KR20210087464A - 연기 검출기 챔버 경계 표면 - Google Patents
연기 검출기 챔버 경계 표면 Download PDFInfo
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Abstract
연기를 광학적으로 검출하기 위한 디바이스 및 그 구현. 작고 오래 지속되는 연기 검출기에서 연기의 존재를 검출하는 장치 및 방법이 개시된다. 구체적으로, 본 개시내용은 연기에 대한 빠른 반응 및 주변 광 차단에 대한 모든 다른 주변 요건을 만족시키면서 하우징 구조로부터의 반사를 매우 낮은 값으로 유지하는 동시에 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축하는 방법을 제시한다. 이는 먼지의 부정적인 영향에 내성적인 디바이스에서 연기 입자의 광 산란에 대한 매우 작은 측정치도 신뢰성이 있게 한다. 특히, 기하학적 광학 요소, 예를 들어 캡 및 광학 편향 요소가 개시된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 12월 15일자로 출원된 발명의 명칭이 "COMPACT OPTICAL SMOKE DETECTOR SYSTEM AND APPARATUS"인 미국 가출원 제62/599,474호의 이익을 주장하는 2018년 11월 6일자로 출원된 발명의 명칭이 "COMPACT OPTICAL SMOKE DETECTOR SYSTEM AND APPARATUS"인 미국 출원 제16/181,878호의 부분 연속 출원인 2018년 11월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 "SMOKE DETECTOR CHAMBER BOUNDARY SURFACES"인 미국 출원 제16/206,268호에 관련되고 그에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원은 모두 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.
개시내용의 분야
본 개시내용은 연기 검출에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 소형 연기 검출기 내의 광학 경계 표면과 관련된 장치 및 기술을 설명한다.
연기 검출기는 일반적으로 화재의 지표로서 연기를 감지하는 디바이스이다. 상업용 보안 디바이스는 화재 경보 시스템의 일부로 화재 경보 제어 패널에 신호를 발행하는 반면, 연기 경보기라고도 알려져 있는 가정용 연기 검출기는 일반적으로 검출기 자체에서 지역적 가청 또는 시각적 경보를 발행한다.
연기 검출기는 일반적으로 직경 약 150 mm(6 인치) 및 두께 25 mm(1 인치) 디스크와 유사한 형상의 플라스틱 인클로저에 수납되지만, 형상과 크기는 다양하다. 연기는 광학적으로(광전) 또는 물리적 프로세스(이온화)로 검출할 수 있으며, 검출기는 이들 방법 중 어느 하나 또는 둘 모두를 사용할 수 있다. 민감한 경보기를 사용하여 금지된 영역에서의 흡연을 검출하고 따라서 이를 중단시킬 수 있다. 대형 상업용, 산업용 및 주거용 건물의 연기 검출기는 일반적으로 배터리 백업을 구비한 건물 전원에 의해 급전되는 중앙 화재 경보 시스템에 의해 급전된다.
가정용 연기 검출기는 개별 배터리 급전식 유닛부터 배터리 백업을 구비한 여러 개의 상호 연결된 본선-급전식 유닛까지 다양하며, 이러한 상호 연결된 유닛에서, 임의의 유닛이 연기를 검출하면 가정용 전원이 꺼지더라도 모두가 트리거된다. 광학 연기 검출기는 크기가 더 큰 경향이 있다. 결과적으로, 가정용 연기 검출기의 90 %가 이온화 기술을 사용한다.
이온화 연기 경보기는 일반적으로 화염성 화재에 더 잘 반응하지만 광전 연기 경보기는 일반적으로 오랜 기간의 발연(smoldering)과 함께 시작되는 화재( "발연성 화재"라 지칭됨)에 더 잘 반응한다. 각 유형의 연기 경보기에 대해, 제공되는 이점은 일부 화재 상황에서 생명 안전에 중요할 수 있다. 집에서의 치명적 화재는 낮이든 밤이든 많은 수의 발연성 화재와 많은 수의 화염성 화재를 포함한다. 집에서 발생할 수 있는 화재의 유형이나 발생 시기를 예측할 수는 없다. 임의의 연기 경보기 기술이 허용 가능하게 되려면 2가지 유형의 화재 모두에 대해 허용 가능한 성능을 발휘하여 낮이든 밤이든 모든 시간에 잠들어 있든 깨어 있든 화재에 대한 경고를 조기에 제공하여야 한다.
이온화 연기 검출기는 방사성 동위 원소, 일반적으로 아메리슘 -241을 사용하여 공기를 이온화하고; 연기로 인한 차이가 검출되고 경보가 생성된다. 연기 검출기는 2개의 이온화 챔버를 갖는 데, 하나는 공기에 개방되어 있고, 하나는 입자의 진입을 허용하지 않는 기준 챔버이다. 방사능 소스는 알파 입자를 두 챔버로 방출하여 일부 공기 분자를 이온화한다.
챔버의 전극 쌍 사이에는 전위차(전압)가 있으며; 이온의 전하는 전류가 유동할 수 있게 한다. 두 챔버가 기압, 온도 및 소스의 노화에 똑같이 영향을 받기 때문에, 두 챔버의 전류는 동일해야 한다. 임의의 연기 입자가 개방된 챔버로 진입하면, 일부 이온이 입자에 부착되어 해당 챔버에서 전류를 운반하는 데 사용될 수 없다. 전자 회로가 개방된 챔버와 밀봉된 챔버 사이에 전류 차이가 발생했음을 검출하고 경보를 울린다.
광전 또는 광학 연기 검출기에는 적외선, 가시광 또는 자외선의 소스(일반적으로 백열 전구 또는 발광다이오드), 렌즈 및 광전 수신기(일반적으로 광다이오드)가 포함된다. 스팟형 검출기에서 이러한 모든 구성요소는 근방 화재의 연기를 함유할 수 있는 공기가 유동하는 챔버 내부에 배열된다. 아트리움 및 강당과 같은 넓은 개방 영역에서는 유닛 내의 챔버 대신 광학 빔 또는 투사 빔 연기 검출기가 사용되며; 벽-장착형 유닛은 별개의 디바이스에 의해 수신 및 처리되거나 반사기에 의해 수신기로 다시 반사되는 적외선 또는 자외선 빔을 방출한다.
일부 유형, 특히 광학 빔 유형에서는 광원에서 방출되는 광이 테스트되는 공기를 통과하여 포토센서에 도달한다. 수신 광 강도는 연기, 공기 중 먼지 또는 다른 물질로 인해 흡수되어 감소될 것이며; 회로는 광 강도를 검출하고, 잠재적으로 연기로 인해, 지정된 임계값 미만이면 경보를 생성한다. 다른 유형(일반적으로 챔버 유형)에서는 광이 센서로 지향되지 않으며, 센서는 입자가 없을 경우 조명되지 않는다. 챔버의 공기가 입자(연기 또는 먼지)를 함유하는 경우 광이 산란되고 광 중 일부가 센서에 도달하여 경보를 촉발한다.
언급한 바와 같이, 이온화 검출기는 광학 검출기보다 화재의 화염 단계에 더 민감하지만 광학 검출기는 초기 발연 단계의 화재에 더 민감하다. 화재 안전 전문가와 국립 소방청은 열과 연기를 모두 검출하거나 이온화 및 광전 프로세스를 모두 사용하는 경보기인 소위 조합 경보기의 설치를 권장한다. 단일 디바이스에 두 기술을 모두 포함하는 조합 경보기를 사용할 수 있으며 일부는 심지어 일산화탄소 검출 기능을 포함한다.
불행하게, 광학 연기 검출기의 크기 및/또는 설치 공간으로 인해, 이들은 대부분의 가정용뿐만 아니라 많은 부분에서 업무용으로도 허용되지 않는다. 본 개시내용의 발명자는 이러한 단점을 확인하고 더 소형이고 견고한 광학 연기 검출기 시스템에 대한 필요성을 인식했다. 즉, 수년간의 긴 수명 동안 감지 상태를 유지하기에 충분하게 견고하면서, 민감한 상태를 유지하면서 유비쿼터스 사용에 충분하게 작은 광학 연기 검출기에 대한 필요성을 인식했다.
본 개요는 본 특허 출원의 주제에 대한 개요를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 배타적이거나 철저한 설명을 제공하려는 의도는 아니다. 본 기술 분야의 숙련자는, 도면을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에 설명된 바와 같은 본 발명의 일부 양태와 이러한 시스템을 비교함으로써, 종래 및 전통적인 접근법의 추가적인 한계 및 단점을 명백히 알 수 있을 것이다.
연기를 광학적으로 검출하기 위한 디바이스 및 그 구현. 작고 오래 지속되는 연기 검출기에서 연기의 존재를 검출하는 장치 및 방법이 개시된다. 구체적으로, 본 개시내용은 연기에 대한 빠른 반응 및 주변 광 차단에 대한 모든 다른 주변 요건을 만족시키면서 하우징 구조로부터의 반사를 매우 낮은 값으로 유지하는 동시에 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축하는 방법을 제시한다. 이는 먼지의 부정적인 영향에 내성적인 디바이스에서 연기 입자의 광 산란에 대한 매우 작은 측정치도 신뢰성이 있게 한다. 특히, 기하학적 광학 요소, 예를 들어 캡 및 광학 편향 요소가 개시된다.
일 양태에 따르면, 본 개시내용은 본 명세서에 설명된 광학 분석 기술을 사용하여 연기를 식별하기 위한 장치이다. 구체적으로, 장치는 광학 연기 검출기에 배치되고 식별이 그 내부에서 실행된다.
