(57)【要約】【課題】外乱光の影響を受けにくく、光軸合せが不要な煙感知器を提供する。【解決手段】煙感知器（１）は、撮像を行う撮像部（１１）と、撮像部に対向して撮像部の撮像範囲（ＡＲＥ）内に設置された、少なくとも第１の光源（２０ａ）および第２の光源（２０ｂ）と、撮像部が第１の光源および第２の光源を撮像し、第１の光源および第２の光源の光量に応じて出力した撮像信号を処理する信号処理部（１２）とを有し、第１の光源は、第１の波長範囲の光を放射し、第２の光源は、第１の波長範囲の一部を含む、または、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲の光を放射し、信号処理部は、撮像部が出力した撮像信号レベルの変化を検出し、かつ、撮像信号レベルが規定範囲外の場合に、煙を感知した旨の感知信号を出力する。【選択図】図１３
2010198377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像を行う撮像部と、
上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置された、少なくとも第１の光源および第２の光源と、
上記撮像部が上記第１の光源および上記第２の光源を撮像し、上記第１の光源および上記第２の光源の光量に応じて出力した撮像信号を処理する信号処理部と
を有し、
上記第１の光源は、
第１の波長範囲の光を放射し、
上記第２の光源は、
上記第１の波長範囲の一部を含む、または、上記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲の光を放射し、
上記信号処理部は、
上記撮像部が出力した上記撮像信号レベルの変化を検出し、かつ、当該撮像信号レベルが規定範囲外の場合に、煙を感知した旨の感知信号を出力する
煙感知器。
【請求項２】
上記光源は、
上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で発光し、
上記信号処理部は、
上記撮像部から所定走査面周期ごとに上記撮像信号を取得し、複数の異なる走査面間で当該撮像信号レベル差から当該撮像信号レベル差の時間平均を各々取得し、当該各時間平均の値を基に所定の演算を行い、当該演算結果の値に応じて、上記撮像信号レベルの変化を取得する
請求項１記載の煙感知器。
【請求項３】
上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置された光源を複数有する
請求項１または２記載の煙感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災等で発生した煙を感知する煙感知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光を放射する発光部と、発光部に対向して設置され、この光を受光する受光部によって構成された光電式分離型煙感知器が知られている（特許文献１，２参照）。
このような、光電式分離型煙感知器は、煙による光の透過率の変動を検出することにより、火災の発生を感知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３５９８４号公報
【特許文献２】特開２００１−８４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電式分離型煙感知器は外乱光の影響を受けやすいため、精度よく煙を感知することができない場合がある。さらに、光電式分離型煙感知器では、その構造上、光軸合せが必要であり、手間がかかるという欠点がある。
【０００５】
本発明は、外乱光の影響を受けにくく、光軸合せが不要な煙感知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の煙感知器は、撮像を行う撮像部と、上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置された、少なくとも第１の光源および第２の光源と、上記撮像部が上記第１の光源および上記第２の光源を撮像し、上記第１の光源および上記第２の光源の光量に応じて出力した撮像信号を処理する信号処理部とを有し、上記第１の光源は、第１の波長範囲の光を放射し、上記第２の光源は、上記第１の波長範囲の一部を含む、または、上記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲の光を放射し、上記信号処理部は、上記撮像部が出力した上記撮像信号レベルの変化を検出し、かつ、当該撮像信号レベルが規定範囲外の場合に、煙を感知した旨の感知信号を出力する。
【０００７】
好適には、上記光源は、上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で発光し、上記信号処理部は、上記撮像部から所定走査面周期ごとに上記撮像信号を取得し、複数の異なる走査面間で当該撮像信号レベル差から当該撮像信号レベル差の時間平均を各々取得し、当該各時間平均の値を基に所定の演算を行い、当該演算結果の値に応じて、上記撮像信号レベルの変化を取得する。
【０００８】
好適には、上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置された光源を複数有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外乱光の影響を受けにくく、光軸合せが不要な煙感知器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成例を示す概略ブロック図である
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るＣＣＤの構造を説明するための概略模式図である。
【図４】図４は、図３に図示されるＣＣＤ１１１の時系列を説明するための図である。
