KR20210105299A

KR20210105299A - 광 검출 시스템, 방전 확률 산출 방법 및 수광량 측정 방법

Info

Publication number: KR20210105299A
Application number: KR1020210019932A
Authority: KR
Inventors: 슌 오누마; 오누마; 라이타 모리
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-08-26
Also published as: KR102574680B1; JP2021131248A; US20210262855A1; US11346711B2; CN113340416B; CN113340416A

Abstract

본 발명은 광 센서의 정규 방전의 확률을 산출하는 것을 목적으로 한다.
광 검출 시스템은, 광 센서(1)와, 광 센서(1)에 구동 펄스 전압을 인가하는 인가 전압 생성 회로(12)와, 광 센서(1)의 방전을 검출하는 방전 판정부(201)와, 광 센서(1)에 광량이 기지인 추가 광원(101)으로부터의 광을 입사시키거나, 또는 추가 광원(101)을 소등한 제1 상태와, 추가 광원(101)의 점등/소등의 상태가 제1 상태와 상이하고, 구동 펄스 전압의 펄스폭이 제1 상태와 동일한 제2 상태의 각각에 대해 방전 확률을 산출하는 방전 확률 산출부(202)와, 광 센서(1)의 감도 파라미터를 기억하는 감도 파라미터 기억부(19)와, 감도 파라미터와, 제1, 제2 상태일 때의 방전 확률과, 제1, 제2 상태일 때의 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 광 센서(1)의 정규 방전의 방전 확률을 산출하는 방전 확률 산출부(203)를 구비한다.

Description

광 검출 시스템, 방전 확률 산출 방법 및 수광량 측정 방법{LIGHT DETECTION SYSTEM, DISCHARGE PROBABILITY CALCULATION METHOD, AND LIGHT RECEIVING AMOUNT MEASUREMENT METHOD}

본 발명은 화염 등의 광을 검출하는 광 검출 시스템에 관한 것이다.

연소로 등에 있어서 화염의 광으로부터 방출되는 자외선에 기초하여 화염의 유무를 검출하는 광 센서로서, 광전관식 자외선 센서가 이용되는 경우가 있다. 광전관식 자외선 센서의 방전에는, 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 비정규적인 방전 현상(유사 방전)이 일어나는 것이 관측되고 있다.

특허문헌 1에서는, 광 센서에 인가하는 구동 펄스의 펄스폭을 제어하여 방전의 수광량을 계산으로부터 구하고, 광량으로부터 화염 센서의 수명을 판정할 수 있는 화염 검출 시스템이 제안되어 있다. 그러나, 실제의 광 센서의 방전에는 고장이라고 총칭되는 노이즈에 의한 비정규 방전이 포함되어 있고, 화염에 의한 광이 없는 경우에도 방전이 일어나 버려, 오검출(誤檢出)해 버리는 경우가 있었다. 그러한 방전의 오검출을 제거하기 위해서, 노이즈 성분을 고려한 방전 확률의 측정 방법을 고려할 필요가 있다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 화염 검출 시스템에서는, 정규 방전 이외의 노이즈 성분의 방전 확률을 고려한 수광량의 구하는 방법이 제안되어 있어, 정밀도 좋게 화염의 유무를 검출하는 것을 가능하게 하고 있다. 그러나, 특허문헌 2에 개시된 화염 검출 시스템에서는, 노이즈 성분의 방전 확률이 기지일 필요가 있다.

또한, 특허문헌 3에 개시된 고장 검출 장치에서는, 광 센서에 입사하는 전자파를 차단하는 셔터 기구를 설치함으로써 광 센서의 자기 방전에 의한 고장을 검출하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에 개시된 고장 검출 장치에서는, 광 센서의 수명에 의한 측정 감도의 변화로 정규 방전과 비정규 방전을 구별하기 위한 판별 방법이 없어, 고장의 검지를 잘못할 가능성이 있었다.

또한, 이상의 과제는, 화염 검출 시스템에 한하지 않고, 광 센서를 이용하는 광 검출 시스템에 있어서 동일하게 발생한다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2018-84422호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2018-84423호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 평성 제05-012581호 공보

