JP2018181191A - 煙感知器用光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 経年劣化を抑制して信頼性を高めることができる煙感知器用光センサを提供する。【解決手段】 投光側プリズム１１は、内部に発光素子１０を収容して、投光軸方向Ｌ1に延びる投光用ガイド穴７に設けられている。受光側プリズム１４は、内部に受光素子１３を収容して、受光軸方向Ｌ2に延びる受光用ガイド穴８に設けられている。投光側プリズム１１は、発光素子１０からの光を投光軸方向Ｌ1に曲げる全反射面１１Ａと、全反射面１１Ａからの出射光を集光させるレンズ面１１Ｂとを有している。受光側プリズム１４は、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を集光させるレンズ面１４Ａと、レンズ面１４Ａで集光された光を受光素子１３に向けて曲げる全反射面１４Ｂとを有している。【選択図】 図２

Description

本発明は、光学的に煙を感知する煙感知器用光センサに関する。

煙監視領域に発光素子からの光を照射し、この光に対する煙粒子による散乱光を受光素子によって検出する煙感知器用光センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の煙感知器用光センサでは、発光素子および受光素子が、ハウジングに設けられた回路基板に実装される共に、ハウジングには、発光素子からの光を煙監視領域に所定角度で入射させるように偏向する投光ミラーと、煙監視領域からの散乱光を受光素子に入射させるように偏向する受光ミラーとが設けられている。

特開平４−１６０６９６号公報

ところで、特許文献１に記載された煙感知器用光センサでは、発光素子がＬＥＤ（発光ダイオード）によって構成されているから、発光素子からの光の広がり角が大きくなる傾向があり、発光素子からの光の一部は投光ミラーの反射面に到達しない。このため、このような一部の光が迷光となるのを防止するために、発光素子と投光ミラーとの間に遮光壁を設けている。従って、発光素子は、煙感知に寄与しない光を発生させることになり、光の損失が生じるという問題がある。

また、発光素子と投光ミラーとが個別にハウジングに取り付けられているのに加え、受光素子と受光ミラーとが個別にハウジングに取り付けられている。このため、これらの位置合わせ精度が低下し易く、受光素子に対する散乱光の集光率が低下し易いという問題がある。さらに、投光ミラーの反射面は、アルミニウムの蒸着薄膜によって形成されている。この場合、投光ミラーの反射率が経年劣化する傾向があり、長期間の使用したときには信頼性が低下するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、経年劣化を抑制して信頼性を高めることができる煙感知器用光センサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、煙監視領域に発光素子からの光を照射し、この光に対する煙粒子による散乱光を受光素子によって検出する煙感知器用光センサにおいて、前記発光素子および前記受光素子が一面側に設けられるハウジングと、前記ハウジングに設けられ、前記発光素子の光軸とは異なる投光軸方向に延び、前記発光素子からの光を他面側の前記煙監視領域に導く投光用ガイド穴と、前記ハウジングに設けられ、前記投光軸方向とは異なる方向であって、かつ、前記受光素子の光軸とは異なる受光軸方向に延び、前記煙監視領域からの散乱光を前記受光素子に導く受光用ガイド穴と、前記発光素子を内部に収容して前記投光用ガイド穴に設けられた投光側プリズムと、前記受光素子を内部に収容して前記受光用ガイド穴に設けられた受光側プリズムと、を備え、前記投光側プリズムは、外部との境界面の全反射によって前記発光素子からの光を前記投光軸方向に曲げる全反射面と、光の出射面に位置して前記全反射面からの出射光を集光させるレンズ面とを有し、前記受光側プリズムは、光の入射面に位置して前記煙監視領域から前記受光軸方向に沿って入射される散乱光を集光させるレンズ面と、前記レンズ面で集光された光を外部との境界面の全反射によって前記受光素子に向けて曲げる全反射面とを有することを特徴としている。

請求項２の発明では、前記投光側プリズムの全反射面は、前記発光素子の光軸から傾斜した平坦な傾斜面となっている。

請求項３の発明では、前記投光側プリズムの全反射面は、前記発光素子の光軸と平行な垂直方向と、前記発光素子の光軸と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面であって、垂直方向の曲率半径が水平方向の曲率半径よりも大きく形成されている。

請求項４の発明では、前記発光素子は、その光の広がり角が３０°以下に設定されている。

請求項５の発明では、前記発光素子および前記投光側プリズムは、第１基板上に実装され、前記発光素子の光軸が前記第１基板と直交した垂直方向となり、前記受光素子および前記受光側プリズムは、第２基板上に実装され、前記受光素子の光軸が前記第２基板と直交した垂直方向となっている。