【図５】図５は、単板補色フィルタの色の配列を示す一例の図である。
【図６】図６は、奇数フィールドＯＦＤおよび偶数フィールドＥＦＤにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｆ）は、第１実施形態に係る第１および第２の演算部における演算処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係る発光部の発光例を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態に係る各デューティー比に対する和ＳＵＭの値の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態に係るデューティー比Ｄと和ＳＵＭとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態に係る煙感知器の動作例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態に係る煙感知器の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
［煙感知器の構成例］
本発明の第１実施形態に係る煙感知器の構成例を図１に関連付けて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。図１には、煙感知器１の主要部のみが図示されている。
【００１３】
図１に図示するように、煙感知器１は、撮像装置１０および光源としての発光部２０を有する。
煙感知器１の筐体は、撮像装置１０および発光部２０の周辺部において、例えば、略円柱状に形成されている。ただし、図１には、撮像装置１０および発光部２０の周辺部のみが図示されている。
その筐体には、発光部２０が放射する光を筐体外部に漏らさず、火災で発生した煙を筐体内部の空間ＳＰに流入させるための孔部が好適に設けられている。煙感知器１は、この空間ＳＰに流入した煙を感知し、煙を感知した旨の感知信号を出力する。この感知信号は、例えば、警報音を発音する発音部（不図示）に入力される。
【００１４】
撮像装置１０は、発光部２０を撮像（撮影）することができるように、煙感知器１の側面部３ａに設置されている。火災の発生時には、これによって発生した煙が空間ＳＰに流入するため、煙によって光の透過率が平常時のものよりも低下する。なお、平常時とは、空間ＳＰに煙が存在しない状態を指す。
したがって、火災の発生時には、発光部２０の放射光が平常時のものよりも暗く撮像される。換言すれば、火災の発生時には、輝度が平常時のものよりも低下する。
【００１５】
そこで、撮像装置１０は、発光部２０を撮像する撮像部１１と、透過率の変動を輝度信号レベルの変動として捉え、これを検出する信号処理部１２を有する。
この信号処理部１２は、撮像部１１が出力した撮像信号Ｓ１を基に輝度信号を抽出し、この輝度信号レベルを監視する。信号処理部１２は、この輝度信号レベルの変動を検出した場合、火災等によって発生した煙が空間ＳＰに存在するものと判断し、感知信号を出力する。
【００１６】
発光部２０は、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に入るように、撮像装置１０が設置された側面部３ａに対向した、側面部３ｂに設置されている。
発光部２０は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成されている。このＬＥＤには、例えば、近赤外線（９４５ｎｍ程度）を放射する近赤外ＬＥＤを使用することができる。
【００１７】
上述したように、煙感知器１が輝度信号レベルの変動を検出すればよいため、発光部２０は、光源として常時点灯していればよい。
しかしながら、火災発生の初期には、空間ＳＰの煙の濃度が低く、光の透過率の変動が小さい場合がある。この場合、輝度信号レベルの変動も小さく、この変動を検出できない恐れがある。
【００１８】
そこで、光の透過率の変動が小さくても、輝度信号レベルの変動を検出できるように、発光部２０は、撮像装置１０の走査周期の４ｎ（ｎ＝１、２、…）倍周期で点滅する。即ち、輝度がこの周期で変化する。
そして、信号処理部１２が、撮像部１１が出力した撮像信号Ｓ１に、本実施形態の特徴である信号処理を施す。これにより、外乱光によるノイズ等が除去され、輝度の変動が僅かであっても、この変動を捉えることができる。
【００１９】
［撮像装置１０の詳細］
撮像装置１０の構成例を図２に関連づけて説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成例を示す概略ブロック図である。
【００２０】
図２に図示するように、撮像装置１０は、撮像部１１と、信号処理部１２とを有する。この信号処理部１２は、抽出部１２０、第１の演算部１２１、第２の演算部１２２、演算処理部１２３、および判定部１２４を有する。
【００２１】
撮像部１１は、例えば、可視光線や赤外線に対して感度を有するＣＣＤ１１１（Charge Coupled Device）で構成されている。このＣＣＤ１１１は、例えば、単板補色フィルタを有し、フィールド蓄積型インターライン転送を行うものである。ＣＣＤ１１１の詳細については、後述する。
撮像部１１は、光を放射する発光部２０を撮像し、光量に応じたアナログ信号（色信号）を生成する。そして、撮像部１１は、これをＡＤ（Analog-to-Digital）変換器等でアナログ信号からデジタル信号に変換した後、撮像画像データとしてのデジタル信号を撮像信号Ｓ１として信号処理部１２の抽出部１２０に出力する。
【００２２】
なお、撮像装置１０では、テレビジョン方式はＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式であり、走査方式はインターレース方式であるものとする。この場合、水平周波数は１５．７３４Ｈｚであり、走査周波数（垂直周波数）は５９．９４Ｈｚである。
