JP2009122983A - 煙センサおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】原因が特定されない誤差の補正を行うことができる煙センサおよび煙センサを備えた電子機器を提供すること。
【解決手段】発光素子１からの光を受けると共に、煙の濃度によって受光量が変動する位置に配置された第１受光素子２と、発光素子１の光量をモニタする第２受光素子３を、発光素子１に対して対称に配置する。また、第１受光素子２からの信号と、第２受光素子からの信号を、同一の増幅回路４で増幅する。マイコン２０において、第１受光素子２の出力を増幅回路４で増幅してなる出力と、第２受光素子３の出力を増幅回路４で増幅してなる出力との出力差に基づいて、煙の濃度を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、煙センサに関し、特に、光を投射し、その後、煙で反射した反射光または煙を透過した透過光を受光することにより、煙濃度を検出する煙センサに関する。

また、本発明は、煙センサを備えた電子機器に関し、特に、光を投射し、その後、煙で反射した反射光または煙を透過した透過光を受光することにより、煙濃度を検出する煙センサを備えた電子機器に関する。

本発明は、空気清浄器や、火災報知器、スプリンクラー等に搭載されれば好ましい煙センサに関する。

従来、光源から投射されて煙で反射された反射光を受光して、煙濃度を検出する煙センサにおいては、上記反射光の光量が微少で、上記反射光を受光する受光素子の出力が微少であるから、受光素子の出力を増幅回路により増幅して、増幅後の出力が所定範囲に達すると、煙の検出としている。

しかし、上記出力は、温度変化またはＬＥＤ劣化等に起因する投射光の光量の変化の影響量を受けて、検出すべき煙の濃度が同一の範囲であっても上記出力が変動する。このため、設定した煙濃度検出範囲外で煙を検出してしまうという課題があり、この課題を克服すべく、様々な補正方法が提案されている。

例えば、発光素子の温度特性により、投光される光量が低下して、煙で反射した反射光が少なくなるのを補正するため、発光素子駆動回路にサーミスタ抵抗を付加し、温度補正を行うことが提案されている。また、この場合、ＩＣの温度特性により出力の変動がある場合は、増幅率を決定する抵抗部にサーミスタ抵抗を付け、温度変化があるとサーミスタにより増幅率を変動させて、温度補正を行うことも提案されている。

また、ＬＥＤ光量の劣化などによる発光量低減をモニターする受光素子を含む検出部を、煙を検出する受光素子を含む検出部とは別に設け、発光量をモニターする受光素子の出力信号の変化を発光素子駆動回路にフィードバックして、発光量の補正を行うことも提案されている。

また、温度補正を行うために、煙を検出する受光素子の他に、煙を検出しない受光素子を設け、上記二つの受光素子の差分をアンプ増幅して、２個の受光素子の差を検出することにより、温度変化による出力変化の補正を行うことも提案されている。
特開昭５８−３９５５２号公報 特開昭５９−５３９８号公報 特開昭６０−３３０３５号公報

上記従来の技術では、温度変化、劣化によるＬＥＤ光量変化等、原因が特定された誤差については、補正を行うことができる一方、原因が特定されない誤差については、補正を行うことができないという課題がある。

例えば、サーミスタをつけて、温度補正するものは、温度変化に対しては、補正を行うことができるが、ＬＥＤの劣化に起因する発光量の変動に対しては、補正を行うことができない。尚、温度補正に対し適切なサーミスタを選ぶ必要があり、十分な補正を得られない場合がある。

また、ＬＥＤの発光光量の低下を補正するものについては、ＬＥＤの劣化によるＬＥＤの発光光量の低減をモニターする受光素子を含む検出部を、煙を検出する受光素子を含む検出部とは別に設けて、発光量をモニターする受光素子の出力信号の変化を発光素子駆動回路にフィードバックして、発光量の補正を行うものは、温度に対する補正ができないのは勿論のこと、構成が格段に複雑になると共に、検出部が、複数必要とするなど、部品点数の大きな増大を招く。

また、温度補正のため煙を検出する受光素子の他に、煙を検出しない受光素子を設け、上記二つの受光素子の差分をアンプ増幅して、２個の受光素子の差電流を検出することで温度変化による出力変化の補正を行う方法は、発光素子と受光素子を対向して配置した減光式において考えられたものである。

ここで、減光式では、煙を検出しない受光素子も直接光を受けるから、煙がない場合の通常時は、双方の受光素子は、同じLED光量で同じアンプ増幅率においても同等の出力になり易い一方、煙が流入すると差電流が大きくなり、増幅出力が増大することで煙を検出できる。しかし、減光式では、煙を検出するための受光出力は煙がない場合、発光素子からの光を直接受け、かつ、煙を検出しない受光素子は、常時発光素子からの光を直接受けるから、受光素子が、劣化し易いという課題がある。

