Dräger Safety AG & Co. KGaA

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flammdetektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur Flammerkennung mit Hilfe eines solchen Detektors und einen Filterarray für einen Kamera-Chip, bevorzugt CMOS-Chip, welcher zum Beispiel in einem erfindungsgemäßen Flammdetektor einsetzbar ist.

Flammdetektoren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in Brandmeldeanlagen eingesetzt, etwa zur Detektion kohlenwasserstoff-basierter Brände im Bereich der Petrochemie oder ähnlicher Industrien. Typischerweise wird dabei die bei einem Brand entstehende Flamme optisch mit Hilfe einer Kamera erfasst und erkannt. Dabei wird die von der Flamme ausgesandte, charakteristische elektromagnetische Strahlung mit Hilfe eines optischen Sensors erfasst und mit Hilfe eines entsprechenden Algorithmus ausgewertet. Wichtig ist bei solchen Systemen, dass Fehlalarme soweit wie möglich vermieden werden. Fehlalarme können insbesondere durch Strahlung ausgelöst werden, die zwar in ähnlichen oder gleichen Wellenlängenbereich liegt, wie die Strahlung, die von der nachzuweisenden Flamme ausgeht, aber nicht von einer Flamme stammt, sondern von einer Störquelle. Solche Störquellen können beispielsweise im überwachten Bereich befindliche Licht- oder Wärmequellen, aber auch zum Beispiel Sonne und Mond sein. Zur Unterscheidung zwischen Strahlung, die von solchen Störquellen stammt, (Störquellenstrahlung) und Strahlung, die von einer echten brennenden Flamme stammt, (Flammenstrahlung) kann ausgenutzt werden, dass sich das elektromagnetische Spektrum dieser Strahlungsquellen zwar im bestimmten Bereichen des elektromagnetischen Spektrums überlappt - weshalb der Fehlalarm möglich ist - in gewissen anderen Bereichen jedoch signifikant unterscheidet. Eine solche Überlappung tritt häufig im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf, weshalb insbesondere Videokameras anfällig für entsprechende Fehlalarme sein können.

US 2009 / 0315722 AI sieht in diesem Zusammenhang ein System zur Erkennung von Flammen vor, das zwei Kameras aufweist. Die erste Kamera erkennt ein Bild im Spektrum des sichtbaren Lichts, die zweite Kamera erkennt ein Bild im nahen IR-Spektrum. Mit Hilfe eines Prozessors kann zwischen den

BESTÄTIGUNGSKOPIE verschiedenen Bildern umgeschaltet werden. Die von den unterschiedlichen Kameras erhaltenen Bilder können dann mit Hilfe eines Algorithmus verglichen und ausgewertet werden.

Alternativ werden bei anderen bekannten Flammdetektoren Systeme verwendet, die zwar nur ein Kameraobjektiv aufweisen, aber zwei Digitale-Video-Sensoren, bevorzugt CMOS-Chips (complementary metal-oxide-semiconductor-Chips), die jeweils unterschiedliche Wellenlängenbereiche erkennen. Um mit beiden Sensoren entsprechende vom Objektiv eingefangene elektromagnetische Strahlung auswerten zu können, ist im Strahlengang hinter dem Kameraobjektiv ein Strahlteiler angeordnet, der einen ersten Teil der Strahlung an den ersten Chip und einen zweiten Teil der Strahlung an den zweiten Chip leitet. Auch hier werden mithin stets zwei verschiedene Bildsensoren verwendet, deren Daten anschließend miteinander verglichen werden.

Diese Art der Flammdetektion ist im Verhältnis recht aufwändig und erfordert eine sehr genaue Justierung der Sensoren und der optischen Komponenten.

Ausgehend davon ist es Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik . zu überwinden und einen verbesserten Flammdetektor zu schaffen. Dieser soll kostengünstig und einfach herzustellen sein. Insbesondere soll er möglichst präzise und schnell arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Flammdetektor entsprechend Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur Flammerkennung entsprechend Anspruch 9 und ein Filterarray für einen CMOS-Chip entsprechend Anspruch 16 vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei einem Flammdetektor mit wenigstens einem Objektiv, einem CMOS-Chip und wenigstens einem Farbfilter, wobei der CMOS-Chip mit einer Auswerteeinheit verbunden ist und eine Vielzahl von Pixelelementen aufweist, wobei der Farbfilter zwischen dem Objektiv und dem CMOS-Chip angeordnet ist und' ein Array aus einer Vielzahl von Filterelementen ist, wobei jedes Filterelement wenigstens einem Pixelelement des CMOS-Chips derart zugeordnet ist, dass zwischen dem Pixelelement und dem Objektiv genau ein Filterelement angeordnet ist, und · wobei die Vielzahl von Filterelementen eine erste Gruppe von Filterelementen aufweist, die für einen ersten Wellenlängenbereich durchlässig sind, • wobei die Vielzahl von Filterelementen wenigstens eine zweite Gruppe von Filterelementen aufweist, die für einen zweiten Wellenlängenbereich durchlässig sind, und

• wobei die Filterelemente des Arrays derart matrixförmig angeordnet sind, dass Filterelemente, die innerhalb der Reihen und Spalten der Matrix benachbart zueinander angeordnet sind, jeweils für unterschiedliche Wellenlängenbereiche durchlässig sind, sieht die Erfindung vor, dass der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und dass der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Störquelle oder nur die Flamme eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Bei einem solchen Flarnmendetektor kann durch Vergleich von Bilddaten, die in einem ersten Wellenlängenbereich gewonnen werden, mit Bilddaten, die in einem zweiten Wellenlängenbereich gewonnen werden, festgestellt werden, ob ein bestimmtes elektromagnetisches Signal von einer Flamme stammt oder nicht. Insbesondere können dabei Bilddaten, die von Pixelelementen stammen, denen Filterelemente zugeordnet sind, die für einen ersten Wellenlängenbereich durchlässig sind, mit Bilddaten verglichen werden, die von Pixelelementen stammen, denen Filterelemente zugeordnet sind, die für einen zweiten Wellenlängenbereich durchlässig sind.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist der Flammdetektor genau ein Objektiv auf, denkbar ist jedoch auch, dass mehrere Objektive nach Art eines Insektenauges angeordnet sind, so dass jedem Pixelelement ein Objektiv zugeordnet ist. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn jedem Filterelement genau ein Pixelelement des CMOS-Chips zugeordnet ist.

