KR20210087909A

KR20210087909A - 소형의 광학적 연기 검출기 시스템 및 장치

Info

Publication number: KR20210087909A
Application number: KR1020210087031A
Authority: KR
Inventors: 쉬레닉 델리와라
Original assignee: 아나로그 디바이시즈 인코포레이티드
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-07-13
Also published as: CN212112699U; TWI695350B; TW201931319A; CN209591030U; KR102639000B1; KR102638998B1; KR20190072439A; KR102638997B1; KR20210087910A

Abstract

광학적으로 연기를 검출하고 이를 구현하기 위한 디바이스. 작고, 오래 지속되는 연기 검출기에서 연기의 존재를 검출하기 위한 장치 및 방법들이 개시된다. 구체적으로, 본 개시는 연기에 대한 빠른 반응의 다른 주변 요구들 모두를 만족시키고 주변 광을 방지하는 동안 하우징 구조로부터의 반사들을 매우 낮은 값으로 유지하면서 어떻게 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축하는지를 보여준다. 이것은 연기 입자들의 광 산란의 매우 작은 측정들이 분진의 부정적인 효과들에 저항적인 디바이스에서 신뢰 가능하도록 허용한다. 특히, 기하학적 광학 요소들, 예로서 캡 및 광학적 편향 요소들이 개시된다.

Description

소형의 광학적 연기 검출기 시스템 및 장치{COMPACT OPTICAL SMOKE DETECTOR SYSTEM AND APPARATUS}

관련 출원들에 대한 상호-참조

본 출원은 2017년 12월 15일에 출원된, "소형의 광학적 연기 검출기 시스템 및 장치"라는 제목의 미국 가 출원 번호 제62/599,474호, 및 2018년 11월 6일에 출원된, "소형의 광학적 연기 검출기 시스템 및 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제16/181,878호와 관련되고 그것의 우선권을 주장하며, 양쪽 모두는 본 명세서에서서 전체적으로 참조로서 통합된다.

개시의 분야

본 개시는 연기 검출에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 소형이며 강력한 검출기 내에서 연기의 광학적 식별에 관한 장치 및 기술들을 설명한다.

연기 검출기는 통상적으로 화재의 표시기로서, 연기를 감지하는 디바이스이다. 상업적 보안 디바이스들은 화재 경보 시스템의 부분으로서 화재 경보 제어 패널로 신호를 발행하는 반면, 또한 연기 경보들로서 알려진, 가정용 연기 검출기들은 일반적으로 검출기 자체로부터 국소적 가청 또는 시각적 경보를 발행한다.

연기 검출기들은 통상적으로 직경이 약 150 밀리미터(6 in) 및 두께가 25 밀리미터(1 in)인 디스크처럼 성형된, 플라스틱 엔클로저들에 하우징되지만, 형태 및 크기는 달라진다. 연기는 광학적으로(광전식) 또는 물리적 프로세스(이온화)에 의해 검출될 수 있으며, 검출기들은 어느 하나의, 또는 양쪽 방법들 모두를 사용할 수 있다. 민감한 경보들은 흡연이 금지되는 영역들에서 이를 검출하고, 그에 따라 그것을 그만두게 하기 위해 사용될 수 있다. 큰 상업용, 산업용, 및 거주용 빌딩들에서의 연기 검출기들은 보통 중앙 화재 경보 시스템에 의해 작동되며, 이것은 배터리 백업을 가진 빌딩 전력에 의해 작동된다.

가정용 연기 검출기들은 범위가 개개의 배터리-동력 유닛들로부터, 배터리 백업을 가진 여러 개의 연결된 메인-동력 유닛들에 이르며; 이들 연결된 유닛들을 갖고, 임의의 유닛이 연기를 검출하면, 가정용 전력이 꺼질지라도 모두 트리거한다. 광학적 연기 검출기들은 크기가 더 큰 경향이 있다. 결과적으로, 가정용 연기 검출기들의 90%는 이온화 기술을 사용한다.

이온화 연기 경보들은 일반적으로 화염 화재들에 더 반응적이지만, 광전식 연기 경보들은 일반적으로 장기간의 훈소("훈소 화재들"로 불리우는)로 시작되는 화재들에 더 반응적이다. 각각의 유형의 연기 경보에 대해, 그것이 제공하는 이점은 몇몇 화재 상황들에서 생명 안전에 매우 중요할 수 있다. 가정의 치명적인 화재들은, 낮이나 밤이나, 다수의 훈소 화재들 및 다수의 화염 화재들을 포함한다. 그것은 가정에서 가질 수 있는 화재의 유형 또는 그것이 발생할 때를 예측할 수 없다. 수용 가능할, 임의의 연기 경보 기술은, 낮이든 밤이든 항상 및 잠들어 있는지 또는 깨어 있는지에 관계없이 화재의 조기 경보를 제공하기 위해 화재들의 양쪽 유형들 모두에 대해 수용 가능하게 수행해야 한다.

이온화 연기 검출기는 공기를 이온화하기 위해, 방사성 동위원소, 통상적으로 아메리슘-241을 사용하며; 연기로 인한 차이가 검출되고 경보가 발생된다. 연기 검출기는 두 개의 이온화 챔버들, 즉 공기에 개방된 것, 및 입자들의 진입을 허용하지 않는 기준 챔버를 가진다. 방사성 소스는 양쪽 챔버들로 알파 입자들을 방출하며, 이것은 몇몇 공기 분자들을 이온화한다.

챔버들에서 전극들의 쌍들 사이에 전위 차(전압)가 있다; 이온들 상에서의 전기 전하는 전류가 흐르도록 허용한다. 양쪽 챔버들에서의 전류들은 그것들이 기압, 온도, 및 소스의 노화에 의해 동일하게 영향을 받으므로 동일해야 한다. 임의의 연기 입자들이 개방 챔버에 들어가면, 이온들 중 일부는 입자들에 부착될 것이며 상기 챔버에서 전류를 운반하기 위해 이용 가능하지 않을 것이다. 전자 회로는 전류 차가 개방 및 밀봉 부재들 사이에서 생겼음을 검출하며, 경보를 울린다.

광전식, 또는 광학적 연기 검출기는 적외선, 가시, 또는 자외선 광(통상적으로, 백열등 또는 발광 다이오드), 렌즈, 및 광전식 수신기(통상적으로 포토다이오드)의 소스를 포함한다. 스팟-형 검출기들에서, 이들 구성요소들 모두는 근처의 화재로부터의 연기를 포함할 수 있는 공기가 흐르는 챔버 안에 배열된다. 안마당 및 강당과 같은 큰 개방 면적들에서, 광학 빔 또는 투사된-빔 연기 검출기들은 유닛 내에서 챔버 대신에 사용된다: 벽-장착 유닛은 별개의 디바이스에 의해 수신되고 프로세싱되거나, 또는 반사기에 의해 수신기로 다시 반사되는 적외선 또는 자외선 광의 빔을 방출한다.

몇몇 유형들, 특히 광 빔 유형들에서, 광원에 의해 방출된 광은 테스트되는 공기를 통과하며 광센서에 도달한다. 수신된 광 세기는 연기, 부유 분진, 또는 다른 물질들로 인한 흡수에 의해 감소될 것이고; 회로는 광 세기를 검출하며 잠재적으로 연기로 인해, 그것이 특정 임계치 미만이면 경보를 발생시킨다. 다른 유형들, 통상적으로 챔버 유형들에서, 광은 센서로 향하지 않으며, 이것은 입자들의 부재 시 조명되지 않는다. 챔버에서의 공기가 입자들(연기 또는 분진)을 포함한다면, 광은 산란되며 그 중 일부는 센서에 도달하여, 경보를 트리거한다.

서술된 바와 같이, 이온화 검출기들은 광학 검출기들보다 화재들의 화염 단계에 더 민감한 반면, 광학 검출기들은 조기 훈소 단계에서 화재들에 더 민감하다. 화재 안전 전문가들 및 미국 화재 보호국은, 열 및 연기 모두를 검출하거나, 또는 이온화 및 광전식 프로세스들 양쪽 모두를 사용하는 경보들인, 조합 경보들로 불리우는 것을 설치하는 것을 권장한다. 단일 디바이스에서 양쪽 기술들 모두를 포함하는 조합 경보들이 이용 가능하며, 몇몇은 심지어 일산화탄소 검출 능력을 포함한다.

불운하게도, 광학적 연기 검출기들의 크기 및/또는 풋프린트는 대다수의 가정용 사용, 뿐만 아니라 많은 비율의 비즈니스 사용에 대해 허용 가능하지 않게 한다. 본 개시의 발명자는 이들 단점들을 확인하고, 보다 소형의, 강력한 광학적 연기 검출기 시스템에 대한 요구를 인식하여 왔다. 즉, 긴 수명 동안 충분히 강력하면서 유비쿼터스 사용을 위해 충분히 작은 광학적 연기 검출기는 민감한 상태를 유지한다.

이러한 개요는 본 특허 출원이 주제의 개요를 제공하도록 의도된다. 그것은 본 발명의 배타적이거나 또는 철저한 설명을 제공하도록 의도되지 않는다. 종래의 및 전통적인 접근법들의 추가 제한들 및 단점들은, 도면들을 참조하여 본 출원의 나머지에서 제시된 바와 같이 본 발명의 몇몇 양상들과 이러한 시스템들의 비교를 통해, 이 기술분야의 숙련자에게 명백해질 것이다.

연기를 광학적으로 검출하며 이를 구현하기 위한 디바이스. 작고, 오래 지속되는 연기 검출기에서 연기의 존재를 검출하기 위한 장치 및 방법들이 개시된다. 구체적으로, 본 개시는 연기에 대한 빠른 반응의 다른 주변 요구들 모두를 만족시키고 주변 광을 방지하면서 하우징 구조로부터의 반사들을 매우 낮은 값으로 유지하는 동안 어떻게 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축할지를 도시한다. 이것은 연기 입자들의 광 산란의 매우 작은 측정들이 분진의 부정적 효과들에 저항적인 디바이스에서 신뢰 가능하도록 허용한다. 특히, 기하학적 광학 요소들, 예로서 캡 및 광학적 편향 요소들이 개시된다.

일 양상에 따르면, 본 개시는 여기에서 설명된 광학 분석 기술들을 사용하여 연기를 식별하기 위한 장치이다. 구체적으로, 상기 장치는 광학적 연기 검출기에 배치되며 식별이 그 안에서 실행된다.