디바이스의 다른 양태에 따르면, 광은 공기를 통해 투과되고, 이를 통과하면서 연기 입자에 의해 산란된다.
다른 양태에 따르면, 산란광은 하나 이상의 검출기에 입사되고, 검출기 각각은 투과되는 광을 방출하는 광원에 대해 다양한 거리에 각각 배치된다.
다른 양태에 따르면, 검출된 광의 비율(들)이 연기의 존재를 결정하는 데 사용된다.
또 다른 양태에 따르면, 장치는 실행될 때 광 정보를 수신하고 연기 판정을 수행하는 단계를 수행하는 로직을 이용한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 장치는 제1 광원과 실질적으로 직교하여 배치된 캡을 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 캡은 적어도 부분적으로 실질적으로 원추형 섹션과 유사한 형상을 갖는다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 포물선이다.
본 개시내용의 또 다른 양태에 따르면, 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 타원이다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 장치는 제1 파장 λ1를 중심으로 하는 스펙트럼 강도를 갖는 제1 발광다이오드를 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 장치는 캡의 외부 반경 주위에 실질적으로 원으로 배치된 광학 편향 요소의 어레이를 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 장치는 캡 및 광학 편향 요소의 어레이 중 적어도 하나 상에 배치된 반사 방지 코팅을 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 코팅은 제1 파장 λ1를 중심으로 한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 장치는 캡이 기계적으로 결합되는 기판을 더 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 광학 편향 요소의 어레이는 실질적으로 날개 형상이다.
다른 양태에 따르면, 본 개시내용은 하나 이상의 광 검출기와 전기적으로 통신하는 아날로그 프론트 엔드를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하나보다 많은 광원이 사용되며, 각 광원은 상이한 주파수에 중심을 둔 파장을 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 각 파장은 연기의 존재를 결정하는 데 기여한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 손실 부재가 검출기 챔버의 중심을 둘러싼다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 손실 부재는 실질적으로 컬럼이 되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 손실 부재는 실질적으로 냉각 핀을 닮은 날개형 특징부로 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 손실 부재는 실질적으로 가정의 먼지의 굴절 지수에 가까운 굴절 지수를 갖도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 손실 부재는 또한 손실을 갖는 복소 임피던스의 허수 부분을 갖는다. 이는 반사(임피던스 매칭)를 완화 할뿐만 아니라 거짓 연기 검출기 양성을 제공할 수 있는 주변 광으로부터의 전력(손실 매체)을 흡수하는 역할을 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 소형 연기 검출기는 단일 아날로그 프론트 엔드(AFE)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 소형 연기 검출기 및 단일 아날로그 프론트 엔드(AFE)는 기판 상의 복수의 다이로부터 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 소형 연기 검출기는 하나 이상의 광학 필터를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 소형 연기 검출기는 하나 이상의 광학 필터를 사용할 수 있다. 구체적으로, 광학 필터는 흡수 필터 및/또는 간섭 또는 이색성 필터를 포함할 수 있다.
도면은 예시적인 연기 검출기 회로 및 구성을 도시한다. 예를 들어, 회로에서 특정 요소의 위치 변경, 추가 또는 제거와 같은 이러한 회로의 변형은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 예시된 연기 검출기, 구성 및 보완 디바이스는 상세한 설명에 있는 뒷받침에 보완되는 것을 의도한다.
본 발명의 본질 및 이점에 대한 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 관련하여 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 참조한다.
도 1은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 제공된 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 동작을 설명하는 예시적인 광학 연기 검출기의 평면도를 묘사한다.
도 3은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소의 평면도를 묘사한다.
도 4a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라, 동작중인 광학 연기 검출 디바이스의 최신 기술과 관련된 단점을 설명한다.
도 4b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기에 포함된 요소와 동작중인 광학 연기 검출 디바이스의 최신 기술에 관련한 앞서 설명한 단점의 극복을 설명한다.
도 5는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른, 예시적인 광학 연기 검출 디바이스에 포함된 광학 검출 다이의 하향식 사시도를 묘사한다.
도 6은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스에 포함된 광학 검출 다이의 측면도를 묘사한다.
도 7은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라 동작중인 예시적인 광학 연기 검출 디바이스의 등각도를 도식적으로 예시한다.
도 8은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소의 평면도를 묘사한다.
도 9a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다.
도 9b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다.
도 9c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다.
도 10a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다.
도 10b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다.
도 10c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다.
도 11은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다.
도 1은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 제공된 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 동작을 설명하는 예시적인 광학 연기 검출기의 평면도를 묘사한다.
도 3은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소의 평면도를 묘사한다.
도 4a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라, 동작중인 광학 연기 검출 디바이스의 최신 기술과 관련된 단점을 설명한다.
도 4b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기에 포함된 요소와 동작중인 광학 연기 검출 디바이스의 최신 기술에 관련한 앞서 설명한 단점의 극복을 설명한다.
도 5는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른, 예시적인 광학 연기 검출 디바이스에 포함된 광학 검출 다이의 하향식 사시도를 묘사한다.
도 6은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스에 포함된 광학 검출 다이의 측면도를 묘사한다.
도 7은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라 동작중인 예시적인 광학 연기 검출 디바이스의 등각도를 도식적으로 예시한다.
도 8은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스를 형성하는 요소의 평면도를 묘사한다.
도 9a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다.
도 9b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다.
도 9c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다.
도 10a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다.
도 10b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다.
도 10c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다.
도 11은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다.
본 개시내용은 연기 검출에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 소형 연기 검출기 내의 광학 경계 표면과 관련된 장치 및 기술을 설명한다.
다음의 설명 및 도면은 본 개시내용의 다양한 원리가 수행될 수 있는 여러 예시적인 방식을 나타내는 본 개시내용의 특정 예시적인 구현을 상세히 설명한다. 그러나, 예시적인 예는 본 개시내용의 많은 가능한 실시예를 총망라하지 않는다. 본 개시내용의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 적용 가능한 도면을 고려하여 진행 중에 설명된다.
화재는 다양한 방식으로 발생할 수 있다. 화재의 2가지 가장 일반적인 형태는 저속 발연성 화재와 급속 화염성 화재이다. 발연성 화재는 저속, 저온, 무화염 연소 형태이다. 이러한 화재는 천천히 발생하고 광학 연기 검출기로 쉽게 검출할 수 있는 상당한 양의 연기를 생성한다. 발연성 화재는 일반적으로 담배나 전기 단락과 같은 약한 열원에 의해 외피를 입힌 가구(upholstered furniture)에서 시작된다.
급속 화염성 화재는 빠르게 발생하여 일반적으로 검은 연기와 유독성 연무(toxic fumes)를 생성하고 탈출할 시간이 거의 없다. 특성 온도와, 발연 동안 방출되는 열(일반적으로 600°C)은 급속 화염성 화재(일반적으로 1500°C)에 비교하여 낮다. 급속 화염성 화재는 일반적으로 발연성 화재보다 약 10배 빠르게 전파된다. 그러나, 발연성 화재는 일산화탄소와 같은 높은 수준의 유독성 가스를 방출한다. 이러한 가스는 인화성이 매우 높으며 나중에 가스 상태에서 점화되어 화염 연소로의 전이를 촉발할 수 있다.
연기 입자에 의한 산란광을 검출하여 연기를 검출하는 연기 검출기는 종래부터 제안되어 실용화되어 있다. 이러한 연기 검출기는 다음과 같이 화재를 검출한다. 연기 검출기에는 광 방출기와 광 검출기를 저장하기 위한 어두운 챔버가 있다. 광 방출기에서 방출된 광은 어두운 챔버로 유입된 연기 입자에 의해 산란되어 산란광을 생성한다. 광 검출기는 산란광을 수신한다.
광학 유형 연기 경보기는 이온화 유형 연기 경보기와 비교할 때 여러 계통적 및 동작 상의 단점이 있다. 최근에는 노이즈 광(광 방출기에서 방출된 광의 어두운 챔버의 내부 벽에 의한 반사에 의해 발생하는 광)이 광 검출기에 도달하는 것을 억제하기 위한 광 트랩을 포함하는 연기 검출기가 제안되었다.
일반적으로, 2가지 유형의 노이즈 광이 있으며- 하나는 광 방출기에서 방출되는 광의 근방 표면에서의 원치 않는 반사로 인한 것이고 다른 하나는 연기 챔버로 누설되는 주변 광이다. 광 검출기가 광이 반사로 인해 발생하는 지 산란으로 인해 발생하는 지 또는 주변에서 발생했는지를 결정할 방법이 없기 때문에 이 두 광을 모두 피해야 할 필요가 있다. 이러한 연기 검출기를 채택할 때 노이즈 광에 의해 촉발되는 거짓 검출을 피하도록 광학 및 전기 시스템을 설계해야 한다. 본 개시내용의 발명자는 크기, 비용을 감소시키고 미관을 추가하면서 양 측면 모두를 개선하는 방법을 인식했다.
그러나, 이러한 연기 검출기에서는 광 방출기와 광 검출기 전방에 광 트랩이 배치된다. 따라서, 광 방출기에서 방출된 광은 광 방출기의 광축과 광 검출기의 광축을 포함하는 가상 평면에 평행한 방향으로 반사된다. 따라서, 노이즈 광이 광 검출 영역에 쉽게 입사되므로 거짓 경보 발생 가능성이 높게 유지된다.
일부 연기 검출기는 광이 어두운 챔버로 진입하는 것을 억제하기 위해 미로 구조를 채용한다. 광 방출기에서 방출된 광은 미로 구조를 구성하는 벽 부재의 에지 섹션에서 반사되기 때문에 광 트랩에 의해 충분히 감쇄될 수 없는 양의 불규칙한 노이즈 광이 발생된다. 따라서, 노이즈 광이 광 검출 영역에 진입하여 거짓 경보를 야기할 수 있다.