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분을 제외한 정규 방전의 방전 확률을 산출할 수 있는 광 검출 시스템 및 방전 확률 산출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 노이즈 성분의 방전 확률의 일부가 미지수인 경우에도 수광량을 산출할 수 있는 광 검출 시스템 및 수광량 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 광 검출 시스템은, 제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하도록 구성된 광 센서와, 발생한 광이 상기 제1 광원으로부터의 광과 함께 상기 광 센서에 입사하도록 설치된, 광량이 기지인 제2 광원과, 상기 제2 광원의 점등/소등을 제어하도록 구성된 광원 제어부와, 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부와, 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와, 이 전류 검출부에 의해 검출된 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하도록 구성된 방전 판정부와, 상기 제2 광원이 점등 또는 소등된 제1 상태와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태의 각각에 대해, 상기 인가 전압 생성부에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 방전 판정부에 의해 검출된 방전의 횟수에 기초하여 방전 확률을 산출하도록 구성된 제1 방전 확률 산출부와, 상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 광 센서의 기준 수광량과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하여 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하도록 구성된 기억부와, 상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률과, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 기준 펄스폭이고 상기 광 센서의 수광량이 상기 기준 수광량일 때의 정규 방전의 방전 확률을 산출하도록 구성된 제2 방전 확률 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템의 1 구성예에 있어서, 상기 제2 방전 확률 산출부는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭(T₀), 상기 광 센서의 기준 수광량(Q₀), 상기 비정규 방전의 방전 확률(P_bA), 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차(Q₁-Q₂), 상기 제1 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률(¹P), 상기 제2 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률(²P), 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭(T)에 기초하여, 상기 정규 방전의 방전 확률(P_aA)을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템은, 제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하도록 구성된 광 센서와, 발생한 광이 상기 제1 광원으로부터의 광과 함께 상기 광 센서에 입사하도록 설치된, 광량이 기지인 제2 광원과, 상기 제2 광원의 점등/소등을 제어하도록 구성된 광원 제어부와, 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부와, 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와, 이 전류 검출부에 의해 검출된 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하도록 구성된 방전 판정부와, 상기 제2 광원이 점등 또는 소등된 제1 상태와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태와, 상기 제2 광원이 소등되고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1, 제2 상태와 동일한 제3 상태의 각각에 대해, 상기 인가 전압 생성부에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 방전 판정부에 의해 검출된 방전의 횟수에 기초하여 방전 확률을 산출하도록 구성된 방전 확률 산출부와, 상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하여 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 제1 종의 비정규 방전의 확률과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭과 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 노이즈 성분에 의한 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하도록 구성된 기억부와, 상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률과, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 산출하도록 구성된 수광량 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템의 1 구성예는, 상기 수광량 산출부에 의해 산출된 수광량과 수광량 임계값을 비교함으로써, 상기 제1 광원의 유무를 판정하도록 구성된 수광량 판정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템의 1 구성예에 있어서, 상기 수광량 산출부는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭(T₀), 상기 제1 종의 비정규 방전의 방전 확률(P_aB), 상기 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률(P_bB), 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차(Q₁-Q₂), 상기 제1 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률(¹P), 상기 제2 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률(²P), 상기 제3 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률(P)에 기초하여, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량(Q)을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템의 방전 확률 산출 방법은, 제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하는 광 센서에 광량이 기지인 제2 광원으로부터의 광을 입사시키거나, 또는 상기 제2 광원을 소등한 제1 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제1 단계와, 상기 제1 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제2 단계와, 상기 제1 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제3 단계와, 상기 제1 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제3 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제1 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제4 단계와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제5 단계와, 상기 제2 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제6 단계와, 상기 제2 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제7 단계와, 상기 제5 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제7 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제2 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제8 단계와, 상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 광 센서의 기준 수광량과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하여 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하는 기억부를 참조하여, 이 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제4, 제8 단계에서 산출한 방전 확률과, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 기준 펄스폭이고 상기 광 센서의 수광량이 상기 기준 수광량일 때의 정규 방전의 방전 확률을 산출하는 제9 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 광 검출 시스템의 수광량 측정 방법은, 제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하는 광 센서에 광량이 기지인 제2 광원으로부터의 광을 입사시키거나, 또는 상기 제2 광원을 소등한 제1 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제1 단계와, 상기 제1 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제2 단계와, 상기 제1 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제3 단계와, 상기 제1 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제3 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제1 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제4 단계와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제5 단계와, 상기 제2 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제6 단계와, 상기 제2 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제7 단계와, 상기 제5 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제7 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제2 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제8 단계와, 상기 제2 광원이 소등되고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1, 제2 상태와 동일한 제3 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제9 단계와, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제10 단계와, 상기 제3 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제11 단계와, 상기 제9 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 이 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제11 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제3 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제12 단계와, 상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하여 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 제1 종의 비정규 방전의 확률과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭과 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 노이즈 성분에 의한 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하는 기억부를 참조하여, 이 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때에 상기 제4, 제8, 제12 단계에서 산출한 방전 확률과, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 산출하는 제13 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 검출 대상의 제1 광원과는 별도로, 광량이 기지인 제2 광원과 광원 제어부를 설치하고, 또한 인가 전압 생성부와 전류 검출부와 방전 판정부와 제1 방전 확률 산출부와 기억부와 제2 방전 확률 산출부를 설치함으로써, 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분을 제외한 정규 방전의 방전 확률을 산출할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는, 이 정규 방전의 방전 확률에 기초한 광 센서의 수명 판정을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 검출 대상의 제1 광원과는 별도로, 광량이 기지인 제2 광원과 광원 제어부를 설치하고, 또한 인가 전압 생성부와 전류 검출부와 방전 판정부와 방전 확률 산출부와 기억부와 수광량 산출부를 설치함으로써, 제1 종의 비정규 방전의 방전 확률과 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률이 기지이면, 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 광 센서의 수광량에 의존하여 발생하는, 노이즈 성분에 의한 비정규 방전의 방전 확률과, 정규 방전의 방전 확률 중 적어도 한쪽이 미지수인 경우에도, 수광량을 산출할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는, 구한 수광량으로부터 화염의 유무를 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에서는, 수광량에 의해 광 센서의 잘못된 수명 판정을 해 버릴 가능성을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 광 센서에 인가되는 구동 펄스, 및 전류 검출 회로에 있어서 검출되는 검출 전압을 도시한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템의 다른 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템을 실현하는 컴퓨터의 구성예를 도시한 블록도이다.

[실시예]

이하, 노이즈 성분을 제외한 정규 방전의 측정 방법과 수광량의 측정 방법에 대해 설명한다. 광전 효과를 이용한 광 센서는, 광자가 전극에 접촉함으로써 통전하는 광전관이다. 통전은 다음의 조건으로 진행된다.

[광 센서의 동작]

광 센서의 1쌍의 전극 사이에 전압을 인가한 상태에 있어서, 한쪽의 전극에 광자가 접촉하면, 어떤 확률로 광전자가 튀어나와, 전자 사태를 일으키면서 통전한다(전극 사이에 방전 전류가 흐른다).

전극 사이에 전압이 가해지고 있는 동안, 광 센서는 계속해서 통전한다. 혹은, 광 센서의 통전이 확인되면 즉시 전압을 내림으로써 통전이 정지된다. 이와 같이, 광 센서는, 전극 사이의 전압이 내려가면, 통전을 종료한다.

광 센서의 전극에 광자가 1개 접촉했을 때에, 광 센서가 방전될 확률을 P₁이라고 한다. 또한, 광 센서의 전극에 광자가 2개 접촉했을 때에, 광 센서가 방전될 확률을 P₂라고 한다. P₂는 1개째의 광자에서도 2개째의 광자에서도 방전되지 않을 확률의 반대이기 때문에, P₂와 P₁의 관계는, 식 (1)과 같이 표시된다.

일반적으로 n개의 광자가 광 센서의 전극에 접촉했을 때에 광 센서가 방전될 확률을 P_n, m개의 광자가 광 센서의 전극에 접촉했을 때에 광 센서가 방전될 확률을 P_m이라고 하면(n, m은 자연수), 식 (1)과 마찬가지로 식 (2)와 식 (3)이 성립한다.

식 (2)와 식 (3)으로부터, P_n과 P_m의 관계로서 식 (4)를 유도할 수 있다.