Von besonderem Vorteil ist dabei in jedem Fall die matrixförmige Anordnung der Filterelemente. Diese hat zur Folge, dass Pixelelemente, die Informationen über den ersten Wellenlängenbereich liefern, und Pixelelemente, die Informationen über den zweiten Wellenlängenbereich liefern, maximal ein Pixelelement weit voneinander entfernt liegen. Eine matrixförmige Anordnung ist dabei üblicherweise eine 2-dimensionale Anordnung (Array) aus Reihen und Spalten, wobei jeweils die in den Reihen angeordneten Elemente benachbarter Reihen derart unter- bzw. übereinander angeordnet sind, dass sie die Spalten bilden. Eine solche matrixförmige Anordnung wird typischerweise durch die Angabe der Anzahl von Reihen und Spalten in der Schreibweise (R x S) angegeben, wobei R die Anzahl der Reihen und S die Anzahl der Spalten angibt. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Filterelemente ist die Matrix dann derart aufgebaut, dass sowohl in einer Reihe als auch in einer Spalte stets .Filterelemente aufeinander folgen, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche durchlässig sind.

Unter einer Vielzahl von Filterelementen wird in diesem Zusammenhang typischerweise eine Anzahl von zwei oder bevorzugt mehr als zwei Filterelementen, verstanden. Eine Gruppe von Filterelementen ist dabei eine Auswahl mehrerer Filterelemente aus dieser Vielzahl von Filterelementen, wobei die ausgewählten Filterelemente identische Eigenschaften aufweisen. Die Filterelemente einer Gruppe sind dabei so in der Matrix angeordnet, dass sie einander wenn überhaupt dann nur in diagonaler Richtung benachbart sind und dass innerhalb einer Reihe und innerhalb einer Spalte stets nur Filterelemente unterschiedlicher Gruppen aneinander angrenzen. Das Objektiv kann dabei derart einstellbar sein, dass das Bild welches auf dem CMOS-Chip abgebildet wird, eine gewisse Unschärfe aufweist, nämlich derart, dass zwei benachbart zueinander liegende Pixelelemente nahezu identisch belichtet werden. Das Objektiv des Flammdetektors ist bevorzugt ein Weitwinkelobjektiv, d.h. es ist bevorzugt ein Objektiv, dessen Bildwinkel größer als 30°, besonders bevorzugt größer 50° ist.

Unter einer nahezu identischen Belichtung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass grundsätzlich zwar vorhandene Unterschiede in der Belichtung der räumlich nebeneinander angeordneten Pixel aufgrund der Unschärfe der Optik nicht mehr auflösbar sind. Die von derart benachbart liegenden Pixelelementen gewonnene Information basiert mithin auf identischer elektromagnetischer Strahlung und unterscheidet sich lediglich dadurch, dass das Spektrum dieser Strahlung durch die jeweils zwischen dem Pixelelement und dem Objektiv angeordneten Filterelemente in unterschiedlicher Art und Weise eingeschränkt wird. Unter einem Pixelelement im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei typischerweise die kleinste einzeln auswertbare Flächeneinheit des CMOS-Chip verstanden. Die Verbindung des CMOS-Chip mit der Auswerteeinheit ist dabei bevorzugt derart gestaltet, dass die Auswerteeinheit die ihr übersandten Informationen einzelnen Pixelelementen spezifisch zuordnen kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der CMOS-Chip ein aktiver Sensor (APS-Sensor, Active-Pixel-Sensor) ist. Bei einem solchen aktiven Sensor weist jedes Pixelelement eine eigene Verstärkerschaltung zum Signalauslesen auf.

Ein Filterelement, das für einen bestimmten Wellenlängenbereich durchlässig ist, kann beispielsweise eine Farbfolie, ein Gelelement oder ähnliches sein. Es zeichnet sich dadurch aus, dass selektiv nur elektromagnetische Strahlung einer oder mehrerer bestimmter Wellenlängen durch das Filterelement hindurchtreten kann (transmittiert wird). Elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen wird von einem solchen Filterelement typischerweise absorbiert oder reflektiert. Filterelemente, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche durchlässig sind, können dabei für elektromagnetische Strahlung einander ganz oder teilweise überlappender Wellenlängenbereiche durchlässig sein. Beispielsweise ist denkbar, dass ein erstes Filterelemenf Strählung beispielsweise im Bereich von 380 bis 780 nm transmittiert, während ein zweites Filterelement Strahlung beispielsweise im Bereich von 430 bis 490 nm transmittiert. Die Filterelemente unterschiedlicher Gruppen können auch für Strahlung komplementärer Wellenlängenbereiche oder auch für Strahlung einander nicht überlappender Wellenlängenbereiche durchlässig sein. Besonders günstig ist es dabei, wenn die erste Gruppe von Filterelementen für einen Wellenlängenbereich durchlässig ist, in welchem sowoht eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert, und wenn die zweite Gruppe von Filterelementen für einen Wellenlängenbereich durchlässig ist, in welchem nur die Flamme oder nur die Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert. Eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung ist dabei eine Menge elektromagnetischer Strahlung, die von einem Pixelelement ohne das Vorhandensein des zwischen dem Pixelelement und dem Objektiv angeordneten Filterelementes detektierbar ist und die dabei eine gewisse charakteristische Intensität aufweist.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante ist es dabei vorgesehen, dass der Flammdetektor eine erste Gruppe von Filterelemente, die für elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und eine Gruppe von Filterelementen, die für elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, wobei der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Während die Störquelle sowohl im ersten Wellenlängenbereich als auch im zweiten Wellenlängenbereich Strahlung aussendet, ist die Flamme mithin nur im ersten Wellenlängenbereich für den CMOS-Chip sichtbar. Stammt die durch das Objektiv auf den Chip fallende elektromagnetische Strahlung mithin von einer Störquelle, so werden sowohl diejenigen Pixelelemente belichtet, die mit einem Filterelement versehen sind, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, als auch diejenigen Pixelelemente, die mit einem Filterelement versehen sind, . das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist. Stammt die elektromagnetische Strahlung hingegen von einer Flamme, so Werden nur diejenigen Pixelelemente belichtet, die mit einem Filterelement versehen sind, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist.

