보장하기에 충분한 시간 동안 높은 프레임속도로 많은 이미지들을 캡쳐한다.
· 그런 후 시스템은 (일시적으로) 인접한 이미지들의 각 쌍을 빼고 각 픽셀의 모듈러스를 취한 후 송신기가 있을 수 있는 큰 변화 위치들을 검출하도록 임계치에 대해 각각 테스트한다.
· 시스템은 인접하거나 가까이에 있는 후보 지점들(예컨대, < 3 떨어진 픽셀들)을 병합함으로써 송신기 위치들의 후보 리스트를 요약한다. 한 세트의 후보 지점들의 중심을 찾기 위해 중력중심 방법이 사용될 수 있다.
· 시스템은 후보중심에서 수신된 값이 실제 송신기에 해당하는 것을 검증하기 위해 각각의 후보 중심들에서 (후술된 프로세스를 이용해) 시행동기(trial synchronisation)를 수행한다.
· 시스템은 송신기 개수가 예상된 송신기 개수와 일치하는 것을 체크한다. 이 개수는 설치 전에 수신기를 사전 프로그래밍하거나, 수신기 유닛 상에 또는 유닛 내에 장착되거나 유닛에 연결된 스위치 또는 스위치들에 의해 설정될 수 있다. 바람직한 실행에서, 수신기 유닛에 포함되고 시스템이 벽에 장착되지 않는데도 쉽게 접속될 수 있는 한 세트의 DIP 스위치 형태이다.
이미지내 송신기 위치 세트는 비휘발성 메모리에 저장된다. 위치들은 수신기를 특정 모드로 둠으로써, 예컨대, DIP 스위치를 특정한 설정으로 셋팅하고 수신기에 전원공급/전원공급중단함으로써 또는 노트북 PC와 같은 특별한 도구의 사용에 의해 삭제될 수 있다. 이는 송신기가 원래 위치로부터 이동되거나 시스템이 다른 곳에 재설치되어야 할 경우에만 필요하다.
이미지 시스템에서 성능 한계는 높은 프레임속도로 동작할 때 판독될 수 있는 픽셀 또는 라인의 개수를 한정할 수 있다. 한가지 실행으로, 최대 640 픽셀의 30라인이 1ms로 판독될 수 있다. 따라서, 상기 방법의 첫번째 몇 단계들은 전체 640*480 이미지 프레임을 커버하도록 16회 반복될 필요가 있다. 대안으로, 몇몇 실시예들은 이미지 프레임의 단지 일부를 이용한다. 마찬가지로, 몇몇 실시예들은 더 느린 프레임 속도를 이용한다. 그러나, 밝은 조명조건에서 센서 포화 가능성은 일반적으로 노출시간을 제한하고 낮은 프레임 속도가 이용될 경우 배경 조명상태의 변화로 일반적으로 더 많은 노이즈가 도입된다.
프레임 속도는 셔터가 닫히는 주기에서 송신기 펄스가 항상 발생하지 않는 것을 보장하도록 선택되어야 한다. 예컨대, 프레임 속도가 100㎲ 노출로 정확히 1000fps이고 송신기가 정확히 1ms 경계에 펄스를 발생하면, 펄스들은 셔터가 닫히는 시간에 모두 발생될 수 있다. 수신기 프레임 속도는 조만간 펄스들이 셔터 개방주기내에 충분히 있는 것을 보장하며 점진적인 위상이동을 야기하는 약간의 차가 있도록 선택된다.
몇몇 실시예에서, 모든 픽셀들 대신 단지 매 n번째(예컨대, 4번째)를 분석하지 않음으로써 처리속도 제한이 관리되고, (예컨대, 16 인수씩) 처리노력을 줄이며 수평 및 수직 픽셀이 빼지며 체크된다. 센서 상의 수신된 이미지, 즉, 각 송신기의 이미지가 충분히 큰 면적 (예컨대, 5개 픽셀의 직경을 갖는 스팟) 위에 분포되면, 송신기는 여전히 신뢰할 수 있는 것으로 발견된다.