또한, 이러한 유형의 연기 검출기 내에는 복수의 광 트랩이 배치되어야 하며, 광 트랩은 어두운 챔버 내의 미로 구조 내부에 배치되어야 한다. 따라서, 두 경우 모두 광 트랩을 배치하기 위한 넓은 공간을 필요로 하여 연기 검출기의 소형화에 어려움이 있었다. 또한, 일부 연기 검출기는 광 트랩 이외에 렌즈와 같은 다른 부재를 포함하여 연기 검출기의 제조 비용을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 광 트랩 및/또는 렌즈는 연기가 어두운 챔버로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
이온화 경보에 비교하여 더 큰 설치 공간 외에도 광학 검출 디바이스는 그 서비스 과정 동안 확인 문제를 겪는다. 적외선 방출기 LED를 사용하는 광학 연기 경보기와 이온화 유형 연기 경보기 모두는 두 유형의 화재를 모두 검출하는 데 사용되며 이들을 통과하는 주변 공기의 유속(flux)에 의존한다. (앞서 설명한 실시예 중 하나 이상에서와 같은) 일부 디바이스에서, 이들을 통한 공기의 통과를 용이하게 하기 위해 팬이 사용된다. 그러나, 먼지 및 미립자 물질이 수집되어 그 일부 디바이스 요소를 오염시킬 수 있다. 이러한 표면은 모든 방향으로 더 반사성이 높아지고, 그래서, 이러한 표면에 떨어지는 임의의 광이 이제 연기와 유사한 방식으로 광 검출기로 산란될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 특정 상황에서 이온화 유형 시스템보다 광학 검출 시스템이 선호된다. 예를 들어, 광학 시스템은 발연성 화재를 더 잘 검출한다. 추가적으로, 이온화 경보기는 그 센서에 방사성 동위 원소가 함유되어 있기 때문에 그 제조 및 폐기에 관한 규제가 적용된다는 단점이 있다. 이러한 규제는 국가에 따라 다르지만 제조자에 상당한 부담을 줄 수 있다.
광학 연기 검출기는 노화에 따라 오염으로 인해 열화되어 거짓 양성을 제공하는 크고 값 비싼 디바이스인 경향이 있다. 본 개시내용의 발명자는 유비쿼터스 가정용 이온화 유닛의 크기 정도이면서 먼지 및 다른 미립자 오염의 위협에 상대적으로 둔감한 더 견고한 광학 연기 검출기의 필요성을 인식했다. 더욱이, 챔버 자체 내부의 광학 표면은 이를 위해 중요한 역할을 한다.
도 1은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기 경계 표면의 측면도를 도시한다. 연기 검출기 캡(100)은 하부 경계(110), 원형 측벽(130), 상부 경계(120), 축 중심(160) 및 기하학적 표면(140, 150)을 포함한다.
주목하자면, 도 1은 위에서 아래로 관찰한, 둥근 형상인 연기 검출기 캡(100)의 측면도를 묘사한다. 따라서, 엄밀히 말하면 기하학적 표면(140, 150)은 동일한 표면이다. 그러나, 이들은 광자(165, 175)에 관해 설명할 때에는 다르게 표시된다. 이는 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명될 것이다.
하나 이상의 실시예에서, 연기 검출기 캡(100)은 연기 검출기 챔버의 광이 입자, 예를 들어 연기 등으로부터 대부분 산란되어 연기 검출기 시스템으로 다시 되돌아가도록 광을 반사 및/또는 흡수하는 기능을 한다. 이는 또한 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명된다. 하부 경계(110)는 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 웨이퍼 다이를 나타낼 수 있다. 설명의 목적을 위해, 하나 이상의 발광 디바이스로부터의 광은 이 표면 방향으로부터 방출된다.
원형 측벽(130)은 주변 광을 차단하거나 챔버에 존재하는 광이 하부 경계(110)로 다시 하향 전향되는 것을 방지하는 실질적인 원통형 경계를 포함한다. 이 전제에 대해서는 나중에 설명하겠다. 상부 경계(120)는 연기 검출기 캡(100)의 상단을 나타낸다. 연기 검출기 캡이 반경방향으로 실질적으로 변하지 않는다면, 축 중심(160)은 그 중심을 나타내기 위해 사용된다.
동작식으로, 일부 실시예에서, 광선(광자(165, 175))가 발광 디바이스로부터 방출되고, 이는 연기 검출기 챔버를 통해 전파된다. 광선은 연기 입자(도시되지 않음)에 입사되어 결과적으로 산란된다. 산란된 광선은 하나 이상의 광 검출기를 향해 하부 경계 표면을 향해 다시 하향 전파된다. 광 검출기는 산란광 외에도 배경으로부터 미량의 광(nominal light)을 수신한다.
기하학적 표면(150, 140)은 하나 이상의 실시예에서 하부 경계(110)로부터 방출되는 광을 그로부터 멀리 반사하는 역할을 한다. 즉, 신호 대 잡음(SnR) 비율을 최대화하려면 미립자 물질에 의해 산란되지 않는 광을 완화해야 한다. 예를 들어, 본 실시예에서 기하학적 표면(150, 140)은 포물선(엄밀히 말하면 3차원 포물면) 형상을 갖는다. 이와 같이, 하부 경계(110)로부터 방출된 광은 포물선 초점에 따라 실질적으로 직교하는 방향으로 대부분 반사될 것이다.
예를 들어, 광선/광자(165)는 기하학적 형상(150)에 입사한다. 기하학적 형상(150)에 대한 그 입사 방향 및 각도로 인해, 광선 광자(165)는 하부 경계(110)로부터 멀리 반사되며 이는 광선/광자(170)로 표현되어 있다. 유사하게, 광선/광자(175)는 기하학적 형상(140)에 입사한다. 기하학적 형상(140)에 대한 그 입사 방향 및 각도로 인해, 광선 광자(175)는 하부 경계(110)로부터 멀리 반사되며 이는 광선/광자(180)로 표현되어 있다.
미리 결정된 임계값, 배경 감산 및 다른 동작 파라미터는 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명될 것이며, 본 기술 분야의 숙련자는 이를 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 본 명세서에 제공된 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 동작을 설명하는 예시적인 광학 연기 검출기(200)의 평면도를 묘사한다. 광학 연기 검출기(200)는 발광다이오드(LED)(230), 광학 챔버(210), 검출기 커버(220), 케이스 몰딩(280), 광다이오드/변환기(250) 및 광학 편향 핀(290)을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, LED(260)는 기성품 녹색(495nm-570nm) 발광다이오드이다. 그러나, 임의의 적절한 소형 광 생성 디바이스는 가간섭성, 백열등 또는 심지어 열 흑체 복사체 등 중 어느 것이든 간에 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
케이스 몰딩(290)은 일부 실시예에서 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)를 부착하기 위한 구조를 제공하는 기판이다. 일반적으로, 주변 공기/환경으로부터 연기가 유입될 수 있게 하는 동시에 이들로부터 발산되는 주변 광은 차단하는 것이 광학 연기 검출기의 목적이다. 일반적으로 말하면, 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)는 이러한 목적을 수행하려고 시도한다.
즉, 검출기 커버(220)는 가스/연기 통로를 위한 2개의 포트(예를 들어, 유입 및 유출)를 갖는 반면, 광학 챔버(210)는 검출기 내부를 실질적으로 둘러싸서 대부분의 주변 광이 진입하는 것을 방지한다. 검출기 커버(220) 및 광학 챔버(210)는 본 발명의 일부 실시예에 따라 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 갖는 불투명 폴리머 및/또는 손실 재료로 제조된다. 높은 전도도(경면화됨) 또는 임의의 다른 적절한 재료, 예를 들어 금속, 반금속, 복합재도 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
광 검출기(250)는 광 또는 다른 전자기 에너지의 센서이다. 광 검출기(250)는 광 광자를 전류로 변환하는 p-n 접합부를 갖는다. 흡수된 광자는 공핍 영역에서 전자-정공 쌍을 형성하고, 이는 수신 광 강도를 검출하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 광 검출기(250)는 광다이오드 또는 광트랜지스터이다. 그러나, 예를 들어 눈사태, 광증배관 등과 같은 임의의 광 검출 수단은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
동작시, 광(240)이 LED(260)로부터 방출된다. 본 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있는 바와 같이, 광(240)의 일부는 연기 입자(270)로부터 산란된다. 산란광(260)은 재산란될 수 있거나 광 검출기(250)로 지향되고 따라서 광 검출기에 의해 검출된다. 연기 입자(270)에 의해 산란되지 않는 광(240)은 차단 부재에 의해 차단되어 광 검출기(250)를 직접 조명하는 것을 방지하거나 광학 편향기 핀(290)에 입사되고 그에 의해 전향된다. 광학 편향기 핀(290)은 일반적으로 광을 다른 광학 편향기 핀(290)으로 전향시키는 것을 목적으로 하는 흑색 무광 마감을 갖는다.