단위 시간당 광 센서의 전극에 비래(飛來)해 오는 광자의 수를 E, 광 센서의 방전 개시 전압 이상의 전압을 전극 사이에 인가하는 시간(이하 펄스폭이라고 부름)을 T라고 하면, 전압 인가 1회당 전극에 충돌하는 광자의 수는 ET로 표시된다. 따라서, 동일한 광 센서를, 어떤 조건 A와 다른 조건 B로 동작시켰을 때의, 광자수(E), 펄스폭(T), 방전 확률(P)의 관계는 식 (5)와 같이 된다. 여기서, 기준으로 하는 광자수를 E₀이라고 정하고, Q=E/E₀이라고 하면, 식 (6)이 된다. 여기서, Q를 수광량이라고 부르는 것으로 한다.

[광 검출 시스템의 구성과 동작]

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 광 검출 시스템은, 광 센서를 구동하여, 광 센서의 구동 결과로부터 방전 확률과 광원으로부터의 수광량을 산출하는 것이다. 이 광 검출 시스템은, 불꽃이나 LED나 램프 등의 광원(100)(제1 광원)으로부터 발생하는 광(자외선)을 검출하는 광 센서(1)와, 외부 전원(2)과, 광 센서(1) 및 외부 전원(2)이 접속된 연산 장치(3)와, 발생한 광이 광원(100)으로부터의 광과 함께 광 센서(1)에 입사하도록 설치된 추가 광원(101)(제2 광원)을 구비하고 있다.

광 센서(1)는, 양단부가 막힌 원통형의 외위기(外圍器)와, 이 외위기의 양단부를 관통하는 2개의 전극 핀과, 외위기 내부에 있어서 전극 핀에 의해 서로 평행하게 지지된 2장의 전극을 구비한 광전관으로 구성되어 있다. 이러한 광 센서(1)에서는, 전극 지지 핀을 통해 전극 사이에 소정의 전압을 인가한 상태에 있어서, 광원(100)에 대향 배치된 한쪽의 전극에 자외선이 조사되면, 광전 효과에 의해 그 전극으로부터 전자가 방출되어, 전극 사이에 방전 전류가 흐른다.

외부 전원(2)은, 예컨대, 100[V] 또는 200[V]의 전압값을 갖는 교류의 상용 전원을 포함한다.

연산 장치(3)는, 외부 전원(2)에 접속된 전원 회로(11)와, 이 전원 회로(11)에 접속된 인가 전압 생성 회로(12) 및 트리거 회로(13)와, 광 센서(1)의 하류측의 단자(1b)와 접지 라인(GND) 사이에 직렬로 접속된 저항(R1과 R2)을 포함하는 분압 저항(14)과, 이 분압 저항(14)의 저항(R1과 R2)의 접속점(Pa)에 발생하는 전압(참조 전압)(Va)을 광 센서(1)에 흐르는 전류(I)로서 검출하는 전류 검출 회로(15)와, 인가 전압 생성 회로(12)와 트리거 회로(13)와 전류 검출 회로(15)가 접속된 처리 회로(16)와, 추가 광원(101)의 점등/소등을 제어하는 광원 제어부(21)를 구비하고 있다.

전원 회로(11)는, 외부 전원(2)으로부터 입력되는 교류 전력을, 인가 전압 생성 회로(12) 및 트리거 회로(13)에 공급한다. 또한, 연산 장치(3)의 구동용의 전력은, 전원 회로(11)로부터 취득된다. 단, 교류/직류를 막론하고 다른 전원으로부터 구동용의 전력을 취득하도록 구성할 수도 있다.

인가 전압 생성 회로(12)(인가 전압 생성부)는, 전원 회로(11)에 의해 인가되는 교류 전압을 소정의 값까지 승압시켜 광 센서(1)에 인가한다. 본 실시예에서는, 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스(PS)와 동기한 200[V]의 펄스형의 전압[광 센서(1)의 방전 개시 전압(V_ST) 이상의 전압]을 구동 펄스 전압(PM)으로서 생성하고, 이 생성된 구동 펄스 전압(PM)을 광 센서(1)에 인가한다. 도 2에 광 센서(1)에 인가되는 구동 펄스 전압(PM)을 도시한다. 구동 펄스 전압(PM)은, 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스(PS)와 동기하고 있고, 그 펄스폭(T)은 직사각형 펄스(PS)의 펄스폭과 동일하다. 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스(PS)에 대해서는 후술한다.

트리거 회로(13)는, 전원 회로(11)에 의해 인가되는 교류 전압의 소정의 값 점을 검출하고, 이 검출 결과를 처리 회로(16)에 입력한다. 본 실시예에 있어서, 트리거 회로(13)는, 전압값이 최소가 되는 최소값 점을 소정의 값 점(트리거 시점)으로서 검출한다. 이와 같이 교류 전압에 대해 소정의 값 점을 검출함으로써, 그 교류 전압의 1주기를 검출하는 것이 가능해진다.

분압 저항(14)은, 저항(R1과 R2)의 분압 전압으로서 참조 전압(Va)을 생성하여, 전류 검출 회로(15)에 입력한다. 여기서, 광 센서(1)의 상류측의 단자(1a)에 인가되는 구동 펄스(PM)의 전압값은, 전술한 바와 같이 200[V]라고 하는 고전압으로 되어 있기 때문에, 광 센서(1)의 전극 사이에 전류가 흘렀을 때에 그 하류측의 단자(1b)에 발생하는 전압을 그대로 전류 검출 회로(15)에 입력하면 전류 검출 회로(15)에 큰 부하가 가해지게 된다. 이 때문에, 본 실시예에서는, 분압 저항(14)에 의해 전압값이 낮은 참조 전압(Va)을 생성하여, 이것을 전류 검출 회로(15)에 입력하도록 하고 있다.

전류 검출 회로(15)(전류 검출부)는, 분압 저항(14)으로부터 입력되는 참조 전압(Va)을 광 센서(1)의 방전 전류(I)로서 검출하고, 이 검출한 참조 전압(Va)을 검출 전압(Vpv)으로서 처리 회로(16)에 입력한다.

처리 회로(16)는, 직사각형 펄스 생성부(17)와, A/D 변환부(18)와, 감도 파라미터 기억부(19)와, 중앙 처리부(20)를 구비하고 있다.