一方、反射式は、煙を検出する受光素子は、煙がないときには、煙からの反射光がないので、受光光の光量が小さくて出力が小さい一方、煙を検出しない受光素子は光を直接受けるので受光光の光量が大きくて出力が大きく、各受光素子に対して、同じＬＥＤ発光量および同じ増幅率では、煙を検出しない受光素子の出力が大きくなりすぎて、出力が飽和して、本来の差が見てとれない場合がある。

また、煙のないときの出力差が大きくて、それから、煙の濃度が上昇すると、出力差が小さくなって、ある濃度に達すると、出力差が０になり、それから更に煙の濃度が上昇すると、また出力差が大きくなるから、調整しだいでは煙のないときと、煙が多いときとが同じ差の出力値になる場合があり、本来の検出が出来ない場合がある。

また、煙を検出しない受光素子に合わせＬＥＤ発光量および増幅率など調整すると、本来の煙の検出精度が低下して、正確に煙濃度の検出ができなくなる。

そこで、本発明の課題は、原因が特定されない誤差の補正を行うことができる煙センサを提供することにある。また、本発明の課題は、原因が特定されない誤差の補正を行うことができる煙センサを備えた電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の煙センサは、
光を出射する発光装置と、
第１室と、
上記第１室の内部と上記第１室の外部との間を連通する煙移動通路と、
内部の煙の濃度が所定値に設定される第２室と、
上記発光装置から上記第１室に直接出射されて上記第１室内を進行した光を受光するかまたは上記発光装置から出射されて煙の濃度が零の箇所のみを通過して上記第１室に入射した後、上記第１室内を進行した光を受光する第１受光素子と、
上記発光装置から上記第２室に直接出射されて上記第２室内を進行した光を受光するかまたは上記発光装置から出射されて煙の濃度が零の箇所のみを通過して上記第２室に入射した後、上記第２室内を進行した光を受光する第２受光素子と、
上記第１受光素子からの信号および上記第２受光素子からの信号を受けて、第１受光素子からの信号または上記第２受光素子からの信号を出力する第１スイッチと、
上記第１スイッチからの信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部で増幅された上記第１受光素子からの信号である第１増幅信号と、上記増幅部で増幅された上記第２受光素子からの信号である第２増幅信号とに基づいて、上記第１室内の煙の濃度を検出する濃度検出部と
を備えることを特徴としている。

本明細書では、室を、外部に開口していない内面で囲まれた領域、または、外部に一箇所または複数箇所で開口している内面で囲まれた領域として定義する。このことから、本明細書では、例えば、鍋の内面に囲まれた領域も、室を構成する。この例は、開口が一つである例であり、この例において、鍋の内面に囲まれた領域とは、鍋を、水平面に載置したとき、鍋に最大限、水を充填した際に、水が占める領域になる。

本発明によれば、煙を検出する第１受光素子の出力と、煙に影響されない第２受光素子の出力が、同じ発光装置から投光された光であるから、発光装置（例えば、発光素子）の温度特性による発光量の変化が、第１および第２受光素子で、同様の傾向を示すことになる。したがって、温度特性または劣化などにより発光量が低下した場合に、第１および第２受光素子の出力が同様の割合で変化するため、増幅部で増幅された第１受光素子からの出力と、増幅部で増幅された第２受光素子からの出力との出力差の変化が少なくなる。したがって、発光装置の温度特性および劣化に起因する出力変化を容易に補正できる。

また、本発明によれば、第１受光素子からの出力と、第２受光素子からの出力が、同一の増幅部で増幅されるから、増幅部の温度特性が、第１受光素子からの出力と、第２受光素子からの出力に同様の影響を及ぼすことになる。したがって、増幅部で増幅された第１受光素子からの出力と、増幅部で増幅された第２受光素子からの出力との出力差の変化が少なくなり、増幅部の温度特性による出力変化を容易に補正できる。すなわち、煙を検出する第１受光素子と、煙に影響されない第２受光素子の出力を同じ増幅部に入力するため、増幅回路によって出力電圧がばらつくことがないのである。

また、一実施形態では、
上記第１増幅信号および上記第２増幅信号の夫々は、電圧信号であり
上記第１受光素子の受光面は、上記第１室内に配置されると共に、上記第２受光素子の受光面は、上記第２室内に配置され、
上記発光装置の発光面から上記第１受光素子の上記受光面までの距離は、上記発光面から上記第２受光素子の上記受光面までの距離と略等しく、
上記第２室の煙の濃度は０であり、
上記第１室内の煙の濃度が０である状態で、上記第１増幅信号の大きさと、上記第２増幅信号の大きさとは、略同一である。