도 3은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스(300)를 형성하는 요소의 평면도를 묘사한다. 하나 이상의 실시예에서, 기판(310)은 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명될 아날로그 프론트 엔드(AFE), 광 검출기 및 광원을 포함한다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 컬럼(320)은 그 전체에서 광을 흡수하는 재료로 제조된다. 더욱이, 요소는 매끄럽고 무광 마감 대신 경면형 마감을 갖는다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이가 수십의 광 파장보다 크도록 되어 있다. 따라서, 굴절 지수의 실수 부분은 비흡수 재료와 매우 가깝게 유지된다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 컬럼(320)은 폴리머 또는 유리를 포함한다. 대부분의 플라스틱 및 유리는 1.45-1.6에 가까운 지수를 갖는다. 이는 프레넬 수학식에서 ~3%의 반사율(R)을 산출할 수 있으며 매끄러운 표면은 다음과 같이 계산된 것처럼 경면 방식(specular fashion)으로 광을 반사한다:
여기서,
및
따라서, 입사되는 광의 대부분은 광-격리 구조 챔버 컬럼의 재료 내부에서 흡수되고 심지어 반사되는 부분조차도 후방 산란이 거의 없다.
도 4a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라, 동작중인 광학 연기 검출 디바이스(400)의 최신 기술과 관련된 단점을 설명한다. 연기 검출기가 10년 이상 지속될 것으로 예상되는 것을 감안할 때, 본 개시내용의 목적은 견고하고 오래 지속되는 광학 연기 검출기를 제공하는 것이다.
연기 검출기 전체에 걸쳐 일정한 공기 유속(air flux)이 주어지면, 통상의 기술자는 이제 도 4a 및 도 4b와 관련하여 상세히 설명될 먼지 축적 약화 특성을 이해할 것이다. 먼지 입자(420)는 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)에 흡착된다. 입사 광선(430)은 주변 조명, 배경 조명 또는 연기 검출기의 내부 광원으로부터 나올 수 있다. 설명을 위해, 현재 묘사는 명확성을 위한 단순화를 나타낸다. 즉, 광선(430)이 먼지 입자(420)로 완전히 투과된다고 가정한다.
입사 광선(430)은 먼지 입자(420)로 투과되어 광선(440)이 된다. 광선(440)이 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)에 입사할 때, 그 에너지(또는 벡터 크기)는 투과 및 반사에 대한 프레넬 수학식에 따라 분해된다. 이는 먼지와 광-격리 구조 챔버 컬럼(410) 사이의 임피던스 불일치 때문이다. 결과적으로, 광선(들)(450)이 반사되고 광선(460)이 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)으로 투과된다. 추가로, 본 개시내용의 발명자는 매트(matte)와 같은 거친 표면이 광-격리 구조 챔버 컬럼(410) 상에 사용되는 경우 광이 또한 산란된다는 것을 주목하고 있으며, 이 또한 도 4a에 도시되어 있다.
도 4b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출기에 포함된 요소와 동작중인 광학 연기 검출 디바이스(400)의 최신 기술에 관련한 앞서 설명한 단점의 극복을 설명한다. 먼지 입자(420)는 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)에 흡착된다. 입사 광선(430)은 주변 조명, 배경 조명 또는 연기 검출기의 내부 광원으로부터 나올 수 있다. 역시, 설명을 위해, 현재 묘사는 명확성을 위한 단순화를 나타낸다. 즉, 광선(430)이 먼지 입자(420)로 완전히 투과된다고 가정한다.
입사 광선(430)은 먼지 입자(420)로 투과되어 광선(440)이 된다. 광선(440)이 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)에 입사할 때, 그 에너지(또는 벡터 크기)는 일반적으로 투과 및 반사에 대한 프레넬 수학식에 따라 분해된다. 그러나, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)의 복소 임피던스(또는 굴절 지수)의 실수 부분은 일반적 먼지(420)에 매칭된다. 따라서, 광선(440)은 거의 전체적으로 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)으로 투과된다. 대부분의 먼지 입자는 1.35에서 1.55 사이의 굴절 지수를 가지며 대부분의 플라스틱과 유리는 1.45에서 1.55 사이의 지수를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)의 복소 임피던스의 허수 부분은 재료가 매우 손실성이어서 침투 깊이가 수십 파장 정도가 되도록 선택된다. 침투 깊이가 더 짧으면 임피던스 불일치가 커지고 다시 기판이 광선(440)을 반사하기 시작한다. 흡수 깊이가 너무 크면 광을 흡수하기 위해 두꺼운 부재가 필요하므로 챔버의 전체 크기가 증가한다. 이는 도 4b의 감쇠 광파(470)에서 예시된다. 추가로, 본 개시내용의 발명자는 바람직한 실시예에서 광-격리 구조 챔버 컬럼(410)의 표면에 매끄러운 경면 마감을 제공한다.
도 5는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른, 예시적인 광학 연기 검출 디바이스(500)에 포함된 광학 검출 다이의 하향식 사시도를 묘사한다. 광학 연기 검출 디바이스(500)는 기판(590), 발광다이오드(LED)(560, 565), LED 커버(520), 아날로그 프론트 엔드(AFE)(540), 광 검출기(PD1)(550), 광 검출기(PD2)(530), 광 검출기 커버(570), PD 핀-아웃(575) 및 AFE 핀-아웃(585)을 포함한다.
기판(590)은 본 기술 분야에 알려진 실리콘 온 칩(SoC) 제조 프로세스로부터 제조된 다이이지만, 임의의 적절한 지지 구조는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. 예를 들어, 기판(590)은 AFE(540)가 단락되지 않는 것을 보장하도록 주의를 기울이면, 임의의 금속, 반금속, 반도체, 혼합물/화합물 또는 폴리머로 제조될 수 있다.
광 차단 부재는 상부 기판(590)의 둘레를 따라 연장한다. 그의 기능은 주변 광이 광 검출기(530, 550)에 의해 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 주변 광 차단 부재는 본 발명의 일부 실시예에 따라 평균 표피 깊이보다 훨씬 큰 두께를 갖는 불투명 폴리머 및/또는 손실 재료로 제조된다. 높은 전도도(경면화됨)도 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
유사하게, 광-격리기는 LED(560, 565) 측면과 디바이스의 광 검출기(530, 550) 측면 사이의 전체 스팬을 가로지르며, 이는 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명될 것이다. 광-격리기의 기능은 LED(560, 565) 광이 광 검출기(530, 550)에 의해 직접 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 광-격리기는 본 발명의 일부 실시예에 따라 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 갖는 불투명 폴리머 및/또는 손실 재료로 제조된다. 높은 전도도(경면화됨)도 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않지만, 이는 본 개시내용에서 나중에 명확하게 될 바와 같이 바람직한 실시예는 아니다.
광 검출기 커버(570) 및 LED 커버(520)는 각각 광 검출기(530, 550) 및 LED(560, 565)의 투명한 폴리머 보호 수납체이다. 다른 실시예에서, 광 검출기 커버(570) 및 LED 커버는 결정질(유리, 파이렉스 등)이지만 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, LED(560, 565)는 기성품 적색 및 근적외선(450nm-1400nm) 발광다이오드이다. 그러나, 임의의 색상의 임의의 적절한, 소형 광 생성 디바이스는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. LED(560, 565)가 상이한 파장을 방출하는 일부 실시예에서, 광 검출기(PD1)(550) 및 광 검출기(PD2)(530)는 그 검출을 수용하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 광 검출기(PD1)(550) 및 광 검출기(PD2)(530)의 절반은 상이한 광학 필터로 덮일 수 있다.
특히, 광 검출기(PD1)(550) 및 광 검출기(PD2)(530)는 적어도 부분적으로 이색성 필터로 덮일 수 있다. 이색성 필터, 박막 필터 또는 간섭 필터는 다른 색상을 반사하면서 작은 범위의 색상의 광을 선택적으로 통과시키는 데 사용되는 매우 정확한 색상 필터이다. 이에 비교하여 이색성 거울과 이색성 반사기는 이들이 통과시키는 색상(들)이 아니라 반사하는 광의 색상(들)을 특징으로 하는 경향이 있다.
이색성 필터가 본 실시예에서 사용되지만, 간섭, 흡수, 회절, 격자, 패브리-페로(Fabry-Perot) 등과 같은 다른 광학 필터는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 간섭 필터는 굴절 지수가 상이한 다수의 얇은 유전체 재료 층으로 구성된다. 또한, 금속 층이 존재할 수 있다. 그 가장 넓은 의미에서, 간섭 필터는 또한 조절 가능한 간섭 필터로 구현될 수 있는 에탈론도 포함한다. 간섭 필터는 박막 경계에서 입사파와 반사파 사이에서 발생하는 간섭 효과로 인해 파장 선택성이 있다.
다른 실시예에서, 복수의 검출기는 이들 복수의 쌍 각각이 파장 특정적이도록, 예를 들어, 파장에 대해 적어도 2개로 구현된다. 예를 들어, 특정 람다에 대한 모든 발광다이오드에 대해 적어도 2개의 검출기(PD1, PD2)가 있다.
아날로그 프론트 엔드(540)(AFE)는 아날로그 신호 컨디셔닝 회로 세트이며, 이는 센서를 아날로그-디지털 변환기 및/또는 마이크로컨트롤러와 인터페이싱하기 위한 필요에 따라 민감한 아날로그 증폭기, 연산 증폭기, 필터 및 주문형 집적 회로를 사용하는 다.
AFE(540)는 PD 핀-아웃(575)을 통해 광 검출기(530, 550)와 전기적으로 통신한다. PD 핀-아웃(575)은 트레이스를 통해 광 검출기(530, 550)와 전기적으로 통신한다. 본 실시예에서, 광 검출기(530, 550) 및 AFE(540)는 납땜된 핀-아웃을 갖는 다이로 패킹된다. 그러나, 다른 실시예에서, 이들은 웨이퍼 레벨에서 통합되어 트레이스 및 수직 상호 연결 액세스(VIA) 또는 실리콘 VIA(TSV)를 통해 통신한다.