Ist ein entsprechend vom CMOS-Chip an die Auswerteeinheit geleitete Information mithin sowohl im ersten Wellenlängenbereich als auch im zweiten Wellenlängenbereich vorhanden, so stammt die vom Objektiv insgesamt eingefangene elektromagnetische Strahlung höchstwahrscheinlich von einer Störquelle, und es ist kein Alarm auszulösen. Ist die Information hingegen nur in einem der beiden Wellenlängenbereiche, insbesondere im ersten Wellenlängenbereich, vorhanden, so liegt eine Flamme vor und ein Alarm muss ausgelöst werden. Fehlalarme, die durch elektromagnetische Strahlung von Störquellen, ausgelöst werden könnten, sind auf diese Weise effektiv vermeidbar.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante kann es alternativ vorgesehen sein, dass der Flammdetektor eine erste Gruppe von Filterelemente, die für elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und eine Gruppe von Filterelementen, die für elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, wobei der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Flamme eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Hier gilt: Ist ein entsprechend vom CMOS-Chip an die Auswerteeinheit geleitete Information sowohl im ersten Wellenlängenbereich als auch im zweiten Wellenlängenbereich vorhanden, so stammt die vom Objektiv insgesamt eingefangene elektromagnetische Strahlung höchstwahrscheinlich von einer Flamme, und ein Alarm ist auszulösen. Ist die Information hingegen nur in einem der beiden Wellenlängenberefche, insbesondere im ersten Wellenlängenbereich, vorhanden, so liegt keine Flamme vor und das Auslösen des Alarms hat zu unterbleiben. Fehlalarme, die durch elektromagnetische Strahlung von Störquellen, ausgelöst werden könnten, sind auf diese Weise auch hier effektiv vermeidbar.

Besonders vorteilhaft ist in jedem Fall, wenn der Flammdetektor in beiden Ausführungsvarianten nur jeweils einen einzigen Sensor, nämlich nur einen einzigen CMOS-Chip, aufweist. Dabei sind alle Bilddaten mit diesem einen CMOS-Chip gleichzeitig gewinnbar. Mit anderen Worten: dank der vorliegenden Erfindung kann mit nur einem Objektiv und einem CMOS-Chip ein Bild in mehreren relevanten Wellenlängenbereichen simultan aufgenommen und durch Vergleich analysiert werden. Typischerweise einsetzbare CMOS-Chips können dabei einen Spektra Ibereich von etwa 350 nm bis etwa 1000 nm erkennen.

Ein solcher Spektralbereich umfasst sowohl den Bereich des sichtbaren Lichts als auch Teile der UV- Strahlung und des nahen Infrarotbereiches. In diesem Bereich emittieren sowohl herkömmliche künstliche und natürliche Lichtquellen entsprechende elektromagnetische Strahlung als auch Flammen, die beispielsweise bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen. Solche Flammen können insbesondere im Bereich der Petrochemie aber auch bei der _^ Ölförderung von Interesse sein, da sie für das menschliche Auge zumindest teilweise unsichtbar sein können, gleichwohl aber natürliche eine entsprechende Gefahrenquelle darstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es insofern günstig, wenn der erste Wellenlängenbereich sich von 900±10 nm bis 1000±10 nm erstreckt, bevorzugt von 920±10 nm bis 960±10 nm, ganz bßsonders bevorzugt von 940±10 nm bis 960±10 nm. Insbesondere Kohlenwasserstoffflammen weisen im Wellenlängenbereich üm etwa 950 nm herum typischerweise ein lokales Intensitätsmaximum auf, emittieren jedoch relativ wenig Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes bei etwa 400 nm. Die meisten Störquellen emittieren hingegen sowohl in diesem Bereich als auch im Bereich des sichtbaren Lichts entsprechende Strahlung. Ein Pixelelement, dem ein Filterelement zugeordnet ist, das für diesen Bereich durchlässig ist, erkennt mithin sowohl die Störquelle als auch die Flamme. In diesen Wellenlängenbereich ist die Strahlung der Sonne relativ gering, so dass ein weiterer Vorteil bei dieser Ausführungsform darin liegt, dass die potentielle Blendung der Kamera durch die Sonne relativ gering ist. Alternativ kann der erste Wellenlängenbereich auch für Strahlung im UV-Bereich durchlässig sein, nämlich beispielsweise für Wellenlängen im Bereich von 50±10 nm bis 380±10 nm, bevorzugt von 200±10 nm bis 380±10 nm, besonders bevorzugt von 200±10 nm bis 280±10 nm. Dies ist beispielsweise günstig, wenn mit Hilfe des erfindungsgemäßen Flammdetektors Flammen mit einer charakteristischen Emission im UV-Bereich, beispielsweise Wasserstoffflammen, erkannt werden sollen.

Vorstellbar ist auch, dass der erste Wellenlängenbereich zwei Unterbereiche, in welchen der Filter durchlässig ist, aufweist. Beispielsweise ist denkbar, dass ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, sowohl für Strahlung im Bereich des nahen Infrarot-Bereiches als auch für Strahlung im Bereich des nahen UV-Bereichs durchlässig ist, nicht jedoch für Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts. Der erste Wellenlängenbereich kann insofern Strahlung im Bereich von kleiner als 380 nm und größer als 780 nm umfassen, bevorzugt Strahlung im Bereich von 50±10.nm bis 380±10 nm und im Bereich von 900±10 nm bis 1000±10 nm. In diesem Fall können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Flammdetektors sowohl Flammen mit einer Emission im IR-Bereich, wie z.B. Kohlenwasserstoffflammen, als auch Flammen mit einer Emission im UV-Bereich, wie z.B. Wasserstoff- Flammen überwacht und erkannt werden.

Man erkennt, dass es in diesem Zusammenhang jedenfalls günstig ist, wenn der zweite Wellenlängenbereich sich von 300±10 nm bis 580±10 nm erstreckt, bevorzugt von 350±10 nm bis 490±10 nm, ganz besonders bevorzugt von 380±10 nm bis 450±10 nm. In diesem Wellenlängenbereich liegt typischerweise eine deutliche Emission von künstlichen Lichtquellen, sowie von Sonne und Mond vor, Kohlenwasserstoffflammen erscheinen in diesem Wellenlängenbereich hingegen dunkel.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist mithin vorgesehen, dass der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren, nämlich ein Wellenlängenbereich, der sich von 900±10 nm bis 1000±10 nm erstreckt, bevorzugt von 920±10 nm bis 960±10 nm, ganz besonders bevorzugt von 940±10 nm bis 960±10 nm, und/oder ein Wellenlängenbereich, der sich von 50±10 nm bis 380±10 nm, bevorzugt von 200±10 nm bis 380±10 nm, besonders bevorzugt von 200±10 nm bis 280±10 nm erstreckt, und dass der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert, nämlich ein Wellenlängenbereich, der sich von 300±10 nm bis 580±10 nm erstreckt, bevorzugt von 350±10 nm bis 490±10 nm, ganz besonders bevorzugt von 380±10 nm bis 450110 nm.