上記実施形態によれば、第１受光素子と第２受光素子は、発光装置から対称な位置に配置されているから、煙が無い場合の第１受光素子の出力電圧と第２受光素子の出力電圧を、略同一にすることができる。

また、一実施形態では、
上記増幅部は、一つまたは複数の増幅アンプを有する。

また、一実施形態では、
上記増幅部は、電流電圧変換部を有し、
上記電流電圧変換部は、上記第１スイッチの出力端子に接続された入力端子と、出力端子と、上記入力端子と上記出力端子との間に接続された抵抗とを有し、
上記第１受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理する場合と、上記第２受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理する場合とで、上記抵抗が異なる。

また、一実施形態では、
上記電流電圧変換部は、上記入力端子に一端が接続された第１抵抗と、上記入力端子に一端が接続された第２抵抗と、上記電流電圧変換部の上記出力端子に出力端子が接続された第２スイッチとを有し、
上記第１受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理するとき、上記第２スイッチの入力端子を、上記第１抵抗の他端に接続する制御信号を上記第２スイッチに出力する一方、上記第２受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理するとき、上記第２スイッチの入力端子を、上記第２抵抗の他端に接続する制御信号を上記第２スイッチに出力する制御回路を備える。

上記実施形態によれば、電流電圧変換部（例えば、I−V変換アンプ）のゲインを、切り替えることが可能であり、かつ、電流電圧変換部（例えば、I−V変換アンプ）のゲイン抵抗を、トリミングにより調整することができる。

したがって、煙無し時の第１受光素子の出力に基づく出力電圧と、第２受光素子の出力に基づく出力電圧とが、発光素装置や受光素子のアッセイバラツキやケースの成型バラツキ等により同一で無い場合、設置前の状態において、ゲイン抵抗のトリミングを行うことにより、煙無し時の第１受光素子の出力に基づく出力電圧と、第２受光素子の出力に基づく出力電圧とが、略同一になるように、調整を行うことができる。

また、上記実施形態によれば、２個の受光素子のアッセイバラツキ、ケースの成型バラツキなどで、出力の初期設定を行っても、個体でのバラツキを生じた場合において、第１受光素子の出力値と、第２受光素子の出力値の初期値の比を補正値とし、動作時の出力差に対し上記初期値の比の補正値を演算することによって、光学系バラツキを補正することができ、検出の電圧差を求める正確に求めることができる。

また、一実施形態では、
上記抵抗の温度係数が、正である。

発光装置、例えば、発光素子の発光量の温度特性は一般的には負である。したがって、上記抵抗（例えば、増幅回路のI−V変換アンプのゲイン抵抗）として、温度特性が正のものを用いることにより、温度変化による変動を軽減することができる。

また、一実施形態では、
平板状の壁を備え、
上記第１受光素子、上記第２受光素子、上記第１スイッチおよび上記増幅部は、同一の集積回路に含まれ、
上記発光装置の発光面から上記第１受光素子の受光面までの距離は、上記発光面から上記第２受光素子の受光面までの距離と略等しく、
上記第１室は、上記平板状の壁の一方の側に存在している一方、上記第２室は、上記平板状の壁の他方の側に存在しており、
上記発光装置からの光が上記第１受光素子の受光面に直接入射することを防止する第１遮断部および上記発光装置からの光が上記第２受光素子の受光面に直接入射することを防止する第２遮断部を備える。

上記実施形態によれば、例えば、発光素子を、煙を検出するエリアと、煙に影響しないエリアの中心に配置でき、第１受光素子と第２受光素子とは、エリアを分離する壁に対し対抗するように配置でき、さらに、増幅回路である集積回路（IC）に対し、第１受光素子および第２受光素子と、集積回路との接続が、短距離、かつ、同等の線長となる位置に各受光素子を配置することができる。

したがって、受光素子と増幅回路とを接続する配線部に乗るノイズ量なども略同一にすることができるから、出力差の変動低減を図ることができる。また、第１受光素子、第２受光素子、スイッチ及び増幅回路を集積化することにより、受光素子から増幅回路に接続される配線の配線長さを小さくでき、かつ、第１および第２受光素子の特性差を小さくできるから更なる出力差の変動軽減を図ることができる。