상기 디바이스의 또 다른 양상에 따르면, 광은 상기 연기 입자들에 의해 산란되는 공기를 통해 투과된다.

또 다른 양상에 따르면, 상기 산란된 광은 하나 이상의 검출기들에 입사되며, 그 각각은 투과된 상기 광으로부터 광원에 대해 다양한 거리에 배치된다.

또 다른 양상에 따르면, 검출된 광의 비(들)는 연기의 존재를 결정하기 위해 사용된다.

또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 실행될 때 광 정보를 수신하며 연기 결정을 하는 단계들을 수행하는 로직을 이용한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 제 1 광원에 실질적으로 직교하여 배치된 캡을 추가로 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 캡은 적어도 부분적으로, 실질적으로 원뿔 섹션처럼 성형된다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 포물선이다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 타원이다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 제 1 발광 다이오드가 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 갖는 것을 추가로 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 실질적으로 상기 캡의 외부 반경 주위에서의 원에 배치된 광학적 편향 요소들의 어레이를 추가로 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 캡 및 광학적 편향 요소들의 어레이 중 적어도 하나 상에 배치된 반사-방지 코팅을 추가로 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 코팅은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치는 상기 캡이 기계적으로 결합되는 기판을 추가로 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 광학적 편향 요소들의 어레이는 실질적으로 날개-형이다.

또 다른 양상에 따르면, 본 개시는 하나 이상의 광검출기들과 전기 통신하는 아날로그 전단부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 하나 이상의 광원이 사용되며, 각각은 상이한 주파수들에 중심을 둔 파장들을 가진다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 각각의 파장은 연기의 존재의 결정에 기여한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 복수의 손실 부재들이 검출기 챔버의 중심을 둘러싼다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 복수의 손실 부재들은 실질적으로 컬럼들이도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 복수의 손실 부재들은 실질적으로 냉각 휜(fin)들을 닮은 날개-형 피처들이도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 복수의 손실 부재들은 실질적으로 가정 분진의 것에 가까운 굴절률을 갖도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 복수의 손실 부재들은 또한 손실되는 복소 임피던스의 허수 부분을 갖는다. 이것은 반사들(임피던스 정합)을 완화시킬 뿐만 아니라 거짓 연기 검출기에 양성들을 제공할 수 있는 주변 광으로부터의 전력(손실 매체)을 흡수하도록 작용한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 소형 연기 검출기는 단일 아날로그 전단부(AFE)에 의해 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 소형 연기 검출기 및 단일 아날로그 전단부(AFE)는 기판상에서 복수의 다이들로부터 제작될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 소형 연기 검출기는 하나 이상의 광학 필터들을 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 소형 연기 검출기는 하나 이상의 광학 필터들을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 광학 필터는 흡수형 필터 및/또는 간섭 또는 다이크로익 필터들을 포함할 수 있다.

도면들은 대표적인 연기 검출기 회로들 및 구성들을 보여준다. 이들 회로들의 변화들, 예를 들면, 회로들의 위치들을 변경하고, 특정한 요소들을 부가하거나, 또는 그로부터 이를 제거하는 것은 본 발명의 범위를 넘지 않는다. 예시된 연기 검출기들, 구성들, 및 보완적 디바이스들은 상세한 설명에서 발견된 지지에 상호 보완적이도록 의도된다.

본 발명의 특징 및 이점들의 보다 완전한 이해를 위해, 참조가 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명에 대하여 및 수반되는 도면들과 관련되어 이루어진다:
도 1은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다;
도 2는 여기에서 제공된 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른, 동작을 보여주는 대표적인 광학적 연기 검출기의 하향식 뷰를 묘사한다;
도 3은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소들의 하향식 뷰를 묘사한다;
도 4a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 동작 중인 광학적 연기 검출 디바이스들에서 최신 기술에 관한 단점들을 보여준다;
도 4b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기에 의해 구성된 요소들 및 동작 중인 광학적 연기 검출 디바이스들에서 최신 기술에 관한 앞서 언급된 단점들의 극복을 보여준다;
도 5는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스에 의해 구성된 광학 검출 다이의 하향식 관점을 묘사한다;
도 6은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스에 의해 구성된 광학 검출 다이의 측면도를 묘사한다;
도 7은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 동작 중인 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스의 등각도를 그래픽으로 예시한다;
도 8은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소들의 하향식 뷰를 묘사한다.
도 9a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 도시한다;
도 9b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 하향식 뷰를 묘사한다;
도 9c는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다;
도 10a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다;
도 10b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 하향식 뷰를 묘사한다;
도 10c는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다; 및,
도 11은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다.

본 개시는 연기 검출에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 보 개시는 소형이며 강력한 검출기 내에서 연기의 광학적 식별에 관한 장치 및 기술들을 설명한다.

다음의 설명 및 도면들은 본 개시의 특정한 예시적인 구현들을 상세하게 제시하며, 이것은 본 개시의 다양한 원리들이 실행될 수 있는 여러 대표적인 방식들을 나타낸다. 그러나, 예시적인 예들은 본 개시의 많은 가능한 실시예들에 대해 철저하지 않다. 본 개시의 다른 목적들, 이점들 및 신규 특징들은 적용 가능한 경우 도면들을 고려하여 진행 시 제시된다.

화재들은 다양한 방식들로 발생할 수 있다. 화재들의 두 개의 가장 일반적인 형태들은 저속 훈소 화재들 및 고속 화염 화재들이다. 훈소 화재는 느리고, 저온이며, 불꽃이 없는 형태의 연소이다. 이들 화재들은 느리게 전개하며 광학적 연기 검출기에 의해 쉽게 검출되는 많은 연기를 발생시킨다. 훈소 화재들은 통상적으로 담배들 또는 전기 단락과 같은 약한 열 소스들에 의해 겉천이 씌워진 가구상에서 개시된다.

고속 화염 화재들은 빠르게 전개되며, 통상적으로 검은색 연기 및 유독 가스들을 발생시키고 탈출을 위한 적은 시간을 준다. 훈소 동안 방출된 특성 온도 및 열(통상적으로 600℃)은 고속 화염 화재에서의 것들(통상적으로 1500℃)에 비교하여 낮다. 고속 화염 화재들은 통상적으로 훈소 화재들보다 약 10배 더 빠르게 전파된다. 그러나, 훈소 화재들은 일산화탄소와 같은 높은 레벨의 유독 가스들을 방출한다. 이들 가스들은 매우 가연성이며 나중에 기체 상에서 점화될 수 있어서, 화염 연소로의 전이를 트리거한다.

연기 입자들에 의한 산란된 광의 검출을 통해 연기를 검출하기 위한 연기 검출기들이 종래에 제안되고 실행에 옮겨져 왔다. 이러한 연기 검출기는 다음과 같이 화재를 검출한다. 연기 검출기는 광자 방출기 및 광 검출기를 저장하기 위해 다크 챔버(dark chamber)를 가진다. 광자 방출기로부터 방출된 광은, 그에 따라 산란된 광을 발생시키기 위해, 다크 챔버로 흐른 연기 입자들에 의해 산란된다. 광 검출기는 산란된 광을 수신한다.

광학 형 연기 경보들은 이온화 형 연기 경보들과 비교될 때 여러 개의 체계적 및 동작적 단점들을 가진다. 최근에, 잡음 광(광자 방출기로부터 방출된 광의, 다크 챔버의 내부 벽에 의해, 반사에 의해 발생된 광)이 광 검출기에 도달하는 것을 억제하기 위한 광 트랩들을 포함한 연기 검출기들에 제안되어 왔다.

일반적으로 두 개의 유형들의 잡음 광이 있다 - 광자 방출기로부터 방출된 광의 근처의 표면들로부터의 원치 않는 반사들에 의해 야기되는 것 및 연기 챔버로 누출되는 다른 주변 광. 이들 광들 양쪽 모두는 광검출기가 광이 반사에 의해 야기되는지 또는 산란으로부터 또는 주변으로부터 왔는지를 결정하기 위한 어떤 방식도 없으므로 회피되도록 요구한다. 이러한 연기 검출기가 채택될 때, 그것은 잡음 광에 의한 거짓 트리거링을 피하도록 광학 및 전기 시스템을 설계해야 한다. 본 개시의 발명자들은 크기, 비용을 감소시키며 미학을 부가하면서 어떻게 양쪽 프론트들을 개선할지를 인식하여 왔다.

그러나, 이러한 연기 검출기에서, 광 트랩은 광자 방출기 및 광 검출기의 앞에 배치된다. 그러므로, 광자 방출기로부터 방출된 광은 광자 방출기의 광학 축 및 광 검출기의 것을 포함한 가상 평면에 평행한 방향으로 반사된다. 따라서, 잡음 광이 광 검출 영역에 쉽게 입사되므로, 거짓 경보의 발생은 매우 가능한 채로 있다.

몇몇 연기 검출기들은 광이 다크 챔버에 들어가는 것을 억제하기 위한 래버린스(labyrinth) 구조를 이용한다. 광자 방출기로부터 방출된 광이 래버린스 구조를 구성하는 벽 부재들의 에지 섹션들에 의해 반사되므로, 광 트랩에 의해 충분히 감쇠될 수 없는 양의 불규칙적인 잡음 광이 발생된다. 그러므로, 잡음 광은, 그에 따라 거짓 경보를 야기하기 위해, 광 검출 영역에 들어갈 수 있다.

또한, 이들 유형의 연기 검출기들 내에서, 복수의 광 트랩들이 배치되어야 하며, 광 트랩은 다크 챔버 내에서 래버린스 안에 배치되어야 한다. 따라서, 어느 한 경우는 광 트랩을 배치하기 위해 큰 공간을 요구하며, 그에 의해 연기 검출기의 소형화는 난관에 부딪혀 왔다. 또한, 몇몇 연기 검출기들은 광 트랩 외에 렌즈와 같은 또 다른 부재를 포함하며, 그에 의해 연기 검출기를 제조하기 위한 비용은 증가될 수 있다. 더욱이, 광 트랩 및/또는 렌즈는 연기가 다크 챔버로 흐르는 것을 억제할 수 있다.

