JP3747830B2

JP3747830B2 - 浮遊微粒子検知装置

Info

Publication number: JP3747830B2
Application number: JP2001292603A
Authority: JP
Inventors: 昭一岡; 尚之西川; 浩司阪本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003098083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知空間に光を照射させる発光素子と、発光素子から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する受光素子とを備えた光電式の浮遊微粒子検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような浮遊微粒子検知装置として、例えば図７に示すような、特開平９−０１０１７５として開示された光電式煙感知器がある。この光電式煙感知器は、ビル、住宅などの自動火災報知システムに用いられるもので、内部に浮遊微粒子を検知する検知空間を有するケース１００の周囲には、ラビリンスとよばれる、浮遊微粒子を導入し且つ外光を遮断する迷路構造１０１が設けられている。
【０００３】
この場合、ＬＥＤ素子にて形成された検知空間に光を照射させる発光素子１０２と、この発光素子１０２から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する、ホトダイオード素子にて形成された受光素子１０３とは、発光素子１０２と受光素子１０３の各光軸Ａ２，Ａ３が交差するよう、ホルダ部となるケース１００内の凹所１０４，１０５に収容され、また、この凹所１０４，１０５には、発光素子１０２の光を受光素子１０３が直接受光することが無いように横向きの開口１０４ａ、１０５ａが形成されている。
【０００４】
ところで、本出願人においても、図８に示すような、特開平９−２３１４８５として開示されている、光電式煙感知器としてより薄型化を実現可能な構成を提案している。この場合、発光素子１０２と受光素子１０３とは、その各光軸（図示せず）が検知空間内に回路基板１０６と平行な平行光軸として形成されるよう前述のようなケース内に配設されている。したがって、回路基板１０６の発光素子１０２と受光素子１０３の実装面側となるケース内に、比較的薄い検知空間を形成することができ、より薄型の光電式煙感知器を形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、発光素子１０２を、レンズ形状を一体に有する砲弾型の一般部品としており、また、リード部１０２ａを曲げて上記ホルダ部に収容され回路基板１０６に実装させている。すなわち、このＬＥＤ素子は、所定長さの真っ直ぐなリード部にエポキシ樹脂によるＬＥＤチップの封止体を兼ねたレンズ状の外郭を有しており、光を横向きに出射させるために、このリード部を曲げ加工し回路基板１０６に半田付けする必要があった。
【０００６】
したがって、上記構成においては、加工上リード部１０２ａの曲げ加工に手間がかかるとともに、その加工に際して外郭樹脂の封止状態を損ねることも懸念された。また、さらに薄型化を実現するためには、検知空間内の浮遊微粒子の検知領域をより縮小させるため、例えば上記ホルダ部の横向きの開口を小さく形成する必要があった。しかし、この方法によると、発光素子１０２からの光の照射量が少なくなり、浮遊微粒子による受光素子１０３への散乱光量が低下して受光電流が小さくなる。その結果、その受光電流と、発光素子１０２からの照射光による迷光に基づく迷光電流、あるいは受光電流を増幅する受光回路部を構成する部品自らの内部ノイズ電流とのＳＮ比が小さくなることが想定される。