また、本発明の電子機器は、本発明の煙センサを備えることを特徴としている。

本発明によれは、煙センサにおいて、出力の補正を簡易に行うことができると共に、諸々の変動要素を正確に補正できる。また、製造コストを低減できる。

本発明の煙センサおよび電子機器によれば、出力の補正を簡易に行うことができると共に、諸々の変動要素を正確に補正でき、かつ、製造コストを低減できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の煙センサの模式図である。尚、図１において、煙検出領域においては、第１受光素子２の受光面の法線と、壁１３の表面の法線と、第１受光素子２の受光面の中心とを含む平面で、煙センサを切断したときの断面が示されている。

この煙センサは、発光装置としての発光素子１と、第１受光素子２と、第２受光素子３と、増幅部としての増幅回路（ＩＣ）４と、駆動回路１１とを備える。

上記発光素子１は、駆動回路１１から電力が供給されると光を出射するようになっている。また、上記第１受光素子２は、発光素子１から出射されて、煙で反射または煙を通過した光を受光するようになっている一方、第２受光素子３は、発光素子１から出射されて、煙が存在しない領域のみを通過した光を、受光するようになっている。この煙センサは、略平板状の内部仕切壁（以下、単に壁という）１３を有し、壁の一方の側に位置する煙が流入可能な第１室４０と、壁の他方の側に位置する煙が流入不可能な第２室４１とを有している。上記発光素子１から出射されて、第１室内４０に進んだ光を第１受光素子２で受光する一方、発光素子１から出射されて、第２室４１に進んだ光を、第２受光素子３で受光している。

上記壁１３の延在方向の一方の端面は、発光素子１の発光面３０に接触している。上記発光素子１の発光面３０は、壁１３で二つに分断されている。分断された二つの発光面部３１,３２（以下、第１発光面部３１および第２発光面部３２という）は、壁１３に対して面対称に位置している。

上記第１室４０と、第２室４１とは、壁１３を境に略対称な形状を有している（形状において、違う点については、後述する）。上記壁１３の厚さ方向の一方の端面は、第１室４０の内面の一部を構成している一方、壁１３の厚さ方向の他方の端面は、第２室４１の内面の一部を構成している。上記第１発光面部３１は、第１室４０の内面の一部を構成している一方、第２発光面部３２は、第２室４１の内面の一部を構成している。上記第１発光面部３１から出射される光と、第２発光面部３２から出射される光とは、壁１３に対して面対称な関係になっている。上記第１受光素子２の受光面４４は、第１室４０の内面の一部を構成している一方、第２受光素子２の受光面４５は、第２室４１の内面の一部を構成している。上記第１受光素子２の受光面４４と、第２受光素子２の受光面４５とは、壁１３に対して面対称に位置している。

この煙センサは、第１遮断部としての第１仕切５０および第２遮断部としての第２仕切５１を有する。上記第１仕切５０は、第１室４０の内面から第１室４０の内部に突出する一方、第２仕切５１は、第２室４１の内面から第２室４１の内部に突出している。上記第１仕切５０と、第２仕切５１とは、壁１３に対して面対称に位置している。

上記第１仕切５０で、第１発光面部３１からの光の一部（ノイズにしかならない光）を遮って、第１受光素子２の出力信号のＳ／Ｎ（シグナルノイズ）比を大きくする一方、第２仕切５１で、第２発光面部３２からの光の一部（ノイズにしかならない光）を遮って、第２受光素子３の出力信号のＳ／Ｎ（シグナルノイズ）比を大きくしている。上記壁１３と第１仕切５０との距離（最短距離のこと）は、壁１３と第１受光素子２の受光面４４との距離（最短距離のこと）よりも短くなっている。上記第１仕切５０によって、第１発光面部３１からの光が直接第１受光素子２に入射しないようになっており、第２仕切５１によって、第２発光面部３２からの光が直接第２受光素子３に入射しないようになっている。

この煙センサは、第１室４０の内部と、煙センサの外部の空間とを連通する煙移動通路５５を有し、第１室４０は、外部と連通している。一方、第２室４１は、外部から完全に密封されている。上記第２室４１は、煙の濃度が所定値の一例としての０に設定されている。尚、第２室の煙の濃度の所定値として、別の一定の値を採用することもできる。

上記第１室４０は、煙移動通路５５に連通する開口を有している点のみが、第２室４１と異なる。上記第１受光素子２と増幅回路４とを接続している接続線と、第２受光素子３と増幅回路４とを接続している接続線とは、同一の接続線であり、第１受光素子２と増幅回路４とを接続している接続線の長さは、第２受光素子３と増幅回路４とを接続している接続線の長さと同一になっている。このようにして、第１受光素子２からの信号と、第２受光素子２からの信号とにおいて、ノイズの偏りが大きくなる等の現象が生じることを抑制している。