보다 큰 풋프린트 외에, 이온화 경보들에 대해, 광학 검출 디바이스들은 그것들의 서비스의 과정 동안 확인을 겪는다. 적외선 방출기 LED 및 이온화 형 연기 경보들을 사용하는 양쪽 광학적 연기 경보들 모두는 양쪽 유형들의 화재들의 검출 시 사용되며 그것들을 통과하는 주변 공기의 플럭스에 의존한다. 몇몇 디바이스들(앞서 말한 실시예들 중 하나 이상에서처럼)에서, 팬들은 그것들을 통한 공기의 통과를 가능하게 하기 위해 이용된다. 그러나, 분진 및 입자상 물질은 모이며 그것들의 디바이스 요소들 중 일부를 오염시킬 수 있다. 이들 표면들은 이들 표면들에 떨어지는 임의의 광이 이제 연기와 유사한 방식으로 광검출기로 산란될 수 있도록 모든 방향들에서 보다 반사적이게 된다.

계속해서, 광학 검출 시스템들은 특정한 상황들에서 이온화 형 시스템들보다 선호된다. 예를 들면, 광학 시스템들은 훈소 화재들을 보다 양호하게 검출한다. 부가적으로, 이온화 경보들은, 그것들이 그것들의 센서들에서 방사성 동위원소를 포함하므로, 그것들이 제조 및 처분에 관한 규정들의 대상이 된다는 단점을 가진다. 이들 규정들은 국가에 의존하지만 제조사에 상당한 부담을 줄 수 있다.

광학적 연기 검출기들은, 거짓 양성들을 발하는, 오염으로부터 나이에 따라 저하되는 크고, 값비싼 디바이스들인 경향이 있다. 본 개시의 발명자는 보다 강력한 광학적 연기 검출기에 대한 요구를 인식하여 왔으며, 이것은 유비쿼터스 가정용 이온화 유닛의 것과 크기 순서로 있으며 분진 및 다른 입자상 오염의 위협에 비교적 덜 민감하다. 더욱이, 챔버 자체 내에서의 광학적 표면은 이를 위해 중요한 역할을 한다.

도 1은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기 경계 표면들의 측면도를 도시한다. 연기 검출기 캡(100)은 하부 경계(110), 원형 측벽(130), 상부 경계(120), 축 중심(160), 및 기하학적 표면들(140, 150)을 포함한다.

주지를 위해, 도 1은 하향식으로 보면서, 형태가 둥근 연기 검출기 캡(100)의 측면도를 묘사한다. 따라서, 엄격하게 말하면, 기하학적 표면들(140, 150)은 동일한 표면이다. 그것들은, 그러나, 광자들(165, 175)에 대하여 설명의 목적들을 위해 상이하게 라벨링된다. 이것은 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 논의될 것이다.

하나 이상의 실시예들에서, 연기 검출기 캡(100)은 연기 검출기 챔버에서의 광이 대체로 입자들, 예로서 연기 등의 밖으로, 및 다시 연기 검출기 시스템으로 산란되도록 광을 반사하고 및/또는 흡수하도록 기능한다. 이것은 또한 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 논의된다. 하부 경계(110)는 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 웨이퍼 다이를 나타낼 수 있다. 논의의 목적들을 위해, 하나 이상의 발광 디바이스들로부터의 광은 이러한 표면 방향으로부터 방출된다.

원형 측벽(130)은 주변 광이 들어가지 않거나 또는 광이 하부 경계(110)로 다시 재지향되지 않도록 챔버에 존재하는 것을 방지하는 실질적으로 원통형 경계를 포함한다. 다시, 이러한 전제는 나중에 설명될 것이다. 상부 경계(120)는 연기 검출기 캡(100)의 최상부를 나타낸다. 연기 검출기 캡이 실질적으로 방사 방향으로 변하지 않는다는 것을 고려해볼 때, 축 중심(160)은 그것의 중심을 나타내기 위해 사용된다.

동작적으로, 몇몇 실시예들에서, 광선들(광자들(165, 175))은 연기 검출기 챔버를 통해 위로 전파되는 발광 디바이스로부터 방출된다. 광선들은 연기 입자들(도시되지 않음)에 입사되며, 결과적으로 산란된다. 산란된 광선들은 하나 이상의 광검출기들을 향해 하부 경계 표면 아래로 다시 전파된다. 광검출기들은 산란된 광 외에 배경으로부터 명목상 광을 수신한다.

기하학적 표면들(150, 140)은, 하나 이상의 실시예들에서, 그로부터 떨어져 하부 경계(110)로부터 방출하는 광을 반사하도록 작용한다. 즉, 입자상 물질에 의해 산란되지 않은 광은 신호 대 잡음(SnR) 비를 최대화하기 위해 경감되어야 한다. 예를 들면, 본 실시예에서, 기하학적 표면들(150, 140)은 포물선(엄격하게 말하면, 3-d에서의 포물면) 형태를 가진다. 이와 같이, 하부 경계(110)로부터 방출된 광은 주로, 포물선 초점들에 의존하여, 실질적으로 직교 방향으로 반사될 것이다.

예를 들면, 광선/광자(165)는 기하학적 형태(150)에 입사된다. 기하학적 형태(150) 상에서 그것의 방향 및 입사각으로 인해, 광선 광자(165)는 광선/광자(170)로 표현된 하부 경계(110)로부터 떨어져 반사된다. 유사하게, 광선/광자(175)는 기하학적 형태(140)에 입사된다. 기하학적 형태(150) 상에서 그것의 방향 및 입사각으로 인해, 광선 광자(175)는 광선/광자(180)로 표현된 하부 경계(110)로부터 떨어져 반사된다.

미리 결정된 임계치들, 배경 차감 및 다른 동작 파라미터들이 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 논의될 것이며, 이것은 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 것이다

도 2는 여기에서 제공된 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른, 동작을 보여주는 대표적인 광학적 연기 검출기(200)의 하향식 뷰를 묘사한다. 광학적 연기 검출기(200)는 발광 다이오드(LED)(230), 광학 챔버(210), 검출기 커버(220), 케이스 몰딩(280), 포토다이오드/트랜듀서(250) 및 광학적 편향 휜(fin)들(290)을 포함한다.

하나 이상의 실시예들에서, LED(260)는 기성품의 녹색(495nm 내지 570nm) 발광 다이오드이다. 그러나, 임의의 적절한, 소형의 광 생성 디바이스는 - 간섭성, 백열성, 또는 심지어 열적 흑체 복사 등인지에 관계없이 - 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

케이스 몰딩(290)은 몇몇 실시예들에서 그것에 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)를 부착하기 위한 구조를 제공하는 기판이다. 통상적으로, 광학적 연기 검출기들의 목적은 동일한 것에서 나온 주변 광을 거부하면서 주변 공기/환경으로부터의 연기의 유입을 허용하는 것이다. 일반적으로 말해서, 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)는 이들 목적들을 제공하려고 시도한다.

즉, 검출기 커버(220)는 가스/연기 통로를 위한 두 개의 포트들(예로서, 유입 및 유출)을 갖지만, 광학 챔버(210)는 실질적으로 대부분의 주변 광이 들어가는 것을 방지하는 검출기 내부를 둘러싼다. 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 가진 불투명한 폴리머 및/또는 손실 재료로 만들어진다. 고 전도성(미러링된) 또는 임의의 적절한 재료, 예로서 금속, 반-금속성, 합성물은 또한 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

광검출기(250)는 광 또는 다른 전자기 에너지의 센서이다. 광검출기(250)는 광자들을 전류로 변환하는 p-n 접합들을 가진다. 흡수된 광자들은 공핍 영역에서 전자-홀 쌍들을 만들며, 이것은 수신된 광 세기를 검출하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 광검출기(250)는 포토다이오드들 또는 포토트랜지스터들이다. 그러나, 임의의 광 검출 수단들, 예로서 전자사태(avalanche), 광전 증배관 등은 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

동작 시, 광(240)은 LED(260)로부터 방출된다. 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 광(240)의 일부는 연기 입자들(270)에서 산란된다. 산란된 광(260)은 재산란되거나 또는 광검출기(250)로 향해지며 그러므로 그에 의해 검출될 수 있다. 연기 입자들(270)에 의해 산란되지 않은 광(240)은 광검출기(250)의 직접 조명을 방지하기 위해 차단 부재에 의해 차단되거나 또는 광학적 편향기 휜들(290)에 입사되며 그것에 의해 재지향된다. 광학적 편향기 휜들(290)은 통상적으로 그 목적이 광을 다른 광학적 편향기 휜들(290)로 재지향시키는 것인 검은색의, 무광 마무리를 가진다.

도 3은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스(300)를 형성하는 요소들의 하향식 뷰를 묘사한다. 하나 이상의 실시예들에서, 기판(310)은 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 논의될 아날로그 전단부(AFE), 광검출기, 및 광원을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(320)은 대량으로 광을 흡수하는 재료로부터 만들어진다. 더욱이, 요소들은 평활하며 무광 마무리 대신에 미러형 마무리를 가진다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이 > 광의 수십 개의 파장들이도록 한다. 따라서, 굴절률의 실수 부분은 비-흡수 재료와 거의 동일한 채로 있다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(320)은 폴리머 또는 유리를 포함한다. 대부분의 플라스틱들 및 유리들은 1.4 내지 1.6에 가까운 인덱스를 가진다. 이것은 프레넬 방정식들로부터 ~3%의 저항(R)을 산출할 수 있으며 평활한 표면들은 다음에서 산출된 바와 같이, 정반사성 방식으로 광을 반사한다:

여기에서,

및,

.

따라서, 입사된 광의 대부분은 광-분리 구조적 챔버 컬럼들의 재료 안에서 흡수되며 매우 작은, 반사되는 부분도 후방-산란된다.

도 4a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라, 동작 중인 광학적 연기 검출 디바이스들(400)에서 최신 기술에 관한 단점들을 보여준다. 연기 검출기들이 10년 이상 지속될 것으로 예상된다는 것을 고려해볼 때, 본 개시의 목적은 강력하고, 오래 지속되는 광학적 연기 검출기를 제공하는 것이다.

연기 검출기 전체에 걸쳐 일정한 공기 플럭스를 고려해볼 때, 이 기술분야의 숙련자는 이제 도 4a 및 도 4b에 대하여 상세하게 논의될 분진 축적을 약화시키는 속성들을 이해할 것이다. 분진 입자(420)는 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)로 흡착된다. 입사된 광선(430)은 주변의, 배경 조명으로부터 또는 연기 검출기의 내부 광원으로부터 올 수 있다. 예시의 목적을 위해, 본 묘사는 명료함을 위한 단순화를 나타낸다. 즉, 우리는 광선(430)이 전체적으로 분진 입자(420)로 투과된다고 가정한다.

