JP5227156B2 - 煙感知器 - Google Patents

Description

本発明は、火災時に発生する煙を感知し発報する煙感知器に関するものである。

従来から、この種の煙感知器Ａとして、図８（ａ）に示すようにハウジング２０内に検知空間を有し、この検知空間に向けて間欠的に光を出力するＬＥＤ（発光部）５と、ＬＥＤ５からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換するフォトダイオード（受光部）ＰＤとを備えたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、ＬＥＤ５からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることによりフォトダイオードＰＤでのＬＥＤ５からの光の受光量が増加し、フォトダイオードＰＤから出力される電流量が増加する。

ＬＥＤ５およびフォトダイオードＰＤは、ＬＥＤ５の前方に配置された投光レンズ２３およびフォトダイオードＰＤの前方に配置された受光レンズ２４と共に光学ブロック２５を構成する。ハウジング２０は、下面に開口部が形成され当該開口部に向けてＬＥＤ５からの光が出射されるように光学ブロック２５を収納したボディ２６と、上面開口の有底円筒状であってボディ２６の開口部を覆うようにボディ２６に結合されるカバー２７とを備えている。カバー２７の周壁には煙を取り込むための開口窓が形成されており、カバー２７内に前記検知空間が形成される。ここでカバー２７内には、検知空間への虫の侵入を防止する防虫網２８、および検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１が検知空間を包囲するように配置される。ラビリンス２１は、蛍光灯や白熱灯などからの様々な外乱光の入射を防止するとともに、検知空間内に煙がない状態でＬＥＤ５の光がフォトダイオードＰＤに入射することを防止するために入り組んだ光路を持つ複雑な構造を採用している。

この種の煙感知器Ａにおいては、図８（ｂ）に示すように、ハウジング２０内に収納された回路ブロック１に、フォトダイオードＰＤからの入力電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）６が設けられている。さらに、電流電圧変換回路６の出力電圧を増幅回路１２とフィルタ回路１３とを通して判定処理部である発報判定回路１４に入力し、前記出力電圧の変化量が所定の火災判定レベルを超えると発報回路１５（ブザー等）で発報するように構成されている。なお、回路ブロック１には、各回路に電源供給する電源回路１６と、他の発報手段等を連動させる連動回路１７と、ＬＥＤ５と直列接続されたトランジスタＴｒ１（図９参照）を含みＬＥＤ５を周期的にパルス発光させるＬＥＤ駆動回路１８とが設けられている。

ここで用いられる電流電圧変換回路６は、たとえば図９に示すように演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ１を接続してなる構成を有し、この反転入力端子に入力電流Ｉｉｎが入力されると、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔｏｕｔに出力するように構成される。図９の例では、非反転入力端子に基準電圧ＶＲ１が印加されているので、変換抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１とすれば出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝ＶＲ１−（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される。要するに電流電圧変換回路６は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔを動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。

また、近年では、設置が簡単であることから、電池を電源とした煙感知器Ａの需要が増えている。電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、煙感知器Ａの平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るため、煙感知器Ａを間欠駆動させる必要がある。この場合には、図１０（ａ）に示す電流電圧変換回路６への電源供給も間欠的に行われることとなる。そのため、ＬＥＤ５は図１０（ｂ）のように電流電圧変換回路６への電源供給が行われている間にパルス状の光を出力する。ここで、検知空間に煙が流入してフォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光すると、図１０（ｃ）に実線で示すように電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶは大きくなり図中の火災判定レベルに達することとなる。一方、検知空間に煙がなければ、図１０（ｃ）に破線で示すように出力電圧の変化量ΔＶは小さくなり、火災判定レベルに達することはない。

ところで、図９のような電流電圧変換回路６では、図１１（ａ）に示すように演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジが、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に規定されており、上述した出力電圧Ｖｏｕｔはこのダイナミックレンジの範囲内で変動する。そのため、入力電流Ｉｉｎがある大きさ以上になると出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう。

たとえば上述した煙感知器Ａにおいては、ラビリンス２１を設けてあるものの、検知空間を外部から完全には遮断することはできないので、フォトダイオードＰＤに対して僅かながら外乱光が入射することがある。通常、外乱光は時間的変動が小さく、フォトダイオードＰＤがこの外乱光を受光することによりフォトダイオードＰＤからは時間的変動の小さい電流（以下、「直流成分」という）が出力されることになる。そして、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分がある大きさ以上になると、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和する可能性がある。