【００２３】
抽出部１２０は、撮像部１１から撮像画像データとしての撮像信号Ｓ１が入力されると、これから輝度信号を抽出する。そして、抽出部１２０は、この輝度信号を輝度信号Ｓ２として第１の演算部１２１および第２の演算部１２２に出力する。
【００２４】
第１の演算部１２１は、抽出部１２０から輝度信号Ｓ２が入力されると、ＣＣＤ１１１の同一領域において、ｍ（ｍ＝１，２，…）番目のフィールドにおける輝度信号レベルと、（ｍ＋２）番目とのフィールドにおける輝度信号レベルとの差の時間平均を求める。そして、第１の演算部１２１は、この時間平均を演算結果Ａとして演算処理部１２３に出力する。
【００２５】
第２の演算部１２２は、抽出部１２０から輝度信号Ｓ２が入力されると、ＣＣＤ１１１の同一領域において、（ｍ＋１）番目のフィールドにおける輝度信号レベルと、（ｍ＋３）番目のフィールドにおける輝度信号レベルとの差の時間平均を求める。そして、第２の演算部１２２は、この時間平均を演算結果Ｂとして演算処理部１２３に出力する。
【００２６】
演算処理部１２３は、第１の演算部１２１から演算結果Ａが入力され、第２の演算部１２２から演算結果Ｂが入力されると、演算結果Ａの２乗と演算結果Ｂの２乗との和ＳＵＭ（＝Ａ２＋Ｂ２）を算出する。そして、演算処理部１２３は、この和ＳＵＭを演算処理結果Ｃとして判定部１２４に出力する。
【００２７】
判定部１２４は、演算処理部１２３から演算処理結果Ｃが入力されると、これに基づいて、空間ＳＰにおける光の透過率に変動が生じたか否か、即ち、輝度信号レベルに変動が生じたか否かを判定する。
そして、判定部１２４は、輝度信号レベルに変動が生じたと判定した場合、煙を感知した旨の感知信号（報知信号）Ｓ３を出力する。
【００２８】
発光部２０は、ＬＥＤ２１を有する。発光部２０は、例えば、水晶振動子（不図示）や周波数逓倍器（不図示）を用いて、ＬＥＤ２１を撮像装置１０の走査周期の４ｎ倍周期で点滅させる。
【００２９】
［ＣＣＤ１１１の詳細］
ここで、ＣＣＤ１１１の構造を図３に関連づけて説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係るＣＣＤの構造を説明するための概略模式図である。
【００３０】
図３に図示するように、ＣＣＤ１１１は、複数のフォトダイオード（ＰＤ）１１１１、垂直転送ＣＣＤ１１１２、水平転送ＣＣＤ１１１３、および増幅器１１１４を有する。
【００３１】
各フォトダイオード１１１１は、画素領域においてマトリクス状に配列されている。垂直ライン方向に配列されたフォトダイオード１１１１は、列ごとに電荷を転送するための垂直転送ＣＣＤ１１１２に各々接続されている。各垂直転送ＣＣＤ１１１２の一端は、電荷を増幅部に転送するための水平転送ＣＣＤ１１１３に各々接続されている。水平転送ＣＣＤ１１１３の出力側には増幅器１１１４が接続されている。
【００３２】
インターレース方式では、１フレーム（１画面）は、奇数フィールドと偶数フィールドとで構成される。
発光部２０が放射する光がフォトダイオード１１１１に入射されると、フォトダイオード１１１１は、光電変換によって光を電荷に変換し、電荷蓄積時間にこれを蓄積する。この間、フォトダイオード１１１１と垂直転送ＣＣＤ１１１２との間は、各々電気的に遮断されている。
【００３３】
電荷蓄積時間の終了後、フォトダイオード１１１１と垂直転送ＣＣＤ１１１２と間が導通する。すると、フォトダイオード１１１１に蓄積された電荷は、垂直転送ＣＣＤ１１１２に転送される。
この直後に、フォトダイオード１１１１と垂直転送ＣＣＤ１１１２と間は遮断され、フォトダイオード１１１１は、次の電荷の蓄積を開始する。
【００３４】
ところで、垂直転送ＣＣＤ１１１２に転送された電荷は、１水平ライン毎に水平転送ＣＣＤ１１１３に転送される。この転送の周波数は、ＣＣＤ１１１の水平走査周波数１５．７３４Ｈｚである。
【００３５】
増幅器１１１４は、水平転送ＣＣＤ１１１３から電荷が入力されると、これをアナログ信号として増幅し、これをＡＤ変換器（不図示）等に出力する。増幅されたアナログ信号は、ＡＤ変換器等によってデジタル信号に変換された後、撮像信号Ｓ１として信号処理部１２に出力される。
なお、フォトダイオード１１１１が電荷を蓄積し、これを垂直転送ＣＣＤ１１１２に転送するまでの転送周波数は、５９．９４Ｈｚである。
【００３６】
図４は、図３に図示されるＣＣＤ１１１の時系列を説明するための図である。
図４に示すように、フォトダイオード１１１１による電荷の蓄積の開始から終了までの電荷蓄積時間をΔＴ１とする。また、電荷がフォトダイオード１１１１から垂直転送ＣＣＤ１１１２へ転送されるまでの転送時間をΔＴ２とする。
【００３７】
図４に図示するように、ＣＣＤ１１１に入射した光エネルギーは、電荷蓄積時間ΔＴ１の間積分されながら、電荷蓄積周期ΔＴ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＝（１／５９．９４秒）でサンプリングされていることになる。
【００３８】
［抽出部１２０の詳細］
抽出部１２０は、撮像部１１によって撮像された撮像画像としての撮像信号Ｓ１から輝度信号を抽出する。この抽出処理をＣＣＤ１１１に関連づけて説明する。
図５は、単板補色フィルタの色の配列を示す一例の図である。図５には、画素領域の一部が図示されている。図中の「Ｃ」は、画素の配列を示している。
図６は、奇数フィールドＯＦＤおよび偶数フィールドＥＦＤにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
【００３９】
単板補色フィルタは、４種類のカラーフィルタで構成されている。詳細には、図５に図示するように、単板補色フィルタは、Ｙｅ（イエロ）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マジェンタ）、およびＧ（グリーン）のカラーフィルタがベイヤー型の配列形態をもって構成されている。
【００４０】