請求項１の発明によれば、投光側プリズムは、発光素子を内部に収容して投光用ガイド穴に設けられると共に、受光側プリズムは、受光素子を内部に収容して受光用ガイド穴に設けられている。このとき、投光側プリズムは全反射面を有するから、この全反射面では、投光側プリズムの内部と外部との屈折率差による全反射が生じる。このため、投光側プリズムは、その全反射面によって、発光素子からの光を、投光軸方向に曲げることができる。これにより、発光素子からの光を、投光用ガイド穴を通じて煙監視領域に供給することができる。これに加えて、投光側プリズムはレンズ面を有するから、発光素子からの光を、煙監視領域で集光させることができる。このため、発光素子が低出力であっても、煙監視領域で散乱光を発生させることができる。

また、受光側プリズムは全反射面を有するから、この全反射面では、受光側プリズムの内部と外部との屈折率差による全反射が生じる。このため、受光側プリズムは、その全反射面によって、煙監視領域から受光軸方向に沿って入射される散乱光を、受光素子に向けて曲げることができる。これにより、受光用ガイド穴を通じて入射される散乱光を、受光素子に供給することができる。これに加えて、受光側プリズムはレンズ面を有するから、受光素子で光束を集光させることができる。このため、煙監視領域で微弱な散乱光が発生したときでも、散乱光を受光素子に集中させて検出することができる。この結果、発光素子を低出力で動作させることができ、消費エネルギを低下させることができる。

さらに、投光側プリズムおよび受光側プリズムは、その屈折率の経年変化が小さい。このため、投光側プリズムおよび受光側プリズムの反射率は殆ど変化せず、高信頼性が得られる。また、投光側プリズムは発光素子を内部に収容すると共に、受光側プリズムは受光素子を内部に収容している。このため、プリズムと素子を別個の取付ける場合に比べて、プリズムと素子との位置合わせ精度を高めることができ、受光素子に対する散乱光の集光率を高めることができる。

請求項２の発明によれば、投光側プリズムの全反射面は、発光素子の光軸から傾斜した平坦な傾斜面となっている。このため、投光側プリズムは、傾斜面の全反射によって、発光素子からの光を投光軸方向に曲げることができる。

請求項３の発明によれば、投光側プリズムの全反射面は、発光素子の光軸と平行な垂直方向と、発光素子の光軸と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面であって、垂直方向の曲率半径が水平方向の曲率半径よりも大きく形成されている。このため、発光素子の光が垂直方向に比べて水平方向が広がり易い傾向があっても、トロイダル面からなる全反射面を有する投光側プリズムによって水平方向の広がりを抑えて、煙監視領域で発光素子からの光を集光させることできる。

請求項４の発明によれば、発光素子の光の広がり角が３０°以下に設定されているから、光の広がり角が大きい場合に比べて、発光素子から出力された光を小型の投光側プリズムによって全て反射させることができる。

請求項５の発明によれば、発光素子の光軸が第１基板と直交した垂直方向となり、受光素子の光軸が第２基板と直交した垂直方向となっている。このとき、投光側プリズムは発光素子からの光を投光軸方向に曲げるように全反射するから、発光素子の光軸に沿って出力された光を煙監視領域に集中させることができる。また、受光側プリズムは受光軸方向に沿って入射される散乱光を受光素子に向けて曲げるように全反射するから、煙監視領域の散乱光を光軸に沿って受光素子に入射することができる。

本発明の第１の実施の形態による煙感知器用光センサを示す斜視図である。 図１中の煙感知器用光センサを示す断面図である。 図１中の煙感知器用光センサを示す平面図である。 図２中のハウジングを分解して示す断面図である。 図２中の発光素子および投光側プリズムを拡大して示す拡大断面図である。 発光素子および投光側プリズムを図５中の矢示VI−VI方向からみた拡大断面図である。 図２中の受光素子および受光側プリズムを拡大して示す拡大断面図である。 発光素子および投光側プリズムを拡大して示す斜視図である。 受光素子および受光側プリズムを拡大して示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による煙感知器用光センサを示す図２と同様な位置の断面図である。 図１０中の発光素子および投光側プリズムを拡大して示す図５と同様な位置の拡大断面図である。 図１０中の受光素子および受光側プリズムを拡大して示す図７と同様な位置の拡大断面図である。 図１０中の投光側プリズムを単体で示す拡大断面図である。 投光側プリズムを図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態による煙感知器用光センサを、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態による煙感知器用光センサ１を示している。なお、説明の便宜上、Ｘ方向を長さ方向とし、Ｙ方向を幅方向とし、Ｚ方向を高さ方向とする。