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、より小型及び薄型化を達成して発光素子からの照射光による迷光を低減可能な浮遊微粒子検知装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の浮遊微粒子検知装置にあっては、検知空間に光を照射させる発光素子と、発光素子から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する受光素子と、少なくとも発光素子を駆動する回路部を発光素子とともに実装する回路基板と、浮遊微粒子を導入する検知空間を内部に形成させるケースとを備え、検知空間内に発光素子と受光素子の各光軸を所定の角度をもって回路基板と平行な平行光軸として配設させて浮遊微粒子の検知領域が形成されてなる浮遊微粒子検知装置において、前記発光素子を、その光軸が略垂直となるよう前記回路基板に実装し、発光素子の上部に、照射領域周縁の光を遮るアパーチャーを介在させて、その垂直光軸が前記平行光軸となるよう屈曲させる光軸屈曲手段を設け、前記発光素子をレンズを一体にもった部品とし、前記光軸屈曲手段をプリズム体とし、前記プリズム体を、その光の出射面に集光レンズを一体に有するものとしたことを特徴としている。
【０００９】
この構成にて、発光素子の光は、上部のアパーチャーを経てその照射領域周縁部分が遮断され、ケース内の検知空間内おいて、その光軸が発光素子を駆動する回路部を発光素子とともに実装する回路基板と平行となるように光軸屈曲手段にて屈曲されて受光素子の光軸と所定の角度をもって交差され、浮遊微粒子の検知領域が形成される。
【００１０】
また、上記発光素子をレンズを一体にもった部品とし、前記光軸屈曲手段をプリズム体としているので、レンズを一体にもった発光素子の部品上部に設けられるプリズム体にてその垂直光軸が屈曲され、回路基板と平行な平行光軸とされる。
【００１１】
また、上記プリズム体を、その光の出射面に集光レンズを一体に有するので、レンズを一体にもった発光素子部品の上部に設けられる、光の出射面に集光レンズをもったプリズム体にてその出射光が屈曲且つ集光される。
【００１２】
そして、上記前記アパーチャーを、前記発光素子による照射領域全周縁にわたって配設させることが好ましい。この場合、発光素子からの光が、その上部のアパーチャーを経て照射領域全周縁部分にわたって一部が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成される。
【００１３】
また、上記アパーチャーを、前記照射領域周縁の前記受光素子に近い側に配設させるのも好ましい。この場合、発光素子からの光が、その上部のアパーチャーを経て照射領域周縁の受光素子に近い側の一部の光が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６は、請求項１乃至５全ての発明に対応する一実施の形態を示し、図１は、本発明の第１実施例の浮遊微粒子検知装置における発光素子周囲を示す概略構成図、図２は、同浮遊微粒子検知装置における検知空間の説明図、図３は、発光素子からの不要光の説明図、図４は、同浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図、図５は、本発明の第２実施例の浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図、図６は、本発明の他の実施例による浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図である。
【００１５】
この実施形態の浮遊微粒子検知装置１は、検知空間に光を照射させる発光素子２と、発光素子２から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する受光素子３と、少なくとも発光素子２を駆動する回路部を発光素子２とともに実装する回路基板４と、浮遊微粒子を導入する検知空間を内部に形成させるケース５とを備え、検知空間内に発光素子２と受光素子３の各光軸Ａ２，Ａ３を所定の角度をもって回路基板４と平行な平行光軸として配設させて浮遊微粒子の検知領域が形成されてなる浮遊微粒子検知装置において、前記発光素子２を、その光軸Ａ２が略垂直となるよう前記回路基板４に実装し、発光素子２の上部に、照射領域周縁の光を遮るアパーチャー６を介在させて、その垂直光軸Ａ２’が前記平行光軸となるよう屈曲させる光軸屈曲手段（７）を設けている。
【００１６】
また、該実施形態の浮遊微粒子検知装置１においては、前記アパーチャー６を、前記発光素子２による照射領域全周縁にわたって配設させてもいる。また、該実施形態の浮遊微粒子検知装置１においては、発光素子２をレンズを一体にもった部品とし、前記光軸屈曲手段をプリズム体７としてもいる。
【００１７】