입사된 광선(430)은 광선(440)이 된 분진 입자(420)로 투과된다. 광선(440)이 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)에 입사될 때, 그것의 에너지(또는 벡터 크기)는 투과 및 반사를 위해 프레넬 방정식들에 따라 분해된다. 이것은 분진 및 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410) 사이에서의 임피던스 부정합 때문이다. 결과적으로, 광선(들)(450)은 반사되며 광선(460)은 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)로 투과된다. 부가적으로, 본 개시의 발명자는 무광과 같은 거친 표면이 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410) 사에서 사용된다면 광이 또한 산란된다는 것을 주의하며, 이것은 또한 도 4a에서 묘사된다.

도 4b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기(400)에 의해 구성된 요소들 및 동작 중인 광학적 연기 검출 디바이스들에서 최신 기술에 관한 앞서 언급된 단점들의 극복을 보여준다. 분진 입자(420)는 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)에 흡착된다. 입사된 광선(430)은 주변의, 배경 조명으로부터 또는 연기 검출기의 내부 광원으로부터 올 수 있다. 다시, 예시의 목적들을 위해, 본 개시는 명료함을 위한 단순화를 나타낸다. 즉, 우리는 광선(430)이 전체적으로 분진 입자(420)로 투과된다고 가정한다.

입사된 광선(430)은 광선(440)이 되는 분진 입자(420)로 투과된다. 광선(440)이 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410) 상에 입사될 때, 그것의 에너지(또는 벡터 크기)는 보통 투과 및 반사를 위해 프레넬 방정식에 따라 분해된다. 그러나, 본 개시의 하나 이상의 실시예에서, 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)의 복소 임피던스(또는 굴절률)의 실수 부분은 공통 분진(420)에 매칭된다. 그러므로, 광선(440)은 거의 전체적으로 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)로 투과된다. 대부분의 분진 입자들은 1.35 내지 1.55 사이의 굴절률을 갖지만 대부분의 플라스틱들 및 유리는 1.45 내지 1.55 사이의 굴절률들을 가진다.

하나 이상의 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)의 복소 임피던스의 허수 부분은 재료가 매우 손실성이도록 선택되며, 따라서 관통 깊이는 약 수십의 파장들이다. 관통 깊이가 더 짧다면, 임피던스 부정합은 커지며 다시 기판은 광선(440)을 반사하기 시작한다. 흡수 깊이가 너무 크면, 두꺼운 부재들이 광을 흡수하기 위해 요구되며 따라서 챔버의 전체 크기를 증가시킨다. 이것은 도 4b에서 쇠퇴하는 광 파(470)에서 예로 들어진다. 부가적으로, 본 개시의 발명자는 바람직한 실시예에서 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(410)의 표면에 평활한, 정반사성 마무리를 제공한다.

도 5는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스(500)에 의해 구성된 광학 검출 다이의 하향식 관점을 묘사한다. 광학적 연기 검출 디바이스(500)는 기판(590), 발광 다이오드(LED)(560, 565), LED 커버(520), 아날로그 전단부(AFE)(540), 광검출기(PD1)(550), 광검출기(PD2)(530), 광검출기 커버(570), PD 핀-아웃(575), 및 AFE 핀-아웃(585)을 포함한다.

기판(590)은 이 기술분야에 알려진 실리콘 온 칩(SoC) 제작 프로세스들로부터 제조된 다이이지만, 임의의 적절한 지지 구조는 본 개시의 범위를 넘지 않는다. 예를 들면, 기판(590)은, AFE(540)가 단락되지 않음을 보장하도록 조치가 취해진다면, 임의의 금속, 반-금속성, 반도체, 혼합물/화합물 또는 폴리머로부터 만들어질 수 있다.

광 차단 부재들은 상부 기판(590)의 둘레를 따라 움직인다. 그것들의 기능은 주변 광이 광검출기들(530, 550)에 의해 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 주변 광 차단 부재들은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 가진 불투명한 폴리머 및/또는 손실 재료로부터 만들어진다. 고 전도성(미러링된)은 또한 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

유사하게, 광-분리기는 디바이스의 LED들(560, 565) 측 및 광검출기들(530, 550) 측 사이에서의 전체 스팬을 가로지르며, 이것은 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 설명될 것이다. 광-분리기의 기능은 LED들(560, 565) 광이 광검출기들(530, 550)에 의해 직접 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 광-분리기는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 가진 불투명한 폴리머 및/또는 손실 재료로부터 만들어진다. 고 전도성(미러링된)은 또한 본 개시의 범위를 넘지 않지만, 이것은 본 개시에서 나중에 명확해질 바와 같이 바람직한 실시예는 아니다.

광검출기 커버(570) 및 LED 커버(520)는 각각, 광검출기들(530, 550) 및 LED들(560, 565)의 투명한 폴리머 보호성 용기들이다. 다른 실시예들에서, 광검출기 커버(570) 및 LED 커버들은 결정성이지만(유리, 파이렉스(Pyrex) 등), 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다.

하나 이상의 실시예들에서, LED들(560, 565)은 기성품의 적색 및 근-적외선(450nm 내지 1400nm) 발광 다이오드이다. 그러나, 임의의 컬러의 임의의 적절한, 소형의 광 생성 디바이스는 본 개시의 범위를 넘지 않는다. LED들(560, 565)이 상이한 파장들을 방출하는 몇몇 실시예들에서, 광검출기(PD1)(550) 및 광검출기(PD2)(530)는 그것의 검출을 수용하도록 수정될 수 있다. 예를 들면, 광검출기(PD1)(550) 및 광검출기(PD2)(530)의 절반은 상이한 광학 필터들로 커버될 수 있다.

특히, 광검출기(PD1)(550) 및 광검출기(PD2)(530)는 적어도 부분적으로, 다이크로익 필터들로 커버될 수 있다. 다이크로익 필터, 박막 필터, 또는 간섭 필터는 다른 컬러들을 반사하면서 작은 범위의 컬러들의 광을 선택적으로 통과시키기 위해 사용된 매우 정확한 컬러 필터이다. 비교에 의해, 다이크로익 미러들 및 다이크로익 반사기들은 그것들이 통과하는 컬러(들)보다는, 그것들이 반사하는 광의 컬러(들)에 의해 특성화되는 경향이 있다.

다이크로익 필터들이 본 실시예에서 사용되지만, 간섭, 흡수, 회절, 격자, 패브리-페롯(Fabry-Perot) 등과 같은, 다른 광학 필터들은 본 발명의 범위를 넘지 않는다. 간섭 필터는 상이한 굴절률을 가진 유전체 재료의 다수의 얇은 층들로 이루어진다. 또한 금속성 층들이 있을 수 있다. 그것의 가장 넓은 의미에서, 간섭 필터들은 또한 동조 가능한 간섭 필터들로서 구현될 수 있는 에탈론을 포함한다. 간섭 필터들은 박막 경계들에서 입사 및 반사된 파동들 사이에서 발생하는 간섭 효과들에 의해 파장-선택적이다.

다른 실시예들에서, 복수의 검출기들, 예로서 복수의 쌍의 각각이 파장 특정적이도록 파장에 대해 적어도 두 개가 구현된다. 예를 들면, 특정한 람다(lambda)를 위해 모든 발광 다이오드에 대해 적어도 두 개의 검출기들(PD1, PD2)이 있다.

아날로그 전단부(540)(AFE)는 아날로그 대 디지털 변환기 및/또는 마이크로제어기로 센서들과 인터페이스하기 위해 요구된 대로 민감한 아날로그 증폭기들, 동작 증폭기들, 필터들, 및 애플리케이션-특정 집적 회로들을 사용하는 아날로그 신호 조절 회로의 세트이다.

AFE(540)는 PD 핀-아웃들(575)을 통해 광검출기들(530, 550)과 전기 통신한다. PD 핀-아웃들(575)은 트레이스들을 통해 광검출기들(530, 550)과 전기적으로 통신한다. 본 실시예에서, 광검출기들(530, 550) 및 AFE(540)는 납땜된 핀-아웃들을 가진 다이들로서 패킹된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 그것들은 트레이스들 및 수직 상호연결 액세스(VIA)를 통해 또는 실리콘 VIA(TSV)를 통해 통신하는 웨이퍼 레벨에서 통합된다.

몇몇 실시예들에서, AFE 핀-아웃(585)은 펄스 옥시미터(100)와 전기 통신한다. 다른 실시예들에서, AFE 핀-아웃(585)은 마이크로제어기 유닛(MCU), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 버스, 또는 Arduino 또는 Raspberry Pi 등과 같은, 다른 컴퓨터 플랫폼과 전기 통신할 수 있으며 - 그 모두는 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

도 6은 여기에서 제공된 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스에 의해 구성된 광학 검출 다이(600)의 측면도를 묘사한다. 광학 검출 다이들(600)은 주변 광 차단 부재들(610), 광-분리기(680), 기판(690), 발광 다이오드(LED)(660), LED 커버(620), 아날로그 전단부(AFE)(640), 광검출기(PD1)(650), 광검출기(PD2)(630), 및 광검출기 커버(670)를 포함한다.

하나 이상의 실시예들에서, 기판(690)은 이 기술분야에 알려진 실리콘 온 칩(SoC) 제작 프로세스들로부터 제조된 다이이지만, 임의의 적절한 지지 구조는 본 개시의 범위를 넘지 않는다. 예를 들면, 기판(690)은 AFE(640)가 단락되지 않도록 조치가 취해졌다면, 임의의 금속, 반-금속성, 반도체, 혼합물/화합물 또는 폴리머로부터 만들어질 수 있다.

주변 광 차단 부재들(610)은 상부 기판(690)의 둘레를 따라 움직인다. 그것들의 기능은 주변 광이 광검출기들(630, 650)에 의해 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 주변 광 차단 부재들(610)은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 가진 불투명한 폴리머 및/또는 손실 재료로부터 만들어진다. 고 전도성(미러링된)은 또한 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

유사하게, 광-분리기(680)는 디바이스의 LED(660) 측 및 광검출기들(630, 650) 측 사이에서의 전체 스팬을 가로지르며, 이것은 본 개시에서 나중에 보다 상세하게 설명될 것이다. 광-분리기(680)의 기능은 LED(660) 광이 광검출기들(630, 650)에 의해 직접 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 광-분리기(680)는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 가진 불투명한 폴리머 및/또는 손실 재료로부터 만들어진다. 고 전도성(미러링된)은 또한 본 개시의 범위를 넘지 않지만, 이것은 본 개시에서 나중에 명확해질 바와 같이 바람직한 실시예는 아니다.