煙感知器用光センサ１は、ハウジング２、投光用ガイド穴７、受光用ガイド穴８、発光素子１０、投光側プリズム１１、受光素子１３、受光側プリズム１４を備えている。

ハウジング２は、長さ方向に延びて高さ方向の一面側（底面側）が開口した箱状の本体部３と、本体部３の底面側に位置して開口部分を覆う底部４とによって構成されている。ハウジング２の底面側には、発光素子１０および受光素子１３が設けられている。

本体部３は、長さ方向の一側（図２中の左側）に位置して底面側に向けて突出した投光側脚部３Ａと、長さ方向の他側（図２中の右側）に位置して底面側に向けて突出した受光側脚部３Ｂと、投光側脚部３Ａと受光側脚部３Ｂを連結して長さ方向に延びる連結部３Ｃとを有している。

図４に示すように、本体部３の底面側には、長さ方向に延びる溝部５が形成されている。溝部５は、投光側脚部３Ａから連結部３Ｃを通って受光側脚部３Ｂまで延びている。図３および図４に示すように、本体部３の高さ方向の他面側（天面側）には、連結部３Ｃの長さ方向の中央部に位置して、本体部３を高さ方向に貫通した貫通孔６が形成されている。貫通孔６は、溝部５に連通している。

底部４は、略三角形状に形成されて、本体部３の溝部５に挿入されている。図２に示すように、底部４は、高さ方向の隙間をもって本体部３に取り付けられ、溝部５の開口側（図２中の下側）を覆っている。底部４の長さ方向の中央部には、本体部３の天面側に向けて突出した遮蔽突起４Ａが形成されている。遮蔽突起４Ａは、発光素子１０からの光が直接的に受光素子１３に入射されるのを防いでいる。遮蔽突起４Ａは、貫通孔６の開口面積よりも小さい面積を有し、貫通孔６の長さ方向の中央部に挿入されている。これにより、本体部３と底部４との間に形成された高さ方向の隙間は、遮蔽突起４Ａによって２つに分割されている。この結果、ハウジング２には、長さ方向の一側（図２中の左側）に位置して一方の隙間からなる投光用ガイド穴７が形成されると共に、長さ方向の他側（図２中の右側）に位置して他方の隙間からなる受光用ガイド穴８が形成されている。

投光用ガイド穴７は、ハウジング２に設けられ、発光素子１０の光軸Ｏ1とは異なる投光軸方向Ｌ1に延びている。投光用ガイド穴７は、遮蔽突起４Ａよりも長さ方向の一側に位置して、Ｌ字状に屈曲して形成されている。投光用ガイド穴７は、発光素子１０の光軸Ｏ1に沿って延びる縦穴部７Ａと、縦穴部７Ａに連続して投光軸方向Ｌ1となる斜め横方向に延びる傾斜穴部７Ｂとを備えている。傾斜穴部７Ｂは、投光軸方向Ｌ1と直交する幅寸法および高さ寸法に比べて、投光軸方向Ｌ1に沿った長さ寸法の方が大きくなっている。このため、傾斜穴部７Ｂは、細長い直線状の穴によって形成されている。

このとき、投光軸方向Ｌ1は、発光素子１０の光軸Ｏ1から受光素子１３側に向けて傾斜すると共に、長さ方向（Ｘ方向）に対して天面側（上側）に向けて傾斜している。投光用ガイド穴７は、発光素子１０からの光を天面側の煙監視領域Ａに導いている。

投光用ガイド穴７は、ハウジング２の底面側に開口して発光素子１０を取り付けるための素子取付部７Ｃと、ハウジング２の天面側に開口して発光素子１０からの光を煙監視領域Ａに向けて出射する出射窓７Ｄとを有している。出射窓７Ｄは、貫通孔６のうち遮蔽突起４Ａよりも長さ方向の一側部分によって形成され、ハウジング２の上方に開口している。

受光用ガイド穴８は、ハウジング２に設けられ、投光軸方向Ｌ1とは異なる方向であって、かつ、受光素子１３の光軸Ｏ2とは異なる受光軸方向Ｌ2に延びている。受光用ガイド穴８は、遮蔽突起４Ａよりも長さ方向の他側に位置して、Ｌ字状に屈曲して形成されている。

このとき、受光用ガイド穴８は、例えば遮蔽突起４Ａを中心として投光用ガイド穴７と対称（線対称または面対称）な形状になっている。このため、受光用ガイド穴８は、受光素子１３の光軸Ｏ2に沿って延びる縦穴部８Ａと、縦穴部８Ａに連続して受光軸方向Ｌ2となる斜め横方向に延びる傾斜穴部８Ｂとを備えている。傾斜穴部８Ｂは、受光軸方向Ｌ2と直交する幅寸法および高さ寸法に比べて、受光軸方向Ｌ2に沿った長さ寸法の方が大きくなっている。このため、傾斜穴部８Ｂは、細長い直線状の穴によって形成されている。