Zur Effektiven Auswertung der vom CMOS-Chip gewonnenen Information ist es günstig, wenn die Filterelemente jeweils in Abteilungen von vier Filterelementen angeordnet sind, wobei jede Abteilung höchstens zwei Filterelemente aufweist, die für denselben Wellenlängenbereich durchlässig sind. Diese Abteilungen können sich dann entlang des gesamten Filterarrays identisch widerholen. Der Farbfilter kann mithin aus einem repetitiven Muster von jeweils vier Filterelementen bestehen. Dabei ist vorstellbar, dass die vier Filterelemente jeder Abteilung in Form einer (2x2)-Matrix angeordnet sind, wobei jede Zeile und jede Reihe der (2x2)-Matrix jeweils ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, aufweist. Bei einer solchen Anordnung liegen sowohl in der Richtung der Reihen der Matrix als auch in Richtung der Spalten der Matrix jeweils stets zwei Pixelelemente nebeneinander, denen jeweils ein Filterelement aus unterschiedlichen Gruppen zugeordnet ist. Die Auswerteeinheit kann dabei jeweils die von diesen nebeneinanderliegenden Pixelelementen gewonnene Information miteinandervergleichen. Auf diese Weise ist ein pixelgenauer Vergleich des gesamten vom CMOS-Chip gewonnenen Bildes rasch und einfach möglich. Die miteinander zu vergleichenden Pixelelemente, denen jeweils ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, bzw. ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, zugeordnet ist, sind bei einem solchen Array jeweils entlang der Reihen bzw. Spalten der (2x2)-Matrix nebeneinander angeordnet. In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Filterelementen eine dritte Gruppe von Filterelementen aufweist, die für einen dritten Wellenlängenbereich durchlässig sind. Beispielsweise ist vorstellbar, dass der erste Wellenlängenbereich den Bereich von 900 bis 1000 nm umfasst, der zweite Wellenlängenbereich den Bereich von 380 bis 780 nm und der dritte Wellenlängenbereich den Bereich von 50 bis 380 nm. Auf diese Weise ist mit Hilfe der Pixelelemente, denen Filterelemente der dritten Gruppe zugeordnet sind, Strahlung im UV-Bereich erkennbar. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste und/oder der zweite Wellenlängenbereich einem der oben beschriebenen Wellenlängenbereiche entspricht. Es ist mithin vorstellbar, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Flammdetektors unterscheidbar ist, ob eine unsichtbare Flamme im nahen-IR- Bereich oder im UV-Bereich Strahlung emittiert. Alternativ ist auch denkbar, dass der erste Wellenlängenbereich denjenigen IR-Bereich umfasst, in dem Kohlenwasserstoffflammen ein charakteristisches Emissionsmaximum aufweisen, der zweite Wellenlängenbereich den Bereich um 400 nm umfasst, in welchem fein Emissionsmaximum von künstlichen und/oder natürlichen Lichtquellen liegt und der dritte Wellenlängenbereich den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums umfasst, in welchem typischerweise Video-Bilder für Schwarz-Weiß- Videos aufgezeichnet werden. ,

Letzteres ist insbesondere von Vorteil, wenn nicht nur eine Flammdetektion mit Hilfe des Flammdetektors durchgeführt werden soll, sondern gleichzeitig die Video-Überwachung des ^• gewünschten Bereiches gewünscht ist. Dies kann beispielsweise zur Abklärung der Ursache oder näheren Umstände einer detektierten Flamme von Vorteil sein. So können möglicherweise genauere Umstände eines Flammausbruchs in einem explosionsgefährdeten Bereich mit Hilfe der Videobeobachtung eines Gebietes geklärt werden, ohne dass es notwendig ist Personal in diesen Bereich zu entsenden. Man erkennt insofern, dass es besonders günstig sein kann, wenn der dritte Wellenlängenbereich den Bereich des sichtbaren Lichts umfasst. In weiteren Ausführungsvarianten ist es vorstellbar, dass vier oder mehr Gruppen von Filterelementen vorhanden sind, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche durchlässig sind.

Auch bei einem Flammdetektor mit drei verschiedenen Gruppen von Filterelementen ist es günstig, wenn die Filterelemente in einem repetitiven Muster angeordnet sind. Insbesondere erkennt man, dass es günstig ist, wenn die Filterelemente jeweils in Abteilungen von vier Filterelementen angeordnet sind, wobei jede Abteilung jeweils ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und zwei Filterelemente, die für den dritten Wellenlängenbereich durchlässig sind, aufweist. Auch hierbei ist es günstig, wenn jeweils benachbarte Filterelemente für unterschiedliche Wellenlängen durchlässig sind. Insofern erkennt man, dass vorteilhaft ist, wenn die vier Filterelemente jeder Abteilung in Form einer (2x2)-Matrix angeordnet sind, wobei jede Zeile und jede Reihe der (2x2)-Matrix jeweils ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement aufweist, wobei das erste Filterelement entweder ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, oder ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, ist und wobei das zweite Filterelement ein Filterelement ist, das für den dritten Wellenlängenbereich durchlässig ist. Die miteinander zu vergleichenden Pixelelemente, denen jeweils ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, bzw. ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, zugeordnet ist, sind mithin entlang der Diagonale der (2x2)-Matrix angeordnet.

In einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Flammerkennung mit Hilfe eines zuvor beschriebenen Flammdetektors vor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Belichtung der Pixelelemente des CMOS-Chip mit einer vorgegebener Belichtungszeit und Analogverstärkung, b. Erfassen der Bildinformationen aller Pixelelemente des CMOS-Chips mit Hilfe der Auswerteeinheit, c. Vergleich der Bildinformationen derjenigen Pixelelemente, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, mit den Bildinformationen derjenigen Pixelelemente, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, mit Hilfe der Auswerteeinheit.

Bei der Belichtung der Pixelelemente in Schritt a wird die von dem Objektiv des Flammdetektors eingefangene elektromagnetische Strahlung durch den Farbfilter hindurch zum CMOS-Chip geleitet. Dabei kann jedoch nur jeweils diejenige Strahlung durch die einzelnen Filterelemente des Farbfilters gelangen, für die das jeweilige Filterelement durchlässig ist. In der Folge werden die im Strahlengang jeweils hinter den Filterelementen angeordneten Pixelelemente nur dann belichtet, wenn das jeweilige Filterelement für die vom Objektiv eingefangene Strahlung durchlässig ist.

In Schritt b wird dann die Information aller Pixelelemente ausgelesen. Dabei ist es günstig, wenn der CMOS-Chip ein aktiver Sensor ist, wie oben bereits beschrieben. In diesem Fall leitet jedes Pixelelement eine entsprechende Information über die empfangene Strahlungsintensität an die Auswerteeinheit weiter.