画素の読み出しの際には、その上下の画素を加算したものが色信号として読み出しされる。加算する組み合わせは、奇数フィールドＯＦＤと偶数フィールドＥＦＤとで、１列ずれている。
【００４１】
具体的には、奇数フィールドＯＦＤのｎラインでは、画素（Ｃ１１＋Ｃ２１）、画素（Ｃ１２＋Ｃ２２）、画素（Ｃ１３＋Ｃ２３）、画素（Ｃ１４＋Ｃ２４）、画素（Ｃ１５＋Ｃ２５）、…のように画素の上下で組み合わせられる。
偶数フィールドＥＦＤのｎラインでは、画素（Ｃ２１＋Ｃ３１）、画素（Ｃ２２＋Ｃ３２）、画素（Ｃ２３＋Ｃ３３）、画素（Ｃ２４＋Ｃ３４）、画素（Ｃ２５＋Ｃ３５）、…のように画素の上下で組み合わされる。
【００４２】
即ち、図６に図示するように、奇数フィールドＯＦＤでは、上述した画素の組み合わせで色信号が読み出される。偶数フィールドＥＦＤでも、上述した画素の組み合わせで色信号が読み出される。
いずれのフィールドも、２画素周期で同一のＹｅ、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｇの組み合わせの色パターンが繰り返されているため、色信号は２画素周期以上の周波数に重畳して現れる。
【００４３】
そこで、抽出部１２０は、２画素周期を遮断周波数とするローパスフィルタ（不図示）にこの色信号を通す。これにより、色信号は失われ、輝度信号のみが抽出される。つまり、輝度信号は２画素周期でサンプリングされることになる。
【００４４】
ところで、図５において、円形で図示される投影領域ＲＥＧは、発光部２０による光が投影されている領域である。なお、画素Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６は完全に投影領域ＲＥＧに含まれ、均一に光が照射されているものとする。
【００４５】
この場合、奇数フィールドＯＦＤでは、（ｎ＋１）ラインのＣ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６の組み合わせによって色信号が読み出しされる。
一方、偶数フィールドＥＦＤでは、（ｎ＋１）ラインのＣ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６の組み合わせによって色信号が読み出しされる。
そして、抽出部１２０は、撮像部１１から入力された色信号を上述したローパスフィルタに通し、輝度信号Ｓ２を抽出する。
【００４６】
［第１の演算部１２１および第２の演算部１２２の詳細］
第１の演算部１２１および第２の演算部１２２で行われる演算について説明する。ただし、図５に図示される投影領域ＲＥＧに光が投影されたものとする。
図７（Ａ）〜（Ｆ）は、第１実施形態に係る第１および第２の演算部における演算処理を説明するためのタイミングチャートである。
【００４７】
図７（Ａ）に図示するように、ｎライン分の奇数フィールドＯＦＤ（Ａ）が走査された後、ｎライン分の偶数フィールドＥＦＤ（Ｂ）が走査される。なお、図７（Ａ）には、例えば、ｎライン分の奇数フィールドＯＦＤ（Ａ）が、単に「Ａ（奇）」のように表記されている。
先に述べたように、１フレームは奇数フィールドと偶数フィールドとで構成されているため、奇数フィールドＯＦＤ（Ａ）の走査と偶数フィールドＥＦＤ（Ｂ）の走査とで１フレームの走査が完了する。
【００４８】
そして、ｎライン分の奇数フィールドＯＦＤ（Ｃ）が走査された後、ｎライン分の偶数フィールドＥＦＤ（Ｄ）が走査される。上述したように、奇数フィールドＯＦＤ（Ｃ）の走査と偶数フィールドＥＦＤ（Ｄ）の走査とで１フレームの走査が完了する。
【００４９】
投影領域ＲＥＧの各画素は、ほぼ１フィールド期間、発光部２０が放射する光を受けて電荷を蓄積し、電荷蓄積期間後に電荷が色信号として読み出しされる。
撮像部１１は、アナログの色信号にＡＤ変換等を施し、これを撮像信号Ｓ１として抽出部１２０に出力する。
その後、抽出部１２０は、撮像部１１から撮像信号Ｓ１が入力されると、これから輝度信号を抽出する。そして、抽出部１２０は、この輝度信号を輝度信号Ｓ２として第１の演算部１２１と第２の演算部１２２とに出力する。
【００５０】
初めに、第１の演算部１２１について説明する。
第１の演算部１２１は、同一の画素領域において、ｍ番目の奇数フィールドＯＦＤ（Ａ）における輝度信号レベルと、（ｍ＋２）番目の奇数フィールドＯＦＤ（Ｃ）における輝度信号レベルとの差分の時間平均ＳＡＣを算出する。
【００５１】
特に、投影領域ＲＥＧでは、画素Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６の組み合わせにおける奇数フィールドＯＦＤ（Ａ）の輝度信号レベルと、この画素の組み合わせにおける奇数フィールドＯＦＤ（Ｃ）の輝度信号レベルとの差分から時間平均ＳＡＣが算出される。なお、これら輝度信号レベルの差分を「輝度レベル差ＡＣ」という。
【００５２】
時間平均ＳＡＣは、輝度レベル差ＡＣを表す関数と、図７（Ｄ）に図示する関数Ｗ３との乗算結果の時間平均をとったものである。換言すれば、この輝度レベル差ＡＣは、画素Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６に投影された光の時間変化であるものと捉えることができる。
ここでは、輝度レベル差ＡＣを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図７（Ｆ）に図示する最も単純な関数Ｗ５であるものとする。
【００５３】
ところで、関数Ｗ３は、図７（Ｂ）に図示する関数Ｗ１と、図７（Ｃ）に図示する関数Ｗ２との和を２で割ることにより算出される関数である。
先ず、関数Ｗ１および関数Ｗ２は、フーリエ級数を用いて、（１）、（２）式のように表すことができる。
【００５４】
【数１】
2010198377.tif 000003
【００５５】
（１）式に示す関数Ｗ１は、時間ｔおよび角速度ω２を変数とする関数であって、関数Ｗ３を導出するために使用される。