このとき、受光軸方向Ｌ2は、受光素子１３の光軸Ｏ2（Ｚ方向）から発光素子１０側に向けて傾斜すると共に、長さ方向（Ｘ方向）に対して天面側（上側）に向けて傾斜している。また、遮蔽突起４Ａの上方に位置して、投光軸方向Ｌ1と受光軸方向Ｌ2とが交わる部位の周辺が煙監視領域Ａになっている。これにより、受光用ガイド穴８は、煙監視領域Ａからの散乱光を受光素子１３に導いている。

受光用ガイド穴８は、ハウジング２の底面側に開口して受光素子１３を取り付けるための素子取付部８Ｃと、ハウジング２の天面側に開口して煙監視領域Ａからの散乱光が入射される入射窓８Ｄとを有している。入射窓８Ｄは、貫通孔６のうち遮蔽突起４Ａよりも長さ方向の他側部分によって形成され、ハウジング２の上方に開口している。

第１基板９は、絶縁材料を用いて形成された平板である。第１基板９には、例えばプリント基板が用いられる。第１基板９は、投光用ガイド穴７の素子取付部７Ｃを塞いだ状態で、ハウジング２の投光側脚部３Ａの底面に取り付けられている。

発光素子１０は、第１基板９上に実装され、例えば赤外線や可視光線の光を出射する。発光素子１０の光軸Ｏ1は通常、例えば第１基板９に対して垂直方向（Ｚ方向）である。発光素子１０としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が用いられる。

発光素子１０は、投光用ガイド穴７の素子取付部７Ｃに挿入された状態で、ハウジング２に取り付けられる。発光素子１０のビーム広がり角が大きいときには、発光素子１０からの光の一部は投光用ガイド穴７の壁面に照射され、煙監視領域Ａに届かなくなる。このため、発光素子１０のビーム広がり角（光の広がり角θ）は、例えば３０°以下に設定されている。従って、素子として元々出射角（ビーム広がり角）の小さいＶＣＳＥＬを、発光素子１０に用いるのが好ましい。

投光側プリズム１１は、発光素子１０を内部に収容して、投光用ガイド穴７に設けられている。投光側プリズム１１は、発光素子１０からの光を、投光軸方向Ｌ1に曲げるように反射する。図５および図６に示すように、投光側プリズム１１は、発光素子１０を内包した状態で第１基板９上に形成されている。投光側プリズム１１は、縦穴部７Ａに挿入された状態で、第１基板９と一緒にハウジング２に取り付けられている。

投光側プリズム１１は、空気よりも大きい屈折率を有する透明な樹脂材料を用いて形成されている。図５、図６および図８に示すように、投光側プリズム１１は、外部との境界面の全反射によって発光素子１０からの光を投光軸方向Ｌ1に曲げる全反射面１１Ａと、光の出射面に位置して全反射面１１Ａからの出射光を集光させるレンズ面１１Ｂとを有している。

全反射面１１Ａは、発光素子１０の光軸Ｏ1から傾斜した平坦な傾斜面である。このとき、全反射面１１Ａは、投光軸方向Ｌ1からも傾斜している。全反射面１１Ａは、発光素子１０からの光を全て反射するように、発光素子１０の光の広がり角θを考慮して十分な面積を有している。全反射面１１Ａは、縦穴部７Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で傾斜穴部７Ｂとは反対側（図２中の左側）に位置して、傾斜穴部７Ｂと接続される箇所まで延びている。

レンズ面１１Ｂは、例えば投光軸方向Ｌ1を中心とした球面によって形成されている。レンズ面１１Ｂは、凸レンズ（球面レンズ）を構成し、縦穴部７Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で、傾斜穴部７Ｂ側（図２中の右側）に位置している。このとき、レンズ面１１Ｂは、傾斜穴部７Ｂを臨む位置に配置されている。レンズ面１１Ｂの曲率半径は、例えば１mm以上１０mm以下の値に設定されている。レンズ面１１Ｂは、全反射面１１Ａが反射した光が広がるのを抑制し、煙監視領域Ａで光束を集光させる。

第２基板１２は、絶縁材料を用いて形成された平板である。第２基板１２は、第１基板９とほぼ同様に構成されている。このため、第２基板１２には、例えばプリント基板が用いられる。第２基板１２は、受光用ガイド穴８の素子取付部８Ｃを塞いだ状態で、ハウジング２の受光側脚部３Ｂの底面に取り付けられている。

受光素子１３は、第２基板１２上に実装され、赤外線や可視光線の光を受光する。受光素子１３としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、フォトトランジスタ等が用いられる。受光素子１３は、受光用ガイド穴８の素子取付部８Ｃに挿入された状態で、ハウジング２に取り付けられている。

