JPH05157690A - 光電式煙感知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外乱光ノイズや検煙部の汚れなどの影響を受
けにくく、検煙部の光学的検出特性を高感度化した薄形
の光電式煙感知器を提供する。 【構成】 扁平な検煙チャンバー内に赤外光を照射し、
検煙チャンバー内に煙が侵入したときに照射赤外光の煙
による散乱光を受光素子で検出する光電式煙感知器にお
いて、受光素子(7) の視野を検煙チャンバー(1) の断面
形状に対応した扁平状の視野に拡大する光学部材(8,9)
を備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電式煙感知器に関する
ものであり、特にその検煙部内の受光系の構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】散乱光方式の光電式感知器の内部には、
天井面に取りつけられた状態で外部に連通した検煙チャ
ンバーが形成されており、監視状態においては検煙チャ
ンバー内に赤外光を間欠に照射し、前記検煙チャンバー
内に煙が流入したときに前記赤外光の煙による散乱光を
受光素子で検出する。検煙チャンバーは一般に天井面に
沿って扁平な円柱空間であり、その外周が防虫網で囲ま
れ、防虫網の内側には外部との連通を確保すると共に外
部からの光の侵入を阻止するためのラビリンス板が複数
配列されている。

【０００３】前記検煙チャンバーの内部には赤外発光ダ
イオードを含む光源がラビリンス板の位置に配置されて
おり、この赤外発光ダイオードは扁平な前記チャンバー
内で幅方向に比較的広い角度範囲に赤外光を間欠照射す
る。前記検煙チャンバー内のラビリンス板の間の別の位
置には、赤外発光ダイオードの光軸と交差する方向に光
軸を向けて受光素子が配置されており、前記光源と受光
素子との間には、前記赤外発光ダイオードからの照射光
が前記受光素子に直接入射するのを阻止する遮光部材が
設けられている。前記検煙チャンバー内の周壁寄りの更
に別の位置には前記受光素子に対面して試験用の光を照
射するための試験用発光ダイオードも配置されている。
前記受光素子は一般にシールドキャップを被せたフォト
ダイオードによって構成されており、前記赤外発光ダイ
オードからの赤外光と前記試験用発光ダイオードからの
可視光との双方に受光感度をもっている。

【０００４】外部から防虫網と各ラビリンス板の間の間
隙とを通って検煙チャンバー内に煙が流入すると、前記
光源から照射された赤外光が煙粒子により散乱され、こ
の散乱光の一部が受光素子に入射する。受光素子からは
光源の赤外発光ダイオードの間欠発光に同期した検出出
力が生じ、適当な電気信号処理回路でその大きさを煙濃
度として検出して火災判断に利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような薄形扁平
の検煙チャンバーをもつ従来の光電式感知器において、
感知器の感度をより高感度にしようとする場合、検煙部
自体の光学的な検出特性には限界があることから、一般
には感知器内の電気信号処理回路における信号増幅系の
利得を上げる必要がある。しかしながらこの場合には光
学系における検出出力中のノイズ成分に対する利得も増
加するから、検煙チャンバー内における光学的な外来ノ
イズの影響やチャンバー内壁面および光学系の汚れな
ど、わずかな特性変化で検出出力が大きく変化してしま
う結果となる。本発明は、このような従来の問題点を解
決して、外乱光ノイズや検煙チャンバー内壁面の汚れ等
による影響を殆ど受けずに検煙部の光学的検出特性を高
感度化することのできる薄形の光電式煙感知器を提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る光電式煙感知器は、扁平な検煙チャンバー内に赤外
光を照射し、前記検煙チャンバー内に煙が流入したとき
に前記赤外光の煙による散乱光を受光素子で検出するも
のにおいて、前記受光素子の視野を前記チャンバーの断
面形状に対応した扁平状の視野に拡大する光学部材を備
えている。

【０００７】請求項２に記載の発明に係る光電式煙感知
器は、請求項１に記載のものにおいて、前記光学部材
を、前記受光素子の受光面の前面に配置された集光部材
を含む構成としたものである。

【０００８】請求項３に記載の発明に係る光電式煙感知
器は、請求項２に記載のものにおいて、前記光学部材
を、前記集光部材の前面に配置された視野絞り部材を更
に含む構成としたものである。

【０００９】請求項４に記載の発明に係る光電式煙感知
器は、請求項３に記載のものにおいて、前記視野絞り部
材を、矩形スリット状の絞り開口を有する樹脂成型体に
よって構成すると共に、前記開口の内周面に周方向の溝
を形成したものである。