직사각형 펄스 생성부(17)는, 트리거 회로(13)가 트리거 시점을 검출할 때마다, 즉 전원 회로(11)로부터 트리거 회로(13)에 인가되는 교류 전압의 1주기마다, 펄스폭(T)의 직사각형 펄스(PS)를 생성한다. 이 직사각형 펄스 생성부(17)가 생성하는 직사각형 펄스(PS)가 인가 전압 생성 회로(12)에 보내진다. 직사각형 펄스 생성부(17)와 인가 전압 생성 회로(12)는, 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭을 조정 가능하다. 즉, 직사각형 펄스 생성부(17)가 직사각형 펄스(PS)의 펄스폭을 원하는 값으로 설정함으로써, 직사각형 펄스(PS)와 동일한 펄스폭의 구동 펄스 전압(PM)이 인가 전압 생성 회로(12)로부터 출력된다.

A/D 변환부(18)는, 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압(Vpv)을 A/D 변환하여, 중앙 처리부(20)에 보낸다.

중앙 처리부(20)는, 프로세서나 기억 장치를 포함하는 하드웨어와, 이들 하드웨어와 협동하여 각종 기능을 실현시키는 프로그램에 의해 실현되고, 방전 판정부(201)와, 방전 확률 산출부(202, 203)와, 펄스 인가수 적산부(204)와, 인가수 판정부(205)와, 수광량 산출부(206)와, 수광량 판정부(207)로서 기능한다.

중앙 처리부(20)에 있어서, 방전 판정부(201)는, 전류 검출 회로(15)에 의해 검출된 광 센서(1)의 방전 전류에 기초하여 광 센서(1)의 방전을 검출한다. 구체적으로는, 방전 판정부(201)는, 광 센서(1)에 구동 펄스 전압(PM)이 인가될 때마다[직사각형 펄스(PS)가 생성될 때마다], A/D 변환부(18)로부터 입력되는 검출 전압(Vpv)과 미리 정해져 있는 임계값 전압(Vth)을 비교하여(도 2 참조), 검출 전압(Vpv)이 임계값 전압(Vth)을 초과한 경우에 광 센서(1)가 방전되었다고 판정하고, 방전 횟수(n)를 1 늘린다.

방전 확률 산출부(202)는, 광 센서(1)에 인가된 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N)가 소정수를 초과했을 때[직사각형 펄스(PS)의 펄스수가 소정수를 초과했을 때]에, 방전 판정부(201)에 의해 검출된 방전 횟수(n)와 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N)로부터 광 센서(1)의 방전 확률(P)을 산출한다.

이 방전 확률(P)을 프레임 신호로서 출력한다. 어떤 동작 조건, 수광량(Q₀)(Q₀≠0), 펄스폭(T₀)에서의 방전 확률(P₀)이 기지라고 하자. 예컨대 광 검출 시스템의 출하 검사에 있어서, 정해진 수광량과 펄스폭에서의 방전 확률(P)을 측정해 두는 방법이 있다. 이때, 수광량(Q), 펄스폭(T), 방전 확률(P)의 관계는, 식 (7)이 된다. 단, P=0은 Q=0으로 한다. 본 발명에서는, P=0일 때와 P=1일 때는, 수광량(Q)의 산출 처리에서 제외한다.

지금, Q₀, T₀, P₀이 기지이고, T는 광 검출 시스템이 제어하고 있는 펄스폭이기 때문에 기지이다. 복수 회의 구동 펄스 전압(PM)을 광 센서(1)에 인가하여, 방전 횟수(n)를 측정하고, 방전 확률(P)을 산출하면, 미지수인 수광량(Q)을 식 (7)로부터 산출할 수 있다. 이 수광량(Q)을 프레임 신호로서 출력해도 좋다.

[노이즈를 고려한 광 검출 시스템의 동작]

식 (7)로부터, 어떤 동작 조건, 수광량(Q₀), 펄스폭(T₀)에서의 방전 확률(P_aA)이 기지라고 하고, 수광량(Q), 펄스폭(T), 방전 확률(P)의 관계는, 식 (8)로 주어진다.

광 센서(1)의 방전과 시간의 관계로서는, 하기의 2가지가 생각된다.

(a) 구동 펄스 전압(PM)의 인가 중에 일률적인 확률로 나타나는 방전[식 (8)].

(b) 구동 펄스 전압(PM)의 상승 혹은 하강 시에 나타나는 방전.

다음으로, 광 센서(1)의 방전과 수광량의 관계는, 하기의 2가지가 생각된다.

(A) 수광량과 식 (8)의 관계에 따라 나타나는 방전.

(B) 수광량과 무관하게 나타나는 방전.

표 1의 매트릭스와 같이, (a), (b)와 (A), (B)의 조합으로 광 센서(1)의 노이즈 방전을 유형(類型)할 수 있다. 본 발명에서는, (a)와 (A)의 조합 (aA), (a)와 (B)의 조합 (aB), (b)와 (A)의 조합 (bA), (b)와 (B)의 조합 (bB)가 확실히 관측될 가능성이 높다고 생각된다.

aA의 조합의 방전은, 「감도」라고 불리는 정상적인 방전[식 (8)에 편입 완료]이다. aB의 조합의 방전은, 열전자 등이 트리거가 되는 자외선량에 무관한 방전이다. bA의 조합의 방전은, 돌입 전류나 잔존 이온에 의해 구동 펄스 전압의 상승 혹은 하강 시에 한정적으로 발생하는 방전 중 광량에 의존하는 방전이다. bB의 조합의 방전은, 돌입 전류나 잔존 이온에 의해 구동 펄스 전압의 상승 혹은 하강 시에 한정적으로 발생하는 방전 중 광량에 의존하지 않는 방전이다.

또한, 표 1에 유형화한 것은 UV(ultraviolet) 고장 모드의 전부가 아니다. 예컨대 방전이 끊어지지 않는, 감도 파장이 상이한 등, 표 1에 포함되지 않는 고장 모드가 있다.

이상의 aA의 방전과 3종의 aB, bA, bB의 노이즈 방전은, 식 (9)의 형태로 표시할 수 있다.

식 (9)에 있어서, P_aB는 수광량(Q), 펄스폭(T)에서의 aB의 방전 확률, P_bA는 수광량(Q), 펄스폭(T)에서의 bA의 방전 확률, P_bB는 수광량(Q), 펄스폭(T)에서의 bB의 방전 확률이다.