受光側プリズム１４は、受光素子１３を内部に収容して、受光用ガイド穴８に設けられている。受光側プリズム１４は、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を、受光素子１３に向けて曲げるように反射する。図７に示すように、受光側プリズム１４は、受光素子１３を内包した状態で第２基板１２上に形成されている。受光側プリズム１４は、縦穴部８Ａに挿入された状態で、第２基板１２と一緒にハウジング２に取り付けられている。

受光側プリズム１４は、空気よりも大きい屈折率を有する透明な樹脂材料を用いて形成されている。図７および図９に示すように、受光側プリズム１４は、光の入射面に位置して煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を集光させるレンズ面１４Ａと、レンズ面１４Ａで集光された光を外部との境界面の全反射によって受光素子１３に向けて曲げる全反射面１４Ｂとを有している。

レンズ面１４Ａは、例えば受光軸方向Ｌ2を中心とした球面によって形成されている。レンズ面１４Ａは、レンズ面１１Ｂとほぼ同様に形成され、凸レンズ（球面レンズ）を構成している。レンズ面１４Ａは、縦穴部８Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で、傾斜穴部８Ｂ側（図２中の左側）に位置している。このとき、レンズ面１４Ａは、傾斜穴部８Ｂを臨む位置に配置されている。レンズ面１４Ａは、受光用ガイド穴８を通って入射される散乱光を、全反射面１４Ｂに集光させる。

全反射面１４Ｂは、受光素子１３の光軸Ｏ2から傾斜した平坦な傾斜面である。このとき、全反射面１４Ｂは、受光軸方向Ｌ2からも傾斜している。全反射面１４Ｂは、受光用ガイド穴８を通って入射される散乱光を全て反射するように、十分な面積を有している。全反射面１４Ｂは、縦穴部８Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で傾斜穴部８Ｂとは反対側（図２中の右側）に位置して、傾斜穴部８Ｂと接続される箇所まで延びている。

第１の実施の形態による煙感知器用光センサ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

煙感知器用光センサ１は、マイクロプロセッサ等からなる処理回路を実装した実装基板（いずれも図示せず）に取り付けられ、発光素子１０および受光素子１３が処理回路に接続される。発光素子１０は、処理回路から駆動電力（駆動電流）が供給されると、その光軸Ｏ1に沿って投光用ガイド穴７内に光を出射する。発光素子１０からの光は、投光用ガイド穴７内に設けられた投光側プリズム１１の全反射面１１Ａに照射され、投光軸方向Ｌ1に反射される。これにより、発光素子１０からの光は、出射窓７Ｄを通じて投光用ガイド穴７から出射され、煙監視領域Ａに供給される。

煙監視領域Ａに煙が存在するときには、この煙によって発光素子１０からの光が散乱し、散乱光が発生する。散乱光の一部は、投光軸方向Ｌ1とは異なる受光軸方向Ｌ2に進行し、入射窓８Ｄを通じて受光用ガイド穴８内に入射される。受光用ガイド穴８に進入した散乱光は、受光用ガイド穴８内に設けられた受光側プリズム１４の全反射面１４Ｂに照射され、受光素子１３に向けて反射される。これにより、煙監視領域Ａからの散乱光が受光素子１３に照射されるから、受光素子１３は、散乱光の光強度に応じた電流等からなる検出信号を出力する。このため、処理回路は、受光素子１３から出力される検出信号を監視することによって、煙監視領域Ａにおける煙の有無を判別することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、投光側プリズム１１は、発光素子１０を内部に収容して投光用ガイド穴７に設けられると共に、受光側プリズム１４は、受光素子１３を内部に収容して受光用ガイド穴８に設けられた。このとき、投光側プリズム１１は全反射面１１Ａを有するから、全反射面１１Ａでは、投光側プリズム１１の内部と外部との屈折率差による全反射が生じる。このため、投光側プリズム１１は、その全反射面１１Ａによって、発光素子１０からの光を、投光軸方向Ｌ1に曲げることができる。これにより、発光素子１０からの光を、投光用ガイド穴７を通じて煙監視領域Ａに供給することができる。これに加えて、投光側プリズム１１はレンズ面１１Ｂを有するから、発光素子１０からの光を、煙監視領域Ａで集光させることができる。このため、発光素子１０が低出力であっても、煙監視領域Ａで散乱光を発生させることができる。