すなわち、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていなければ、図１１（ａ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点は基準電圧Ｖｓとなるから、入力電流Ｉｉｎの変動があれば出力電圧Ｖｏｕｔもこの変動に追従して変動するが、これに対して、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていると、図１１（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し、入力電流Ｉｉｎが増加した場合に出力電圧Ｖｏｕｔが途中で飽和してしまう可能性がある。特に、直流成分が大きく、図１１（ｃ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点がグランドＧＮＤ付近にまで低下している場合には、入力電流Ｉｉｎの変動によらず出力電圧Ｖｏｕｔが飽和状態にあり、入力電流Ｉｉｎの増加を出力電圧Ｖｏｕｔが追従することはない。

たとえば変換抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１を１ＭΩ、基準電圧Ｖｓを１Ｖとすると、入力電流Ｉｉｎが１μＡで変換抵抗Ｒ１の両端間の電圧降下は１Ｖとなり、その結果、電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖとなって飽和する。この状態では、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光して電流電圧変換回路６にパルス状の入力電流Ｉｉｎが入力されても、電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔは飽和しているからこれ以上変動することはなく、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶが火災判定レベルに達することなく失報となる可能性がある。

ただし、上述した煙感知器Ａではラビリンス２１により検知空間への外乱光の入射が防止されているので、一般的に、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Ｉｉｎに含まれることはない。
特許第２７８３９４５号公報（第１−２頁）

ところで、上述した煙感知器Ａにおいては、検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１の構造が複雑であり、ラビリンス２１の製造にかかるコストが煙感知器Ａ全体の低コスト化の妨げとなっているので、ラビリンス２１の構造を極力簡素化、あるいはラビリンス２１自体を省略することで、煙感知器Ａの低コスト化を図ることが要望されている。しかし、ラビリンス２１を簡素化あるいは省略すると、フォトダイオードＰＤで受光される外乱光が強くなり、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が大きくなって出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまうことがある。特に、上述のように電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧が低く演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しやすくなる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、受光部に外乱光が入射することで発生する直流成分の影響により電流電圧変換回路の出力電圧が飽和することを防止し、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することができる煙感知器を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、点灯期間と消灯期間とを交互に繰り返すことで検知空間に向けて間欠的に光を出力する発光部と、発光部からの直接光は入射せず検知空間内に流入した煙により拡散反射された発光部からの光が入射する位置に配置され、受光した光を一方向に流れる電流に変換する受光部と、反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗が接続され非反転入力端子に基準電圧が印加された演算増幅器を具備し、受光部から演算増幅器の反転入力端子に入力される入力電流に応じた出力電圧を演算増幅器の出力端子に出力する電流電圧変換回路と、前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部とを備え、電流電圧変換回路が、発光部の消灯期間における出力電圧について発光部の点灯期間に出力電圧を飽和させないための正常範囲が予め決められており、発光部の間欠駆動中において発光部の消灯期間毎に、出力電圧が前記正常範囲内になければ出力電圧が正常範囲内に収まるように前記基準電圧の大きさを補正する電圧補正手段を有することを特徴とする。

この構成によれば、電圧補正手段は、発光部の消灯期間において出力電圧が既定の正常範囲内になければ、出力電圧が正常範囲内に収まるように基準電圧の大きさを補正するので、受光部からの入力電流に直流成分が含まれていても出力電圧の飽和を防止することができる。すなわち、受光部で受光される外乱光が強く入力電流に含まれる直流成分が比較的大きければ、受光部の消灯期間に前記直流成分の影響で変化した出力電圧が正常範囲を外れることがあるが、この場合、電圧補正手段にて基準電圧が補正されることにより出力電圧が正常範囲内に戻されるので、発光部の点灯期間に出力電圧が飽和することは防止される。その結果、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記受光部が、前記演算増幅器の反転入力端子に正の前記入力電流を出力し、前記電圧補正手段が、前記発光部の消灯期間において前記出力電圧が所定の閾値を下回る場合に前記正常範囲内にないと判断して、前記基準電圧を上げることを特徴とする。

この構成によれば、受光部からの入力電流に比較的大きな直流成分が含まれ発光部の消灯期間に出力電圧が所定の閾値を下回ることがあっても、電圧補正手段が基準電圧を上げることにより前記出力電圧が上昇するから、発光部の点灯期間に入力電流の絶対値が大きくなることで出力電圧が飽和することは防止される。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記受光部が、前記演算増幅器の反転入力端子に負の前記入力電流を出力し、前記電圧補正手段が、前記発光部の消灯期間において前記出力電圧が所定の閾値を上回る場合に前記正常範囲内にないと判断して、前記基準電圧を下げることを特徴とする。