[방전 확률(P_aA)의 산출 방법]

식 (9)에 있어서, 방전 확률(P_aA)이 미지수이고, 방전 확률(P_aB, P_bB)이 기지라고 하자. 예컨대 광원(100)에 더하여, 광량이 기지인 추가 광원(101)을 점등시켰을 때의 수광량을 Q₁, 추가 광원(101)을 소등한 상태의 광원(100)만일 때의 수광량을 Q₂(Q₁≠Q₂)라고 하면, 수광량(Q₁과 Q₂)의 차는 추가 광원(101)의 광량이 되기 때문에, 수광량(Q₁, Q₂)이 미지의 값이어도, Q₁-Q₂는 기지의 값이 된다. 방전 확률(P_aA)이 미지이고 방전 확률(P_bA)이 기지라고 하면, 수광량(Q₁)일 때의 방전 확률을 ¹P로 하고, 수광량(Q₁)과 방전 확률(¹P)을 식 (9)에 대입하면, 식 (10)이 된다.

또한, 수광량(Q₂)일 때의 방전 확률을 ²P로 하고, 수광량(Q₂)과 방전 확률(²P)을 식 (9)에 대입하면, 식 (11)이 된다.

식 (10)을 식 (11)로 나누면, 식 (12)가 된다.

식 (12)를 변형하면, 식 (13)과 같이 방전 확률(P_aA)을 구할 수 있다.

따라서, 수광량(Q₁, Q₂)일 때의 방전 확률(¹P, ²P)을 각각 측정하면, 방전 확률(P_aA)을 얻을 수 있다.

[수광량(Q)의 산출 방법]

식 (9)에 있어서, 방전 확률(P_aB 및 P_bB)이 기지라고 하자. 상기와 마찬가지로, 수광량(Q₁, Q₂)일 때의 방전 확률을 각각 ¹P, ²P라고 하면, 식 (12)가 얻어지고, 식 (12)를 변형하면 식 (14)가 된다.

방전 확률(P_aB, P_bB)이 기지이기 때문에, 식 (9)를 변형하여 식 (15)를 얻는다.

식 (15)에 식 (14)를 대입하여 변형하면, 식 (16)과 같이 수광량(Q)을 얻을 수 있다.

따라서, 방전 확률(P_aA, P_bA) 중 적어도 한쪽이 미지수인 경우에도, 검출 대상의 광원(100)에 더하여, 광량이 기지인 추가 광원(101)을 사용함으로써, 식 (16)과 같이 수광량(Q)을 얻을 수 있다.

이하, 본 실시예의 광 검출 시스템의 동작에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 3, 도 4는 본 실시예의 광 검출 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.

먼저, 방전 확률 산출부(202)는, 광원 제어부(21)에 추가 광원(101)을 점등하도록 지시한 후에, 직사각형 펄스 생성부(17)에 지시하여 구동 펄스 전압(PM)의 인가를 개시시킨다.

방전 확률 산출부(202)로부터의 지시에 따라, 광원 제어부(21)는, 추가 광원(101)을 점등시킨다(도 3 단계 S100). 이때의 광 센서(1)의 수광량은 미지의 값(Q₁)이다. 추가 광원(101)으로서는, 예컨대 LED가 있다.

방전 확률 산출부(202)로부터의 지시에 따라, 직사각형 펄스 생성부(17)는, 직사각형 펄스(PS)의 펄스폭을 소정의 값(T)으로 설정한다. 이 펄스폭의 설정에 의해, 인가 전압 생성 회로(12)는, 펄스폭(T)의 구동 펄스 전압(PM)을 광 센서(1)의 1쌍의 단자(1a, 1b) 사이에 인가한다(도 3 단계 S101).

방전 판정부(201)는, 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압(Vpv)과 미리 정해져 있는 임계값 전압(Vth)을 비교하여, 검출 전압(Vpv)이 임계값 전압(Vth)을 초과한 경우에 광 센서(1)가 방전되었다고 판정한다. 방전 판정부(201)는, 광 센서(1)가 방전되었다고 판정하면, 이것을 1회로 하여 방전 횟수(n₁)를 카운트한다(도 3 단계 S102). 방전 횟수(n₁)와 후술하는 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₁)의 초기값이 모두 0인 것은 말할 필요도 없다. 이렇게 해서, 단계 S101, S102의 처리가 반복해서 실행된다.

펄스 인가수 적산부(204)는, 직사각형 펄스 생성부(17)로부터 출력되는 직사각형 펄스(PS)를 셈으로써, 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₁)를 센다.

인가수 판정부(205)는, 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₁)를 소정수(Nth)와 비교한다.

방전 확률 산출부(202)는, 단계 S101에 의한 구동 펄스 전압(PM)의 인가 개시 시로부터의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₁)가 소정수(Nth)를 초과했다고 인가수 판정부(205)가 판정했을 때(도 3 단계 S103에 있어서 YES), 이때의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₁)와 방전 판정부(201)에 의해 검출된 방전 횟수(n₁)에 기초하여, 식 (17)에 의해 방전 확률(¹P)을 산출한다(도 3 단계 S104).

방전 확률(¹P)의 산출 후, 방전 확률 산출부(202)는, 광원 제어부(21)에 추가 광원(101)을 소등하도록 지시한 후에, 직사각형 펄스 생성부(17)에 지시하여 구동 펄스 전압(PM)의 인가를 개시시킨다. 방전 확률 산출부(202)로부터의 지시에 따라, 광원 제어부(21)는, 추가 광원(101)을 소등시킨다(도 3 단계 S105). 이때의 광 센서(1)의 수광량은 미지의 값(Q₂)이다. 상기한 바와 같이, Q₁-Q₂는 기지의 값이다.

방전 확률 산출부(202)로부터의 지시에 따라, 직사각형 펄스 생성부(17)는, 직사각형 펄스(PS)의 출력을 일단 정지한 후, 직사각형 펄스(PS)의 펄스폭을 재차, 소정의 값(T)으로 설정한다. 이 펄스폭의 설정에 의해, 인가 전압 생성 회로(12)는, 펄스폭(T)의 구동 펄스 전압(PM)을 광 센서(1)의 1쌍의 단자(1a, 1b) 사이에 인가한다(도 3 단계 S106).

방전 판정부(201)는, 상기와 마찬가지로 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압(Vpv)과 임계값 전압(Vth)을 비교하여, 검출 전압(Vpv)이 임계값 전압(Vth)을 초과한 경우에 광 센서(1)가 방전되었다고 판정하고, 방전 횟수(n₂)를 1 늘린다(도 3 단계 S107). 방전 횟수(n₂)와 후술하는 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₂)의 초기값이 모두 0인 것은 말할 필요도 없다. 이렇게 해서, 단계 S106, S107의 처리가 반복해서 실행된다.