（２）式に示す関数Ｗ２も、時間ｔおよび角速度ω２を変数とする関数であって、後述する関数Ｗ４を導出するために使用される。
ただし、角速度ω２は、関数Ｗ１および関数Ｗ２において共通であり、（３）式に示すように、円周率πと周波数ｆ２とによって表される。
【００５６】
関数Ｗ３は、関数Ｗ１と関数Ｗ２との和を２で割ることにより求まる関数であるから、（１）式と（２）式とを用いて、（４）式のように表すことができる。
【００５７】
【数２】
2010198377.tif 000004
【００５８】
一方、光の時間変化を表す最も単純な関数Ｗ５は、正弦波を用いて（５）式のように表すことができる。
【００５９】
【数３】
2010198377.tif 000005
【００６０】
ただし、ｆ１は正弦波の周波数であり、θは正弦波の位相差である。Ａは正弦波の振幅、即ち、輝度信号レベルである。角速度ω１は、（６）式に示すように、円周率πと周波数ｆ２とによって表される。
時間平均ＳＡＣを求めるため、関数Ｗ３に関数Ｗ５を掛け合わせたものは、（７）式のように表すことができる。
【００６１】
【数４】
2010198377.tif 000006
【００６２】
上述したように、時間平均ＳＡＣは、関数Ｗ３と関数Ｗ５との乗算結果の時間平均をとったものである。（７）式を用いて、時間０から時間Ｔまでの時間平均をとると、（７）式の右辺にある時間ｔを含む項が交流信号であるため、その時間平均は０である。
したがって、（ω１−（２ｎ−１）ω２＝０）である場合のみ、定数ｃｏｓθと定数ｓｉｎθとが残る。その結果、輝度レベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣは（８）式で表される。
【００６３】
【数５】
2010198377.tif 000007
【００６４】
（８）式に示すように、時間平均ＳＡＣは、定数ｃｏｓθと定数ｓｉｎθとで表される。
輝度レベル差ＡＣが関数Ｗ５で表される場合、第１の演算部１２１は、（８）式で示される演算を行って、輝度レベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣを算出する。
【００６５】
次に、第２の演算部１２２について説明する。
第２の演算部１２２は、投影領域ＲＥＧにおいて、（ｍ＋１）番目の偶数フィールドＥＦＤ（Ｂ）における輝度信号レベルと、（ｍ＋３）番目の偶数フィールドＥＦＤ（Ｄ）における輝度信号レベルとの差分の時間平均ＳＢＤを算出する。なお、この輝度レベルの差分を「輝度レベル差ＢＤ」という。
【００６６】
特に、時間平均ＳＢＤは、画素Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６の組み合わせによる偶数フィールドＥＦＤ（Ｂ）と、偶数フィールドＥＦＤ（Ｄ）との輝度レベル差ＢＤから算出される。
【００６７】
時間平均ＳＢＤは、輝度レベル差ＢＤを表す関数と、図７（Ｅ）に図示する関数Ｗ４との乗算結果の時間平均をとったものである。この輝度レベル差ＢＤも、画素Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６に投影された光の時間変化であるものと捉えることができる。
ここでも、輝度レベル差ＢＤを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図７（Ｆ）に図示する関数Ｗ５であるものとする。
【００６８】
時間平均ＳＢＤは、時間平均ＳＡＣと同様の算出方法によって求まり、（９）式で示される。
【００６９】
【数６】
2010198377.tif 000008
【００７０】
なお、関数Ｗ４は、関数Ｗ２から関数Ｗ１を引いて２で割ることにより算出される関数である。
輝度レベル差ＢＤが関数Ｗ５で表される場合、第２の演算部１２２は、（９）式で示される演算を行って、輝度レベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤを算出する。
【００７１】
そして、時間平均ＳＡＣの２乗と、時間平均ＳＢＤの２乗との和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）が演算処理部１２３によって算出される。
この和ＳＵＭは、（８）式と（９）式とを用いて（１０）式のように表すことができる。
【００７２】
【数７】
2010198377.tif 000009
【００７３】
（１０）式に示すように、和ＳＵＭは、関数Ｗ５の位相差θに依存せず、撮像部１１が受光した光の周波数ｆ１に、ｆ１＝（２ｎ−１）ｆ２となる周波数成分が含まれているとき、波形の成分、即ち輝度が検出される。
【００７４】
なお、（１０）式に示す和ＳＵＭは、光の時間変化を表す関数が正弦波である場合のものである。次に、光の時間変化を表す関数の具体例を挙げる。
図８は、本発明の第１実施形態に係る発光部の発光例を示すタイミングチャートである。
【００７５】
図８に図示するように、発光部２０は、発光周期Ｔ３で時間τの間、ＬＥＤ２１を発光させる。なお、Ｌ１は輝度信号レベルを示す。発光周期Ｔ３は、発光周波数ｆ３を用いると、Ｔ３＝１／ｆ３の関係が成立する。
図８に図示する関数Ｗ６は、フーリエ級数の一般式Ｅ（ｔ）を用いて、（１１）式のように表すことができる。
【００７６】
【数８】
2010198377.tif 000010
【００７７】
（１１）式に示すように、ａ０、ａｎ、ｂｎは各々係数である。角速度ω３は、発光周波数ｆ３を用いると、ω３＝２πｆ３の関係が成立する。
関数Ｗ６は、発光周期１／ｆ３の周期関数であるから、各係数ａ０、ａｎ、ｂｎは、（１２）式〜（１４）式のように表すことができる。
【００７８】
【数９】
2010198377.tif 000011
【００７９】
（１２）式〜（１４）式を用いると、関数Ｗ６は、（１５）式に示すフーリエ級数で表すことができる。
【００８０】
【数１０】
2010198377.tif 000012
【００８１】