하나 이상의 실시예들에서, LED(660)는 기성품의 녹색(495nm 내지 570nm) 발광 다이오드이다. 그러나, 임의의 적절한, 소형의 광 생성 디바이스는 본 개시의 범위를 넘지 않는다 - 간섭성, 백열성, 또는 심지어 열 흑체 복사 등에 관계없이. LED 커버(630)는 LED(260)의 투명한 폴리머 보호성 용기이다. 다른 실시예들에서, LED 커버(630)는 결정성(유리, 파이렉스 등)이지만, 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다. 반투명 및/또는 손실 재료들이 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있지만, 이것들은 바람직한 실시예들이 아니며, 이것은 본 개시에서 나중에 더 명백해질 것이다.

광검출기들(650, 630)(각각, PD1, PD2)은 광 또는 다른 전자기 에너지의 센서들이다. 광검출기(630, 650)는 광자들을 전류로 변환하는 p-n 접합들을 가진다. 흡수된 광자들은 공핍 영역에서 전자-홀 쌍들을 만들며, 이것은 수신된 광 세기를 검출하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 광검출기들(650, 630)은 포토다이오드들 또는 포토트랜지스터들이다. 그러나, 임의의 광 검출 수단들, 예로서 전자사태, 광전 증배관 등은 본 개시의 범위를 넘지 않는다.

아날로그 전단부(640)(AFE 또는 아날로그 전단부 제어기(AFEC))는 안테나, 아날로그 대 디지털 변환기로 또는 몇몇 경우들에서 마이크로제어기로 다양한 센서들을 인터페이스하기 위해 요구된, 구성 가능한 및 가요성 전자 장치 기능 블록을 제공하기 위해 센서들, 라디오 수신기들, 및 다른 회로들을 위해 민감한 아날로그 증폭기들, 종종 동작 증폭기들, 필터들, 및 때때로 애플리케이션-특정 집적 회로들을 사용하는 아날로그 신호 조절 회로의 세트이다. AFE(640)는 광검출기들(650, 630) 및 광학적 연기 검출기와 전기 통신한다.

광검출기 커버(670)는 PD1 및 PD2의 투명한 폴리머 보호성 용기이다. 다른 실시예들에서, 광검출기 커버(670)는 결정성(유리, 파이렉스 등)이지만, 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다. 그러나 반투명 및/또는 손실 재료들이 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.

도 7은 여기에서 제공된 개시의 몇몇 실시예들에 따라, 동작 중인 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스(700)의 등각도를 그래픽으로 예시한다. 본 개시의 발명자들은 곤충들, 주변 광, 및 큰 입자상 물질로부터 보호하기 위해 검출기 주위에 매우 작은 챔버만을 요구하는 최소 연기 검출기들(700) 중 하나를 구축하여 왔다.

이 기술에서 지금까지, 큰 하우징들이 시간에 걸쳐 분진 증가로부터 광 산란을 방지하기 위해 사용된다. 하우징 요소들로부터 산란된 광은 광 산란에서의 작은 변화들의 검출이 연기 입자들이 이들 센서 시스템들의 수행을 못하게 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 하우징 또는 챔버 설계는 중대한 역할을 한다. 그것은 또한 주변들로부터 연기의 용이한 교환을 허용하며 따라서 매우 큰 개구들을 가져야 한다.

본 개시는 연기에 대한 빠른 반응의 다른 주변 요구들 모두를 만족시키며 주변 광을 방지하는 동안 하우징 구조로부터의 반사들을 매우 낮은 값으로 유지하면서 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축하는 방법을 도시한다. 이것은 연기 입자들의 광 산란의 매우 작은 측정들이 신뢰 가능하도록 허용한다.

광학적 연기 검출 디바이스(700)는 베이스(750), 다이 기판(710), 측면 엔클로저(730), 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(720), 및 상부 반사 표면(740)을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, PCB 또는 전자 장치들 모두를 운반하며 부착의 수단들을 제공하기 위한 방식들로 이루어질 수 있는 베이스(750), 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(720) 및 다이 기판(710)은 도 2, 도 3, 도 5, 및 도 6과 관련되어 설명된 것들에 따른다. 측면 엔클로저(730)는 두 개의 목적들을 제공한다. 즉, 측면 엔클로저(730)는 광학적 연기 검출 디바이스(700) 통로를 통해 공기를 향하게 하면서 주변의 입구를 차단한다.

상부 반사 표면(740)은 측면 구조들과 유사하게 구성되며 동일한 설계 아이디어를 사용한다. 이러한 표면에 직접 충돌하는 광자 방출기로부터 입사된 광은 이러한 구조의 표면으로부터 최소로 반사/산란되어야 한다. 이것은 이러한 표면으로부터 어떤 직접 반사도 광 검출기 요소들로 향하지 않도록 매우 골이 진 또는 곡선 표면을 사용하여 달성된다. 광은 챔버에서 다른 표면들을 향해 반사된다. 도 4b에 대해 이전에 설명된 바와 같이, 표면상에 입사된 광은 주로 재료의 대부분에서 흡수된다. 반사되는 대략 3%의 작은 양이 상부 반사 또는 측 표면들 중 임의의 것 상에서 또 다른 표면으로 향해지며, 여기에서 프로세스는 반복된다. 따라서, 매우 작은 양의 광이 광검출기로 돌아간다.

상부 반사 표면은 대량으로 보다 양호한 흡수를 위해 반사-방지 코팅될 수 있지만 실제로 그것은 필요하지 않을 수 있다는 것이 주의된다. 이것은, 광이 특히 최상부 반사 표면이 복잡한 방식으로 골이 지거나 또는 곡선인 경우 많은 각도들로부터 표면으로 입사될 수 있기 때문이다. 또한, 표면상에서 분진의 수집 후, 표면은 반사-방지처럼 동작하지 않을 수 있다.

동작에서, 광 원뿔(760)로부터의 광선은 상향 방식으로 향해진다. 검출기로 돌아가는 광선들은 다양한 부재들로부터 다수 회 튕기며 에너지의 대부분을 손실하였다. 광선 트레이스는 광선들이 어떻게 검출기로 돌아가는 매우 낮은 확률을 갖는지를 보여준다.

광-분리 구조적 챔버 컬럼들(720, 740)은 플리스틱의 흡수 봉들을 포함한다. 예를 들면, 광-분리 구조적 챔버 컬럼들(720)은 아크릴, PMMA, 폴리카보네이트 등을 포함한다. 그러나, 임의의 적절한 재료가, 예로서 적절히 매칭되는 굴절률 및 복소 임피던스를 갖고, 사용될 수 있다.

도 7에 도시된 설계는 광학 구조들이 잡음 광을 매우 낮은 레벨로 감소시키도록 설계되면서 연기 입자들이 광검출기를 향해 다시 산란되는 광을 측정하도록 허용한다. 더욱이, 이들 광학 구조들은 서로에 및 매우 소형의 구조를 위해 만든 광 발생 및 검출 장치에 매우 가깝게 위치될 수 있다. 이러한 구조는 (1) 광 방출기로부터의 잡음 광, (2) 주변으로부터의 잡음 광을 감소시키며, (3) 도 5 및 도 6에 도시된 것들과 같은 단일 모듈을 갖고 소형 측정을 위해 제공한다.

도 8은 여기에 제공된 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출 디바이스(800)를 형성하는 요소들의 또 다른 설계의 하향식 뷰를 묘사한다. 하나 이상의 실시예들에서, 기판(810)은 이전 실시예들에 따른 아날로그 전단부(AFE), 광검출기, 및 광원을 포함한다. 더욱이, 740과 같은 유사한 상부 반사 구조들이 사용될 수 있다.

광학적 연기 검출 디바이스(800)는, 몇몇 실시예들에 따른, 유입 포트(850), 유출 포트(860), 및 이온화 연기 검출기(840)를 포함한다. 포트들(850, 860)은 공기 경로가 광학적 연기 검출 디바이스(800)를 통해 이동하도록 허용한다. 대안적인 실시예들에서, 유입 포트(850) 및 유출 포트(860)는 이러한 가스의 통과를 가능하게 하기 위해 작은 저 전력 팬들을 포함한다.

이온화 연기 검출기(840)는 공기를 이온화하기 위해, 방사성 동위원소, 통상적으로 아메리슘-241을 사용하며; 연기로 인한 차이가 검출되고 경보가 발생된다. 이온화 검출기들은 광학 검출기들보다 화재들의 화염 단계에 더 민감한 반면, 광학 검출기들은 조기 훈소 단계에서의 화재들에 더 민감하다.

연기 검출기는 두 개의 이온화 챔버들(840, 880), 즉 공기(840)에 개방된 것, 및 입자들의 진입을 허용하지 않는 기준 챔버(880)를 가진다. 방사성 소스는 양쪽 챔버들 모두로 알파 입자들을 방출하며, 이것은 몇몇 공기 분자들을 이온화한다. 챔버들에서 전극들의 쌍들 사이에 전위 차(전압)가 있으며; 이온들 상에서의 전기 전하는 전기 전류가 흐르도록 허용한다.

양쪽 챔버들에서의 전류들은 그것들이 기압, 온도, 및 소스의 노화에 의해 동일하게 영향을 받으므로 동일해야 한다. 임의의 연기 입자들이 개방 챔버에 들어가면, 이온들 중 일부는 입자들에 부착되며 상기 챔버에서 전류를 운반하기 위해 이용 가능하지 않을 것이다. 전자 회로는 전류 차가 개방 및 밀봉 챔버들 사이에 생겼음을 검출하며, 경보를 울린다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)은 대량으로 광을 흡수하는 재료로부터 만들어진다. 더욱이, 요소들은 평활하며 무광 마무리 대신에 미러형 마무리를 가진다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이 > 광의 수십의 파장들이도록 한다. 따라서, 굴절률의 실수 부분은 비-흡수 재료와 거의 동일한 채로 있다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)은 실질적으로 3-차원 오르토토프들(orthotopes), 직각 프리즘들, 직사각형 직육면체, 또는 직사각형 평행 육면체들을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)은 실질적으로 하나의 표면상에서 둥글거나 또는 나이프 에지를 가질 수 있다. 이것은 또한 상부 반사 표면(740)에 적용한다는 것을 주의하자. 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)의 목적은 반사된 광을 또 다른 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)로 향하게 하는 것이며, 이것은 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있다. 따라서, 입사된 광의 대부분은 재료 안에서 흡수되며 심지어 매우 작은, 반사되는 부분은 후방-산란된다.