일부 실시예에서, AFE 핀-아웃(585)은 펄스 옥시미터(100)와 전기적으로 통신한다. 다른 실시예에서, AFE 핀-아웃(585)은 마이크로컨트롤러 유닛(MCU), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 버스 또는 Arduino 또는 Raspberry Pi 등과 같은 다른 컴퓨터 플랫폼과 전기적으로 통신할 수 있으며, 이들 모두는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
도 6은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스(600)에 포함된 광학 검출 다이의 측면도를 묘사한다. 광학 검출 다이(600)는 주변 광 차단 부재(610), 광-격리기(680), 기판(690), 발광다이오드(LED)(660), LED 커버(620), 아날로그 프론트 엔드(AFE)(640), 광 검출기(PD1)(650), 광 검출기(PD2)(630) 및 광 검출기 커버(670)를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 기판(690)은 본 기술 분야에 알려진 실리콘 온 칩(SoC) 제조 프로세스로부터 제조된 다이 이지만, 임의의 적절한 지지 구조는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. 예를 들어, 기판(690)은 AFE(640)가 단락되지 않는 것을 보장하도록 주의를 기울이면, 임의의 금속, 반금속, 반도체, 혼합물/화합물 또는 폴리머로 제조될 수 있다.
주변 광 차단 부재(610)는 상부 기판(690)의 둘레를 따라 연장한다. 그의 기능은 주변 광이 광 검출기(630, 650)에 의해 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 주변 광 차단 부재(610)는 본 발명의 일부 실시예에 따라 평균 표피 깊이보다 훨씬 큰 두께를 갖는 불투명 폴리머 및/또는 손실 재료로 제조된다. 높은 전도도(경면화됨)도 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
유사하게, 광-격리기(680)는 LED(660) 측면과 디바이스의 광 검출기(630, 650) 측면 사이의 전체 스팬을 가로지르며, 이는 본 개시내용에서 나중에 더 구체적으로 설명될 것이다. 광-격리기(680)의 기능은 LED(660) 광이 광 검출기(630, 650)에 의해 직접 수신되는 것을 차단하는 것이다. 이와 같이, 광-격리기(680)는 본 발명의 일부 실시예에 따라 평균 표피 깊이보다 훨씬 더 큰 두께를 갖는 불투명 폴리머 및/또는 손실 재료로 제조된다. 높은 전도도(경면화됨)도 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않지만, 이는 본 개시내용에서 나중에 명확하게 될 바와 같이 바람직한 실시예는 아니다.
하나 이상의 실시예에서, LED(660)는 기성품 녹색(495nm-570nm) 발광다이오드이다. 그러나, 임의의 적절한 소형 광 생성 디바이스는 가간섭성, 백열등 또는 심지어 열 흑체 복사체 등 중 어느 것이든 간에 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. LED 커버(630)는 LED(260)의 투명 폴리머 보호 수납체이다. 다른 실시예에서, LED 커버(630)는 결정질(유리, 파이렉스 등)이지만, 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다. 반투명 및/또는 손실 재료가 본 개시내용의 범위 내에서 사용될 수 있지만, 이들은 본 개시내용에서 나중에 더 명백해질 바와 같이 바람직한 실시예는 아니다.
광 검출기(650, 630)(각각 PD1, PD2)는 광 또는 다른 전자기 에너지의 센서이다. 광 검출기(630, 650)는 광 광자를 전류로 변환하는 p-n 접합부를 갖는다. 흡수된 광자는 공핍 영역에서 전자-정공 쌍을 형성하고, 이는 수신 광 강도를 검출하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 광 검출기(650, 630)는 광다이오드 또는 광트랜지스터이다. 그러나, 예를 들어 눈사태, 광증배관 등과 같은 임의의 광 검출 수단은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다.
아날로그 프론트 엔드(640)(AFE 또는 아날로그 프론트 엔드 제어기(AFEC))는 아날로그 신호 컨디셔닝 회로 세트이며, 이는 다양한 센서를 안테나, 아날로그-디지털 변환기 또는 경우에 따라 마이크로컨트롤러에 인터페이싱하기 위해 필요한, 구성 가능하고 유연한 전자장치 기능 블록을 제공하기 위해 센서, 라디오 수신기 및 다른 회로를 위한 민감한 아날로그 증폭기, 종종 연산 증폭기, 필터 및 때때로, 주문형 집적 회로를 사용한다. AFE(640)은 광 검출기(650, 630) 및 광학 연기 검출기와 전기적으로 통신한다.
광 검출기 커버(670)는 PD1 및 PD2의 투명한 폴리머 보호 수납체이다. 다른 실시예에서, 광 검출기 커버(670)는 결정질(유리, 파이렉스 등)이지만 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다. 한편, 반투명 및/또는 손실 재료가 본 개시내용의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따라 동작중인 예시적인 광학 연기 검출 디바이스(700)의 등각도를 도식적으로 예시한다. 본 개시내용의 발명자는 곤충, 주변 광 및 큰 미립자 물질로부터 보호하기 위해 검출기 주위에 매우 작은 챔버만을 필요로 하는 가장 작은 연기 검출기(700) 중 하나를 구축했다.
지금까지 본 기술 분야에서는 시간이 지남에 따라 먼지 축적으로 인한 광 산란을 방지하기 위해 대형 하우징이 사용되었다. 하우징 요소에서 산란되는 광은 연기 입자로부터의 광 산란의 작은 변화를 검출하지 못하게 하여, 이러한 센서 시스템의 성능을 방해할 수 있다. 따라서, 하우징 또는 챔버 설계는 중요한 역할을 한다. 또한, 주변으로부터의 연기를 쉽게 교환할 수 있어야 하므로 상당히 큰 개구가 있어야 한다.
본 개시내용은 연기에 대한 빠른 반응 및 주변 광 차단에 대한 모든 다른 주변 요건을 만족시키면서 하우징 구조로부터의 반사를 매우 낮은 값으로 유지하는 동시에 연기 검출기 주위에 매우 소형의 하우징을 구축하는 방법을 제시한다. 이는 연기 입자의 광 산란에 대한 매우 작은 측정치도 신뢰성이 있게 한다.
광학 연기 검출 디바이스(700)는 베이스(750), 다이 기판(710), 측면 인클로저(730), 광-격리 구조 챔버 컬럼(720) 및 상부 반사 표면(740)을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, PCB 또는 모든 전자장치를 운반하고 부착 수단을 제공하는 방식으로 구성될 수 있는 베이스(750), 광-격리 구조 챔버 컬럼(720) 및 다이 기판(710)은 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6과 관련하여 설명된 것에 따른다. 측면 인클로저(730)는 2개의 목적으로 기능할 수 있다. 즉, 측면 인클로저(730)는 광학 연기 검출 디바이스(700) 통로를 통해 공기를 안내하면서 주변의 입구를 차단한다.
상부 반사 표면(740)은 측면 구조와 유사하게 구성되고 동일한 설계 아이디어를 사용한다. 이 표면에 직접 충돌하는 광 방출기에서 입사되는 광은 이 구조의 표면에서 최소로 반사/후방 산란되어야 한다. 이는 매우 주름진 또는 굴곡된 표면을 사용하여 이 표면으로부터의 직접 반사가 광 검출기 요소를 향해 지향되지 않도록 하여 달성된다. 광은 챔버의 다른 표면을 향해 반사된다. 도 4b에 대해 앞서 설명한 바와 같이 표면에 입사되는 광은 대부분 재료의 대부분에서 흡수된다. 반사되는 대략 3 %의 소량은 측면 표면 중 임의의 것 또는 상부 반사 표면 상의 다른 표면을 향해 지향되며, 거기서, 프로세스가 반복된다. 따라서, 매우 소량의 광이 광 검출기로 반환된다.
상부 반사 표면은 대부분에서의 더 나은 흡수를 위해 반사 방지 코팅될 수 있지만 실제로 필수적인 것은 아니다. 이는 특히 상단 반사 표면이 복잡한 방식으로 주름지거나 굴곡된 경우 광이 여러 각도에서 표면으로 입사될 수 있기 때문이다. 또한, 표면에 먼지가 쌓이면 표면이 반사 방지 역할을 하지 못할 수 있다.
동작시, 광 원추(760)로부터의 광선은 상향 방식으로 지향된다. 검출기로 반환되는 광선은 여러 부재에서 여러 번 반사되어 대부분의 에너지가 소실된다. 광선 트레이스는 어째서 광선이 검출기로 반환될 가능성이 매우 낮은 지를 도시한다.
광-격리 구조 챔버 컬럼(720, 740)은 플라스틱 흡수 로드를 포함한다. 예를 들어, 광-격리 구조 챔버 컬럼(720)은 아크릴, PMMA, 폴리카보네이트 등을 포함한다. 그러나, 예를 들어 적절하게 일치하는 굴절 지수 및 복소 임피던스를 갖는 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 설계는 광 검출기를 향해 다시 연기 입자로부터 산란된 광을 측정할 수 있게 하며, 광학 구조는 노이즈 광을 매우 낮은 수준으로 감소시키도록 설계되었다. 더욱이, 이러한 광학 구조는 서로간에, 그리고, 광 생성 및 검출 장치에 매우 가깝게 배치될 수 있어 매우 소형의 구조를 형성한다. 이 구조는(1) 광 방출기로부터의 노이즈 광, (2) 주변으로부터의 노이즈 광을 감소시키고, (3) 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같은 단일 모듈로 소형 구조의 측정을 제공한다.
도 8은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 연기 검출 디바이스(800)를 형성하는 요소의 다른 설계의 평면도를 묘사한다. 하나 이상의 실시예에서, 기판(810)은 이전 실시예에 따른 아날로그 프론트 엔드(AFE), 광 검출기 및 광원을 포함한다. 더욱이, 740과 같은 유사한 상부 반사 구조가 사용될 수 있다.