図２は、上記増幅回路４の構成を示す模式図である。

上記増幅回路４は、第１スイッチとしての第１切換スイッチ６を有する。上記増幅回路４において、第１切替スイッチ６の後段の部分（増幅回路４において、第１切替スイッチ６以外の部分）は、増幅部を構成している。

上記第１受光素子２および第２受光素子３の夫々の出力は、第１切替スイッチ６を介して、選択的に増幅回路４に入力されて、増幅回路４で増幅されて制御されるようになっている。

上記増幅回路４は、その増幅回路４に入力された電流信号を、電圧信号に変換する電流電圧変換部としてのI−Vアンプ（電流電圧変換アンプ）である第１アンプ５を備える。上記第１アンプ５は、帰還がかけられ、更に、第２スイッチとしての第２切替スイッチ７によって、帰還抵抗の抵抗値を変えられるようになっており、増幅率を変動させることができるようになっている。

詳しくは、第１切替スイッチ６の出力端子１４は、Ｉ−Ｖアンプ５の入力端子１５に電気接続されている。また、第１切替スイッチ６の出力端子１４およびＩ−Ｖアンプ５の入力端子１５には、第１帰還抵抗２１および第２帰還抵抗２２の夫々の一方の端子が接続されており、第２切替スイッチ７により、第１帰還抵抗２１および第２帰還抵抗２２のいずれか一方の帰還抵抗の他方の端子が、Ｉ−Ｖアンプ５の出力端子１６に選択的に接続されるようになっている。尚、帰還は、正帰還でも、負帰還でもどちらでも良い。正帰還であれば、第１アンプ５の増幅率を大きくすることができ、負帰還であれば、第１アンプ５の増幅率を、正確なものにすることができる。

このように、上記Ｉ−Ｖアンプ５は、第２切替スイッチ７によりゲインを切り替えることが可能になっている。上記Ｉ−Ｖアンプ５の出力端子１６には、第２アンプ２４、第３アンプ２５および第４アンプ２６が直列に接続されている。

上記第４アンプ２６の出力端子は、増幅回路４の出力端子１０に相当している。上記増幅回路４の出力端子１０は、信号処理回路としてのマイコン（マイクロコンピュータ）２０に接続されている。上記各受光素子２,３の増幅後の電圧は、マイコン２０に出力され、マイコン２０で処理されるようになっている。

また、上記マイコン２０は、駆動回路１１を制御している。また、上記マイコン２０は、制御回路８に指令信号を出力するようになっている。上記制御回路８は、上記マイコン２０からの指令信号に基づいて、第１切替スイッチ６および第２切替スイッチ７を制御するようになっている。

上記増幅回路４は、外部のマイコン２０により間欠駆動され、消費電流の低減が図られるようになっている。上記増幅回路４の動作中において、増幅回路４が動作安定状態になると、マイコン２０によって制御された駆動回路１１から発光素子１に電力が供給され、発光素子１が、パルス光を出射するようになっている。

上記発光素子１が出射したパルス光は、第１受光素子２および第２受光素子３に入射する。すると、先ず、第１切替スイッチ６によって、第２受光素子３の出力側が、第１アンプ５の入力端子１５に接続されると共に、第２切替スイッチ７によって、第２受光素子用の第１帰還抵抗（ゲイン抵抗）２１の上記他端が、第１アンプ５の出力端子１６に接続されるようになっている。このようにして、第２受光素子３の出力電流が電圧に変換されると共に増幅され、以降のアンプ９で処理された出力電圧を出力端子１０よりマイコン２０に出力するようになっている。

その後、第１切替スイッチ６によって、第１受光素子２の出力側が、第１アンプ５の入力端子１５に接続されると共に、第２切替スイッチ７によって、第１受光素子用の第２帰還抵抗（ゲイン抵抗）２２の上記他端が、第１アンプ５の出力端子１６に接続されるようになっている。このようにして、第１受光素子２の出力電流が電圧に変換されると共に増幅され、第１アンプ５以降の第２,第３および第４アンプ２４,２５,２６で処理された出力電圧を、出力端子１０よりマイコン２０に出力するようになっている。

図３は、上記第１実施形態の煙センサにおける、煙濃度と、各受光素子２,３の出力電圧との関係を示す模式図である。

上で説明したように、第１実施形態の煙センサでは、第２受光素子３の出力を増幅部で増幅してなる出力１３を獲得する動作と、第１受光素子２の出力を増幅部で増幅してなる出力１５を獲得する動作とにおいて、帰還抵抗２１,２２の値を変化することができることから、増幅率を変えることができる。

したがって、予め、煙が存在しない状態（これを、通常状態という）のときの、第１受光素子２の出力を増幅部で増幅してなる出力と、第２受光素子３の出力を増幅部で増幅してなる出力との差を、所定値以下に設定することができる。そして、この煙がない状態での、所定値以下の出力差１８が、通常の出力差電圧となる。