시스템에 전원이 들어오면, 기지의 송신기 위치 세트로 또는 좌표위치들 세트와 함께 상술한 공간 검색의 일부로서, 위상 탐지 및 고정방법이 사용되어 초기 동기를 확립한다.
이 방법의 주요 단계들은 다음과 같다:
시스템은 높은 프레임 속도로 이미지(예상된 위치에서 적어도 일부 이미지)를 캡쳐한다.
시스템은 예상된 펄스 패턴들이 후보 중심위치들에 나타나게 대기한다.
시스템은 위상고정루프에 대한 시작 위상으로서 예상 패턴 내에 선택된 펄스의 도착시간을 이용한다.
시스템은 PLL의 안정화를 대기한다. PLL 고정이 전혀 이루어지지 않으면, 후보위치를 테스트할 경우, 위치는 가짜인 것으로 표시되고, 그렇지 않으면 기지의 송신기 위치와 동기를 재확립할 때 수신기는 연속으로 재시도되고 성공할 때까지 오작동을 내세울 수 있다.
공간 검색과 같이, 수신기 프레임 속도에서 작은 오프세트는 조만간 펄스들이 셔터 개방주기내에 충분히 있는 것을 보장하며 점차 위상이동을 야기하는데 이용된다.
각 프레임에 대해, 기지의 위치 또는 후보 위치에 중심을 둔 작은 이미지 영역내에서 총 강도가 계산된다. 그런 후 송신기로부터 예상된 패턴에 대해 이런 강도 값의 시퀀스가 체크된다.
예상된 패턴에 대한 테스트는 다음과 같이 동작한다:
적어도 9개 프레임 강도 값들이 수집된 후, 이들은 하기의 방식으로 예상된 송신기 펄스 시퀀스의 존재에 대해 테스트될 수 있다.
강도 값 I(n)(0<n<N)이 주어지면,
프레임 0로 시작해 프레임 n에 수신된 가능한 송신기 신호에 대한 테스트.
*먼저, "오프 프레임" 기준레벨을 계산한다.
I0=(IR(n+0)+IR(n+3)+IR(n+4)+IR(n+6)+IR(n+8))/5 {"오프 프레임"의 평균}
상대 강도를 계산한다.
IR(n+m) = I(n+m) - I0(m = 0 에서 8에 대해)
각 프레임에서 송신기의 존재 유무를 판단하기 위해 기설정된 임계치와 비교한다.
발견 = {(IR(n+1)>ION) 또는 (IR(n+2)>Ion)} 및 {Sync1 또는 Sync2 펄스}
(IR(n+5)>ION) 및 {IR 펄스}
(IR(n+7)>ION) 및 {UV 펄스}
(IR(n+0)<IOFF) 및 {오프 프레임}
(IR(n+3)<IOFF) 및 {오프 프레임}
(IR(n+4)<IOFF) 및 {오프 프레임}
(IR(n+6)<IOFF) 및 {오프 프레임}
(IR(n+8)<IOFF) 및 {오프 프레임}
랜덤 위상 에러로 인해, 싱크 펄스 중 어느 하나가 완전히 잃어버릴 수 있으므로, 상기 표현에서 "또는"이다. 대안으로, 동기 펄스에 대한 테스트가 완전히 생략될 수 있고, 오프 프레임들에 대한 테스트가 또한 줄어들 수 있다. 그러나, 송신기 펄스 시퀀스의 위치가 잘못 식별되지 않는 것을 보장하기 위해 주의를 기울여야 한다.
긍정적 검출에 이어, 프레임 n에 해당하는 시간이 변수로 기록된다. 위상 펄스의 진폭은 시퀀스의 시작을 더 가까이 나타내기 위해 기록된 시간 값을 트림(trim)하는데 사용될 수 있다. 이는 위상고정루프가 다뤄야 하는 초기 위상에러를 줄이는데 도움되고 주파수 에러가 충분히 작으면 필요하지 않을 수 있다.