방전 확률 산출부(202)는, 단계 S106에 의한 구동 펄스 전압(PM)의 인가 개시 시로부터의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₂)가 소정수(Nth)를 초과했다고 인가수 판정부(205)가 판정했을 때(도 3 단계 S108에 있어서 YES), 이때의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₂)와 방전 판정부(201)에 의해 검출된 방전 횟수(n₂)에 기초하여, 식 (18)에 의해 방전 확률(²P)을 산출한다(도 3 단계 S109).

감도 파라미터 기억부(19)에는, 광 센서(1)의 기지의 감도 파라미터로서, 광 센서(1)의 기준 수광량(Q₀)과, 구동 펄스 전압(PM)의 기준 펄스폭(T₀)과, 비정규 방전의 방전 확률(P_aB, P_bA, P_bB)과, 추가 광원(101) 점등 시와 소등 시의 수광량의 차(Q₁-Q₂)가 미리 기억되어 있다.

방전 확률(P_aB)은, 상기한 바와 같이 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭에 의존하여 발생하고 또한 광 센서(1)의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 광 센서(1)의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 방전의 확률이다. 방전 확률(P_bA)은, 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 광 센서(1)의 수광량에 의존하여 발생하는, 광 센서(1)의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 방전의 확률이다. 방전 확률(P_bB)은, 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭과 광 센서(1)의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 광 센서(1)의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 방전의 확률이다.

감도 파라미터 기억부(19)에 기억되는 감도 파라미터에 대해서는, 예컨대 광 검출 시스템의 출하 검사에 있어서 미리 측정해 두는 것으로 한다. 또한, 상기한 펄스폭(T)은, 기준 펄스폭(T₀)과 동일해도 좋다.

방전 확률(²P)의 산출 후, 방전 확률 산출부(203)는, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(¹P, ²P)과, 방전 확률(¹P, ²P)을 구했을 때의 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭(T)과, 감도 파라미터 기억부(19)에 기억되어 있는 파라미터(T₀, Q₀, P_bA, Q₁-Q₂)에 기초하여, 방전 확률(P_aA)을, 식 (13)에 의해 산출한다(도 3 단계 S110). 방전 확률(P_aA)은, 상기한 바와 같이 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭이 기준 펄스폭(T₀)이고 광 센서(1)의 수광량이 기준 수광량(Q₀)이며 광 센서(1)가 채광 가능한 상태일 때의 정규 방전의 방전 확률이다.

수광량 산출부(206)는, 방전 확률 산출부(203)에 의해 산출된 방전 확률(P_aA)이 0보다 크고 또한 1 미만인 경우(도 3 단계 S111에 있어서 YES), 수광량(Q)의 산출 처리로 진행하고, 직사각형 펄스 생성부(17)에 지시하여 구동 펄스 전압(PM)의 인가를 개시시킨다. 또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률(P_aA)이 0인 경우(단계 S111에 있어서 NO), 수광량(Q)을 0으로 하거나, 혹은 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(도 3 단계 S112). 또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률(P_aA)이 1인 경우(단계 S111에 있어서 NO), 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(단계 S112).

수광량 산출부(206)로부터의 지시에 따라, 직사각형 펄스 생성부(17)는, 직사각형 펄스(PS)의 출력을 일단 정지한 후, 직사각형 펄스(PS)의 펄스폭을 재차, 소정의 값(T)으로 설정한다. 이 펄스폭의 설정에 의해, 인가 전압 생성 회로(12)는, 펄스폭(T)의 구동 펄스 전압(PM)을 광 센서(1)의 1쌍의 단자(1a, 1b) 사이에 인가한다(도 3 단계 S113).

방전 판정부(201)는, 상기와 마찬가지로 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압(Vpv)과 임계값 전압(Vth)을 비교하여, 검출 전압(Vpv)이 임계값 전압(Vth)을 초과한 경우에 광 센서(1)가 방전되었다고 판정하고, 방전 횟수(n₃)를 1 늘린다(도 3 단계 S114). 방전 횟수(n₃)와 후술하는 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₃)의 초기값이 모두 0인 것은 말할 필요도 없다. 이렇게 해서, 단계 S113, S114의 처리가 반복해서 실행된다.

방전 확률 산출부(202)는, 단계 S113에 의한 구동 펄스 전압(PM)의 인가 개시 시로부터의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₃)가 소정수(Nth)를 초과했다고 인가수 판정부(205)가 판정했을 때(도 3 단계 S115에 있어서 YES), 이때의 구동 펄스 전압(PM)의 인가 횟수(N₃)와 방전 판정부(201)에 의해 검출된 방전 횟수(n₃)에 기초하여, 식 (19)에 의해 방전 확률(P)을 산출한다(도 3 단계 S116).

수광량 산출부(206)는, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(P)이 0보다 크고 또한 1 미만인 경우(도 4 단계 S117에 있어서 YES), 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(¹P, ²P, P)과, 방전 확률(¹P, ²P, P)을 구했을 때의 구동 펄스 전압(PM)의 펄스폭(T)과, 감도 파라미터 기억부(19)에 기억되어 있는 파라미터(T₀, P_aB, P_bB, Q₁-Q₂)에 기초하여, 식 (16)에 의해 수광량(Q)을 산출한다(도 4 단계 S118).

또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(P)이 0인 경우(단계 S117에 있어서 NO), 수광량(Q)을 0으로 하거나, 혹은 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(도 4 단계 S119). 또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률(P)이 1인 경우(단계 S117에 있어서 NO), 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(단계 S119).

다음으로, 수광량 판정부(207)는, 수광량 산출부(206)에 의해 산출된 수광량(Q)과 소정의 수광량 임계값(Qth)을 비교하여(도 4 단계 S120), 수광량(Q)이 수광량 임계값(Qth)을 초과한 경우(단계 S120에 있어서 YES), 화염 있음이라고 판정한다(도 4 단계 S121). 또한, 수광량 판정부(207)는, 수광량(Q)이 수광량 임계값(Qth) 이하인 경우(단계 S120에 있어서 NO), 화염 없음이라고 판정한다(도 4 단계 S122).