詳しくは、この浮遊微粒子検知装置１は、従来の技術の項にて述べた光電式煙感知器で、従来の光電式煙感知器と略同一の構成であり、検知空間を内部に形成させる、煙検知室となるケース５と、例えば感知した煙の濃度に応じて火災出力をおこなう信号出力手段をもった本体（図示せず）とによって形成される。
【００１８】
発光素子２は、この場合、レンズを一体にもったリード部２２を下向きに有するラジアル型部品のＬＥＤ素子で、図１に示すように、砲弾型のエポキシ樹脂によるＬＥＤチップ２１の封止体を兼ねたレンズ状の外郭２３を有している。この発光素子２は、真っ直ぐなリード部２２を介して回路基板４に立設され、この発光素子２上部に設けられる後述するプリズム体７にてその垂直光軸Ａ２’が屈曲され、回路基板４と平行な平行光軸Ａ２を構成する。この平行光軸Ａ２と後述する受光素子３の平行光軸Ａ３との交差する箇所が煙を感知する感煙領域となる。（図２（ａ）参照）
【００１９】
受光素子３は、この場合、レンズを一体にもったリード部を下向きに有するラジアル型部品のホトダイオード素子（ＰＤ素子）で、図２（ｂ）に示すように、略角状の封止体を兼ねた樹脂製外郭の側面に凸レンズ３１を一体に有している。この凸レンズ３１上方には、この場合、受光素子３への平行光軸Ａ３を垂直に屈曲させる光軸屈曲手段を兼ねたアクリル樹脂製の集光用プリズム体８が設けられている。
【００２０】
ケース５は、図２（ａ），（ｂ）に示すような略円筒状体で、その合成樹脂製の器体内部に、発光素子２に相当する赤外ＬＥＤ素子と受光素子３に相当するホトダイオード素子とを収容する。そして、上板５１の周囲に、煙が流入し且つ外光の入射しないよう複数の略く字状の縦リブの突設されたラビリンス部５２を有し、その上板５１の対向する下面側には、化粧キャップを兼ねた下板５４が設けられて形成される。（ただし、図２（ｂ）は取付状態の上下位置を反転させている）すなわち、このケース５は、同図において煙が横方向に通過し検知空間内部へ流入可能なように形成されている。
【００２１】
このケース５は、図２（ａ）に示すように、発光素子２と受光素子３の平行光軸Ａ２，Ａ３との成す平面視角度が１００度程度となり、煙を感知する感煙領域が検知空間の略中央付近で、また、その平行光軸Ａ２，Ａ３が前記検知空間の略中間位置に形成されるように、ラビリンス部５２の適宜位置に発光素子２及び受光素子３が配設スペースが形成されている。また、このケース５の発光素子２の平行光軸Ａ２と交差する箇所には、複数の縦長の略く字状の縦リブが設けられた光トラップ５３が設けられており、発光素子２上部に設けられるプリズム体７にて屈曲されて回路基板と平行となった、発光素子から出射された光がこの光トラップ５３の縦リブ間の傾斜面にて収れん吸収され、ケース５内部にて迷光が少なくなるようになっている。なお、上板５１の上記感煙領域以外の箇所には、同図に示したように、発光素子から出射された光が光トラップ５３以外のラビリンス部５２へ到達するのを防止する、適宜形状をもった遮光リブ５４，５４を配設し、当該ラビリンス部５２を経て受光素子３側へ拡散反射するのを防止している。
【００２２】
上記の発光素子２の収容部の上部には、その中央に円状の貫通孔６１の穿設された略四角状の樹脂板製のアパーチャー６が、当該貫通孔６１から発光素子２の外郭２３の天面となるレンズ状部分が露出するように嵌着されている。このアパーチャー６によって、発光素子２の略紡錘状となる照射領域の周縁が遮られて、図４（ａ），（ｂ）に示す如く、発光素子２のＬＥＤチップ２１から出射された光の内、上記ラビリンス部５２へ向かう不要光Ｂ，Ｂが大幅に減少されてプリズム体７を介して光軸Ａ２が屈曲される。
【００２３】
プリズム体７は、発光素子２の垂直光軸Ａ２’を屈曲させる光軸屈曲手段で、図１に示すように、発光素子２上部のアパーチャー６上方に配設されている。なお、この発明の光軸屈曲手段は、このプリズム体７以外に、上記ケース５の一部に大略４５度の反射面となるミラー面を形成させ、このミラー面にアルミ蒸着処理を施して形成した反射ミラーや、別体のミラー体を用いる等各種構成とすることもできる。このプリズム体７の光の出射面には、前述した感煙領域を形成する発光素子２による投光ビームを絞り込みをおこなう集光レンズ７１が一体形成され、このプリズム体７にて発光素子２の出射光が屈曲且つ集光されるようになっており、少ない部品点数にて感煙領域をより小さく形成することができるようになっている。
【００２４】