광학 연기 검출 디바이스(800)는 일부 실시예에 따라 유입 포트(850), 유출 포트(860) 및 이온화 연기 검출기(840)를 포함한다. 포트(850, 860)는 광학 연기 검출 디바이스(800)를 통해 이동하는 공기 경로를 허용한다. 대안 실시예에서, 유입 포트(850) 및 유출 포트(860)는 이러한 가스 통과를 용이하게 하기 위해 소형 저전력 팬을 포함한다.
이온화 연기 검출기(840)는 방사성 동위 원소, 일반적으로 아메리슘 -241을 사용하여 공기를 이온화하고; 연기로 인한 차이가 검출되고 경보가 생성된다. 이온화 검출기는 광학 검출기보다 화재의 화염 단계에 더 민감하지만 광학 검출기는 초기 발연 단계의 화재에 더 민감하다.
연기 검출기는 2개의 이온화 챔버(840, 880)를 가지며, 하나는 공기에 개방되어 있으며(840), 입자의 진입을 허용하지 않는 기준 챔버(880)가 있다. 방사능 소스는 알파 입자를 두 챔버로 방출하여 일부 공기 분자를 이온화한다. 챔버의 전극 쌍 사이에는 전위차(전압)가 있으며; 이온의 전하는 전류가 유동할 수 있게 한다.
두 챔버가 기압, 온도 및 소스의 노화에 똑같이 영향을 받기 때문에, 두 챔버의 전류는 동일해야 한다. 임의의 연기 입자가 개방된 챔버로 진입하면, 일부 이온이 입자에 부착되어 해당 챔버에서 전류를 운반하는 데 사용될 수 없다. 전자 회로가 개방된 챔버와 밀봉된 챔버 사이에 전류 차이가 발생했음을 검출하고 경보를 울린다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 편향기(820)은 그 전체에서 광을 흡수하는 재료로 제조된다. 더욱이, 요소는 매끄럽고 무광 마감 대신 경면형 마감을 갖는다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이가 수십의 광 파장보다 크도록 되어 있다. 따라서, 굴절 지수의 실수 부분은 비흡수 재료와 매우 가깝게 유지된다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 편향기(820)는 실질적으로 3차원 직면체(orthotopes), 직각 직사각 프리즘, 직육면체, 또는 직육면체를 포함한다. 하나의 또 다른 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 편향기(820)는 한 표면에서 실질적으로 둥글거나, 나이프 에지를 가질 수 있다. 이는 상부 반사 표면(740)에도 적용된다는 점에 유의한다. 광-격리 구조적 챔버 편향기(820)의 목적은 반사된 광을 다른 광-격리 구조적 챔버 편향기(820)로 지향시키는 것이며, 본 기술 분야의 숙련자는 이를 이해할 수 있다. 따라서, 입사되는 광의 대부분은 재료 내부에서 흡수되고, 심지어 반사되는 부분조차도 후방 산란이 거의 없다.
대부분의 먼지 입자는 유리의 지수를 가지며 1.4-1.7 사이이다. 광-격리 구조 챔버 편향기(820)는 지수 매칭되고, 매우 상이한 굴절 지수의 표면에 부착된 동일한 입자에 비교하여 더 낮은 산란을 생성한다. 이러한 입자로부터의 모든 전방 산란 또한 그 기재에 의해 흡수된다. 다시 말하지만, 이는 시간이 지남에 따라 축적된 먼지로 인한 후방 산란을 매우 낮게 만든다.
챔버의 부재, 즉, 광-격리 구조 챔버 편향기(820)는 소스로부터 멀리 그리고 챔버의 다른 부재를 향해 광을 반사하도록 정렬된다. 따라서, 광은 매우 빠르게 소멸된다. n 번의 반사 후에, 반사된 광은 Rn로 감소하고 빠르게 제거된다. 이는 연기 센서가 있는 중심으로부터 1 cm 미만 반경 및 1 cm 미만 높이의 매우 소형의 설계를 가능하게 한다.
도 9a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다. 연기 검출기 캡(900)은 상부 경계(910) 및 광학 편향기 핀(920)을 포함한다.
도 9b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다. 연기 검출기 캡(900)은 기하학적 공간(940) 및 광학 편향기 핀(920)을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 기하학적 형상(940)은 임의의 포물선 또는 타원 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 이는 다양한 종류로 구성되거나 심지어 선형일 수 있다.
도 9c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다. 연기 검출기 캡(900)은 기하학적 형상(940) 및 광학 편향기 핀(920)을 포함한다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 광학 편향기 핀(920)은 그 전체에서 광을 흡수하는 재료로 제조된다. 더욱이, 요소는 매끄럽고 무광 마감 대신 경면형 마감을 갖는다. 벌크 흡수 재료는 흡수 깊이가 수십의 광 파장보다 크도록 되어 있다. 따라서, 굴절 지수의 실수 부분은 비흡수 재료와 매우 가깝게 유지된다.
일부 실시예에서, 광-격리 구조 챔버 광학 편향기 핀(920)은 폴리머 또는 유리를 포함한다. 대부분의 플라스틱 및 유리는 1.45-1.6에 가까운 지수를 갖는다. 이는 프레넬 수학식에서 ~3%의 반사율(R)을 산출할 수 있으며 매끄러운 표면은 다음과 같이 계산된 것처럼 경면 방식(specular fashion)으로 광을 반사한다:
여기서,
및
따라서, 입사되는 광의 대부분은 광-격리 구조 챔버 컬럼의 재료 내부에서 흡수되고 심지어 반사되는 부분조차도 후방 산란이 거의 없다.
도 10a는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 측면도를 예시한다. 연기 검출기 캡(1000)은 상부 경계(1010), 축 중심(1060), 중심 패키징 핀(1040) 및 외부 패키징 핀(1070)을 포함한다. 축 중심 패키징 핀(1040) 및 외부 패키징 핀(1070)은 편의성을 허용한다.
도 10b는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 평면도를 묘사한다. 연기 검출기 캡(1000)은 기하학적 공간(1040) 및 광학 편향기 핀(1020)을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 기하학적 형상(1040)은 임의의 포물선 또는 타원 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 이는 다양한 종류로 구성되거나 심지어 선형일 수 있다. 외부 경계(1030)는 구조의 물리적 원형 캡을 나타낸다.
도 10c는 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 소형 연기 검출기 캡의 등각도를 예시한다. 연기 검출기 캡(1000)은 구조(1080)의 물리적 원형 캡(1010) 및 광학 편향기 핀(1020)을 포함한다.
도 11은 본 명세서에 제공된 개시내용의 일부 실시예에 따른 예시적인 광학 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 표면(1140, 1150)을 포함한다.
주목하자면, 도 11은 위에서 아래로 관찰한, 둥근 형상인 연기 검출기 캡(1100)의 측면도를 묘사한다. 따라서, 엄밀히 말하면 기하학적 표면(1140, 1150)은 동일한 표면이다. 그러나, 이들은 광자(1165, 1175)에 관해 설명할 때에는 다르게 표시된다.
하나 이상의 실시예에서, 연기 검출기 캡(1100)은 연기 검출기 챔버의 광이 입자, 예를 들어 연기 등으로부터 대부분 산란되어 연기 검출기 시스템으로 다시 되돌아가도록 광을 반사 및/또는 흡수하는 기능을 한다. 하부 경계(1110)는 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 웨이퍼 다이를 나타낼 수 있다. 설명의 목적을 위해, 하나 이상의 발광 디바이스로부터의 광은 이 표면 방향으로부터 방출된다.
원형 측벽(1130)은 주변 광을 차단하거나 챔버에 존재하는 광이 하부 경계(1110)로 다시 하향 전향되는 것을 방지하는 실질적인 원통형 경계를 포함한다. 이 전제에 대해서는 나중에 설명하겠다. 상부 경계(1120)는 연기 검출기 캡(1100)의 상단을 나타낸다. 연기 검출기 캡이 반경방향으로 실질적으로 변하지 않는다면, 축 중심(1160)은 그 중심을 나타내기 위해 사용된다.
동작식으로, 일부 실시예에서, 광선(광자(1165, 1175))가 발광 디바이스로부터 방출되고, 이는 연기 검출기 챔버를 통해 전파된다. 광선은 연기 입자(도시되지 않음)에 입사되어 결과적으로 산란된다. 산란된 광선은 하나 이상의 광 검출기를 향해 하부 경계 표면을 향해 다시 하향 전파된다. 광 검출기는 산란광 외에도 배경으로부터 미량의 광(nominal light)을 수신한다.
기하학적 표면(1150, 1140)은 하나 이상의 실시예에서 하부 경계(1110)로부터 방출되는 광을 그로부터 멀리 반사하는 역할을 한다. 즉, 신호 대 잡음(SnR) 비율을 최대화하려면 미립자 물질에 의해 산란되지 않는 광을 완화해야 한다. 예를 들어, 본 실시예에서 기하학적 표면(1150, 1140)은 포물선(엄밀히 말하면 3차원 포물면) 형상을 갖는다. 이와 같이, 하부 경계(110)로부터 방출된 광은 포물선 초점에 따라 실질적으로 직교하는 방향으로 대부분 반사될 것이다.