Um festzustellen, ob ein mit dem Objektiv eingefangenes Signal von einer Flamme oder von einer Störquelle stammt, wird schließlich die von den einzelnen Pixelelementen an die Auswerteeinheit übersandte Information in Schritt c ausgewertet. Dabei wird bevorzugt jeweils die Information benachbarter Pixelelemente, denen jeweils unterschiedliche Filterelemente zugeordnet sind, verglichen. Anhand dieses Vergleiches wird mit Hilfe eines Auswertungsalgorithmus entschieden, ob ein Alarm auszulösen ist oder nicht. Ist der Flammdetektor beispielsweise ein Flammdetektor

• mit einer ersten Gruppe von Filterelemente, die für elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und

• einer Gruppe von Filterelementen, die für elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist,

• wobei der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert, so wird ein Alarm dann ausgelöst, wenn nur diejenigen Pixelelemente belichtet wurden, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für Strahlung im ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, nicht jedoch diejenigen Pixelelemente, denen ein Filterelement zugeordnet ist das für Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist.

Ist der Flammdetektor hingegen ein Flammdetektor,

• mit einer ersten Gruppe von Filterelemente, die für elektromagnetische Strahlung in . einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und

• einer Gruppe von Filterelementen, die für elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist,

• wobei der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Flamme eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert, so wird ein Alarm dann ausgelöst, wenn sowohl diejenigen Pixelelemente belichtet wurden, denen eine Filterelement aus der ersten Gruppe zugeordnet ist, als auch diejenigen Pixelelemente, denen ein Filterelement aus der zweiten Gruppe zugeordnet ist. Der Vergleich der Bildinformationen erfolgt bevorzugt mit Hilfe eines entsprechenden in der Auswerteeinheit hinterlegten Algorithmus. Dabei sind verschiedene Vergleichsmodi denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Vergleich der Bildinformationen in Schritt c. durch Subtraktion der Bildinformationen der Pixelelemente, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, von den Bildinformationen der Pixelelemente, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, oder umgekehrt erfolgt.

In jedem Fall ist es dabei günstig, wenn jeweili die Bildinformationen innerhalb einer Abteilung von Pixelelementen miteinander verglichen werden. Dies ist insbesondere mit Blick auf die erfindungsgemäße nahezu identische Belichtung der Pixelelemente einer Abteilung, wie sie oben beschrieben wurde, von Vorteil.

Im Sinne einer zuverlässigen Vergleichbarkeit, erkennt man, dass es zudem günstig ist, wenn die Belichtung in Schritt a. für alle Pixelelemente mit einer konstanten Belichtungszeit erfolgt. Außerdem ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die Analogverstärkung für alle Pixelelemente, denen ein Filterelement, das für den ersten oder den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, konstant ist.

Soll mit Hilfe des Flammdetektors nicht nur das Auftreten einer Flamme überwacht werden, sondern gleichzeitig eine Videoüberwachung des beobachteten Areals erfolgen, so ist es günstig, wenn der Farbfilter des Flammdetektors eine dritte Gruppe von Filterelemente aufweist. Diese dritte Gruppe von Filterelementen, kann beispielsweise für Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts durchlässig sein. Die diesen Filterelementen zugeordneten Pixelelemente können mithin ein Schwarz-Weiß-Bild des beobachteten Areals liefern. Dieses Schwarz-Weiß-Bild kann zur normalen Video-Überwachung des Bereiches nutzbar sein. Um hierbei eine gleichbleibende Qualität des Videosignales zu gewährleisten und eine gewisse Unabhängigkeit von den möglicherweise schwankenden Lichtbedingungen innerhalb des Areals zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die Analogverstärkung für diese Pixelelemente je nach den tatsächlichen Lichtverhältnissen variabel zu gestalten. Insofern erkennt man, 'dass es günstig ist, wenn die Analogverstärkung für alle Pixelelemente variabel ist, denen ein Filterelement zugeordnet ist, das für den dritten Wellenlängenbereich durchlässig ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung außerdem ein Filterarray für einen CMOS-Chip. Bei einem solchen Filterarray für einen CMOS-Chip wobei das Filterarray eine erste Vielzahl von Filterelementen, die für einen ersten Wellenlängenbereich durchlässig sind, und wenigstens eine zweite Vielzahl von Filterelementen, die für einen zweiten Wellenlängenbereich durchlässig sind, aufweist, wobei die Filterelemente derart matrixförmig angeordnet sind, dass an den Seiten jedes Filterelementes stets ausschließlich Filterelemente wenigstens eines jeweils anderen Wellenlängenbereiches angrenzen, sieht die Erfindung vor, dass der erste Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich ist, in welchem sowohl eine Flamme als auch eine Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittieren und dass der zweite Wellenlängenbereich eine Wellenlänge ist, in welchem nur die Störquelle eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert. Ein solcher Filterarray kann wie oben beschrieben als Bauteil in einem erfindungsgemäßen Flammdetektor verwendet werden. Dabei ist der Einsatz solcher Filterarrays jedoch keineswegs auf Videokameras oder dergleichen beschränkt, sondern auch bei Fptokameras, Bildschirmen oder dergleichen denkbar. Mit Hilfe eines solchen Filterarrays ist insbesondere unterscheidbar, ob eine gewisse elektromagnetische Strahlung von einer künstlichen oder natürlichen Lichtquelle oder einer Flamme stammt. Dazu ist es insbesondere günstig, wenn sich der erste Wellenlängenbereich von 900±10 nm bis 1000110 nm erstreckt, bevorzugt von 920110 nm bis 960+10 nm, ganz besonders bevorzugt von 940+10 nm bis 960+10 nm und/oder dass sich der zweite Wellenlängenbereich von 300+10 nm bis 580+10 nm erstreckt, bevorzugt von 350 +10 nm bis 490110 nm, ganz besonders bevorzugt von 380+10 nm bis 450+10 nm erstreckt.

In einer weiterführenden Ausführungsvariante, ist es zudem günstig, wenn das Filterarray eine dritte Vielzahl von Filterelementen aufweist, die für sichtbares Licht durchlässig sind, bevorzugt für Licht der, Wellenlänge von 300+10 nm bis 850+10 nm, besonders bevorzugt für Licht der Wellenlänge von 380+10 nm bis 780+10 nm.