このプリズム体７による場合、その光を全反射させる光屈曲面の角度設定を適切におこなうことにて、上記の反射ミラー等より、光軸屈曲に際しての光のロスを殆ど無くすることができという利点がある。また、図４に示すように、発光素子２から出射された光のうち、上記アパーチャー６にて遮られる不要光Ｂ以外は、光屈曲面７２にて全反射されることとなる。したがって、発光素子２から出射されて感煙領域を形成する投光ビームの絞り込みがより確実になされ、浮遊微粒子検知装置１をより小型にできるという効果を奏する。
【００２５】
上記の浮遊微粒子検知装置１においては、発光素子２の光が、上部のアパーチャー６を経てその照射領域周縁部分が遮断されて円柱状の平行光とされる。そして、ケース５内の検知空間内おいて、当該平行光の光軸Ａ２が発光素子２を駆動する回路部を発光素子２とともに実装する回路基板４と平行となるようにプリズム体７にて屈曲されて受光素子３の光軸Ａ３と、この場合１００度程度の角度をもって交差されることによって浮遊微粒子の検知領域が形成されることとなる。すなわち、発光素子２のＬＥＤチップ２１から出射された光の内、浮遊微粒子の検知に寄与することの無い不要光Ｂが大幅に減少されてケース５のラビリンス部５２へ向かうのである。
【００２６】
このとき、発光素子２からの光が、その上部のアパーチャー６を経て照射領域全周縁部分にわたって一部が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成されることとなり、ケース５内部が付着した埃などにて汚れが著しくなっても迷光量の増加が殆ど無いこととなる。また、レンズを一体にもった発光素子２の部品上部に設けられるプリズム体７にてその垂直光軸Ａ２’が屈曲され、回路基板４と平行な平行光軸Ａ２となって、発光素子２から出射される光の絞り込みがより確実に成されて感煙領域が形成され、さらに、レンズを一体にもった発光素子部品の上部に設けられる、光の出射面に集光レンズ７１をもったプリズム体７にてその出射光が屈曲且つ集光され少ない部品点数にて感煙領域Ｓがより小さく形成されるのである。
【００２７】
したがって、以上説明した浮遊微粒子検知装置１（光電式煙感知器）によると、発光素子２の光は、上部のアパーチャー６を経てその照射領域周縁部分が遮断され、ケース５内の検知空間内おいて、その光軸Ａ２が発光素子２を駆動する回路部を発光素子とともに実装する回路基板４と平行となるようにプリズム体７にて屈曲されて受光素子３の光軸Ａ３と所定の角度をもって交差され、浮遊微粒子の検知領域が形成されるので、より小型及び薄型化を達成して発光素子２からの照射光による迷光を低減させることができる。
【００２８】
そして、発光素子２からの光が、その上部のアパーチャー６を経て照射領域全周縁部分にわたって一部が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成されるので、ケース５内部の汚れなどによる迷光量の増加を防止させる事ができる。また、レンズを一体にもった発光素子２の部品上部に設けられるプリズム体７にてその垂直光軸Ａ２’が屈曲され、回路基板４と平行な平行光軸Ａ２とされるので、発光素子２から出射される光の絞り込みがより確実に成され、さらに、レンズを一体にもった発光素子部品の上部に設けられる、光の出射面に集光レンズ７１をもったプリズム体７にてその出射光が屈曲且つ集光されるので、少ない部品点数にて感煙領域をより小さく形成することができ、以て、より小型化できる。
【００２９】
また、本発明は、図５に示すように、前記アパーチャーを、前記照射領域周縁の前記受光素子３に近い側に配設させた細長板状のアパーチャー９として形成することも好ましい。この場合、発光素子２からの光が、その上部のアパーチャー９を経て照射領域周縁の受光素子３に近い側の一部の光が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成されることとなって、同図に示すように、受光素子３の対面するラビリンス部５２に向かう不要光Ｂのみをなくして浮遊微粒子を検出するための発光素子からの絶対光量の減少を最小限にでき、以て、感煙感度を前述の構成より大きくできるといった効果を奏する。
【００３０】