예를 들어, 광선/광자(1165)는 기하학적 형상(1150)에 입사한다. 기하학적 형상(1150)에 대한 그 입사 방향 및 각도로 인해, 광선 광자(165)는 하부 경계(1110)로부터 멀리 반사되며 이는 광선/광자(1170)로 표현되어 있다. 유사하게, 광선/광자(1175)는 기하학적 형상(1140)에 입사한다. 기하학적 형상(1140)에 대한 그 입사 방향 및 각도로 인해, 광선 광자(1165)는 하부 경계(1110)로부터 멀리 반사되며 이는 광선/광자(117)로 표현되어 있다.
하나 이상의 실시예에서, 추가적인 반사 방지성 코팅(1180)이 포함된다. 반사 방지성 또는 반사 방지(AR) 코팅은 반사를 감소시키기 위해 렌즈 및 다른 광학 요소의 표면에 적용되는 광학 코팅의 유형이다. 일반적인 이미징 시스템에서, 반사로 인해 손실되는 광이 적기 때문에 이는 효율성을 개선한다. 이 코팅은 상단 캡에만 적용되는 것은 아니라 앞서 설명한 반사 방지 핀에도 적용될 수 있다.
많은 코팅은 대조적인 굴절 지수의 교번 층을 갖는 투명한 박막 구조로 구성된다. 층 두께는 인터페이스로부터 반사된 빔에서 상쇄 간섭을 생성하고 대응하는 투과된 빔에서 보강 간섭을 생성하도록 선택된다. 이는 파장과 입사각에 따라 구조의 성능을 변화시켜 색상 효과가 종종 경사진 각도로 나타난다.
하나의 또 다른 실시예에서, 기하학적 형상은 포물선의 형상이다. 포물선은 거울 대칭성이며 대략 U 형상인 평면 곡선이다. 이는 모두 정확히 동일한 곡선을 정의하는 것으로 입증될 수 있는 표면적으로 상이한 여러 수학적 설명 중 어떤 것에든 부합된다. 더 구체적으로, 도 11에 묘사되어 있는 본 실시예에서와 같이 반 포물선이 구현된다. 즉, sqrt(r)이며, 이는 축 중심(1160)을 중심으로 회전된다.
포물선에 대한 한 설명은 점(초점)과 선(준선)을 포함한다. 초점은 준선 상에 있지 않다. 포물선은 해당 평면에서 준선과 초점 모두로부터 등거리에 있는 점의 궤적이다. 포물선에 대한 또 다른 설명은 직원추형 표면(right circular conical surface)과 이 원추형 표면에 접하는 다른 평면에 평행한 평면의 교차점에서 생성된 원추형 섹션이다.
다른 실시예에서, 기하학적 형상은 적어도 부분적으로 타원이다. 타원은 두 초점 지점까지의 거리 합계가 곡선의 모든 점에 대해 일정한, 두 초점 지점을 둘러싼 평면 내의 곡선이다. 이와 같이, 이는 양 초점 지점 모두가 동일한 위치에 있는, 특수한 유형의 타원인 원의 일반화이다. 타원의 형상(얼마나 "긴" 지)은 그 편심률로 표현되며, 이는 타원에 대해 0(원의 제한적 경우)으로부터 임의로 1에 가깝지만 1보다 작은 수까지 임의의 숫자가 될 수 있다.
타원은 폐쇄된 유형의 원추형 섹션, 즉, 원추와 평면의 교차로 인해 발생하는 평면 곡선이다(우측 도면 참조). 타원은 다른 2개의 형태의 원추형 섹션, 즉, 둘 다 개방되어 있고 무한한 포물선 및 쌍곡선과 많은 유사점을 가진다. 단면이 원통의 축과 평행하지 않으면, 원통의 단면은 타원이다.
그러나, 어떠한 원추형 섹션도 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.
본 개시내용은 LED로부터 검출기까지 10-6 정도의 총 감쇠를 발생시킨다. 이는 시뮬레이션에서의 설계와 구조에 의해 달성되었다.
본 개시내용의 발명자는 또한 이러한 산란 특성이 파장 의존적일 수 있다는 개념을 활용한다. 따라서, PD1/PD2의 상이한 파장, 람다 및/또는 비율의 분석 및/또는 비교는 파장 의존적일 수 있고 수많은 미립자 물질의 검출에 유용할 수 있다.
다른 수단, 시스템 및 디바이스는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 예를 들어, 복수의 3개 이상의 광 검출기를 사용하여 재료의 특성 신호를 추가로 보간하고 외삽할 수 있다. 추가적으로, 대안적인 LED/광 검출기 배치 및 형상을 사용할 수 있다.
광의 산란 이론을 참조하면, 본 발명자의 관찰 및 모델은 본 기술 분야에 알려진 이 잘 알려진 이론과 밀접하게 부합되고, 그와 일치하며, 그를 반영한다. 따라서, 다음의 관찰은 기본 물리학에서 비롯되므로 여러 실시예에서 열거된 임의의 특정 디바이스보다 더 일반적이다.
따라서, 본 출원의 기술의 여러 양태 및 실시예를 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자는 다양한 변경, 수정 및 개선을 쉽게 안출할 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 출원에 설명된 기술의 정신과 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 기술 분야의 숙련자는 기능을 수행하고/하거나 결과 및/또는 본 명세서에 설명된 이점 중 하나 이상을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 것이며, 각각의 이러한 변형 및/또는 수정은 본 명세서에 설명된 실시예의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
본 기술 분야의 숙련자는 단지 일상적인 실험을 사용하여 본 명세서에 설명된 특정 실시예에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 앞서 설명한 실시예는 단지 예로서 제시되었으며, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에서, 본 발명의 실시예는 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 2개 이상의 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합은 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 서로 불일치하지 않는다면, 본 개시내용의 범위에 포함된다.
앞서 설명한 실시예는 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 프로세스 또는 방법의 수행을 포함하는 본 출원의 하나 이상의 양태 및 실시예는 프로세스 또는 방법을 수행하거나 그 수행을 제어하기 위해 디바이스(예를 들어, 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 디바이스)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어를 이용할 수 있다.
이와 관련하여, 다양한 발명의 개념은 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서에서 실행될 때 앞서 설명된 다양한 실시예 중 하나 이상을 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크, 광학 디스크, 자기 테이프, 플래시 메모리, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이 또는 다른 반도체 디바이스 내의 회로 구성 또는 다른 유형의 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체 또는 매체는 수송 가능할 수 있으며, 그에 따라 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서에 로딩되어 앞서 설명한 양태 중 다양한 것을 구현할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 비일시적 매체일 수 있다.
용어 "프로그램" 또는 "소프트웨어"는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 양태를 구현하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로세서를 프로그램 가능하는 데 사용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드 또는 컴퓨터 실행 가능 명령어 세트를 지칭하기 위해 본 명세서에서 일반적인 의미로 사용된다. 추가로, 일 양태에 따르면, 실행될 때 본 출원의 방법을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 단일 컴퓨터 또는 프로세서에 상주할 필요는 없으며, 다수의 상이한 컴퓨터 또는 프로세서 사이에 모듈 방식으로 분산되어 본 출원의 다양한 양태를 구현할 수 있음을 이해하여야 한다.
컴퓨터 실행 가능 명령어는 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 다양한 형태일 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈에는 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성요소, 데이터 구조 등이 포함된다. 일반적으로, 프로그램 모듈의 기능은 다양한 실시예에서 필요에 따라 조합되거나 분산될 수 있다.
또한, 데이터 구조는 임의의 적절한 형태로 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 설명의 단순화를 위해 데이터 구조는 데이터 구조 내의 위치를 통해 관련된 필드를 갖는 것으로 도시될 수 있다. 이러한 관계는 마찬가지로 필드 사이의 관계를 전달하는 컴퓨터 판독 가능 매체 내의 위치를 갖는 필드에 대한 저장소를 할당함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 포인터, 태그 또는 데이터 요소 사이의 관계를 설정하는 다른 메커니즘의 사용을 포함하여, 데이터 구조의 필드에 있는 정보 사이의 관계를 설정하기 위해 임의의 적절한 메커니즘이 사용될 수 있다.
소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어 코드는 단일 컴퓨터에 제공되든 다수의 컴퓨터에 분산되어 있든 상관 없이 임의의 적절한 프로세서 또는 프로세서 모음에서 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터는 비제한적인 예로서 랙 장착형 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 다수의 형태 중 임의의 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 추가적으로, 컴퓨터는, PDA(personal digital assistant), 스마트폰, 휴대폰, iPad 또는 임의의 다른 적절한 휴대용 또는 고정식 전자 디바이스를 비롯한, 일반적으로 컴퓨터로 고려되지 않지만 적절한 처리 기능을 갖춘 디바이스에 내장될 수 있다.
또한, 컴퓨터에는 하나 이상의 입력 및 출력 디바이스가 있을 수 있다. 이러한 디바이스는 무엇보다도 사용자 인터페이스를 제시하는 데 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스를 제공하는 데 사용될 수 있는 출력 디바이스의 예로는 출력의 시각적 표현을 위한 프린터 또는 디스플레이 화면과 출력의 청각적 표현을 위한 스피커 또는 다른 사운드 생성 디바이스가 있다. 사용자 인터페이스에 사용할 수 있는 입력 디바이스의 예로는 키보드, 마우스, 터치패드 및 디지털 태블릿과 같은 포인팅 디바이스가 있다. 다른 예로서, 컴퓨터는 음성 인식을 통해 또는 다른 가청 포맷으로 입력 정보를 수신할 수 있다.
이러한 컴퓨터는 근거리 통신망 또는 엔터프라이즈 네트워크와 같은 광역 통신망 및 지능형 네트워크(IN) 또는 인터넷을 비롯한, 임의의 적절한 형태의 하나 이상의 네트워크에 의해 상호 연결될 수 있다. 이러한 네트워크는 임의의 적절한 기술에 기초할 수 있고 임의의 적절한 프로토콜에 따라 동작할 수 있으며 무선 네트워크 또는 유선 네트워크를 포함할 수 있다.