바람직한 실시예에서, 이미지 캡쳐 속도 1000fps는 상술한 바와 같이 송신기 타이밍과 일치한다. 100㎲의 셔터 타임이 사용된다.
이는 초기 동기를 완료한다. 기지의 송신기 주기를 이전 단계에서 기록된 타임에 간단히 더함으로써 다음 세트의 펄스들의 도착시간이 예상될 수 있다.
송신기 주기(바람직한 실행에서 300ms)가 수신기에 알려져 있으나, 각각의 마지막에 클록 주파수들에서 작은 에러가 있게 된다. 이는 불가피하게 송신된 펄스들이 수신기 셔터 개방시간과 오정렬되게 한다. 위상고정루프 시스템은 정확한 위상 또는 타이밍을 유지하는데 사용된다. PLL 개념은 잘 알려져 있어 상세히 설명하지 않는다. 바람직한 실시예에서, PLL 컨트롤 수식들이 소프트웨어에서 실행된다. 위상비교기능은 위상 펄스들의 진폭 측정을 기초로 한다. 가장 가까운 오프 프레임(0 및 3)에 측정된 강도의 평균을 뺌으로써 이들 진폭이 계산된다. 하기의 식에 따라 위상 에러가 계산된다:
Figure 112018051463754-pat00001
여기서, T는 위상펄스의 폭이다.
위상펄스 진폭이 기설정된 임계치 미만에 있는 경우, 위상에러는 0 값으로 할당된다. 이런 식의 노이즈 데이터가 PLL에 허용되고, 실제로 시스템은 최소 몇분 동안 적절한 동기를 유지할 수 있다. 따라서, 높은 연기레벨은 경보 신호가 날 수 있기 전에 동기 장애를 일으키지 않는다. 방해물의 경우, 이 특징은 차단이 제거될 때 신속히 시스템을 복구하게 한다.
PLL 컨트롤 수식은 비례 및 적분항을 포함한다. 다른 항을 이용하는 것이 필요하지 않았다. 바람직한 실시예에서, 각각 0.3 및 0.01의 비례 이득 및 적분기 이득이 허용가능한 결과를 발생하는 것으로 밝혀졌다. 다른 변형으로, 이득은 초기에 더 큰 값으로 설정될 수 있고, 위상 에러가 기설정된 임계치 아래에 있은 후에 줄어들며, 이에 따라 소정의 루프 대역폭에 대한 전체 고정시간을 줄인다.
후보 송신기 위치를 검증하기 위한 목적과 또한 정상 연기검출 동작을 시작하게 하기 위해 모두 위상고정을 나타내기 위해 ±10㎲ 미만의 위상 에러가 사용될 수 있다.
도 93은 방(9304)내에 영역(9302)를 모니터하도록 형성된 환경모니터링 시스템(9300)을 도시한 것이다. 환경모니터링 시스템은 수신기(9308)를 포함하는 빔검출 서브시스템(9306)과 4개 송신기(9310,9312,9314,9316)를 포함한다. 빔검출 서브시스템은 상술한 시스템들 중 어느 하나의 실시예에 따라 동작한다.
환경모니터링 시스템(9300)은 추가로 4개의 추가 환경 모니터들(9318,9320,9322,9324)를 포함한다. 각각의 추가 환경 모니터들(9318 내지 9324)은 동일한 타입일 수 있으나 대안으로 각각은 다른 타입일 수 있다. 즉, 다른 환경조건 또는 다른 장치에 의한 동일한 조건을 감지할 수 있다. 환경 모니터들은 예컨대, 이산화탄소, 일산화탄소, 온도, 화염, 기타 가스 센서 등을 포함할 수 있다. 각각의 추가 환경 모니터들(9318 내지 9324)은 통신채널에 의해 빔검출 서브시스템의 인접한 송신기에 연결된다. 예컨대, 추가 환경 모니터(9318)는 와이어(9326)를 통해 빔검출 서브시스템(9306)의 대응하는 송신기(9310)에 연결된다. 마찬가지로, 환경 모니터(9320)는 송신기(9312)와 데이터 통신되고, 환경 모니터(9322)는 송신기(9314)와 데이터 통신되며, 환경 모니터(9324)는 송신기(9316)와 데이터 통신된다. 각각의 환경 모니터와 각각의 송신기 간의 데이터 통신 채널은 하드 와이어 연결일 수 있거나 무선 연결, 예컨대, 라디오, 광학 등의 통신 링크를 통할 수 있다. 대부분의 실시예에서, 통신링크는 단지 일방향인 것이 필요하나, 몇몇 실시예에서는 양방향일 수 있다. 일방향의 경우, 통신채널은 환경 모니터가 환경 모니터에 의해 검출된 경보 및/또는 오작동 상태 또는 다른 출력, 가령, 빔검출 서브시스템(9606)의 송신기로의 미가공 또는 가공 센서 출력을 통신할 수 있도록 형성된다.