輝度レベル差ＡＣが関数Ｗ６で表される場合、第１の演算部１２１は、（５）式に示す関数Ｗ５の代わりに（１５）式に示す関数Ｗ６を用いて、（８）式で示される演算を行い、輝度レベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣを算出する。そして、第１の演算部１２１は、この時間平均ＳＡＣを演算結果Ａとして演算処理部１２３に出力する。
【００８２】
輝度レベル差ＢＤが関数Ｗ６で表される場合、第２の演算部１２２も、（５）式に示す関数Ｗ５の代わりに（１５）式に示す関数Ｗ６を用いて、（９）式で示される演算を行い、輝度レベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤを算出する。そして、第２の演算部１２２は、この時間平均ＳＢＤを演算結果Ｂとして演算処理部１２３に出力する。
【００８３】
［演算処理部１２３の詳細］
演算処理部１２３は、時間平均ＳＡＣの２乗と、時間平均ＳＢＤの２乗との和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）を算出する。以下、具体例を挙げて説明する。
【００８４】
（１５）式に示すように、発光部２０の発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍である場合、即ち、発光周波数ｆ３がｆ３＝ｆ２である場合、（７）式と（１５）式における奇数項で周波数が一致する。
その結果、時間平均ＳＡＣの２乗と時間平均ＳＢＤの２乗との和ＳＵＭは、（１６）式のように表すことができる。
【００８５】
【数１１】
2010198377.tif 000013
【００８６】
発光部２０の点灯のデューティー比Ｄは、（１７）式のように表すことができる。
【００８７】
【数１２】
2010198377.tif 000014
【００８８】
したがって、（１６）式に示す和ＳＵＭは、（１７）式を用いて（１８）式のように表すことができる。
【００８９】
【数１３】
2010198377.tif 000015
【００９０】
ところで、（１９）式に示される、（１８）式の右辺の項は収束する。
【００９１】
【数１４】
2010198377.tif 000016
【００９２】
この（１９）式に示す項は、デューティー比Ｄに対して、図９に示す値をとる。
【００９３】
図１０は、本発明の第１実施形態に係るデューティー比Ｄと和ＳＵＭとの関係を示す図である。
なお、図１０は、表１に示す値に基づいて、横軸にデューティー比Ｄをとり、縦軸に和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）をとったものである。
【００９４】
図１０に図示するように、和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）は、デューティー比Ｄ＝０．５で最大となる。
デューティー比Ｄが最大となるとき、（１８）式に示す和ＳＵＭは、（２０）式のように表すことができる。
【００９５】
（数１５）
ＳＵＭ＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２＝０．０８３３３Ｌ１２  …（２０）
【００９６】
（２０）式に示すように、発光部２０の発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍である場合、波形の成分、即ち、光の輝度を最も精度よく検出することができる。
【００９７】
演算処理部１２３は、（１７）式〜（１８）式に示す演算を行い、（２０）式に示すように、デューティー比Ｄが最大となる和ＳＵＭを算出する。そして、演算処理部１２３は、この和ＳＵＭを演算処理結果Ｃとして判定部１２４に出力する。
【００９８】
［判定部１２４の詳細］
判定部１２４は、演算処理部１２３から演算処理結果Ｃが入力されると、（ｎ−１）番目のフレームでの演算処理結果Ｃの値Ｖ１と、ｎ番目のフレームでの演算処理結果Ｃの値Ｖ２とを比較する。
【００９９】
値Ｖ２が値Ｖ１から低下した場合、即ち、ｎ番目のフレームにおける和ＳＵＭが（ｎ−１）番目のフレームにおける和ＳＵＭよりも小さい場合、判定部１２４は、輝度信号レベルに変動が生じたものと判定する。
この場合、判定部１２４は、煙を感知した旨の感知信号Ｓ３を外部に出力する。
【０１００】
このように、判定部１２４が、デューティー比Ｄが最大となる和ＳＵＭを基に、輝度信号レベルの変動を判定するため、輝度の変動が僅かであっても、この変動を検出することができる。
【０１０１】
［煙感知器１の動作例］
煙感知器１の動作例を図１１に関連づけて説明する。
図１１は、本発明の第１実施形態に係る煙感知器の動作例を示すフローチャートである。
【０１０２】
図１１に図示するように、発光部２０は、発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍となるように、ＬＥＤ２１を点滅させる（ＳＴ１１）。
そして、撮像部１１は、光を放射する発光部２０を撮像し、撮像画像データを撮像信号Ｓ１として信号処理部１２の抽出部１２０に出力する（ＳＴ１２）。
【０１０３】
その後、抽出部１２０は、撮像部１１から撮像画像データとしての撮像信号Ｓ１が入力されると、これから輝度信号を抽出する。そして、抽出部１２０は、この輝度信号を輝度信号Ｓ２として第１の演算部１２１と第２の演算部１２２とに出力する（ＳＴ１３）。
【０１０４】
第１の演算部１２１は、抽出部１２０から輝度信号Ｓ２が入力されると、ＣＣＤ１１１の同一領域において、輝度レベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣを算出する（ＳＴ１４）。
そして、第１の演算部１２１は、この時間平均ＳＡＣを演算結果Ａとして演算処理部１２３に出力する。
【０１０５】