煙が流入すると、第１発光素子２の出力電流が増えて、増幅された出力１５の値が大きくなる一方、煙の影響しない位置に設置された第２受光素子３の出力１３は変化しないので、出力１５と出力１３の電圧の出力差１９は通常の出力差１８より大きくなる。そして、上記マイコン２０で、通常の出力差電圧に基づいて、所定の演算を行って、出力差１９から煙濃度を検出するようになっている。上記マイコン２０は、濃度検出部を構成している。

上記第１実施形態では、第１受光素子２および第２受光素子３は、同じ発光素子１からの光を受光する。したがって、温度特性、または、発光素子の劣化等により発光素子１の発光量が変動した場合、第１受光素子２および第２受光素子３の受光出力電流が、同様に変動し、そのため、増幅回路４で増幅された第１受光素子２からの信号である出力電圧１３’と、増幅回路４で増幅された第２受光素子３からの信号である出力電圧１５’とは、同様に変動する。

したがって、発光素子１の発光量の変動後における、煙濃度０の出力差１８’は、発光素子１の発光量の変動前における、煙濃度０の出力差１８との差が小さく、かつ、発光素子１の発光量の変動後における、煙検出と判定する煙検出濃度の出力差１９’は、発光素子１の発光量の変動前における、煙検出と判定する煙検出濃度の出力差１９との差が小さくなり、発光素子１の発光量の変動前後において、補正を殆ど行う必要がない。

また、図示しないが、増幅回路４の温度依存性により、増幅回路４で増幅された第１受光素子２からの信号である出力電圧と、増幅回路４で増幅された第２受光素子３からの信号である出力電圧とが変動した場合においても、第１受光素子２および第２受光素子３の受光出力電流は、同じ増幅回路４で増幅され、増幅率の変動に殆ど違いがでることがないから、煙濃度０での出力差および煙検出と判定する煙検出濃度での出力差に、殆ど違いがでることがない。

上記第１受光素子２および第２受光素子３の受光出力電流のいずれも、同一のプロセスの集積回路（ＩＣ）内で処理されるから、二つの信号の差に殆ど違いがでることがないのである。

尚、２個の受光素子２,３のアッセイバラツキ、ケースの成型バラツキなどで、出力の初期設定を行っても、個体差に基づくバラツキを生じる場合がある。より詳しくは、第１受光素子２の出力電圧１５を基準として増幅回路の増幅率を調整する場合に、第２受光素子３の出力電圧１３のばらつきが所定以上に大きいと、大きな温度変動があった場合に、温度変動後の出力差１９’と温度変動前の出力差１９との差が大きくなる。また、センサ個体差での出力差１９や、出力差１９’がばらつく。

この場合、煙がない場合において、上記第１受光素子２の出力値１５と第２受光素子３の出力値１３の比を、煙が無いときの初期値の補正値Ａとして、マイコン２０に記憶させておき、第２受光素子出力１３に補正値Ａを積算してから第１受光素子出力１５との出力差を求め、検出信号とする。具体的には、検出信号は、次の式で与えられる。
検出信号＝第１受光素子２の出力信号１５−Ａ×第２受光素子３の出力信号１３
ここで、Ａ＝第１受光素子２の出力値１５の初期値／第２受光素子３の出力値１３の初期値
また、同様に、光学系によるバラツキ後の煙が無い場合の第１受光素子２の出力値１５'と第２受光素子３の出力値１３'との比を補正値Ｂとして、マイコン２０に記憶させておき、第２受光素子１３'に補正値Ｂを積算してから第１受光素子出力１５'との出力差を求め、検出信号とする。すなわち、光学系のバラツキ後の検出信号は、次の式で与えられる。
検出信号＝第１受光素子２の出力信号１５'−Ｂ×第２受光素子３の出力信号１３'
ここで、Ｂ＝第１受光素子２の出力値１５'の初期値／第２受光素子３の出力値１３'の初期値
以上のように'の有無で補正値Ａ、Ｂをそれぞれ設定し、予め上記の計算式で煙のない状態での光学系の出力バラツキを補正する。

尚、電流電圧変換アンプの後段のアンプの数は、第１実施形態のように３つに限らず、１つまたは４つ以上でも良いことは、言うまでもない。

また、煙の流入可能な第１の室が、煙流入通路および煙排出通路を有し、かつ、ファン等で、煙を循環させるようにしても良い。この場合、煙の流れが、第１受光素子の受光面に、その受光面の法線方向に対向する箇所を通過するようにすると、煙濃度を正確に検出できることは、言うまでもない。