また、受光側プリズム１４は全反射面１４Ｂを有するから、全反射面１４Ｂでは、受光側プリズム１４の内部と外部との屈折率差による全反射が生じる。このため、受光側プリズム１４は、その全反射面１４Ｂによって、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を、受光素子１３に向けて曲げることができる。これにより、受光用ガイド穴８を通じて入射される散乱光を、受光素子１３に供給することができる。これに加えて、受光側プリズム１４はレンズ面１４Ａを有するから、受光素子１３で光束を集光させることができる。このため、煙監視領域Ａで微弱な散乱光が発生したときでも、散乱光を受光素子１３に集中させて検出することができる。この結果、発光素子１０を低出力で動作させることができ、消費エネルギを低下させることができる。

投光側プリズム１１および受光側プリズム１４は、トランスファー成形などの透明樹脂成型で作製が可能であり、その屈折率の経年変化が小さい。このため、投光側プリズム１１および受光側プリズム１４の反射率は殆ど変化せず、高信頼性が得られる。

これに加え、投光側プリズム１１は、発光素子１０を第１基板９に実装した状態で、その上から透明樹脂を一括成形することによって、形成することができる。同様に、受光側プリズム１４は、受光素子１３を第２基板１２に実装した状態で、その上から透明樹脂を一括成形することによって、形成することができる。このため、複雑な組立工程を必要とせず、大量生産にも向いており、小型化も可能となっている。

投光側プリズム１１は発光素子１０を内部に収容すると共に、受光側プリズム１４は受光素子１３を内部に収容している。このため、プリズム１１，１４と素子１０，１３を別個の取付ける場合に比べて、プリズム１１，１４と素子１０，１３との位置合わせ精度を高めることができ、受光素子１３に対する散乱光の集光率を高めることができる。

また、投光側プリズム１１の全反射面１１Ａは、発光素子１０の光軸Ｏ1から傾斜した平坦な傾斜面となっている。このため、投光側プリズム１１は、傾斜面からなる全反射面１１Ａの全反射によって、発光素子１０からの光を投光軸方向Ｌ1に曲げることができる。また、発光素子１０の光が垂直方向に比べて水平方向が広がり易い傾向があっても、投光側プリズム１１のレンズ面１１Ｂによって、水平方向の広がりを抑えて、煙監視領域Ａで発光素子１０からの光を集光させることできる。

同様に、受光側プリズム１４の全反射面１４Ｂは、受光素子１３の光軸Ｏ2から傾斜した平坦な傾斜面となっている。このため、受光側プリズム１４は、傾斜面からなる全反射面１４Ｂの全反射によって、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を、受光素子１３に向けて曲げることができる。但し、平坦な傾斜面からなる全反射面１４Ｂは、集光作用を有さない。これに対し、受光側プリズム１４はレンズ面１４Ａを有するから、レンズ面１４Ａの集光作用によって、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を、受光素子１３に集光させることができる。

また、全反射面１１Ａ，１４Ｂの傾きを変えることで、光線の傾きを変えることができる。これに加えて、レンズ面１１Ｂ，１４Ａの形状によって、光線の広がりを絞ることが可能である。このため、プリズム１１，１４の形状等を適宜設定することによって、煙の種類に合わせて感度を微調整することができる。

さらに、発光素子１０の光の広がり角θが３０°以下に設定されているから、光の広がり角θが大きい場合に比べて、発光素子１０から出力された光を小型の投光側プリズム１１によって全て反射させることができる。

また、発光素子１０の光軸Ｏ1が第１基板９と直交した垂直方向となり、受光素子１３の光軸Ｏ2が第２基板１２と直交した垂直方向となっている。このとき、投光側プリズム１１は発光素子１０からの光を投光軸方向Ｌ1に曲げるように反射するから、発光素子１０の光軸Ｏ1に沿って出力された光を煙監視領域Ａに集中させることができる。また、受光側プリズム１４は受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を受光素子１３に向けて曲げるように反射するから、煙監視領域Ａの散乱光を光軸Ｏ2に沿って受光素子１３に入射することができる。

次に、図１０ないし図１４を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の特徴は、投光側プリズムの全反射面は、発光素子の光軸と平行な垂直方向と、発光素子の光軸と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面であって、垂直方向の曲率半径が水平方向の曲率半径よりも大きく形成されたことにある。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態による煙感知器用光センサ２１は、第１の実施の形態による煙感知器用光センサ１とほぼ同様に構成される。このため、煙感知器用光センサ２１は、ハウジング２、投光用ガイド穴７、受光用ガイド穴８、発光素子１０、受光素子１３、投光側プリズム２２、受光側プリズム２３を備えている。

投光側プリズム２２は、発光素子１０を内部に収容して、投光用ガイド穴７に設けられている。投光側プリズム２２は、発光素子１０からの光を、投光軸方向Ｌ1に曲げるように反射する。図１０および図１１に示すように、投光側プリズム２２は、発光素子１０を内包した状態で第１基板９上に形成されている。投光側プリズム２２は、縦穴部７Ａに挿入された状態で、第１基板９と一緒にハウジング２に取り付けられている。