대부분의 분진 입자들은 유리 인덱스를 가지며 1.4 내지 1.7 사이에 있다. 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)은 매칭된 인덱스이며 매우 상이한 굴절률의 표면에 부착된 동일한 입자에 비교하여 더 낮은 산란을 생성한다. 이들 입자들로부터의 모든 전방 산란이 또한 그것들의 기판에 의해 흡수된다. 다시, 이것은 시간에 걸친 분진 증가로부터 매우 낮은 후방-산란을 야기한다.

챔버의 부재들, 즉 광-분리 구조적 챔버 편향기들(820)은 소스로부터 멀리 챔버의 다른 부재들을 향해 광을 반사하도록 동조된다. 따라서, 광은 매우 빠르게 없어진다. n 반사들 후, 반사된 광은 Rⁿ으로 감소되며 빠르게 제거된다. 이것은 매우 소형의 설계에 도움이 된다: 연기 센서가 있는 중심으로부터 반경이 1cm 미만 및 높이가 <1cm.

도 9a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다. 연기 검출기 캡(900)은 상부 경계(910) 및 광학적 편향기 휜들(920)을 포함한다.

도 9b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 하향식 뷰를 묘사한다. 연기 검출기 캡(900)은 기하학적 공간(940) 및 광학적 편향기 휜들(920)을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 기하학적 형태(940)는 임의의 포물선 또는 타원 형태일 수 있다. 다른 실시예들에서, 그것은 변화가 많거나 또는 심지어 선형일 수 있다.

도 9c는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다. 연기 검출기 캡(900)은 기하학적 형태(940) 및 광학 편향기 휜들(920)을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 광학적 편향기 휜들(920)은 대량으로 광을 흡수하는 재료로부터 만들어진다. 더욱이, 요소들은 평활하며 무광 마무리 대신에 미러 형 마무리를 가진다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이 > 광의 수십 개의 파장들이도록 한다. 따라서, 굴절률의 실수 부분은 비-흡수 재료와 거의 동일한 채로 있다.

몇몇 실시예들에서, 광-분리 구조적 챔버 광학적 편향기 휜들(920)은 폴리머 또는 유리를 포함한다. 대부분의 플라스틱들 및 유리들은 1.45 내지 1.6에 가까운 인덱스를 갖는다. 이것은 프레넬 방정식들로부터 ~3%의 저항(R)을 산출할 수 있으며 평활한 표면들은 다음에서 산출된 바와 같이, 정반사성 방식으로 광을 반사한다:

여기에서,

및,

따라서, 입사된 광의 대부분은 광-분리 구조적 챔버 컬럼들 및 심지어 반사되는 부분의 재료 안에서 흡수되며, 매우 적게 후방-산란된다.

도 10a는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다. 연기 검출기 캡(1000)은 상부 경계(1010), 축 중심(1060), 중심 패키징 핀들(1040) 및 외부 패키징 핀들(1070)을 포함한다. 축 중심 패키징 핀들(1040) 및 외부 패키징 핀들(1070)은 편리함을 허용한다.

도 10b는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 하향식 뷰를 묘사한다. 연기 검출기 캡(1000)은 기하학적 공간(1040) 및 광학적 편향기 휜들(1020)을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 기하학적 형태(1040)는 임의의 포물선 또는 타원 형태일 수 있다. 다른 실시예들에서, 그것은 변화가 많거나 또는 심지어 선형일 수 있다. 외부 경계(1030)는 구성의 물리적 원형 캡을 나타낸다.

도 10c는 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다. 연기 검출기 캡(1000)은 구성(180)의 물리적 원형 캡(1010) 및 광학적 편향기 휜들(1020)을 포함한다.

도 11은 여기에서 제공된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른, 대표적인 광학적 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다. 연기 검출기 캡(1100)은 하부 경계(1110), 원형 측벽(1130), 상부 경계(120), 축 중심(1160), 및 기하학적 표면들(1140, 1150)을 포함한다.

주지를 위해, 도 11은 하향식으로 보면서, 형태가 둥근 연기 검출기 캡(1100)의 측면도를 묘사한다. 따라서, 엄격하게 말하면, 기하학적 표면들(1140, 1150)은 동일한 표면이다. 그것들은, 그러나, 광자들(1165, 1175)에 대하여 설명의 목적들을 위해 상이하게 라벨링된다.

하나 이상의 실시예들에서, 연기 검출기 캡(1100)은 연기 검출기 챔버에서의 광이 대체로 입자들, 예로서 연기 등의 밖으로, 및 다시 연기 검출기 시스템으로 산란되도록 광을 반사하고 및/또는 흡수하도록 기능한다. 하부 경계(1110)는 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 웨이퍼 다이를 나타낼 수 있다. 논의의 목적들을 위해, 하나 이상의 발광 디바이스들로부터의 광은 이러한 표면 방향으로부터 방출된다.

원형 측벽(1130)은 주변 광이 들어가지 않거나 또는 광이 하부 경계(1110)로 다시 재지향되지 않도록 챔버에 존재하는 것을 방지하는 대체로 원통형 경계를 포함한다. 다시, 이러한 전제는 나중에 설명될 것이다. 상부 경계(1120)는 연기 검출기 캡(1100)의 최상부를 나타낸다. 연기 검출기 캡이 실질적으로 방사 방향으로 변하지 않는다는 것을 고려해볼 때, 축 중심(1160)은 그것의 중심을 나타내기 위해 사용된다.

동작적으로, 몇몇 실시예들에서, 광선들(광자들(1165, 1175))은 연기 검출기 챔버를 통해 위로 전파되는 발광 디바이스로부터 방출된다. 광선들은 연기 입자들(도시되지 않음)에 입사되며, 결과적으로 산란된다. 산란된 광선들은 하나 이상의 광검출기들을 향해 하부 경계 표면 아래로 다시 전파된다. 광검출기들은 산란된 광 외에 배경으로부터 명목상 광을 수신한다.

기하학적 표면들(1150, 1140)은, 하나 이상의 실시예들에서, 그로부터 떨어져 하부 경계(1110)로부터 방출하는 광을 반사하도록 작용한다. 즉, 입자상 물질에 의해 산란되지 않은 광은 신호 대 잡음(SnR) 비를 최대화하기 위해 경감되어야 한다. 예를 들면, 본 실시예에서, 기하학적 표면들(1150, 1140)은 포물선(엄격하게 말하면, 3-d에서의 포물면) 형태를 가진다. 이와 같이, 하부 경계(110)로부터 방출된 광은 주로, 포물선 초점들에 의존하여, 실질적으로 직교 방향으로 반사될 것이다.

예를 들면, 광선/광자(1165)는 기하학적 형태(1150)에 입사된다. 기하학적 형태(1150) 상에서 그것의 방향 및 입사각으로 인해, 광선 광자(165)는 광선/광자(1170)로 표현된 하부 경계(1110)로부터 떨어져 반사된다. 유사하게, 광선/광자(1175)는 기하학적 형태(1140)에 입사된다. 기하학적 형태(1140) 상에서 그것의 방향 및 입사각으로 인해, 광선 광자(1165)는 광선/광자(117)로 표현된 하부 경계(1110)로부터 떨어져 반사된다.

하나 이상의 실시예들에서, 부가적인 반사방지 코팅(1180)이 포함된다. 반사방지 또는 반사-방지(AR) 코팅은 반사를 감소시키기 위해 렌즈들 및 다른 광학 요소들의 표면에 도포된 광학적 코팅의 유형이다. 통상적인 이미징 시스템들에서, 이것은 반사로 인해 보다 적은 광이 손실되므로 효율성을 개선한다. 이러한 코팅은 최상부 캡에 독점적이지 않으며 이전에 설명된 바와 같이 반사-방지 휜들에 도포될 수 있다.

많은 코팅들은 대조적인 굴절률의 교번하는 층들을 가진 투명한 박막 구조들로 이루어진다. 층 두께들은 계면들로부터 반사된 빔들에서 상쇄 간섭을, 및 대응하는 송신된 빔들에서 보강 간섭을 생성하기 위해 선택된다. 이것은 구조의 성능이 파장 및 입사각에 따라 변하게 하며, 따라서 컬러 효과들이 종종 사각으로 나타난다.

하나 이상의 실시예에서, 기하학적 형태의 포물선의 것이다. 포물선은 미러-대칭이며 대략 U-형인 평면 곡선이다. 그것은 여러 개의 표면적으로 상이한 수학적 설명들 중 임의의 것에 맞으며, 이것은 모두가 정확하게 동일한 곡선들을 정의한다는 것이 입증될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 11에 묘사된 본 실시예에서처럼, 반 포물선이 구현된다. 즉, sqrt(r)이며, 이것은 축 중심인 것으로 밝혀졌다.

포물선에 대한 하나의 설명은 포인트(초점) 및 라인(준선)을 수반한다. 초점은 준선에 두지 않는다. 포물선은 준선 및 초점 양쪽 모두로부터 등거리인 상기 평면에서 포인트들의 장소이다. 포물선에 대한 또 다른 설명은, 원뿔 섹션으로서, 직원뿔형 표면 및 원뿔형 표면에 접하는 또 다른 평면에 평행한 평면의 교차점으로부터 생성된다.

다른 실시예들에서, 기하학적 형태는, 적어도 부분적으로 타원이다. 타원은 두 개의 초점 포인트들로의 거리들의 합이 곡선상에서의 모든 포인트에 대해 일정하도록 두 개의 초점 포인트들을 둘러싼 평면에서 곡선이다. 이와 같이, 그것은 원형의 일반화이며, 이것은 동일한 위치에서 양쪽 초점 포인트들 모두를 가진 특수한 형태의 타원이다. 타원의 형태(얼마나 "가늘고 긴"지)는 그것의 편심에 의해 표현되며, 이것은 타원에 대해, 0(원의 제한적인 경우)으로부터 임의로 1에 가깝지만 그보다 작은 임의의 수일 수 있다.