인식되는 바와 같이, 환경센서들은 원격 위치되고 긴 와이어 또는 통신링크 의해 연결되기 보다는 송신기내에 수용될 수 있다.
빔검출 서브시스템(9606)의 송신기는 환경 모니터로부터 신호를 수신하고 추가 인코딩을 하거나 하지 않고 광통신 채널을 통해 수신기(9308)로 다시 이들을 재전송하도록 형성된다. 광통신 채널은 입자검출빔 또는 송신기에 의해 수신기(9308)로 전송된 2차 빔을 변조함으로써 실행될 수 있다. 통신채널은 송신기에 의해 발생된 입자검출빔의 펄스들 간에 번갈아 또는 간헐적으로 전송될 수 있다. 대안으로, 이는 연속적으로, 가능하게는 입자검출빔과 동시에, 조사(照射)될 수 있다. 이 경우, 입자검출빔 또는 빔들을 위해 사용된 파장은 광통신채널이 실행되는 파장과 다를 수 있다.
이런 시스템을 이용한 환경 모니터의 네트워크는 모니터되는 영역(9302) 주위에 배치될 수 있고, 이들 모니터에 의해 감지된 환경 상태들이 빔검출 서브시스템의 수신기로 다시 보내질 수 있다. 수신기(9308)는 환경 모니터 네트워크와 화재경보 시스템 간에 복잡한 전용 와이어링 시스템 필요없이 화재경보 컨트롤 패널, 예컨대, 화재경보루프 또는 사유 네트워크(proprietary network) 또는 기타 통보 시스템을 통해 데이터 통신된다. 바람직한 실시예에서, 복수의 광학 통신채널들은 빔검출 서브시스템의 수신기가 각 광통신 채널을 서로 구별할 수 있도록 다르게 인코딩될 수 있다. 예컨대, 각 광통신 채널은 다르게 변조될 수 있거나 다른 시간주기에서 동작하도록 스케쥴될 수 있다. 따라서, 다른 광통신 채널들에 대해 유효하게 시분할 멀티플렉싱 배열이 실행될 수 있다. 각 통신채널에 대한 다른 파장을 이용하는 것도 또한 가능하다.
시스템은 또한 수신기(9308)가 예컨대 수신된 신호를 기초로 다른 송신기들로부터의 광학 채널을 분석할 수 있기 때문에 환경상태가 결정되도록 검출되거나, 또는 수신기의 센서가 멀티센서 소자 타입인 경우 신호가 센서에 도달하는 위치를 가능하게 한다. 어드레싱 정보 또는 채널 정보가 화재경보 컨트롤 패널에 보내질 수 있고 경보 위치가 조작자 또는 소방청에 전해질 수 있다.
도 93의 예에서, 각각의 송신기와 환경 모니터들은 바람직하게는 배터리 구동되어 와이어링 필요성을 없앤다.