【００１０】

【作用】本発明の作用を実施例に対応する図１の原理図
と共に以下に説明すると、図１の（Ａ）図において、光
電式煙感知器の検煙チャンバー１は扁平な円柱空間であ
り、その両端面壁は閉鎖面、周囲は外部光の侵入を遮断
し且つ外気の流入を許容する連通壁である。チャンバー
１内のラビリンス板の間には中心に向って間欠的な赤外
光を充分に広い角度範囲で照射する赤外発光ダイオード
４が配置され、また別のラビリンス板の間の位置には前
記赤外発光ダイオード４と光軸を交叉させてチャンバー
中心に受光面を向けた受光用フォトダイオード７が配置
され、それらの間で赤外発光ダイオード４からの照射光
が受光用フォトダイオード７に直接入射するのを阻止す
る遮光部材３が配置されている。

【００１１】受光用フォトダイオード７は比較的視野が
狭く、その受光面はおよそ３ｍｍ四方のエリアをもち、
従ってフォトダイオードだけでチャンバー内を見たとき
にはチャンバー内の極く限られた領域しか視野に入らな
い。その結果、外部から煙がチャンバー１内に入ってき
たときに、赤外発光ダイオード４から照射される赤外光
の煙による散乱光がフォトダイオード７の受光面に入射
する機会もまた限られたものとなってしまうと共に、入
射した場合の受光量も比較的多くはない。本発明に従え
ば、このフォトダイオード７の受光面の前面に集光機能
をもつ光学部材として例えばレンズ８と視野絞り部材９
が配置される。この場合、前記レンズ８はその光軸回り
の３６０度方向に関してフォトダイオード７の視野を拡
大する非球面凸レンズを例示しており、従ってその視野
を前記チャンバーの断面形状に対応して扁平状の拡大視
野にするために、チャンバー１の両端面をこの拡大視野
から隠蔽する扁平スリット状の絞り開口９をもつ視野絞
り部材がレンズ８の前面に配置されている。フォトダイ
オード７の受光面上には、これら光学部材によって拡大
された扁平視野からの光が前記受光面の有効エリヤとほ
ぼ同じ大きさのスポットに集光される。

【００１２】このような光学部材の配置でフォトダイオ
ード７の視野は扁平なチャンバー１内を対応して扁平に
見渡す拡大視野となり、この視野内にはチャンバー１の
両端面は入らない。その結果、チャンバー内に外部から
煙が侵入したときに、チャンバー内で赤外発光ダイオー
ド４から照射される赤外光の煙による散乱光がフォトダ
イオード７の受光面に入射する機会が視野の拡大した分
だけ多くなり、また従来例の場合と同じ煙濃度において
フォトダイオード７への散乱光の入射量も増加するか
ら、外来光によるノイズやチャンバー内各部および光学
系の汚れ等による影響を受けにくくなる。一方、視野が
拡大してもチャンバー両端面はその視野内に入らず、従
ってこれら端面上の塵や水滴などの汚れによる散乱ノイ
ズが受光フォトダイオード７に入射する可能性が大幅に
低下する。結局、前記光学部材の配置によって検煙部の
光学検出系の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が向上し、感知器
の感度の増加が達成される。

【００１３】本発明における光学部材は前記の組み合せ
に限定されるものではなく、レンズを例えば図１の
（Ｂ）に示すようにシリンドリカルレンズ８ｂとすれ
ば、それ自体で扁平な拡大視野をフォトダイオード７に
与えることができる。また、図１の（Ｃ）に示すように
レンズの代りに非球面の円形凹面鏡８ｃを視野絞り開口
９と組み合せて用いたり、或いは図１の（Ｄ）に示すよ
うに非球面の細長い凹面鏡８ｄを単独で用いたりしても
同様の効果を得ることができる。

【００１４】本発明において前記視野絞り部材を設ける
場合、有利にはこの視野絞り部材は本体構成部分と一体
に樹脂成形される。理想的にはこの場合に視野絞り部材
の絞り開口の内周縁をナイフエッジ状の断面形状にする
が、成形を射出成形で行う場合はナイフエッジ状断面形
状を与えるモールドの極めて狭い隙間に射出樹脂がうま
く充填されないことがあり、絞り開口の形状が狙通りに
ならないことがある。この場合は視野絞り部材を或る厚
みをもった板壁状に成形し、その絞り開口の内周縁を平
坦な面にせざるを得ないが、このような平坦な厚み幅を
もつ内周面が受光フォトダイオードの前面に存在する
と、該内周面における汚れや反射が新たなノイズ要因と
なってしまう。そこで請求項４による発明では、そのよ
うな成形上の理由で或る厚み幅をもって形成される絞り
開口の内周面に絞り開口の周方向に沿った凹溝を設け、
受光フォトダイオードからみた前記内周面の見掛けの面
積を少なくして前記ノイズ要因を低減する。またこの凹
溝は、そこに付着する水滴を溝内に引き込む働きもする
ので、水滴付着によるノイズの増加も防止できる。