Weist das Filterarray lediglich zwei Gruppen unterschiedlicher Filterelement auf, so ist es günstig, wenn die Filterelemente jeweils in Abteilungen von vier Filterelementen angeordnet sind, wobei jede Abteilung höchsten zwei Filterelemente aufweist, die für den selben Wellenlängenbereich durchlässig sind, wobei die vier Filterelemente jeder Abteilung in Form einer (2x2)-Matrix angeordnet sind, wobei jede Zeile und jede Reihe der (2x2)-Matrix jeweils ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, und ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, aufweist. ¹ Weist das Filterarray hingegen mehr als zwei Gruppen unterschiedlicher Filterelement auf, so ist es günstig, wenn die Filterelemente jeweils in Abteilungen von vier Filterelementen angeordnet sind, wobei jede Abteilung höchsten zwei Filterelemente aufweist, die für den selben Wellenlängenbereich durchlässig sind, wobei die vier Filterelemente jeder Abteilung in Form einer (2x2)-Matrix. angeordnet sind, wobei jede Zeile und jede Reihe der (2x2)-Matrix jeweils ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement aufweist, wobei das erste Filterelement entweder ein Filterelement, das für den ersten Wellenlängenbereich durchlässig ist, oder ein Filterelement, das für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist, ist und wobei das zweite Filterelement ein Filterelement ist, das für den dritten Wellenlängenbereich durchlässig ist. Insgesamt sind besondere Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filterarrays auch aus der oben bereits erfolgten Beschreibung des erfindungsgemäßen Flammdetektors, welcher einen solchen Filterarray aufweist, ersichtlich.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche, sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Flammdetektors mit einem erfindungsgemäßen Filterarray

Fig. 2 eine schematische Übersicht über die Wellenlängenbereiche im elektromagnetischen Spektrum, für welche verschiedene Filterelemente des erfindungsgemäßen Filterarrays durchlässig sein können, sowie über die Intensität von Störquellen und Flammen in diesen Bereichen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filterarrays

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Filterarrays

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flammdetektion.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Flammdetektor 10 hat eine Objektiv 11, einen Farbfilter 20, einen CMOS-Chip 30 und eine Auswerteeinheit 12. Das Objektiv 11, der Farbfilter 20 und der CMOS-Chip 30 können dabei in einem (nicht dargestellten) beispielsweise explosionsgeschützten Gehäuse angeordnet sein. Der Farbfilter 20 besteht aus einer Vielzahl von Filterelementen 21, 22. Die Filterelemente 21, 22 bilden mehrere Gruppen, die jeweils für Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereiehen 40, 50 durchlässig sind. Eine erste Gruppe besteht aus Filterelementen 21, die sowohl für Strahlung durchlässig ist, die von einer Störquelle S stammt, als auch für Strahlung, die von einer Flamme F stammt. Diese Filterelemente 21 sind mithin für Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich 40 durchlässig. Eine zweite Gruppe besteht aus Filterelementen 22, die nur für Strahlung durchlässig ist, die von einer Störquelle S stammt. Diese Filterelemente 22 sind mithin für Strahlung, in einem zweiten Wellenlängenbereich 50 durchlässig.

Man erkennt in Fig. 1 weiter, dass der CMOS-Chip aus einer Vielzahl von Pixelelementen 31 besteht. Jedem Pixelelement 31 ist dabei genau ein Filterelement 21, 22 zugeordnet. Das Filterelement 21, 22 ist dabei jeweils zwischen dem Pixelelement 31 und dem Objektiv 11 angeordnet. Die von dem Objektiv 11 eingefangene elektromagnetische Strahlung kann mithin nur dann zu dem jeweiligen Pixelelement 31 gelangen, wenn das zugeordnete Filterelement 21, 22 für diese Strählung durchlässig ist. Jedes Pixelelement 31 ist über eine Verbindung 13 mit der Auswerteeinheit 12 verbunden. Über diese Verbindung 13 erhält die Auswerteeinheit 12 Informationen darüber, ob und in welchem Umfang jedes einzelne Pixelelement 31 belichtet wird.

Diejenigen Pixelelemente 31, denen ein Filterelemente 21 aus der ersten Gruppe zugeordnet ist, werden dabei sowohl durch Strahlung, die von einer Störquelle S stammt, als auch durch Strahlung, die von einer Flamme F stammt, belichtet. Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 21 aus der ersten Gruppe zugeordnet ist, werden mithin von Strahlung im ersten Wellenlängenbereich 40 belichtet.

Diejenigen Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 22 aus der zweiten Gruppe zugeordnet ist, werden ausschließlich von Strahlung, die von der Störquelle S stammt, belichtet. Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 22 aus der zweiten Gruppe zugeordnet ist, werden mithin von Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich 50 belichtet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wellenlängenbereiche 40, 50, in denen die Filterelemente 21, 22 durchlässig sind, wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm, gewählt. Dabei ist auf der x-Achse des Diagrammes die Wellenlänge in nm aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Intensität einer Störquelle S bzw. einer Flamme F - in diesem Fall einer Butanflamme - bzw. die Empfindlichkeit E des CMOS-Chips 30 als Relativwert zwischen 0 und 1 dargestellt. Der Empfindlichkeitsbereich des exemplarisch gezeigten CMOS-Chips 30, d.h. derjenige Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums, in welchem die Pixelelemente 31 des CMOS- Chips 30 grundsätzlich durch elektromagnetische Strahlung belichtet werden können, erstreckt sich von etwa 380 nm bis etwa 1100 nm. Die untere Grenze 41 eines ersten Wellenlängenbereiches 40 liegt bei etwa 930 nm. Die obere Grenze 42 dieses Wellenlängenbereichs 40 liegt bei etwa 970 nm. Man erkennt, dass in diesem Bereich sowohl eine Störquelle S als auch eine Butanflamme F elektromagnetische Strahlung emittieren. Eine erste Gruppe von Filterelementen 21, beispielsweise die in Fig. 1 bzw. den Figuren 3 und 4 gezeigte erste Gruppe von Filterelementen 21, ist für Strahlung in diesem ersten Wellenlängenbereich 40 durchlässig. Insbesondere ist diese erste Gruppe von Filterelementen 21 für Strahlung in einem Wellenlängenbereich 40 von 940±10 nm bis 960±10 nm durchlässig, in welchem sowohl eine Störquelle S als auch eine Flamme F eine signifikante Menge elektromagnetische Strahlung emittieren.