타원들은 폐쇄된 유형의 원뿔 섹션이다: 평면에 의해 원뿔의 교차점에서 기인한 평면 곡선(우측으로의 도면 참조). 타원들은 다른 두 개의 형태들의 원뿔 섹션들: 포물선들 및 쌍곡선들과 많은 유사점들을 가지며, 양쪽 모두는 개방되며 제한이 없다. 원통의 단면은, 섹션이 원통의 축과 평행하지 않는다면, 타원이다.

그러나, 임의의 원뿔 섹션은 본 발명의 범위를 넘지 않는다.

본 개시는 약 10^-6의 LED로부터 검출기로의 총 감쇠를 발생시킨다. 이것은 시뮬레이션들에서의 설계에 의해 및 구성에 의해 달성되어 왔다.

본 개시의 발명자들은 또한 이들 산란 특성들이 파장 의존적일 수 있다는 개념을 이용한다. 따라서, 상이한 파장, 람다, 및/또는 PD1/PD2의 비의 분석 및/또는 비교는 파장 의존적이며 다수의 입자상 물질들의 검출에 유용할 수 있다.

다른 수단들, 시스템들 및 디바이스들은 본 발명의 범위를 넘지 않는다. 예를 들면, 복수의 3개 이상의 광검출기들은 재료들의 특성 신호들을 추가로 보간하고 외삽하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 대안적인 LED/광검출기 배치 및 기하학적 구조들이 사용될 수 있다.

광의 산란 이론을 참조하여, 본 발명자들의 관찰들 및 모델들은 엄격히 따르고, 이 기술분야에서의 발명자들에게 알려진, 이러한 잘-알려진 이론과 일치하며 이를 반영한다. 이와 같이, 이어지는 관찰들은 기본 물리학에서 기인하며 따라서 실시예들 중 여러 개에서 열거된 임의의 특정한 디바이스보다 더 일반적이다.

따라서 본 출원의 기술의 여러 양상들 및 실시예들을 설명하였지만, 다양한 변경들, 수정들, 및 개선들이 이 기술분야의 통상의 기술자들에게 쉽게 발생할 것이라는 것이 이해될 것이다. 이러한 변경들, 수정들, 및 개선들은 본 출원에서 설명된 기술의 사상 및 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들면, 이 기술분야의 통상의 숙련자는 기능을 수행하고 및/또는 결과들 및/또는 여기에서 설명된 이점들 중 하나 이상을 획득하기 위해 다양한 다른 수단들 및/또는 구조들을 쉽게 상상할 것이며, 이러한 변화들 및/또는 수정들의 각각은 여기에서 설명된 실시예들의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

이 기술분야의 숙련자들은 단지 보통의 실험을 사용하여, 여기에서 설명된 특정 실시예들에 대한 많은 등가물들을 인식하거나, 또는 이를 알아낼 수 있을 것이다. 그러므로, 앞서 말한 실시예들은 단지 예로서 제공되며, 첨부된 청구항들 및 그것의 등가물들의 범위 내에서, 본 발명의 실시예들은 구체적으로 설명된 것 외에 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 여기에서 설명된 둘 이상의 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들, 및/또는 방법들의 임의의 조합은, 이러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들, 및/또는 방법들이 상호 불일치하지 않는다면, 본 개시의 범위 내에 포함된다.

상기 설명된 실시예들은 다수의 방식들 중 임의의 것으로 구현될 수 있다. 프로세스들 또는 방법들의 수행을 수반한 본 출원의 하나 이상의 양상들 및 실시예들은 프로세스들 또는 방법들을 수행하거나, 또는 그것의 수행을 제어하기 위해 디바이스(예로서, 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 디바이스)에 의해 실행 가능한 프로그램 지시들을 이용할 수 있다.

이점에 있어서, 다양한 본 발명의 개념들은 하나 이상의 컴퓨터들 또는 다른 프로세서들 상에서 실행될 때, 상기 설명된 다양한 실시예들 중 하나 이상을 구현하는 방법들을 수행하는 하나 이상의 프로그램들로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독 가능한 저장 미디어)(예로서, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크들, 컴팩트 디스크들, 광 디스크들, 자기 테이프들, 플래시 메모리들, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이들 또는 다른 반도체 디바이스들에서의 회로 구성들, 또는 다른 유형의 컴퓨터 저장 매체)로서 구체화될 수 있다.

컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 미디어는 수송 가능할 수 있으며, 따라서 그것 상에 저장된 프로그램 또는 프로그램들은 상기 설명된 양상들의 다양한 것들을 구현하기 위해 하나 이상의 상이한 컴퓨터들 또는 다른 프로세서들로 로딩될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컴퓨터 판독 가능한 미디어는 비-일시적 미디어일 수 있다.

용어들("프로그램" 또는 "소프트웨어")은 상기 설명된 바와 같이 다양한 양상들을 구현하도록 컴퓨터 또는 다른 프로세서를 프로그램하기 위해 이용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드 또는 컴퓨터-실행 가능한 지시들의 세트를 나타내기 위해 일반적인 의미로 여기에서 사용된다. 부가적으로, 일 양상에 따르면, 실행될 때, 본 출원의 방법들을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들은 단일 컴퓨터 또는 프로세서상에 존재할 필요가 없으며, 본 출원의 다양한 양상들을 구현하기 위해 다수의 상이한 컴퓨터들 또는 프로세스들 간에 모듈식 방식으로 분배될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

컴퓨터-실행 가능한 지시들은, 하나 이상의 컴퓨터들 또는 다른 디바이스들에 의해 실행된, 프로그램 모듈들과 같은, 많은 형태들로 있을 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈들은 특정한 태스크들을 수행하거나 또는 특정한 추상형 데이터 유형들을 구현하는 루틴들, 프로그램들, 오브젝트들, 구성요소들, 데이터 구조들 등을 포함한다. 통상적으로, 프로그램 모듈들의 기능은 다양한 실시예들에서 원하는 대로 조합되거나 또는 분배될 수 있다.

또한, 데이터 구조들은 임의의 적절한 형태로 컴퓨터-판독 가능한 미디어에 저장될 수 있다. 예시의 단순성을 위해, 데이터 구조들은 데이터 구조에서의 위치를 통해 관련되는 필드들을 갖는 것으로 도시될 수 있다. 이러한 관계들은 마찬가지로 필드들 사이에서의 관계를 운반하는 컴퓨터-판독 가능한 매체에서 위치들을 가진 필드들에 대한 저장 장치를 할당함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 메커니즘은, 포인터들, 태그들 또는 데이터 요소들 사이에 관계를 수립하는 다른 메커니즘들의 사용을 통해서를 포함하여, 데이터 구조의 필드들에서의 정보 사이에 관계를 수립하기 위해 사용될 수 있다.

소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어 코드는, 단일 컴퓨터에 제공되는지 또는 다수의 컴퓨터들 간에 분배되는지에 관계없이, 임의의 적절한 프로세서 또는 프로세서들의 모음 상에서 실행될 수 있다.

더욱이, 컴퓨터는 비-제한적인 예들로서, 랙-장착 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 또는 태블릿 컴퓨터와 같은, 다수의 형태들 중 임의의 것으로 구체화될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 컴퓨터는 일반적으로 컴퓨터로 간주되지 않지만 개인용 디지털 보조기(PDA), 스마트폰, 이동 전화, iPad, 또는 임의의 다른 적절한 휴대용 또는 고정 전자 디바이스를 포함한, 적절한 프로세싱 능력들을 가진 디바이스에 내장될 수 있다.

또한, 컴퓨터는 하나 이상의 입력 및 출력 디바이스들을 가질 수 있다. 이들 디바이스들은, 다른 것들 중에서, 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 사용될 수 있는 출력 디바이스들의 예들은 출력의 시각적 프리젠테이션을 위한 프린터들 또는 디스플레이 스크린 및 출력의 가청 프리젠테이션을 위한 스피커 또는 다른 사운드 발생 디바이스들을 포함한다. 사용자 인터페이스를 위해 사용될 수 있는 입력 디바이스들의 예들은 키보드들, 및 마우스, 터치 패드들, 및 디지털화 태블릿들과 같은 포인팅 디바이스들을 포함한다. 또 다른 예로서, 컴퓨터는 스피치 인식을 통해 또는 다른 가청 포맷들로 입력 정보를 수신할 수 있다.

이러한 컴퓨터들은, 기업 네트워크, 및 지능형 네트워크(IN) 또는 인터넷과 같은, 근거리 네트워크 또는 광역 네트워크를 포함한, 임의의 적절한 형태로 하나 이상의 네트워크들에 의해 상호 연결될 수 있다. 이러한 네트워크들은 임의의 적절한 기술에 기초할 수 있고 임의의 적절한 프로토콜에 따라 동작할 수 있으며 무선 네트워크들 또는 유선 네트워크들을 포함할 수 있다.

또한, 설명된 바와 같이, 몇몇 양상들은 하나 이상의 방법들로서 구체화될 수 있다. 방법의 부분으로서 수행된 동작들은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 동작들이 예시된 것과 상이한 순서로 수행되는 실시예들이 구성될 수 있으며, 이것은 예시적인 실시예들에서 순차적 동작들로서 도시될지라도, 몇몇 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있다.

여기에서 정의되고 사용된 바와 같이, 모든 정의들은 사전적 정의들, 참조로서 통합된 문서들에서의 정의들, 및/또는 정의된 용어들의 통상의 의미들에 대해 제어하기 위해 이해되어야 한다.

여기에서의 명세서에서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 부정관사들("a" 및 "an")은, 반대로 명확하게 표시되지 않는다면, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서에서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 구절("및/또는")은 그렇게 결합된 요소들 중 "어느 하나 또는 양쪽 모두", 즉 몇몇 경우들에서 결합하여 존재하며 다른 경우들에서 분리적으로 존재하는 요소들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"을 갖고 나열된 다수의 요소들은 동일한 방식으로, 즉 그렇게 결합된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다.

"및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 것들이 아닌 요소들은, 구체적으로 식별된 이들 요소들에 관련되는지 또는 관련되지 않는지에 관계없이, 선택적으로 존재할 수 있다, 따라서, 비-제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 참조는, "포함하는"과 같은 제약을 두지 않은 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서 A만(B가 아닌 요소들을 선택적으로 포함한); 또 다른 실시예에서, B만(A가 아닌 요소들을 선택적으로 포함한); 또 다른 실시예에서, A 및 B 양쪽 모두(다른 실시예들을 선택적으로 포함한) 등을 나타낼 수 있다.