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는, 노이즈 성분을 제외한 정규 방전의 방전 확률(P_aA)을 산출할 수 있다. 광 센서(1)의 열화에 따라 방전 확률(P_aA)이 변화한다고 생각되기 때문에, 방전 확률(P_aA)에 기초한 광 센서(1)의 수명 판정을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 방전 확률(P_aB, P_bB)이 기지이면, 방전 확률(P_aA, P_bA) 중 적어도 한쪽이 미지수인 경우에도 수광량(Q)을 산출할 수 있고, 구한 수광량(Q)으로부터 화염의 유무를 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는, 수광량(Q)에 의해 광 센서(1)의 잘못된 수명 판정을 해 버릴 가능성을 저감할 수 있다.

또한, 방전 확률(P_aA)만을 산출하는 경우에는, 수광량 산출부(206)와 수광량 판정부(207)와 단계 S111 이후의 처리는 불필요하다.

또한, 수광량(Q)만을 산출하는 경우에는, 방전 확률 산출부(203)는 불필요하다. 단, 방전 확률 산출부(203)를 설치하지 않는 경우, 도 3의 단계 S110, S111의 처리를 행할 수 없게 된다. 그래서, 방전 확률 산출부(203)를 설치하지 않는 경우에는, 도 3의 처리 대신에 도 5에 도시된 처리를 행하면 된다. 도 5의 단계 S100∼S109의 처리는, 도 3에서 설명한 바와 같다.

방전 확률(²P)의 산출 후, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(¹P, ²P)이 0보다 크고 또한 1 미만인 경우(도 5 단계 S111a에 있어서 YES), 수광량(Q)의 산출 처리로 진행하고, 직사각형 펄스 생성부(17)에 지시하여 구동 펄스 전압(PM)의 인가를 개시시킨다(도 5 단계 S113).

또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률(¹P, ²P) 중 적어도 한쪽이 0인 경우(단계 S111a에 있어서 NO), 수광량(Q)을 0으로 하거나, 혹은 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(도 5 단계 S112). 또한, 수광량 산출부(206)는, 방전 확률(¹P, ²P) 중 적어도 한쪽이 1인 경우(단계 S111a에 있어서 NO), 수광량(Q)을 산출 불가로 하는 예외 처리를 행한다(단계 S112). 단계 S113∼S116의 처리는 도 3에서 설명한 바와 같다. 단계 S117 이후의 처리는 도 4에서 설명한 바와 같기 때문에, 도시는 생략한다.

또한, 본 실시예에서는, 추가 광원(101)을 점등한 상태를 제1 상태로 하고, 추가 광원(101)을 소등한 상태를 제2 상태로 하며, Q₁-Q₂를 정(正)의 값(Q₁>Q₂)으로 하고 있으나, Q₁-Q₂를 부(負)의 값(Q₁<Q₂)으로 해도 좋다.

구체적으로는, 방전 확률 산출부(202)는, 도 3, 도 5의 단계 S100에 있어서 추가 광원(101)을 소등 상태(제1 상태)로 하고, 도 3, 도 5의 단계 S105에 있어서 추가 광원(101)을 점등시키도록 하면 된다(제2 상태). 단, 단계 S105에서 추가 광원(101)을 점등시킨 경우, 방전 확률 산출부(202)는, 방전 확률(²P)의 산출 후에 광원 제어부(21)에 지시하여 추가 광원(101)을 소등시킬 필요가 있다.

본 실시예에서는, 광원(100)이 화염인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 광 검출 시스템은 화염 이외의 광원(100)에도 적용 가능하다.

본 실시예에서 설명한 감도 파라미터 기억부(19)와 중앙 처리부(20)는, CPU(Central Processing Unit)와 기억 장치와 인터페이스를 구비한 컴퓨터와, 이들의 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다.

이 컴퓨터의 구성예를 도 6에 도시한다. 컴퓨터는, CPU(300)와, 기억 장치(301)와, 인터페이스 장치(I/F)(302)를 구비하고 있다. I/F(302)에는, 인가 전압 생성 회로(12)와 직사각형 펄스 생성부(17)와 A/D 변환부(18)와 광원 제어부(21) 등이 접속된다. 이러한 컴퓨터에 있어서, 본 발명의 방전 확률 산출 방법 및 수광량 측정 방법을 실현시키기 위한 프로그램은 기억 장치(301)에 저장된다. CPU(300)는, 기억 장치(301)에 저장된 프로그램에 따라 본 실시예에서 설명한 처리를 실행한다.

본 발명은 화염 검출 시스템에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 화염 이외의 광의 검출에 대해서도 적용할 수 있다.

1: 광 센서 2: 외부 전원
3: 연산 장치 11: 전원 회로
12: 인가 전압 생성 회로 13: 트리거 회로
14: 분압 저항 15: 전류 검출 회로
16: 처리 회로 17: 직사각형 펄스 생성부
18: A/D 변환부 19: 감도 파라미터 기억부
20: 중앙 처리부 21: 광원 제어부
100: 광원 101: 추가 광원
201: 방전 판정부 202, 203: 방전 확률 산출부
204: 펄스 인가수 적산부 205: 인가수 판정부
206: 수광량 산출부 207: 수광량 판정부

Claims

광 검출 시스템으로서,
제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하도록 구성된 광 센서와,
발생한 광이 상기 제1 광원으로부터의 광과 함께 상기 광 센서에 입사하도록 설치된, 광량이 기지(旣知)인 제2 광원과,
상기 제2 광원의 점등/소등을 제어하도록 구성된 광원 제어부와,
상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부와,
상기 광 센서의 방전 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와,
상기 전류 검출부에 의해 검출된 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하도록 구성된 방전 판정부와,
상기 제2 광원이 점등 또는 소등된 제1 상태와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태의 각각에 대해, 상기 인가 전압 생성부에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 방전 판정부에 의해 검출된 방전의 횟수에 기초하여 방전 확률을 산출하도록 구성된 제1 방전 확률 산출부와,
상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 광 센서의 기준 수광량과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하여 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하도록 구성된 기억부와,
상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률과, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 기준 펄스폭이고 상기 광 센서의 수광량이 상기 기준 수광량일 때의 정규 방전의 방전 확률을 산출하도록 구성된 제2 방전 확률 산출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 방전 확률 산출부는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭을 T₀, 상기 광 센서의 기준 수광량을 Q₀, 상기 비정규 방전의 방전 확률을 P_bA, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 Q₁-Q₂, 상기 제1 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률을 ¹P, 상기 제2 상태일 때에 상기 제1 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률을 ²P, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭을 T, 상기 정규 방전의 방전 확률을 P_aA라고 했을 때,