도 94는 본 발명의 태양의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 환경 모니터링 시스템(9400)은 빔검출 서브시스템(9402) 및 환경 모니터링 서브시스템(9404)을 포함한다. 빔검출 서브시스템은 수신기(9406)와 송신기(9408)를 포함한다. 송신기는 수신기(9406)에 의해 수신되는 하나 이상의 광빔들(9410)을 방출하도록 형성된다. 수신기(9406)는 라인(9409,9409B)로 표시된 에지를 갖는 넓은 뷰필드를 갖는다. 수신기(9406)의 뷰필드내에, 2개의 환경 모니터(9412,9414)가 위치되어 있다. 환경 모니터(9412 및 9414)는 상술한 타입 중 임의의 하나일 수 있고, 추가로 각각의 광이미터(9416,9418)를 포함한다. 광이미터(9416,9418)는 저전력 LED 등일 수 있고, 수신기(9406)에 의해 수신된 광신호를 발생하는데 사용된다. 각각의 LEDs(9416,9418)는 대응하는 환경 모니터(9412 및 9414)의 출력을 다시 수신기(9406)로 보내도록 개별적으로 변조될 수 있다. 상기 실시예에 기술된 바와 같이, 광통신 채널은 서로 및 송신기(9408)에 의해 방출된 입자검출빔 또는 빔들(9410)과 시간다중화 또는 파장다중화될 수 있다. 이 실시예는 환경 모니터(9412 및 9414) 및 입자 검출 서브시스템 송신기(9408) 간에 임의의 와이어링 또는 통신채널이 필요없는 도 93의 실시예보다 추가적 이점을 갖는다. 따라서, 설치 비용이 최소화된다.
도 95는 입자검출 시스템의 구성요소를 도시한 것이다. 구성요소(9500)는 입자들에 대한 피감시 공간을 가로지르는 하나 이상의 광빔을 방출하는데 이용되는 광원이다. 광원(9500)은 광이미터(9502)에 전력을 전달하는 회로(9504)에 연결된 하나 이상의 광이미터(9502)를 포함한다. 광이미터(9502)의 동작은 광이미터가 기설정된 형태로 조사되도록, 에컨대, 특정 시퀀스로 플래시되도록 하는 마이크로컨트롤러(9506)에 의해 컨트롤된다. 광원(9500)은 배터리(9508)에 의해 전력구동된다. 배터리의 출력은 모니터링 구성요소(9510)에 의해 모니터되고, 구성요소가 동작되는 환경상태는 환경 모니터(9512)에 의해 모니터된다. 환경 모니터(9512)는 써모커플과 같은 온도감지장치일 수 있다. 컨트롤러(9506)는 배터리 모니터(9510)의 출력과 환경센서(9512)의 출력을 수신하고 예상된 배터리 수명을 결정한다.
보다 구체적으로, 컨트롤러는 배터리에 직접 접해 있는 상황들의 온도 및 배터리(9508)의 측정된 출력전압을 나타내는 신호를 수신한다. 배터리 출력 전압은 측정된 온도에 해당하는 임계전압과 비교되고 배터리(9508)의 방전상태가 결정된다.
다른 실시예로, 배터리 모니터(9510)가 배터리로부터 인출된 총 전류를 측정하도록 형성된다. 예컨대, 모니터(9510)는 전류계일 수 있고 배터리로부터 인출된 전류레벨을 결정할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러는 시간에 걸쳐 측정된 전류를 합하도록 형성되고 나머지 이용가능한 전하가 결정된다. 이용가능한 나머지 전하가 기설정된 임계치 아래에 있는 것으로 계산되면, 배터리의 방전상태가 임박했다는 표시가 발생될 수 있다.
다른 대안적인 실시예로, 사용된 총 전류의 특정이 이루어질 수 있다. 예컨대, 바람직한 실시예에서, 배터리로부터 인출된 대부분의 전하는 광이미터(9502)를 플래시하는데 사용된 펄스들로 인출된다. 회로(9504)가 바람직한 일정한 전류로 동작하면, 일정 전류를 곱한 LED의 동작 기간이 시간에 걸쳐 시스템에 의해 사용된 총 전하의 상대적으로 정확한 측정을 제공한다. 미가공 대안에서, 장비에 필요한 것으로 알려진 일반적인 평균 전류소비가 사전계산될 수 있고 구성요소의 동작시간 길이는 시간에 걸쳐 배터리로부터 인출된 총 전류를 결정하는데 사용될 수 있다.