図４は、第２実施形態の煙センサを示す模式図である。尚、図４において、煙検出領域においては、第１受光素子１０２の受光面の法線と、壁１１３の表面の法線と、第１受光素子１０２の受光面の中心とを含む平面で、煙センサを切断したときの断面が示されている。

第２実施形態では、第１室１４０が煙移動通路１５５の開口を有する点以外において第１室１４０と第２室１４１とが壁に対して面対称な形状を有している点や、発光素子１０１の発光面、第１受光素子１０２の受光面１４４および第２受光素子１０３の受光面１４５が、室の内面の一部を構成している点や、第１受光素子１０２の受光面１４４と第２受光素子１０３の受光面１４５が、壁に対して面対称な形状を有している点等は、第１実施形態と共通である。

第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成および作用効果については、説明を省略する。

第２実施形態では、第１受光素子１０２、第２受光素子１０３が、増幅回路１０４に組み込まれて集積化されている。

第２実施形態の煙センサでは、第１遮断部としての第１仕切１５０が壁１１３から第１室１４０の内部に突出し、第２遮断部としての第２仕切１５１が壁１１３から第２室１４１の内部に突出している。また、上記壁１１３の延在方向において、第１受光素子１０２が発光素子１０１側とは反対側の端部に、壁１１３の一方の側で、発光素子１０１に上記延在方向に対向するように配置され、壁１１３の延在方向において、第２受光素子１０３が発光素子１０１側とは反対側の端部に、壁１１３の他方の側で、発光素子１０１に上記延在方向に対向するように配置されている。

正確には、上記発光素子１０１の発光面１３０の法線方向と、第１受光素子１０２および第２受光素子１０３の夫々の受光面１４４,１４５の法線方向とが、略平行になっている。言い換えると、上記発光面１３０と、第１受光素子１０２の受光面１４４および第２受光素子１０３の受光面１４５とは、壁の延在方向に間隔をおいて対向している。

上記第１仕切１５０は、発光素子１０１から出射された光が直接第１受光素子１０２の受光面１４４に入射することを防止し、第２仕切１５１は、発光素子１０１から出射された光が直接第２受光素子１０３の受光面１４５に入射することを防止している。

上記第１発光素子１０１の発光面１３０から壁１１３の延在方向に出射された光が直接第１受光素子１０２の受光面１４４に到達することを防止するように、第１仕切１５０で、発光面１３０から壁１１３の延在方向に出射された光を遮っている。また、上記第１発光素子１０１の発光面１３０から壁１１３の延在方向に出射された光が直接第２受光素子１０３の受光面１４５に到達することを防止するように、第２仕切１５１で、発光面１３０から壁１１３の延在方向に出射された光を遮っている。

図５は、第２実施形態の煙センサの増幅回路１０４の構成を模式的に示す図である。

図５において、１０５は、電流電圧変換アンプであり、１０６は、第１切替スイッチであり、１０７は、第２切替スイッチであり、１０８は、制御回路であり、１１０は、増幅回路１０４の出力端子であり、１１１は、駆動回路であり、１２０は、濃度検出部としてのマイコンであり、１２４,１２５および１２６は、アンプである。

図５に示すように、第２実施形態では、第１受光素子１０２および第２受光素子１０３が、増幅回路（集積回路）１０４に取り込まれて、増幅回路１０４の一部になっている。

第２実施形態によれば、上記第１および第２受光素子１０２,１０３が増幅回路１０４に内臓されているから、第１受光素子１０２と第２受光素子１０３の出力ばらつきを防止できる。また、上記第１受光素子１０２および第２受光素子１０３が、増幅回路１０４内で増幅部に接続されているから、信号ノイズを格段に軽減することができる。

この発明の煙センサを、空気清浄機や、火災報知器等の電子機器に搭載すると、電子機器において、時間が経過して発光素子が劣化しても、あるいは、気温が大きく変動しても、煙濃度を正確に検出できる。したがって、例えば、空気清浄器においては、清浄を行う度合を正確に判断でき、また、火災報知器においては、火災を正確に判断できる。

尚、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１実施形態の煙センサの模式図である。 第１実施形態の煙センサが有する増幅回路の構成を示す模式図である。 第１実施形態の煙センサにおける、煙濃度と、第１および第２受光素子の出力電圧との関係を示す模式図である。 第２実施形態の煙センサを示す模式図である。 第２実施形態の煙センサが有する増幅回路の構成を示す模式図である。