投光側プリズム２２は、空気よりも大きい屈折率を有する透明な樹脂材料を用いて形成されている。投光側プリズム２２は、外部との境界面の全反射によって発光素子１０からの光を投光軸方向Ｌ1に曲げる全反射面２２Ａと、光の出射面に位置して全反射面２２Ａからの出射光を集光させるレンズ面２２Ｂとを有している。

全反射面２２Ａは、発光素子１０からの光を全て反射するように、発光素子１０の光の広がり角θを考慮して十分な面積を有している。全反射面２２Ａは、縦穴部７Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で傾斜穴部７Ｂとは反対側（図１０中の左側）に位置して、傾斜穴部７Ｂと接続される箇所まで延びている。

また、全反射面２２Ａは、発光素子１０の光軸Ｏ1と平行な垂直方向と、発光素子１０の光軸と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面となっている。図１３および図１４に示すように、投光側プリズム２２の全反射面２２Ａは、垂直方向（高さ方向）の曲率半径Ｒvが水平方向（幅方向）の曲率半径Ｒhよりも大きく形成されている。具体的には、曲率半径Ｒv（例えば、Ｒv＝１０mm〜１２mm程度）は、曲率半径Ｒh（例えば、Ｒv＝２mm〜４mm程度）の２倍以上の値に設定されている。

レンズ面２２Ｂは、第１の実施の形態によるレンズ面１１Ｂとほぼ同様に形成されている。レンズ面２２Ｂは、例えば投光軸方向Ｌ1を中心とした球面によって形成されている。レンズ面２２Ｂは、凸レンズ（球面レンズ）を構成し、縦穴部７Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で、傾斜穴部７Ｂ側（図１０中の右側）に位置している。このとき、レンズ面２２Ｂは、傾斜穴部７Ｂを臨む位置に配置されている。レンズ面２２Ｂは、全反射面２２Ａが反射した光が広がるのを抑制し、煙監視領域Ａで光束を集光させる。

全反射面２２Ａおよびレンズ面２２Ｂの集光作用によって、投光側プリズム２２から出射される光は、平行光に近い光線になる。この結果、投光側プリズム１１は、発光素子１０からの光が投光用ガイド穴７の幅方向に広がるのを抑制し、できるだけ多くの光を出射窓７Ｄから煙監視領域Ａに供給することができる。なお、曲率半径Ｒv，Ｒhを調整して、光線を絞ることによって、さらに低消費電流で高感度な検知特性を得ることができる。

受光側プリズム２３は、受光素子１３を内部に収容して、受光用ガイド穴８に設けられている。受光側プリズム２３は、煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を、受光素子１３に向けて曲げるように反射する。図１２に示すように、受光側プリズム２３は、受光素子１３を内包した状態で第２基板１２上に形成されている。受光側プリズム２３は、縦穴部８Ａに挿入された状態で、第２基板１２と一緒にハウジング２に取り付けられている。

受光側プリズム２３は、空気よりも大きい屈折率を有する透明な樹脂材料を用いて形成されている。受光側プリズム２３は、光の入射面に位置して煙監視領域Ａから受光軸方向Ｌ2に沿って入射される散乱光を集光させるレンズ面２３Ａと、レンズ面２３Ａで集光された光を外部との境界面の全反射によって受光素子１３に向けて曲げる全反射面２３Ｂとを有している。

受光側プリズム２３は、投光側プリズム２２とほぼ同じ形状（図１０中の左右方向で対称な形状）になっている。レンズ面２３Ａは、例えば受光軸方向Ｌ2を中心とした球面によって形成されている。レンズ面２３Ａは、凸レンズ（球面レンズ）を構成し、縦穴部８Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で、傾斜穴部８Ｂ側（図１０中の左側）に位置している。このとき、レンズ面２３Ａは、傾斜穴部８Ｂを臨む位置に配置されている。レンズ面２３Ａは、受光用ガイド穴８を通って入射される散乱光を、全反射面２３Ｂに集光させる。

全反射面２３Ｂは、受光素子１３の光軸Ｏ2と平行な垂直方向に対して湾曲すると共に、受光素子１３の光軸Ｏ2と直交する水平方向に対しても湾曲している。全反射面２３Ｂは、受光素子１３の光軸Ｏ2と平行な垂直方向と、受光素子１３の光軸Ｏ2と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面となっている。このとき、全反射面２３Ｂは、垂直方向（高さ方向）の曲率半径が水平方向（幅方向）の曲率半径よりも大きく形成されている。これにより、全反射面２３Ｂは、煙監視領域Ａからの散乱光が入射窓８Ｄから受光用ガイド穴８に入射されたときに、レンズ面２３Ａおよび全反射面２３Ｂで集光されて、効率良く光を受光素子１３に供給することができる。