【００１５】

【実施例】本発明の好ましい実施例を図面と共に説明す
れば、図２および図３は本実施例に係る光電式煙感知器
の主要部である検煙ユニットの横断面図およびＡ−Ｏ−
Ａ線矢視縦断面図である。図２および図３において、こ
のユニットは樹脂成形品からなる本体１１とそれに組み
合される蓋１２とからなり、本体１１の周囲側には複数
のラビリンス板２が一体に樹脂成形されている。また光
源としての赤外発光ダイオード４と、試験用の可視光発
光ダイオード５と、受光フォトダイオード７とが、それ
ぞれ本体１１に一体成形された取付部１４，１５，１７
に装着されている。更に本体１１には、プリント配線板
に実装されるコンデンサを収納するためのコンデンサ収
納部１３が一体成形されている。これら複数のラビリン
ス板２と各ダイオード取付部１４，１５，１７及びコン
デンサ収納部１３の外周壁とには、防虫網２６が一体に
固定されている。また、これら複数のラビリンス板２と
各ダイオード取付部１４，１５，１７及びコンデンサ収
納部１３によって囲まれた内部領域において、本体１１
の内面と蓋１２の内面は夫々図３に示されるように断面
鋸歯状の反射防止面１６，１８となっており、赤外発光
ダイオード４および可視光発光ダイオード５からの照射
光がこれら内面に当っても、その直接の反射光が受光フ
ォトダイオード７に多く入射するのを防止するようにな
っている。これら両内面１６，１８の間で、前記複数の
ラビリンス板２および各ダイオード取付部１４，１５，
１７によって囲まれた空間が検煙チャンバー１であり、
このチャンバー１は実質的に扁平な円柱空間を形成して
いる。

【００１６】図２において、横断面でみると検煙チャン
バー１内において各発光ダイオード４，５および受光フ
ォトダイオード７の光軸はほぼチャンバー１の中心軸へ
向っており、但し赤外発光ダイオード４の光軸と受光フ
ォトダイオード７の光軸とは或る角度で交叉するように
なっている。この赤外発光ダイオード４と受光フォトダ
イオード７との間には、赤外発光ダイオード４から照射
される赤外光が受光フォトダイオード７に直接に入射し
ないように遮光する遮光部材３が前記本体１１側に一体
成形されている。

【００１７】赤外発光ダイオード４を取付けるための取
付部１４は本体１１と一体に樹脂成形されたボックス状
のもので、そのチャンバー中心に向いた面には開口１９
が設けられ、この開口１９の内周面は、図２および図３
に現れているようにボックスの外側に向って広がるよう
に傾斜したテーパー面となっている。

【００１８】受光フォトダイオード７を取付けるための
取付部１７も本体１１と一体に樹脂成形されたボックス
状のもので、そのチャンバー中心に向いた面には扁平ス
リット状の絞り開口９が設けられ、この開口９の内周面
は厚み幅をもっており、その厚み幅のほぼ中ほどに周方
向に沿った凹溝１０が形成されている。取付部１７の内
部で前記絞り開口９の後方には前記フォトダイオード７
が取付けられ、フォトダイオード７にはシールドキャッ
プ６が着脱可能にかぶせられている。取付部１７内にお
いて前記絞り開口９とフォトダイオード７との間には円
形の非球面凸レンズ８が取付けられており、この場合、
レンズ８は、取付部１７の内面に一体形成された嵌合機
構に別に成形されたプラスチックレンズを嵌め込んで構
成してある。これら絞り開口９とレンズ８との配置をフ
ォトダイオード７の光軸方向にチャンバー中心からみた
場合、図４に示すように、これら三つの光学要素の光軸
が合致するような位置関係が取付部１７によって達成さ
れている。

【００１９】このような構成の検煙ユニットは、例えば
図５に示すように他の必要な部品と共に組立てられて光
電式煙感知器が完成する。図５において、ハウジング２
１は天井面等に別に取付けられたベース部材との機械的
および電気的接続のための接続ブレード２２を上面に備
え、下面側には電気回路を搭載したプリント配線板を収
納するためのキャビティ２３を備えている。キャビティ
２３内にはその内周面に沿ってシールドケース２４が挿
入され、その内側に前記プリント配線板２５が収納され
る。このプリント配線板２５は、この例では検煙ユニッ
ト本体１１の背面側に固定されている。検煙ユニット本
体１１の周囲は防虫網２６によって覆われ、その検煙チ
ャンバー１内の各取付部１４，１５，１７には前述のよ
うに赤外発光ダイオード４，試験用発光ダイオード５，
受光フォトダイオード７，シールドキャップ６，レンズ
８などが取付けられ、蓋１２がチャンバー１を閉じるよ
うに本体１１に取付けられる。このような検煙ユニット
は前記本体１１をネジ２７によってハウジング２１に固
定することにより組込まれる。最後に開口付きの外カバ
ー２８をハウジング２１に取付け、検煙ユニットの外側
を覆う。