符号の説明

１,１０１ 発光素子
２,１０２ 第１受光素子
３,１０３ 第２受光素子
４,１０４ 増幅回路
５,１０５ 電流電圧変換アンプ
６,１０６ 第１切替スイッチ
７,１０７ 第２切替スイッチ
１３,１１３ 壁
２０,１２０ マイコン
２１ 第１帰還抵抗
２２ 第２帰還抵抗
２４,２５,２６,１２４,１２５,１２６ アンプ
３０,１３０ 発光素子の発光面
４０,１４０ 第１室
４１,１４１ 第２室
４４,１４４ 第１受光素子の受光面
４５,１４５ 第２受光素子の受光面
５０,１５０ 第１仕切
５１,１５１ 第２仕切
５５,１５５ 煙移動通路

Claims (8)

1. 光を出射する発光装置と、
   第１室と、
   上記第１室の内部と上記第１室の外部との間を連通する煙移動通路と、
   内部の煙の濃度が所定値に設定される第２室と、
   上記発光装置から上記第１室に直接出射されて上記第１室内を進行した光を受光するかまたは上記発光装置から出射されて煙の濃度が零の箇所のみを通過して上記第１室に入射した後、上記第１室内を進行した光を受光する第１受光素子と、
   上記発光装置から上記第２室に直接出射されて上記第２室内を進行した光を受光するかまたは上記発光装置から出射されて煙の濃度が零の箇所のみを通過して上記第２室に入射した後、上記第２室内を進行した光を受光する第２受光素子と、
   上記第１受光素子からの信号および上記第２受光素子からの信号を受けて、第１受光素子からの信号または上記第２受光素子からの信号を出力する第１スイッチと、
   上記第１スイッチからの信号を増幅する増幅部と、
   上記増幅部で増幅された上記第１受光素子からの信号である第１増幅信号と、上記増幅部で増幅された上記第２受光素子からの信号である第２増幅信号とに基づいて、上記第１室内の煙の濃度を検出する濃度検出部と
   を備えることを特徴とする煙センサ。
2. 請求項１に記載の煙センサにおいて、
   上記第１増幅信号および上記第２増幅信号の夫々は、電圧信号であり
   上記第１受光素子の受光面は、上記第１室内に配置されると共に、上記第２受光素子の受光面は、上記第２室内に配置され、
   上記発光装置の発光面から上記第１受光素子の上記受光面までの距離は、上記発光面から上記第２受光素子の上記受光面までの距離と略等しく、
   上記第２室の煙の濃度は０であり、
   上記第１室内の煙の濃度が０である状態で、上記第１増幅信号の大きさと、上記第２増幅信号の大きさとは、略同一であることを特徴とする煙センサ。
3. 請求項１または２に記載の煙センサにおいて、
   上記増幅部は、一つまたは複数の増幅アンプを有することを特徴とする煙センサ。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の煙センサにおいて、
   上記増幅部は、電流電圧変換部を有し、
   上記電流電圧変換部は、上記第１スイッチの出力端子に接続された入力端子と、出力端子と、上記入力端子と上記出力端子との間に接続された抵抗とを有し、
   上記第１受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理する場合と、上記第２受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理する場合とで、上記抵抗が異なることを特徴とする煙センサ。
5. 請求項４に記載の煙センサにおいて、
   上記電流電圧変換部は、上記入力端子に一端が接続された第１抵抗と、上記入力端子に一端が接続された第２抵抗と、上記電流電圧変換部の上記出力端子に出力端子が接続された第２スイッチとを有し、
   上記第１受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理するとき、上記第２スイッチの入力端子を、上記第１抵抗の他端に接続する制御信号を上記第２スイッチに出力する一方、上記第２受光素子からの信号を上記電流電圧変換部で処理するとき、上記第２スイッチの入力端子を、上記第２抵抗の他端に接続する制御信号を上記第２スイッチに出力する制御回路を備えることを特徴とする煙センサ。
6. 請求項４または５に記載の煙センサにおいて、
   上記抵抗の温度係数は、正であることを特徴とする煙センサ。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の煙センサにおいて、
   平板状の壁を備え、
   上記第１受光素子、上記第２受光素子、上記第１スイッチおよび上記増幅部は、同一の集積回路に含まれ、
   上記発光装置の発光面から上記第１受光素子の受光面までの距離は、上記発光面から上記第２受光素子の受光面までの距離と略等しく、
   上記第１室は、上記平板状の壁の一方の側に存在している一方、上記第２室は、上記平板状の壁の他方の側に存在しており、
   上記発光装置からの光が上記第１受光素子の受光面に直接入射することを防止する第１遮断部および上記発光装置からの光が上記第２受光素子の受光面に直接入射することを防止する第２遮断部を備えることを特徴とする煙センサ。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の煙センサを備えることを特徴とする電子機器。

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