명세서에서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소들의 리스트를 참조하는 구절("적어도 하나")은 요소들의 리스트에서 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 반드시 요소들의 리스트 내에 구체적으로 나열된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 포함하며 요소들의 리스트에서 요소들의 임의의 조합들을 배제하는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.

따라서, 비-제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동일하게 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동일하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서, 선택적으로 하나 이상의 A를 포함하지만 B가 존재하지 않는(및 선택적으로 B가 아닌 요소들을 포함한) 적어도 하나; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 이상의 B를 포함하지만, A가 존재하지 않는(및 선택적으로 A가 아닌 요소들을 포함한), 적어도 하나; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 이상의 A를 포함하고, 선택적으로 하나 이상의 B를 포함한(및 선택적으로 다른 요소들을 포함한) 적어도 하나 등을 나타낼 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, 용어("사이")는 달리 표시되지 않는다면 포괄적인 것이다. 예를 들면, "A 및 B 사이"는 달리 표시되지 않는다면 A 및 B를 포함한다.

또한, 여기에서 사용된 어법 및 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. "포함시키는", "포함하는", 또는 "가진", "함유하는", "수반하는" 및 여기에서 그것의 변화들의 사용은 이후 나열된 아이템들 및 그것의 등가물들뿐만 아니라 부가적인 아이템들을 포함하는 것으로 의도된다.

청구항들에서, 뿐만 아니라 상기 명세서에서, "포함하는", "포함시키는", "운반하는", "가진", "함유하는", "수반하는", "유지하는", "~로 구성된" 등과 같은 모든 연결구들은 제한을 두지 않는, 즉 이에 제한되지 않지만 이를 포함하는을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 단지 연결구들("~로 이루어진" 및 "근본적으로 ~로 이루어진")만이 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결구들일 것이다.

본 발명은 그러므로 상기 설명된 특정한 실시예들에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 다양한 수정들, 등가 프로세스들, 뿐만 아니라 본 발명이 적용 가능할 수 있는 다수의 구조들은 본 개시의 검토 시 본 발명이 관련되는 기술분야에서의 숙련자들에게 쉽게 명백할 것이다.

본 발명은 그러므로 상기 설명된 특정한 실시예들에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 다양한 수정들, 등가 프로세스들, 뿐만 아니라 본 발명이 적용 가능할 수 있는 다수의 구조들이 본 개시의 검토 시 본 발명이 관련되는 기술분야에서의 숙련자들에게 쉽게 명백할 것이다.

1. 실질적으로 연기 검출기 챔버에서 떨어져 광을 전파하는 소형 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치에 있어서,

제 1 광원;

상기 제 1 광원에 실질적으로 근위에 배치된 제 1 광검출기;

비-휘발성 로직으로서:

상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하는 것; 및

적어도 상기 제 1 수신된 신호에 기초하여 연기의 존재를 검출하는 것을 수행하기 위한, 상기 비-휘발성 로직; 및

상기 제1 광원에 실질적으로 직교하여 배치된 캡을 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

2. 청구항 1에 있어서, 상기 캡은 적어도 부분적으로, 실질적으로 원뿔 섹션처럼 성형되는, 연기를 검출하기 위한 장치.

3. 청구항 2에 있어서, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 포물선인, 연기를 검출하기 위한 장치.

4. 청구항 2에 있어서, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 타원인, 연기를 검출하기 위한 장치.

5. 청구항 1에 있어서, 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 1 발광 다이오드를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

6. 청구항 5에 있어서, 실질적으로 상기 캡의 외부 반경 주위에서의 원에 배치된 광학적 편향 요소들의 어레이를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

7. 청구항 6에 있어서, 상기 광학적 편향 요소들의 어레이는 실질적으로 날개-형인, 연기를 검출하기 위한 장치.

8. 청구항 6에 있어서, 캡 및 광학적 편향 요소들의 어레이 중 적어도 하나 상에 배치된 반사-방지 코팅을 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

9. 청구항 6에 있어서, 상기 코팅은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 두는, 연기를 검출하기 위한 장치.

10. 청구항 1에 있어서, 상기 캡이 기계적으로 결합되는 기판을 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

11. 실질적으로 연기 검출기 챔버에서 떨어져 광을 전파하는 소형 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 방법에 있어서,

제 1 광원으로부터 광을 제공하는 단계;

상기 제 1 광원의 근위에 배치된 제 1 광검출기 상에서 상기 광을 검출하는 단계;

상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하는 단계;

적어도 부분적으로, 산란된 입사상 물질에 기초하는 상기 제 1 수신된 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하는 단계; 및

상기 제 1 광검출기로부터 떨어져 광을 기하학적으로 반사하는 캡을 사용하여 광을 반사시키는 단계를 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.

12. 청구항 11에 있어서, 상기 캡은 적어도 부분적으로, 실질적으로 원뿔 섹션처럼 성형되는, 연기를 검출하기 위한 방법.

13. 청구항 12에 있어서, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 포물선인, 연기를 검출하기 위한 방법.

14. 청구항 12에 있어서, 상기 원뿔 섹션의 캡은, 적어도 부분적으로 타원인, 연기를 검출하기 위한 방법.

15. 청구항 11에 있어서, 상기 제 1 광원은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 갖는 제 1 발광 다이오드인, 연기를 검출하기 위한 방법.

16. 청구항 15에 있어서, 상기 캡의 외부 반경 주위에서 실질적으로 원형 형태로 광학적 편향 요소들의 어레이를 배치하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.

17. 청구항 16에 있어서, 상기 광학적 편향 요소들의 어레이는 실질적으로 날개-형인, 연기를 검출하기 위한 방법.

18. 청구항 16에 있어서, 캡 및 광학적 편향 요소들의 어레이 중 적어도 하나로 반사-방지 코팅을 증착시키는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.

19. 청구항 16에 있어서, 상기 코팅은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 두는, 연기를 검출하기 위한 방법.

20. 청구항 11에 있어서, 기판에 상기 캡을 기계적으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.

21. 실질적으로 연기 검출기 챔버로부터 떨어져 광을 전파하는 소형 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치에 있어서,

제 1 광원으로부터의 광을 제공하기 위한 수단;

상기 제 1 광원의 근위에 배치된 제 1 광검출기 상에서 상기 광을 검출하기 위한 수단;

상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하기 위한 수단;

적어도 부분적으로, 산란된 입자상 물질에 기초하여 상기 제 1 수신된 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하기 위한 수단; 및

상기 제 1 광 검출기로부터 떨어져 광을 기하학적으로 반사시키는 캡을 사용하여 광을 반사시키기 위한 수단을 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.

Claims

분진의 유해한 효과들을 완화시키고, 그에 의해 수명 및 효율을 증가시키는 소형의 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치에 있어서,
제 1 광원;
상기 제 1 광원에 실질적으로 근위에 배치된 제 1 광검출기;
비-휘발성 로직으로서:
상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하는 것; 및
적어도 상기 제 1 수신된 신호에 기초하여 연기의 존재를 검출하는 것을 수행하기 위한, 상기 비-휘발성 로직; 및
1.4 내지 1.7 사이에서의 굴절률을 가진 복수의 손실 광학 부재들을 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 광원은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 1 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 2에 있어서,
제 2 파장(λ₂) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 2 발광 다이오드를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 3에 있어서,
제 2 파장(λ₂) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 2 광검출기를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광원 및 제 1 광검출기 사이에 실질적으로 불투명한 배리어를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
기판을 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 기판상에 배치된 아날로그 전단부를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 7에 있어서,
제 1 광검출기 및 제 2 광검출기는 상기 아날로그 전단부 상에 배치되는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제 1 광원은 상기 기판상에 배치되는, 연기를 검출하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수신된 제 1 신호는 산란에 기초하며 상기 장치에 존재하는 입자상 물질의 양에 연관되는, 연기를 검출하기 위한 장치.
분진의 유해한 효과들을 완화시키고, 그에 의해 수명 및 효율을 증가시키는 소형의 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 방법에 있어서,
제 1 광원으로부터 광을 제공하는 단계;
상기 제 1 광원의 근위에 배치된 제 1 광검출기 상에서 상기 광을 검출하는 단계;
상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하는 단계;
적어도 부분적으로, 산란된 입자상 물질에 기초하는 상기 제 1 수신된 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하는 단계; 및
1.4 내지 1.7 사이의 굴절률을 가진 복수의 손실 광학 부재들을 사용하여 주변 광을 흡수하는 단계를 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제 1 광원은 제 1 파장(λ₁) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 1 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 12에 있어서,
제 2 광원 상에 광을 제공하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제 2 광원은 제 1 파장(λ₂) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 가진 제 2 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 제 2 광검출기로부터 제 2 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 광검출기는 상기 제 2 파장(λ₂) 주위에 중심을 둔 스펙트럼 세기를 갖는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 광원 및 제 1 광검출기 사이에서의 불투명한 배리어를 통해 상기 제 1 광원으로부터 직접 조명을 차단하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
기판을 제공하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 기판상에 아날로그 전단부(AFE)를 배치하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 아날로그 전단부 상에 상기 제 1 광검출기 및 제 2 광검출기를 배치하는 단계를 더 포함하는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제 1 광원은 상기 기판상에 배치되는, 연기를 검출하기 위한 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 수신된 제 1 신호는 산란에 기초하며 상기 장치에 존재하는 입자상 물질의 양에 연관되는, 연기를 검출하기 위한 방법.
분진의 유해한 효과들을 완화시키고, 그에 의해 수명 및 효율을 증가시키는 소형의 풋프린트 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치에 있어서,
제 1 광원으로부터 광을 제공하기 위한 수단;
상기 제 1 광원의 근위에 배치된 제 1 광검출기 상에서 상기 광을 검출하기 위한 수단;
상기 제 1 광검출기로부터 제 1 신호를 수신하기 위한 수단;
적어도 부분적으로, 산란된 입자상 물질에 기초하는 상기 제 1 수신된 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하기 위한 수단;
1.4 내지 1.7 사이의 굴절률을 가진 복수의 손실 광학 부재들을 사용하여 주변 광을 흡수하기 위한 수단; 및
상기 제 1 광검출기로부터 떨어져 광을 기하학적으로 반사시키는 캡을 사용하여 광을 반사시키기 위한 수단을 포함하는, 연기를 검출하기 위한 장치.