【００２０】この光電式煙感知器では、監視状態におい
て、内部の電子回路による制御で赤外発光ダイオード４
が間欠的に駆動され、赤外発光ダイオードからは間欠的
に赤外光が検煙チャンバー１内に照射される。検煙チャ
ンバー１内に煙がなければ、照射された赤外光はフォト
ダイオード７に直接入射しないようにされているから感
知器の出力レベルは煙濃度が零であることに相当するレ
ベルにある。感知器の外部で火災等の原因で煙が発生す
ると、この煙は外カバー２８の開口から防虫網２６およ
びラビリンス板間隙を通過して検煙チャンバー１内に侵
入する。

【００２１】検煙チャンバー１内では赤外発光ダイオー
ド４から間欠的に赤外光が照射されており、従ってチャ
ンバー１内に侵入した煙にこの赤外光が当ると煙粒子に
よる散乱が起き、その散乱光が絞り開口９およびレンズ
８によって捕えられて受光フォトダイオード７の受光面
に入射する。この場合、フォトダイオード７はレンズ８
により広角の視野を与えられているから、チャンバー１
内で生じた散乱光を広範囲から受けることができ、検出
の機会と入射光量が共に増加する。またレンズ８により
拡大された前記視野は絞り開口９によってチャンバー１
の両端面１６，１８が視野外になるように扁平にカット
されているから、これら両端面における不要な光ノイズ
は検出に影響を与えない。さらに絞り開口９の内周面に
凹溝１０が存在することにより、この内周面に粉塵等の
汚れが付着してもそれによるノイズを効果的に低減する
ことができる。このようにして受光フォトダイオード７
に入射した光は電気量に変換され、内部の信号処理回路
によって処理される。得られる感知器出力には、そのと
きの検煙チャンバー１内における煙濃度に対応した情報
が含まれている。

【００２２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の光電式煙
感知器は検煙部の受光素子の視野を扁平に拡大する光学
部材を備えているので、それ自体が比較的狭い検出視野
をもつフォトダイオードを受光素子に用いた場合でも検
煙チャンバー内の煙による散乱光を広い視野で検出で
き、信号処理のための電気回路の増幅率をさほど高くせ
ずとも感知器のＳ／Ｎを向上し、高感度にすることが可
能である。また電気回路の増幅率を高くする必要がない
ので、外部光による外乱ノイズや検煙部の汚れの影響を
受けにくくすることができ、同時に使用部品の特性値の
バラツキや電源電圧または回路電圧の変動などの電気的
なバラツキの影響も少なくすることができ、信頼性の高
い検出出力を生じることのできる光電式煙感知器を実現
することが可能である。さらに受光素子の視野を扁平に
カットしているので、検煙チャンバーの上下両端面の汚
れによる影響を受けにくくすることができ、それによっ
て検煙チャンバーを従来よりも薄く構成して薄形の感知
器とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電式感知器の検煙光学系の原理を示
す基本的な４つの構成例の斜視光路図である。

【図２】本発明の実施例に係る光電式煙感知器の検煙ユ
ニットの横断面図である。

【図３】図１のＡ−Ｏ−Ａ線矢視縦断面図である。

【図４】前記実施例における光学部材の配列を光軸方向
にみた拡大図である。

【図５】前記実施例に係る検煙ユニットを用いた光電式
煙感知器の組立てを示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１：検煙チャンバー ２：ラビリンス板 ３：遮光部材 ４：赤外発光ダイオード ７：受光フォトダイオード ８：レンズ ９：絞り開口 10：凹溝 11：検煙ユニット本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 扁平な検煙チャンバー内に赤外光を照射
   し、前記検煙チャンバー内に煙が流入したときに前記赤
   外光の煙による散乱光を受光素子で検出する光電式煙感
   知器において、前記受光素子の視野を前記チャンバーの
   断面形状に対応した扁平状の視野に拡大する光学部材を
   備えたことを特徴とする光電式煙感知器。
2. 【請求項２】 前記光学部材が、前記受光素子の受光面
   の前面に配置された集光部材を含む請求項１に記載の光
   電式煙感知器。
3. 【請求項３】 前記光学部材が、前記集光部材の前面に
   配置された視野絞り部材を更に含む請求項２に記載の光
   電式煙感知器。
4. 【請求項４】 前記視野絞り部材が矩形スリット状の絞
   り開口を有する樹脂成型体からなると共に、前記開口の
   内周面に周方向の溝が形成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の光電式煙感知器。