一方、第２の演算部１２２は、抽出部１２０から輝度信号Ｓ２が入力されると、ＣＣＤ１１１の同一領域において、輝度レベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤを算出する（ＳＴ１４）。
そして、第２の演算部１２２は、この時間平均ＳＢＤを演算結果Ｂとして演算処理部１２３に出力する。
【０１０６】
演算処理部１２３は、第１の演算部１２１から演算結果Ａが入力され、第２の演算部１２２から演算結果Ｂが入力されると、演算結果Ａの２乗と演算結果Ｂの２乗との和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）を算出する（ＳＴ１５）。
そして、演算処理部１２３は、この和ＳＵＭを演算処理結果Ｃとして判定部１２４に出力する。
【０１０７】
そして、判定部１２４は、演算処理部１２３から演算処理結果Ｃが入力されると、これに基づいて、輝度信号レベルに変動が生じたか否かを判定する（ＳＴ１６）。
【０１０８】
輝度信号レベルに変動が生じた場合（ＹＥＳ）、判定部１２４は、煙を感知した旨の感知信号Ｓ３を出力する（ＳＴ１７）。これにより、一連の処理が終了する。
一方、輝度信号レベルに変動が生じていない場合（ＮＯ）、ステップＳＴ１２の処理が再開される。
【０１０９】
ところで、撮像装置１０は、発光部２０を撮像する。このため、発光部２０の様子を撮像画像あるいは動画像として外部の表示機器等に出力することができる。
そこで、火災が発生した場合、煙感知器１が、感知信号Ｓ３を出力すると共に、発光部２０の様子を撮像画像あるいは動画像としてこの表示機器に出力するようにしてもよい。
これにより、筐体内部の空間ＳＰの様子を安全な場所で視覚的に確認することができ、誤報を防止することもできる。
【０１１０】
以上、第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
煙感知器１では、撮像装置１０が発光部２０を撮像すればよいため、外乱光の影響を受けにくく、僅かな輝度の変動を検出することができる。このため、火災の発生を精度よく、かつ、素早く感知することができる。
【０１１１】
一般の光電式分離型煙感知器では、光を放射する発光部と、発光部に対向して設置され、この光を受光する受光部によって構成されているため、光軸合せが必要不可欠である。
これに対し、第１実施形態の煙感知器１では、撮像装置１０を用いて発光部２０を撮像し、輝度信号レベルの変動を検出するため、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥに発光部２０が入っていればよく、光軸合せが不要である。
【０１１２】
更に、（１０）式に示すように、和ＳＵＭは光の位相差θに依存しないため、撮像部１１が受光した光の周波数ｆ１に、ｆ１＝（２ｎ−１）ｆ２となる周波数成分さえ含まれていれば、輝度を検出することができる。したがって、撮像装置１０側の走査のタイミングと発光部２０側の発光のタイミングとを同期させる必要がないという利点がある。
【０１１３】
（第２実施形態）
第２実施形態では、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に複数の発光部２０が設けられている。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。
【０１１４】
［煙感知器の構成例］
本発明の第２実施形態に係る煙感知器の構成例を図１２に関連付けて説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。図１２には、煙感知器１ａの主要部のみが図示されている。
【０１１５】
図１２に図示するように、煙感知器１ａは、４つの発光部２０（１）〜２０（４）を有する。発光部２０（１）〜２０（４）は、各々、第１実施形態のものと同様の構成を有し、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に入るように、側面部３ｂに略等間隔で設置されている。
【０１１６】
なお、発光部２０（１）〜２０（４）は、発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍となるように、ＬＥＤ２１を点滅させるが、光の位相は各々異なっていてもよい。
また、発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍であれば、各々の発光部２０（１）〜２０（４）が同期して点滅する必要はない。
第２実施形態では、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に４つの発光部２０（１）〜２０（４）が設けられているが、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内にあれば、発光部２０の個数は好適に設定可能である。
【０１１７】
以上、第２実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
一般の光電式分離型煙感知器では、１つの発光部に対して１つの受光部が必要である。したがって、広範囲で煙を感知しようとすれば、複数の発光部に対して複数の受光部が必要となり、製造コストが高くなる。
これに対し、煙感知器１ａでは、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に複数の発光部を設けることができるため、低コストであり、広範囲で煙を感知することができる。
【０１１８】
（第３実施形態）
光の透過率の変動は、火災による煙だけではなく、例えば、浴室内の湯気でも発生する。煙感知器には、高い信頼性が要求されるため、煙による透過率の変動のみを検出する必要がある。
第３実施形態では、青色光と近赤外光とを発光させて、感知対象が煙であるか否かを判定し、煙による透過率の変動のみを検出する煙感知器１ｂについて説明する。
【０１１９】
［煙感知器の構成例］