상기 실시예, 즉, 환경상태에서 가장 이점적으로 배터리의 직접 접해 있는 상황들의 온도가 시간에 걸쳐 모니터될 수 있고 이 온도 데이터는 컨트롤러에 의해 사용되어 배터리(9808)에 이용가능한 나머지 전하의 보다 더 정확한 평가를 하도록 할 수 있다. 인식되는 바와 같이, 컨트롤러는 지배적인 상황 하에서 이용가능한 나머지 배터리 수명의 평가를 계산하도록 형성될 수 있다. 나머지 시간은 경고 임계치와 비교될 수 있고 임계치를 초과하면 방전상태에 접근했다는 표시가 발생될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 배터리의 방전상태에 접근했다는 표시가 발생되는 기설정된 시간 임계치는 유지보수 직원이 스케쥴 유지 이벤트 동안 배터리의 방전이 임박했다는 표시를 수신하게 하도록 선택될 수 있다. 배터리의 방전이 임박했다는 표시가 충분히 초기 단계, 즉, 배터리를 교체하는 것이 필요한 또 다른 스케쥴 유지 이벤트 이전의 스케쥴 유지 이벤트에 앞서 주어질 수 있으면, 어떠한 여분의 미리 계획되지 않은 유지 이벤트가 필요치 않게 된다. 더욱이, 유지보수 직원은 필요한 장비, 예컨대, 배터리를 교체하는 것이 필요한 유지 이벤트에 앞서 특별한 도구와 베터리가 완비되는 것을 보장할 수 있다. 예컨대, 구성요소는 공칭 배터리 수명이 5년이고 연례 유지 검사가 예정된 경우, 공칭 만료수명 전에 즉 13 또는 14개월에 배터리 오작동이 임박했다는 표시가 발생될 수 있다. 이런 식으로, 시스템의 시운전 후 약 4년간 발생한 검사에서, 유지보수 직원은 배터리가 다음 유지기간에(일년의 시간 후에) 교체될 필요가 있음을 탐지하고 내년 방문시 교체 베터리를 가져가게 계획할 수 있다. 시스템의 오작동을 방지하기 위해 공칭 배터리 수명은 충분히 안전한 여유로 설정되는 것을 알아야 한다. 13 또는 14개월의 시간은 2회의 유지 기간동안 즉, 한번은 유지보수 직원이 배터리 방전상태를 알고, 다음번에 교체되게 스케쥴 여유를 허용하도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 형태로, 피감시 구성요소가 입자검출기의 광원일 경우, 광원 컨트롤러는 배터리 상태를 수신기로 신호보내도록 형성될 수 있다. 이는 기설정된 형태로 하나 이상의 전송된 광펄스들의 진폭, 기간 및/또는 타이밍을 변조함으로써 행해질 수 있다. 데이터 전송에 사용된 광펄스는 입자검출시 사용된 광펄스 또는 광원으로부터 수신기로 데이터 통신을 위해 광원에 의해 발생된 광펄스의 시퀀스에 추가된 추가 광펄스 중 하나일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이런 방식은 유닛들 간의 와이어링 필요성을 방지한다. 대안으로, 광원에는 원격 위치된 사람에게 배터리 상태를 표시하도록 플래시될 수 있는 저전력 LED가 설비될 수 있다.
특히 최신 실시예에서, 광원의 컨트롤러는 예컨대 배터리 방전이 예상될 때까지의 시간을 나타내며 특별한 코드로 광빔을 변조함으로써 배터리 출력 신호를 발생하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 출력신호는 배터리가 다 된 것으로 예상될 때까지 수개월을 나타낼 수 있다. 이는 유지보수 직원이 더 정확히 다음 스케쥴 유지 기간을 계획하게 하고 또한 배터리가 다음 스케쥴 방문 전에 교체될 필요가 있는지 판단하게 한다. 더욱이, 정확한 '완전방전까지의 시간'이 알려지면, 광원은 저전력 모드, 예컨대, 배터리 수명을 연장하게 듀티 싸이클이 정상에서 줄어들게 될 수 있다. 수신기는 이런 낮은 듀티 싸이클 모드를 검출하고 낮은 듀티 싸이클 변조 패턴이 관찰되면 오작동을 나타내도록 프로그램될 수 있다.