또한, 설명된 바와 같이, 일부 양태는 하나 이상의 방법으로서 구현될 수 있다. 방법의 일부로 수행되는 행위는 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서 순차적인 행위로 예시되더라도 일부 행위를 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 예시된 것과 상이한 순서로 동작이 수행되는 실시예가 구성될 수 있다.
본 명세서에서 정의되고 사용된 모든 정의는 사전 정의, 참조로 포함된 문서의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미에 우선하는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 부정 관사("a" 및 "an")는 명확하게 달리 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.
명세서 및 청구범위에서 본 명세서에 사용된 " 및/또는"이라는 문구는 이렇게 결합된 요소의 "어느 하나 또는 둘 모두", 즉, 일부 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. '및/또는'으로 나열된 여러 요소는 동일한 방식으로 해석되어야 하며, 즉, 이렇게 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다.
및/또는 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소는 구체적으로 식별된 이들 요소와 관련이 있든 무관하든 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때 "A 및/또는 B"에 대한 언급은 일 실시예에서 A만(선택적으로 B 이외의 요소를 포함); 다른 실시예에서, B만(선택적으로 A 이외의 요소를 포함); 또 다른 실시예에서, A 및 B 모두(선택적으로 다른 요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 본 명세서에 사용될 때, 적어도 하나의 요소의 목록과 관련한 "적어도 하나"라는 문구는 요소 목록의 요소 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 적어도 하나의, 요소 목록에 구체적으로 나열된 하나도 빠짐없는 요소를 반드시 포함할 필요는 없고, 요소의 목록의 요소의 어떠한 조합도 배제하지 않는 의미로 이해하여야 한다. 이 정의는 또한 "적어도 하나"라는 어구가 참조하는 요소 목록 내에 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 구체적으로 식별된 요소와 관련되어 있든 무관하든 선택적으로 존재할 수 있음을 허용한다.
따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나" (또는 동등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시예에서, B가 존재하지 않는(선택적으로 B 이외의 요소를 포함) 선택적으로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나의 A; 다른 실시예에서, A가 존재하지 않는(선택적으로 A 이외의 요소를 포함) 선택적으로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나의 B; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나의 A 및 선택적으로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나의 B(선택적으로 다른 요소를 포함); 등을 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "사이"는 달리 지시되지 않는 한 경계값을 포함한다. 예를 들어, "A와 B 사이"는 달리 명시되지 않는 한, A와 B를 포함한다.
또한, 본 명세서에 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다. 본 명세서에서 "포함하는(including, comprising)" 또는 "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 이들의 변형의 사용은 이후에 나열된 항목 및 그 등가물 및 추가적인 항목을 포함하는 것을 의미한다.
청구범위 및 상기 명세서에서, "포함하는(comprising, including)", "소유하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "이루어진", 등은 개방형, 즉, 포함하지만 그에 제한되지 않는 것을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 단지 전이 어구 "구성된" 및 "본질적으로 구성된"만이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 전이 어구이다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명된 특정 실시예에 제한되는 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명이 관련된 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용을 검토하면 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 수정, 등가의 프로세스 및 다수의 구조를 쉽게 명백히 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명된 특정 실시예에 제한되는 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명이 관련된 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용을 검토하면 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 수정, 등가의 프로세스 및 다수의 구조를 쉽게 명백히 알 수 있을 것이다.
Claims (40)
- 연기 검출기 챔버로부터 실질적으로 멀리 광을 전파하는 소형 설치 공간 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치이며, 상기 장치는
제1 광원;
상기 제1 광원에 실질적으로 근접하게 배치된 제1 광 검출기;
비휘발성 로직으로서,
상기 제1 광 검출기로부터 제1 신호를 수신하는 단계; 및
상기 제1 수신 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하는 단계를 수행하는 비휘발성 로직; 및
상기 제1 광원에 실질적으로 직교하게 배치된 캡을 포함하는, 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 캡은 적어도 부분적으로 실질적으로 원추형 섹션과 유사한 형상을 갖는, 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 포물선인, 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 타원인, 장치.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 제1 파장을 중심으로 하는 스펙트럼 강도를 갖는 제1 발광다이오드를 더 포함하는, 장치.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡의 외부 반경 주위에 실질적으로 원으로 배치된 광학 편향 요소의 어레이를 더 포함하는, 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 광학 편향 요소의 어레이 각각은 실질적으로 날개 형상인, 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 캡 및 상기 광학 편향 요소의 어레이 중 적어도 하나 상에 배치된 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 8에 있어서, 상기 코팅은 상기 제1 파장을 중심으로 하는, 장치.
- 청구항 1 내지 4 및 6 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡이 기계적으로 결합된 기판을 더 포함하는, 장치.
- 연기 검출기 챔버로부터 실질적으로 멀리 광을 전파하는 소형 설치 공간 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 방법이며,
제1 광원으로부터 광을 제공하는 단계;
상기 제1 광원에 근접하게 배치된 제1 광 검출기상에서 상기 광을 검출하는 단계;
상기 제1 광 검출기로부터 제1 신호를 수신하는 단계;
적어도 부분적으로 산란된 미립자 물질에 기초한 상기 제1 수신 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하는 단계; 및
상기 제1 광 검출기로부터 멀리 광을 기하학적으로 반사하는 캡을 사용하여 광을 반사하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 캡은 적어도 부분적으로 실질적으로 원추형 섹션과 유사한 형상을 갖는, 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 포물선인, 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 타원인, 방법.
- 청구항 11 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광원은 제1 파장을 중심으로 하는 스펙트럼 강도를 갖는 제1 발광다이오드인, 방법.
- 청구항 11 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡의 외부 반경 주위에 실질적으로 원형 형태로 광학 편향 요소의 어레이를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 16에 있어서, 상기 광학 편향 요소의 어레이 각각은 실질적으로 날개 형상인, 방법.
- 청구항 16에 있어서, 상기 캡 및 상기 광학 편향 요소의 어레이 중 적어도 하나 상에 반사 방지 코팅을 퇴적하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 18에 있어서, 상기 코팅은 상기 제1 파장을 중심으로 하는, 방법.
- 청구항 11 내지 14 및 17 내지 19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡을 기판에 기계적으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 연기 검출기 챔버로부터 실질적으로 멀리 광을 전파하는 소형 설치 공간 검출기 내에서 연기를 검출하기 위한 장치이며, 상기 장치는
제1 광원으로부터 광을 제공하는 수단;
상기 제1 광원에 근접하게 배치된 제1 광 검출기상에서 상기 광을 검출하는 수단;
상기 제1 광 검출기로부터 제1 신호를 수신하는 수단;
적어도 부분적으로 산란된 미립자 물질에 기초한 상기 제1 수신 신호에 적어도 기초하여 연기의 존재를 결정하는 수단; 및
상기 제1 광 검출기로부터 멀리 광을 기하학적으로 반사하는 캡을 사용하여 광을 반사하는 수단 포함하는, 방법. - 미립자 물질을 검출하기 위해 다이와 함께 패키징되도록 구성된 장치이며, 상기 장치는
상단측과 저부측을 가지며 상단에서 보았을 때 실질적으로 원과 같은 형상이고 원점을 갖는 캡- 상기 저부측은 상기 원점 근방의 바닥과 상기 캡의 측면에서 볼 때 상기 원의 반경방향으로 기하학적 형상의 프로파일을 가짐 -; 및
상기 캡 주위에 원주방향으로 배치된 컬럼의 어레이로서, 상기 컬럼의 어레이의 각 부재는 원위 단부 및 근위 단부를 가지며, 상기 어레이의 각 부재의 상기 근위 단부는 상기 캡의 상기 저부에 기계적으로 결합되는, 컬럼의 어레이-
상기 컬럼의 어레이는 주변 공기를 통과시키는 반면 주변 광은 차단하게 구성되도록 상기 컬럼의 어레이의 각 부재 사이에 간격을 가짐 -를 포함하는, 장치. - 청구항 22에 있어서, 상기 기하학적 형상은 적어도 부분적으로 원의 반경의 역함수인, 장치.
- 청구항 22에 있어서, 상기 역함수는 1/rx이고, 여기서 r은 상기 원의 반경이고 x는 임의의 실수인, 장치.
- 청구항 22에 있어서, 상기 기하학적 형상은 적어도 부분적으로 원추형 섹션인, 장치.
- 청구항 25에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 포물선인, 장치.
- 청구항 25에 있어서, 상기 캡 원추형 섹션은 적어도 부분적으로 타원인, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬럼의 어레이의 각 부재는 상기 원위 단부에서 볼 때 실질적으로 날개 형상인, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬럼의 어레이의 각 부재는 실질적으로 원통형인, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬럼의 어레이 상에 배치된 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 30에 있어서, 상기 반사 방지 코팅은 제1 파장을 중심으로 하는, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡의 저부측에 배치된 반사 방지 코팅을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 32에 있어서, 상기 반사 방지 코팅은 제2 파장을 중심으로 하는, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 리벳을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PCB 핀을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 관통하는 나사를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 오리피스를 더 포함하는, 장치.
- 청구항 36에 있어서, 상기 나사는 로킹 체결구인, 장치.
- 청구항 36에 있어서, 상기 나사는 급속 분리 체결구인, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡의 재료는 1.4-1.7 사이의 굴절 지수를 갖는, 장치.
- 청구항 22 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬럼의 어레이의 재료는 1.4-1.7 사이의 굴절 지수를 갖는, 장치.
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