本発明の第３実施形態に係る煙感知器の構成例を図１３に関連付けて説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係る煙感知器の構成例を示す概略模式図である。図１３には、煙感知器１ｂの主要部のみが図示されている。
【０１２０】
図１３に図示するように、煙感知器１ｂは、２種類の発光部２０ａおよび発光部２０ｂを有する。発光部２０ａおよび発光部２０ｂは、撮像装置１０の撮像範囲ＡＲＥ内に入るように、側面部３ｂに互いが隣接して設置されている。
ただし、発光部２０ａは、近赤外線（波長λ１＝９４５ｎｍ程度）を発光する近赤外ＬＥＤ２１ａを有する。他方の発光部２０ｂは、青色光（波長λ２＝４７０ｎｍ程度）を発光する青色ＬＥＤ２１ｂを有する。
【０１２１】
一般に、湯気（水蒸気）の粒子の大きさは、数μｍ以上であるのに対し、煙の粒子の大きさは、例えば、０．０４μｍ以下である。
湯気の場合、近赤外ＬＥＤ２１ａによる散乱光強度Ｉ１と青色ＬＥＤ２１ｂによる散乱光強度Ｉ２との比Ｉ２／Ｉ１は、散乱光強度が波長に依存しない傾向が強いため、１に近づく（Ｉ２／Ｉ１〜１）ことが知られている。
これに対し、煙の場合、上述の比Ｉ２／Ｉ１は、散乱光強度が波長の４乗に反比例するため、１６程度（≒（１／４７０４ｎｍ）／（１／９４５４ｎｍ））になることが知られている。
ただし、近赤外ＬＥＤ２１ａと青色ＬＥＤ２１ｂとの光強度は同じであるものとする。
【０１２２】
換言すれば、湯気による散乱光強度の差（絶対値｜Ｉ１−Ｉ２｜）は非常に小さく、煙による散乱光強度の差は、湯気によるものよりも大きい。
したがって、湯気の場合に信号処理部１２にて検出される輝度信号レベルは、煙の場合に検出される輝度信号レベルよりも大きい。
そこで、煙感知器１ｂは、この検出された輝度信号レベルが規定値よりも大きい場合に、検出対象が煙であると判定し、この場合にのみ感知信号を出力する。
この規定値は、例えば、湯気による輝度信号レベルと、煙による輝度信号レベルとを予め取得しておき、両者の輝度信号レベルの比から好適に設定することができる。
【０１２３】
［煙感知器１ｂの動作例］
煙感知器１ｂの動作例を図１４に関連づけて説明する。
図１４は、本発明の第３実施形態に係る煙感知器の動作例を示すフローチャートである。
【０１２４】
発光部２０ａは、発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍となるように、近赤外ＬＥＤ２１ａを点滅させ、発光部２０ｂは、発光周期Ｔ３がフィールド周期の４ｎ倍となるように、青色ＬＥＤ２１ｂを点滅させる（ＳＴ２１）。
そして、撮像部１１が発光部２０ａ、２０ｂを撮像した後（ＳＴ２２）、抽出部１２０は、撮像部１１から入力された撮像信号Ｓ１から輝度信号を抽出する（ＳＴ２３）。
【０１２５】
ステップＳＴ１４の処理と同様にして、第１の演算部１２１は、輝度レベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣを算出し、第２の演算部１２２は、輝度レベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤを算出する（ＳＴ２４）。
そして、演算処理部１２３は、ステップＳＴ１５と同様にして、各時間平均の２乗の和ＳＵＭ（＝ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）を算出する（ＳＴ２５）。
【０１２６】
判定部１２４は、演算処理部１２３から入力された演算処理結果Ｃに基づいて、輝度信号レベルに変動が生じたか否かを判定する（ＳＴ２６）。
輝度信号レベルに変動が生じた場合（ＳＴ２６のＹＥＳ）、判定部１２４は、輝度信号レベルを規定値と比較する（ＳＴ２７）。
この輝度信号レベルが規定値よりも大きい場合（ＳＴ２７のＹＥＳ）、判定部１２４は、検出対象が煙であると判定し、煙を感知した旨の感知信号Ｓ３を出力する（ＳＴ２８）。これにより、一連の処理が終了する。
【０１２７】
一方、輝度信号レベルに変動が生じていない場合（ＳＴ２６のＮＯ）、ステップＳＴ１２の処理が再開される。
輝度信号レベルが規定値よりも小さい場合（ＳＴ２７のＮＯ）も同様に、ステップＳＴ１２の処理が再開される。
【０１２８】
以上、第３実施形態によれば、煙感知器１ｂは、青色光と近赤外光とを点滅させて、感知対象が煙であるか否かを判定するため、水蒸気による誤報を防止することができる。
第３実施形態では、近赤外線と青色光とを用いたが、例えば、白色光（波長λ３＝４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度）と白色光の波長範囲の一部を含む青色光とを用いるなど、発光させる光を好適に選択することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１、１ａ、１ｂ…煙感知器、３ａ…側面部、３ｂ…側面部、１０…撮像装置、１１…撮像部、１２…信号処理部、２０、２０ａ、２０ｂ…発光部、２１…ＬＥＤ、２１ａ…近赤外ＬＥＤ、２１ｂ…青色ＬＥＤ、１１１…ＣＣＤ、１２０…抽出部、１２１…第１の演算部、１２２…第２の演算部、１２３…演算処理部、１２４…判定部、１１１１…フォトダイオード、１１１２…垂直転送ＣＣＤ、１１１３…水平転送ＣＣＤ、１１１４…増幅器
【図１】
2010198377.tif 000017
【図２】
2010198377.tif 000018
【図３】
2010198377.tif 000019
【図４】
2010198377.tif 000020
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010198377.tif 000025
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010198377.tif 000029
【図１４】
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