도 96은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템을 도시한 것이다. 이 시스템(9600)에서, 한 쌍의 송신기(9604 및 9608)와 관련된 제 1 수신기(9602)가 제공된다. 제 1 송신기(9604)는 제 1 광빔(9606)을 전송하고 제 2 송신기(9606)는 대응하는 광빔(9610)을 전송한다. 양 광빔들은 수신기(9602)에 수신되고 본 명세서에 기술된 발명의 실시예에 따라 입자검출 판단이 이루어질 수 있다. 시스템(9600)은 추가로 수신기(9612) 및 광빔(9616)을 전송하는 관련된 송신기(9614)를 포함한다. 빔(9616)은 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같이 입자의 존재를 판단하도록 형성될 수 이는 수신기(9612)에 의해 수신된다. 빔검출기 배열은 2곳에 일치하는(또는 실제로 일치하는) 빔들을 갖는 3개의 빔검출기를 유효하게 제공한다. 수신기(9602 및 9612) 모두는 오작동 상태 및/또는 입자검출 상태가 있는지 판단하기 위해 오작동 및/또는 경보로직을 적용하도록 형성된 컨트롤러(9618)에 연결되어 있다. 인식되는 바와 같이, 교차빔(9606과 9616 및 9610과 9616)은 수신기(9602 및 9612)로부터의 출력을 상관시킴으로써 빔의 교차 지점들에서 입자들이 검출되었는지 여부를 시스템(9600)이 판단하게 할 수 있다. 이런 배열은 또한 상대적으로 앞서 처리가 실행되게 할 수 있고 개개의 빔의 검출기들 각각의 입자검출 알고리즘이 하나의 자립형(stand alone) 빔검출기만 사용된 알고리즘과 다르게 할 수 있다. 예컨대, 경보가 발생하기 전에 빔들 중 적어도 2개가 기설정된 임계치보다 큰 입자를 검출해야 하는 간단한 더블 녹 시스템(double knock system)이 실행될 수 있다. 바람직한 형태로, 이런 시스템은 2개의 다른 빔들에서 오경보 상태가 발생할 것 같지 않기 때문에 전체 오경보율을 줄일 수 있다. 그러나, 이는 또한 낮은 경보 임계치가 사용되게 하므로, 시스템의 오경보율에 실질적으로 영향을 주지 않고도 입자의 빠른 검출을 가능하게 한다. 이런 시스템에서, 전체 시스템의 오경보 확률은 빔의 개개의 오경보 확률의 곱과 같다. 인식되는 바와 같이, 상기 시스템의 이점들 모두는 감도 및 오경보율 향상 간에 타협되는 경보 임계치를 설정함으로써 어느 정도 달성될 수 있다. 더욱이, 다양한 빔검출기의 입자검출 출력의 시간적 특징들은 입자검출 성능을 향상시키거나 오경보 발생을 줄이는데 사용될 수 있다. 이에 대해, 오경보를 증가시키지 않고도 조기 검출 확률을 향상시키기 위해 각각의 빔에서 의심되는 연기 이벤트의 발생들 간에 시간 거리가 이용될 수 있다. 예컨대, 입자의 존재 또는 오경보에 의해 경보상태가 야기되는지 여부를 결정하기 위해 실질적으로 일치하는 한 쌍의 빔들 각각이 경보를 보내는 시간이 사용될 수 있다. 이들이 실질적으로 시간상 일치하면, 입자검출 이벤트는 진짜일 가능성이 있다. 다른 한편, 입자검출 이벤트가 각각의 빔에서 실질적으로 다른 시간에서 발생하면, 이는 오경보가 있음을 나타낼 가능성이 있다. 최신 시스템에서, 대응하는 입자검출 이벤트를 식별하기 위해 각각의 빔검출기로부터 시간가변 입자 검출 프로파일을 비교할 수 있다. 예컨대, 이는 시스템내 실질적으로 복수의 일치하는 빔검출기들의 출력을 교차상관함으로써 행해질 수 있다. 출력 쌍들 간에 높은 교차상관이 판단된 경우, 이는 각 빔검출기의 출력이 유사한 상황, 예컨대, 동일한 입자 검출 이벤트 또는 동일한 오경보 이벤트를 모두 경험하고 있음을 나타낼 수 있다. 이벤트 타입에 대한 판단은 입자 또는 외부물체의 존재에 의해 이벤트가 발생되었는지 여부를 판단하기 위해 프로파일들, 예컨대, 흐릿한 기간; 흐릿한 레벨; 관찰 개시의 변화율 등을 분석함으로써 행해질 수 있다.