Die untere Grenze 51 eines zweiten Wellenlängenbereiches 50 liegt, wie man in Fig. 2 erkennt, bei etwa 380110 nm. Die obere Grenze 52 dieses zweiten Wellenlängenbereiches 50 liegt bei etwa 450±10 nm. In diesem zweiten Wellenlängenbereich 50 emittiert die Störquelle S eine deutliche Menge elektromagnetischer Strahlung, während die Flamme F keine Strahlung emittiert. Für Strahlung in diesem Wellenlängenbereich 50 ist eine zweite Gruppe von Filterelementen 22 durchlässig, beispielsweise die in Fig. 1 bzw. den Figuren 3 und 4 gezeigte zweite Gruppe von Filterelementen 22. Die zweite Gruppe von Filterelementen 22 ist insofern für Strahlung in einem Wellenlängenbereich 50 von etwa 380110 nm bis etwa 450+10 nm durchlässig, in welchem nur die Störquelle S eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Ein dritter in Fig. 2 exemplarisch gezeigter Wellenlängenbereich 60 umfasst den Bereich des sichtbaren Lichtes. Dieser Bereich ist insbesondere dazu nutzbar, zusätzlich zur Unterscheidung zwischen einer möglichen Flamme und einer Störquelle ein Live-Video-Bild eines mit Hilfe des Flammdetektors 10 überwachten Bereiches zu gewinnen. Die untere Grenze 61 dieses Wellenlängenbereiches 60 liegt bei etwa 380+10 nm. Die obere Grenze dieses Wellenlängenbereiches 60 liegt bei etwa 780+10 nm. Insbesondere in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eines Farbfilters 20, ist eine dritte Gruppe von Filterelementen 23 für diesen Wellenlängenbereich 60 durchlässig. Man erkennt in Fig. 2, dass die Wellenlängenbereiche 40, 50, 60 sowohl überlappend als auch nicht- überlappend zueinander ausgebildet sein können. Bei der nun folgenden Beschreibung verschiedener Anordnungen von Filterelementen erfindungsgemäßer Filterarrays (Farbfilter) bezeichnen nun sowohl die Bezugszeichen 71, 72, 73 und 74 als auch die Bezugszeichen 21, 22 und 23 die Filterelemente des Farbfilters 20. Dabei beziehen sich die Bezugszeichen 71, 72, 73, 74 jeweils auf die Position des jeweiligen Filterelementes 21, 22, 23 im Farbfilter 20. Die Bezugszeichen 21, 22 und 23 beziehen sich hingegen auf die Gruppe aus der das jeweilige Filterelement ausgewählt ist und mithin auf den Wellenlängenbereich in welchem das Filterelement Strahlung transmittiert. Ein als Filterelement 21, 71 ist mithin bezüglich seiner Anordnung in der Filtermatrix ein Filterelement 71 und bezüglich der Gruppe aus der es ausgewählt ist ein Filterelement 21, d.h. also bspw. ein Filterelement 21, das für den ersten Wellenlängenbereich 40 durchlässig ist. Rein physikalisch handelt es sich jedoch um ein und dasselbe Bauteil des Filters.

In einer besonders einfachen Ausführungsvariante weist der Farbfilter 20 (Filterarray) lediglich zwei Gruppen von Filterelementen 21, 22 auf. Diese sind, wie in Fig. 3 erkennbar, als Array in Form einer Matrix mit Reihen M und Spalten N angeordnet. Jeweils vier Filterelemente 71, 72, 73, 74 bilden dabei eine Abteilung 70. Die Filterelemente 71, 72, 73, 74 einer Abteilung 70 sind entweder aus der ersten Gruppe von Filterelementen 21 oder aus der zweiten Gruppe von Filterelementen 22 ausgewählt. Jede Abteilung 70 weist dabei zwei Filterelemente 71, 74 aus der ersten Gruppe von Filterelementen 21 und zwei Filterelemente 72, 73 aus der zweiten Gruppen von Filterelementen 22 auf. Die vier Filterelemente 71, 72, 73, 74 sind dabei wiederum in zwei Reihen M und zwei Spalten N angeordnet und zwar so, dass innerhalb jeder Reihe und Spalte stets jeweils ein Filterelement 71, 74, das aus der ersten Gruppe von Filterelementen 21 ausgewählt ist, und ein Filterelement 72, 73, das aus der zweiten Gruppe von Filterelementen 22 ausgewählt ist, vorhanden ist. In einer Reihe M benachbarte Filterelemente 71, 72 bzw. in einer Spalte N benachbarte Filterelemente 71, 73 einer Abteilung 70 gehören mithin stets zu unterschiedlichen Gruppen von Filterelementen 21, 22. Das bedeutet, dass die so benachbarten Filterelemente 71, 72 bzw. 71, 73 stets für Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen,40, 50 durchlässig sind. Jeweils zwei Filterelemente 21, 71, 74 sind dabei für den ersten Wellenlängenbereich 40 durchlässig, in welchem - wie in Fig. 2 gezeigt - sowohl die Flamme F als auch die Störquelle S elektromagnetische Strahlung emittiert. Die zwei anderen Filterelemente 22, 72, 73 sind für den zweiten Wellenlängenbereich 50 durchlässig, in welchem - wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt - lediglich die Störquelle S Strahlung emittiert. In jeder Abteilung 70 sind mithin zwei Filterelemente 21, 71, 74 vorhanden, mit deren Hilfe durch die nachgeschalteten Pixelelemente 31 eine für eine Flamme F typische Strahlung detektierbar ist. Weiterhin sind jeweils zwei Filterelemente 21, 71, 74 vorhanden, mit deren Hilfe durch die nachgeschalteten Pixelelemente 31 unterscheidbar ist, ob diese detektierte Strahlung tatsächlich von einer Flamme F oder von einer Störquelle S stammt.

In einer weiteren, in Fig. 4 dargestellten, Ausführungsvariahte eines erfindungsgemäßen Farbfilters 20 (Filterarray) umfasst der Array drei verschiedene Gruppen von Filterelementen 21, 22, 23. Auch hier sind die aus den unterschiedlichen Gruppen ausgewählten Filterelemente 21, 22, 23 in Abteilungen 70 angeordnet, die jeweils vier Filterelemente 71, 72, 73, 74 aufweisen. In jeder Abteilung ist dabei wenigstens eines der Filterelemente 71, 72, 73, 74 ein Filterelement 21, das aus der ersten Gruppe ausgewählt ist, und das für den ersten Wellenlängenbereich 40 durchlässig ist. Weiter ist wenigstens eines der Filterelemente 71, 72, 73, 74 ein Filterelement 22, das aus der zweiten Gruppe ausgewählt und für den zweiten Wellenlängenbereich 50 durchlässig ist. Man erkennt, dass in jeder Reihe M und jeder Spalte N dieser Anordnung von Filterelementen 71, 72, 73, 74 bzw. 21, 22, 23 wenigstens ein Filterelement 23, 72, 73 angeordnet ist, das aus der dritten Gruppe ausgewählt ist und für einen dritten Wellenlängenbereich 60 durchlässig ist. Dieser dritte Wellenlängenbereich 60 kann etwa wie in Fig. 2 gezeigt, Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts umfassen, so dass diese Filterelemente 23, 72, 73 zur Gewinnung eines Live-Video-Bildes genutzt werden können, während gleichzeitig die übrigen Filterelemente 21, 22, 71, 74 einer jeden Abteilung 70 zur Detektion einer Flamme F und U nterscheidung der Flamme F von einer Störquelle S nutzbar sind.