この構成によれば、受光部からの入力電流に比較的大きな直流成分が含まれ発光部の消灯期間に出力電圧が所定の閾値を上回ることがあっても、電圧補正手段が基準電圧を下げることにより前記出力電圧が低下するから、発光部の点灯期間に入力電流の絶対値が大きくなることで出力電圧が飽和することは防止される。

本発明は、発光部の消灯期間において出力電圧が既定の正常範囲内になければ、出力電圧が正常範囲内に収まるように基準電圧の大きさを補正するので、受光部からの入力電流に直流成分が含まれていても発光部の点灯期間に出力電圧が飽和することを防止できる。その結果、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することが可能になるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態の煙感知器Ａは、図８に示した従来構成と同様にハウジング２０内に検知空間を有し、点灯期間と消灯期間とを交互に繰り返すことで検知空間に向けて間欠的に光を出力する発光部と、発光部からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を一方向に流れる電流に変換する受光部と、受光部からの入力電流に基づいて検知空間内の煙を検知する回路ブロック１とを備えている。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、発光部からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることにより受光部での発光部からの光の受光量が増加し、受光部から出力される電流量が増加する。ここで例示する煙感知器Ａは電池を電源としており、平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るために間欠駆動する。

本実施形態の回路ブロック１は、図２に示すように、受光部としてのフォトダイオードＰＤから入力される入力電流Ｉｉｎを当該入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧に変換して出力するセンサ出力処理部２と、センサ出力処理部２の後段に設けられ前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部としての発報判定回路３と、火災発生を報知する発報回路（ブザー等）４とを備えている。すなわち、検知空間内の煙濃度が高くなれば、発光部としてのＬＥＤ５がパルス状の光を出力することによる出力電圧の変動量が大きくなるので、発報判定回路３では当該変動量を所定の閾値と比較し、前記変動量が閾値を超えると検知空間内に煙有り（火災と判断できる煙濃度に達している）と判定し、発報回路４から火災発生を報知する。

センサ出力処理部２は、図１に示すように、入力端子Ｔｉｎから入力される入力電流Ｉｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換して出力する電流電圧変換回路６と、電流電圧変換回路６の出力に接続されたハイパスフィルタ７と、ハイパスフィルタ７を通過した前記出力電圧Ｖｏｕｔを増幅する電圧増幅回路８とを有する。しかして、電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔは、ハイパスフィルタ７および電圧増幅回路８を通して後段の発報判定回路３に出力されることとなる。

電流電圧変換回路６は、入力端子Ｔｉｎとなる演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ１が接続され、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に基準電圧ＶＲ１が印加された構成を有する。電流電圧変換回路６の入力端子Ｔｉｎには、受光部としてのフォトダイオードＰＤが接続されており、フォトダイオードＰＤから入力電流Ｉｉｎが入力される。ここで、フォトダイオードＰＤは入力端子Ｉｉｎに対して正の入力電流Ｉｉｎを出力し、入力電流Ｉｉｎは入力端子Ｔｉｎから電流電圧変換回路６に流れ込む向きで流れるものとする。この構成では、変換抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１とすれば、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝ＶＲ１−（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される。要するに、電流電圧変換回路６は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値を動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値は、入力電流Ｉｉｎの変動量に応じて変動する。

さらに、本実施形態の電流電圧変換回路６は、変換抵抗Ｒ１に並列接続されたコンデンサＣ１を有しローパスフィルタとしても機能しており、所定のカットオフ周波数ｆｃ０以下の入力電流Ｉｉｎを通すように変換抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との回路定数が設定される。このカットオフ周波数ｆｃ０は、変換抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１とコンデンサＣ１の定数ｃ１とを用いてｆｃ０＝１／（２π×ｒ１×ｃ１）で表され、少なくともフォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉｉｎを通すように設定される。

また、電流電圧変換回路６は上記構成により積分回路としても機能するため、その出力は、入力電流Ｉｉｎが変動すると所定の時間遅れをもって変動するように、入力電流Ｉｉｎの変化時点から時間経過に伴って電圧値を変化させることとなる。