全反射面２３Ｂは、受光用ガイド穴８を通って入射される散乱光を全て反射するように、十分な面積を有している。全反射面２３Ｂは、縦穴部８Ａのうち長さ方向（Ｘ方向）で傾斜穴部８Ｂとは反対側（図１０中の右側）に位置して、傾斜穴部８Ｂと接続される箇所まで延びている。

かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。また、第２の実施の形態では、投光側プリズム２２の全反射面２２Ａは、発光素子１０の光軸Ｏ1と平行な垂直方向と、発光素子１０の光軸Ｏ1と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面であって、垂直方向の曲率半径Ｒvが水平方向の曲率半径Ｒhよりも大きく形成されている。このため、発光素子１０の光が垂直方向に比べて水平方向が広がり易い傾向があっても、トロイダル面からなる全反射面２２Ａを有する投光側プリズム２２によって水平方向の広がりを抑えて、煙監視領域Ａで発光素子１０からの光を集光させることできる。

なお、前記第２の実施の形態では、受光側プリズム２３の全反射面２３Ｂは、投光側プリズム２２の全反射面２２Ａと同様に、トロイダル面によって形成されるものとした。本発明はこれに限らず、受光側プリズムの全反射面は、第１の実施の形態と同様に、傾斜面によって形成されてもよい。また、前記第１の実施の形態の煙感知器用光センサ１において、受光側プリズム１４に代えて、第２の実施の形態による受光側プリズム２３を用いてもよい。

また、第１の実施の形態では、第１基板９と第２基板１２とを別個に設け、第１基板９に発光素子１０および投光側プリズム１１を実装し、第２基板１２に受光素子１３および受光側プリズム１４を実装するものとした。これに限らず、第１基板９と第２基板１２とが連結された１枚の基板に発光素子１０および受光素子１３を実装してもよい。この構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。

また、前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１，２１ 煙感知器用光センサ
２ ハウジング
７ 投光用ガイド穴
８ 受光用ガイド穴
９ 第１基板
１０ 発光素子
１１，２２ 投光側プリズム
１２ 第２基板
１３ 受光素子
１４，２３ 受光側プリズム

Claims (5)

1. 煙監視領域に発光素子からの光を照射し、この光に対する煙粒子による散乱光を受光素子によって検出する煙感知器用光センサにおいて、
   前記発光素子および前記受光素子が一面側に設けられるハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、前記発光素子の光軸とは異なる投光軸方向に延び、前記発光素子からの光を他面側の前記煙監視領域に導く投光用ガイド穴と、
   前記ハウジングに設けられ、前記投光軸方向とは異なる方向であって、かつ、前記受光素子の光軸とは異なる受光軸方向に延び、前記煙監視領域からの散乱光を前記受光素子に導く受光用ガイド穴と、
   前記発光素子を内部に収容して前記投光用ガイド穴に設けられた投光側プリズムと、
   前記受光素子を内部に収容して前記受光用ガイド穴に設けられた受光側プリズムと、を備え、
   前記投光側プリズムは、外部との境界面の全反射によって前記発光素子からの光を前記投光軸方向に曲げる全反射面と、光の出射面に位置して前記全反射面からの出射光を集光させるレンズ面とを有し、
   前記受光側プリズムは、光の入射面に位置して前記煙監視領域から前記受光軸方向に沿って入射される散乱光を集光させるレンズ面と、前記レンズ面で集光された光を外部との境界面の全反射によって前記受光素子に向けて曲げる全反射面とを有することを特徴とする煙感知器用光センサ。
2. 前記投光側プリズムの全反射面は、前記発光素子の光軸から傾斜した平坦な傾斜面である請求項１に記載の煙感知器用光センサ。
3. 前記投光側プリズムの全反射面は、前記発光素子の光軸と平行な垂直方向と、前記発光素子の光軸と直交する水平方向とで曲率が異なるトロイダル面であって、垂直方向の曲率半径が水平方向の曲率半径よりも大きく形成されてなる請求項１に記載の煙感知器用光センサ。
4. 前記発光素子は、その光の広がり角が３０°以下に設定されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載の煙感知器用光センサ。
5. 前記発光素子および前記投光側プリズムは、第１基板上に実装され、前記発光素子の光軸が前記第１基板と直交した垂直方向となり、
   前記受光素子および前記受光側プリズムは、第２基板上に実装され、前記受光素子の光軸が前記第２基板と直交した垂直方向となっている請求項１ないし４のいずれかに記載の煙感知器用光センサ。

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