Sowohl bei einem Flammdetektor 10, der einen Farbfilter 20 entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante aufweist, als auch bei einem Flammdetektor 10, der einen Farbfilter 20 entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsvariante aufweist, kann mit Hilfe des in Fig. 5 gezeigten Verfahrens unterschieden werden, ob ein vom Objektiv 11 eingefangenes elektromagnetisches Signal von einer Flamme F oder einer Störquelle S stammt. Bei einem solchen Verfahren wird in einem ersten Schritt a. der CMOS-Chip 30 mit der von dem Objektiv 11 eingefangenen elektromagnetischen Strahlung belichtet. Die Belichtung erfolgt dabei mit einer vorgegebenen Belichtungszeit. Für jedes Pixelelement 31 ist zudem bei jeder Belichtung die Analogverstärkung vorgegeben. Ist der Farbfilter 20 ein Filterarray, dessen Filterelemente 21, 22 wie in Fig. 3 gezeigt, aus zwei Gruppen ausgewählt sind, so ist die Analogverstärkung bei jeder Belichtung für alle Pixelelemente 31 konstant. Ist der Farbfilter 20 hingegen ein Filterarray, mit Filterelementen 21, 22, 23, die wie in Fig. 4 gezeigt, aus drei verschiedenen Gruppen stammen, wobei eine Gruppe von Filterelementen 23 zur Gewinnung eines Live-Video-Bildes genutzt wird, so ist die Analogverstärkung für die Pixelelemente 31, die den Filterelemente 21, 22 der ersten und zweiten Gruppe zugeordnet sind, bei jeder Belichtung konstant. Für die zur Gewinnung des Live-Video- Bildes genutzten Pixelelemente 31, die den Filterelementen 23 der dritten Gruppe zugeordnet sind, kann die Analogverstärkung variabel sein.

Nach erfolgter Belichtung wird in einem nächsten Schritt b durch die Auswerteinheit 12 die Information erfasst, welche Qualität und welche Quantität an elektromagnetischer Strahlung von den Pixelelementen 31 gemessen wurde. Dabei wird innerhalb jeder Abteilung 70 wenigstens diejenige Information simultan erfasst, die von denjenigen Pixelelementen 31 geliefert wird, die in derselben Spalte angeordnet sind. Diese Art der Auslesung wird in einem allgemeineren Verständnis des Begriffes auch als simultane Erfassung der Bildinformation aller Pixelelemente 31 bezeichnet.

Anschließend wird gemäß Schritt c des Verfahrens, die von jeweils benachbart zueinander angeordneten Pixelelementen 31 erhaltene Information mit einander verglichen. Der Vergleich der Daten erfolgt dabei in einer bevorzugten Ausführungsvariante durch Subtraktion der miteinander zu vergleichenden Informationen. Alternativ kann der Vergleich der Daten auch durch Schwellwertbildung erfolgen. Andere algorithmische Methoden sind jedoch ebenfalls vorstellbar. Anhand dieses Vergleiches ist die Frage d beantwortbar, ob die Strahlung von einer Flamme F oder einer Störquelle S stammt. Ist der Flammdetektor 10 dabei ein Flammdetektor 10, bei welchem die Filterelemente 21 der ersten Gruppe für Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich 40 durchfässig sind, in dem sowohl die Flamme F als auch die Störquelle S Strahlung emittiert, und bei welchem die Filterelemente 22 der zweiten Gruppe für Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich 50 durchlässig sind, in dem nur die Störquelle S Strahlung emittiert, so erfolgt die Beantwortung der Frag d wie folgt:

Liefern lediglich die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 21 der ersten Gruppe zugeordnet ist ein Signal, nicht aber die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 22 der zweiten Gruppe zugeordnet ist, so stammt die detektierte Strahlung von einer Flamme F. In der Folge wird das Verfahren mit Schritt d.l fortgesetzt und es wird ein Alarm ausgelöst.

Liefern hingegen sowohl die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 21 der ersten Gruppe zugeordnet ist, als auch die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 22 der zweiten Gruppe zugeordnet ist, ein Signal, so stammt die detektierte Strahlung von einer Störquelle S. In der Folge wird das Verfahren mit Schritt d.2 fortgesetzt und es wird kein Alarm ausgelöst.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.

So können die Filterelemente 21 in einer alternativen Ausführungsvariante für einen Wellenlängenbereich durchlässig sein, in welchem sowohl die Störquelle S als auch die Flamme F eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert, während die Filterelemente 22 für einen Wellenlängenbereich durchlässig sind, in welchem nur die Flamme F eine signifikante Menge elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Die Auslösung eines Alarmes gemäß Schritt d.l des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dann bei einem Flammdetektor, der einen solchen alternativen Filterarray aufweist, in dem Fall, wenn sowohl die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 21 der ersten Gruppe zugeordnet ist, als auch die Pixelelemente 31, denen ein Filterelement 22 der zweiten Gruppe zugeordnet ist, ein Signal liefern.

Denkbar ist auch, dass der Farbfilter 20 mehr als drei Gruppen von Filterelementen 21, 22, 23 aufweist. Dabei ist auch eine komplementäre Ausbildung verschiedener Wellenlängenbereiche 40, 50, 60 vorstellbar.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

F Flamme 40 Wellenlängenbereich

S Störquelle 41 untere Grenze .

M Reihe 42 obere Grenze

N Spalte

E Empfindlichkeit CMOS-Sensor 50 Wellenlängenbereich

51 untere Grerize

10 Flammdetektor 52 obere Grenze

11 Objektiv

12 Auswerteinheit 60 Wellenlängenbereich

13 Verbindung 61 untere Grenze

62 obere Grenze

20 Farbfilter/Filterarray

21 Filterelement 70 Abteilung

22 Filterelement 71 Filterelement

23 Filterelement 72 Filterelement

30 CMOS-Chip 73 Filterelement

31 Pixelelement 74 Filterelement