본 명세서에 개시되고 정의된 본 발명은 텍스트 또는 도면으로부터 언급되거나 명백한 2 이상의 개개의 특징들의 다른 모든 조합들에까지 확대되는 것을 알 것이다. 이들 다른 모든 조합들은 본 발명의 다양한 다른 태양들을 구성한다.

Claims (15)

  1. 모니터링되는 공간을 조명하도록 형성된 적어도 하나의 광원과,
    뷰필드를 갖고 광이 모니터링되는 공간을 지난 후 적어도 하나의 광원으로부터 발산된 광을 수신하도록 적어도 하나의 광원에 대해 배열된 수신기와,
    수신기와 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 광원은 복수의 펄스들을 포함하는 펄스 트레인(pulse train)을 포함하는 조명 패턴으로 광을 발산하고, 상기 펄스 트레인은 제 1 주기로 반복되고,
    수신기는 수신기의 뷰필드 내에 있는 영역들에서 수신된 광의 강도를 나타내는 신호를 발생하도록 형성되고, 상기 수신기는 노출시간 및 수신한 프레임 속도에 따라 광을 수신하도록 구성되고,
    상기 프로세서는 수신기에 의해 발생된 신호를 처리하고, 적어도 하나의 광원으로부터 수신된 광의 강도의 감소에 기반하여 입자를 검출하기 위하여 상기 신호를 사용하도록 형성되고, 펄스 트레인을 포함하는 펄스들은 수신한 프레임 속도에 관련된 펄스 트레인 내에서의 시간적 위치를 갖는 입자검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인에서 적어도 하나의 펄스는 노출시간의 절반의 지속시간을 갖는 입자검출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인의 반복주기는 시간적으로 인접한 프레임들 간의 주기보다 더 긴 입자검출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    프레임 속도는 100fps-1500fps, 900fps-1100fps, 500fps-1200fps 범위 중 어느 하나에 있는 입자검출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    프레임 속도는 1000fps인 입자검출 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    펄스의 지속시간은 1㎲ 내지 100㎲ 사이인 입자검출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    펄스의 지속시간은 50㎲인 입자검출 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    노출시간은 2 내지 200㎲인 입자검출 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    노출시간은 100㎲인 입자검출 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인은 적어도 하나의 동기 펄스를 포함하는 입자검출 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인은 제 1 파장에서 적어도 하나의 펄스를 포함하는 입자검출 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인은 제 2 파장에서 적어도 하나의 펄스를 포함하는 입자검출 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    펄스 트레인은 적어도 하나의 데이터 펄스를 포함하는 입자검출 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    프레임 속도와 각 펄스들 간의 시간적 간격은 적어도 제 1 시간주기에서 펄스들 간의 위상차의 변화가 있도록 선택되는 입자검출 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    프레임 속도와 각 펄스들 간의 시간적 간격은 펄스 트레인에서 각각의 펄스들이 각각의 노출에 있도록 선택되는 입자검출 시스템.
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