なお、本発明は、上記に示されたもの以外に、図６に示すように、アパーチャーを、発光素子２の照射領域周縁において受光素子３に遠い側に配設させたり、あるいは前述の貫通孔６１を角状として穿設させたり、また、光軸屈曲手段を反射ミラーとしたり、また、勿論、浮遊微粒子検知装置としては、上記の光電式煙感知器以外に空気中の浮遊粉塵を検出する埃センサ等、各種実施形態のものも含むことは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如く実施されて、請求項１記載の浮遊微粒子検知装置にあっては、発光素子の光は、上部のアパーチャーを経てその照射領域周縁部分が遮断され、ケース内の検知空間内おいて、その光軸が発光素子を駆動する回路部を発光素子とともに実装する回路基板と平行となるように光軸屈曲手段にて屈曲されて受光素子の光軸と所定の角度をもって交差され、浮遊微粒子の検知領域が形成されるので、より小型及び薄型化を達成して発光素子からの照射光による迷光を低減させることができる。
【００３２】
また、請求項１記載の浮遊微粒子検知装置にあっては、レンズを一体にもった発光素子の部品上部に設けられるプリズム体にてその垂直光軸が屈曲され、回路基板と平行な平行光軸とされるので、発光素子から出射される光の絞り込みがより確実に成される。
【００３３】
また、請求項１記載の浮遊微粒子検知装置にあっては、レンズを一体にもった発光素子部品の上部に設けられる、光の出射面に集光レンズをもったプリズム体にてその出射光が屈曲且つ集光されるので、少ない部品点数にて浮遊微粒子の検知領域をより小さく形成することができ、以て、より小型化できる。
【００３４】
また、請求項２記載の浮遊微粒子検知装置にあっては、発光素子からの光が、その上部のアパーチャーを経て照射領域全周縁部分にわたって一部が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成されるので、ケース内部の汚れなどによる迷光量の増加を防止させる事ができる。
【００３５】
また、請求項３記載の浮遊微粒子検知装置にあっては、発光素子からの光が、その上部のアパーチャーを経て照射領域周縁の受光素子に近い側の一部の光が遮断されて浮遊微粒子の検知領域が形成されるので、受光素子の対面する箇所に向かう不要光のみをなくして浮遊微粒子を検出するための発光素子からの絶対光量の減少を最小限にでき、以て、浮遊微粒子の検知感度をより大きくできるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の浮遊微粒子検知装置における発光素子周囲を示す概略構成図である。
【図２】同浮遊微粒子検知装置における検知空間の説明図である。
【図３】発光素子からの不要光の説明図である。
【図４】同浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図である。
【図５】本発明の第２実施例の浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図である。
【図６】本発明の他の実施例による浮遊微粒子検知装置におけるアパーチャーの作用の説明図である。
【図７】本発明の従来例である浮遊微粒子検知装置の検知空間の説明図である。
【図８】本発明の他従来例による浮遊微粒子検知装置の検知空間の説明図である。
【符号の説明】
１浮遊微粒子検知装置
２発光素子
２１レンズ
３受光素子
４回路基板
５ケース
６アパーチャー
７プリズム体（光軸屈曲手段）
Ａ２，Ａ３光軸
Ａ２’ 垂直光軸

Claims

検知空間に光を照射させる発光素子と、発光素子から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する受光素子と、少なくとも発光素子を駆動する回路部を発光素子とともに実装する回路基板と、浮遊微粒子を導入する検知空間を内部に形成させるケースとを備え、検知空間内に発光素子と受光素子の各光軸を所定の角度をもって回路基板と平行な平行光軸として配設させて浮遊微粒子の検知領域が形成されてなる浮遊微粒子検知装置において、
前記発光素子を、その光軸が略垂直となるよう前記回路基板に実装し、発光素子の上部に、照射領域周縁の光を遮るアパーチャーを介在させて、その垂直光軸が前記平行光軸となるよう屈曲させる光軸屈曲手段を設け、前記発光素子をレンズを一体にもった部品とし、前記光軸屈曲手段をプリズム体とし、前記プリズム体を、その光の出射面に集光レンズを一体に有するものとしたことを特徴とする浮遊微粒子検知装置。
前記アパーチャーを、前記発光素子による照射領域全周縁にわたって配設させた請求項１記載の浮遊微粒子検知装置。
前記アパーチャーを、前記照射領域周縁の前記受光素子に近い側に配設させた請求項１記載の浮遊微粒子検知装置。