에 의해, 상기 정규 방전의 방전 확률(P_aA)을 산출하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템.
광 검출 시스템으로서,
제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하도록 구성된 광 센서와,
발생한 광이 상기 제1 광원으로부터의 광과 함께 상기 광 센서에 입사하도록 설치된, 광량이 기지인 제2 광원과,
상기 제2 광원의 점등/소등을 제어하도록 구성된 광원 제어부와,
상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부와,
상기 광 센서의 방전 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와,
상기 전류 검출부에 의해 검출된 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하도록 구성된 방전 판정부와,
상기 제2 광원이 점등 또는 소등된 제1 상태와, 상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태와, 상기 제2 광원이 소등되고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1, 제2 상태와 동일한 제3 상태의 각각에 대해, 상기 인가 전압 생성부에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 방전 판정부에 의해 검출된 방전의 횟수에 기초하여 방전 확률을 산출하도록 구성된 방전 확률 산출부와,
상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하여 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 제1 종의 비정규 방전의 확률과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭과 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 노이즈 성분에 의한 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하도록 구성된 기억부와,
상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률과, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 산출하도록 구성된 수광량 산출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템.
제3항에 있어서,
상기 수광량 산출부에 의해 산출된 수광량과 수광량 임계값을 비교함으로써, 상기 제1 광원의 유무를 판정하도록 구성된 수광량 판정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 수광량 산출부는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭을 T₀, 상기 제1 종의 비정규 방전의 방전 확률을 P_aB, 상기 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률을 P_bB, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 Q₁-Q₂, 상기 제1 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률을 ¹P, 상기 제2 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률을 ²P, 상기 제3 상태일 때에 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 방전 확률을 P, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 Q라고 했을 때,

에 의해, 상기 수광량(Q)을 산출하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템.
광 검출 시스템의 방전 확률 산출 방법으로서,
제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하는 광 센서에 광량이 기지인 제2 광원으로부터의 광을 입사시키거나, 또는 상기 제2 광원을 소등한 제1 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제1 단계와,
상기 제1 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제2 단계와,
상기 제1 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제3 단계와,
상기 제1 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제3 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제1 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제4 단계와,
상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제5 단계와,
상기 제2 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제6 단계와,
상기 제2 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제7 단계와,
상기 제5 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제7 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제2 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제8 단계와,
상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 광 센서의 기준 수광량과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하지 않고 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하여 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하는 기억부를 참조하여, 상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제4, 제8 단계에서 산출한 방전 확률과, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 기준 펄스폭이고 상기 광 센서의 수광량이 상기 기준 수광량일 때의 정규 방전의 방전 확률을 산출하는 제9 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템의 방전 확률 산출 방법.
제6항에 있어서,
상기 제9 단계는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭을 T₀, 상기 광 센서의 기준 수광량을 Q₀, 상기 비정규 방전의 방전 확률을 P_bA, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 Q₁-Q₂, 상기 제4 단계에서 산출한 방전 확률을 ¹P, 상기 제8 단계에서 산출한 방전 확률을 ²P, 상기 제1, 제2 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭을 T, 상기 정규 방전의 방전 확률을 P_aA라고 했을 때,

에 의해, 상기 정규 방전의 방전 확률(P_aA)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템의 방전 확률 산출 방법.
광 검출 시스템의 수광량 측정 방법으로서,
제1 광원으로부터 방출되는 광을 검출하는 광 센서에 광량이 기지인 제2 광원으로부터의 광을 입사시키거나, 또는 상기 제2 광원을 소등한 제1 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제1 단계와,
상기 제1 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제2 단계와,
상기 제1 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제3 단계와,
상기 제1 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제3 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제1 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제4 단계와,
상기 제2 광원의 점등/소등의 상태가 상기 제1 상태와 상이하고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1 상태와 동일한 제2 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제5 단계와,
상기 제2 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제6 단계와,
상기 제2 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제7 단계와,
상기 제5 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제7 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제2 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제8 단계와,
상기 제2 광원이 소등되고, 또한 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭이 상기 제1, 제2 상태와 동일한 제3 상태일 때에 상기 광 센서의 전극에 구동 펄스 전압을 주기적으로 인가하는 제9 단계와,
상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 방전 전류를 검출하는 제10 단계와,
상기 제3 상태일 때의 상기 방전 전류에 기초하여 상기 광 센서의 방전을 검출하는 제11 단계와,
상기 제9 단계에 의한 상기 구동 펄스 전압의 인가 횟수와, 상기 구동 펄스 전압의 인가 중에 상기 제11 단계에서 검출한 방전의 횟수에 기초하여 상기 제3 상태일 때의 방전 확률을 산출하는 제12 단계와,
상기 광 센서의 기지의 감도 파라미터로서, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 의존하여 발생하고 또한 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 광 센서의 광전 효과에 의한 방전 이외의 노이즈 성분에 의한 제1 종의 비정규 방전의 확률과, 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭과 상기 광 센서의 수광량에 의존하지 않고 발생하는, 상기 노이즈 성분에 의한 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률과, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 미리 기억하는 기억부를 참조하여, 상기 기억부에 기억되어 있는 감도 파라미터와, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때에 상기 제4, 제8, 제12 단계에서 산출한 방전 확률과, 상기 제1, 제2, 제3 상태일 때의 상기 구동 펄스 전압의 펄스폭에 기초하여, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 산출하는 제13 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템의 수광량 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 제13 단계에서 산출한 수광량과 수광량 임계값을 비교함으로써, 상기 제1 광원의 유무를 판정하는 제14 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템의 수광량 측정 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제13 단계는, 상기 구동 펄스 전압의 기준 펄스폭을 T₀, 상기 제1 종의 비정규 방전의 방전 확률을 P_aB, 상기 제2 종의 비정규 방전의 방전 확률을 P_bB, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태에서의 상기 광 센서의 수광량의 차를 Q₁-Q₂, 상기 제4 단계에서 산출한 방전 확률을 ¹P, 상기 제8 단계에서 산출한 방전 확률을 ²P, 상기 제12 단계에서 산출한 방전 확률을 P, 상기 제3 상태일 때의 상기 광 센서의 수광량을 Q라고 했을 때,

에 의해, 상기 수광량(Q)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출 시스템의 수광량 측정 방법.