ハイパスフィルタ７は、演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続されたコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との直列回路からなり、当該直列回路における演算増幅器ＯＰ１との反対側の端部（抵抗Ｒ２の一端部）が基準電圧ＶＲ２に接続されている。ハイパスフィルタ７の出力は、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点から取り出される。ハイパスフィルタ７のカットオフ周波数ｆｃ１は、抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２とコンデンサＣ２の定数ｃ２とを用いてｆｃ１＝１／（２π×ｒ２×ｃ２）で表され、少なくともフォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光したときに生じるパルス状の出力電圧Ｖｏｕｔを通すように設定される。

電圧増幅回路８は、ハイパスフィルタ７の出力端（コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点）に演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子を接続し、この演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に抵抗Ｒ３を介して基準電圧ＶＲ２を加えるとともに、反転入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ４を接続して構成される。電圧増幅回路８で増幅された出力電圧Ｖｏｕｔは後段の発報判定回路３に出力される。

ところで、本実施形態ではＬＥＤ５を間欠駆動中において、ＬＥＤ５の消灯期間に出力電圧Ｖｏｕｔが既定の正常範囲内になければ、出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内に収まるように、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に印加する基準電圧ＶＲ１の大きさを補正する電圧補正手段を電流電圧変換回路６に有している。前記正常範囲は、ＬＥＤ５の点灯期間にＬＥＤ５からの光をフォトダイオードＰＤが受光することがあっても出力電圧Ｖｏｕｔを飽和させないような範囲に決められている。

電圧補正手段は、演算増幅器ＯＰ１の出力端子にスイッチＳＷ１を介して反転入力端子が接続された演算増幅器ＯＰ３と、演算増幅器ＯＰ３の出力端子に接続された制御部９とを具備している。そして、スイッチＳＷ１がオンの間に、演算増幅器ＯＰ３が非反転入力端子に印加された閾値（直流電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７で分圧した電圧）と、演算増幅器ＯＰ１の出力端子に生じる出力電圧Ｖｏｕｔとを比較し、当該比較結果に応じて制御部９が基準電圧ＶＲ１の大きさを補正する。

つまり、電圧補正手段は、出力電圧Ｖｏｕｔが上述の閾値以上であれば正常範囲内にあるものと判断し、一方、閾値を下回る場合に出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内にないと判断して基準電圧ＶＲ１の大きさを補正する。ここで、前記閾値は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受けることによる入力電流Ｉｉｎの変化に起因した出力電圧Ｖｏｕｔの変化分よりも大きな値に設定されている。そのため、ＬＥＤ５の消灯期間に出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲（閾値以上の範囲）内にあれば、ＬＥＤ５の点灯期間にＬＥＤ５からの光をフォトダイオードＰＤが受光することがあっても出力電圧Ｖｏｕｔが飽和することはない。なお、閾値と比較するのはＬＥＤ５の消灯期間における出力電圧Ｖｏｕｔであるから、スイッチＳＷ１はＬＥＤ５の消灯期間において所定のオン時間だけオンされるものとする。

以下、基準電圧ＶＲ１を可変制御（補正）するための具体例について図３を参照して説明する。

すなわち、図３ではＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタ素子Ｑ１と複数（ここでは５つ）の抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５とで形成される直列回路の両端間に直流電圧Ｖｃｃを印加し、トランジスタ素子Ｑ１および抵抗Ｒ１５の接続点Ｐ５と回路グランドとの間に発生する電圧を基準電圧ＶＲ１として取り出すものとする。さらに、参照電圧Ｖｓを出力する電源回路１０と、当該参照電圧Ｖｓが非反転入力端子に印加された演算増幅器ＯＰ４とが設けられており、演算増幅器ＯＰ４の出力端子はトランジスタ素子Ｑ１の制御端子（ゲート端子）に接続される。

ここで、演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の接続点Ｐ１と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点Ｐ２と、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の接続点Ｐ３と、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点Ｐ４とのそれぞれに対し、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のいずれかを介して接続されている。そのため、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のいずれかを択一的にオンすることにより、前記接続点Ｐ１〜Ｐ４のいずれかを演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子に接続することができる。

上記構成によれば、トランジスタ素子Ｑ１と抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５とスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４とで演算増幅器ＯＰ４の出力端子−反転入力端子間にフィードバックがかかることとなり、演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子に入力される電圧Ｖｘはイマジナリショートによって参照電圧Ｖｓと略一致する。したがって、各抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５の抵抗値をそれぞれｒ１１〜ｒ１５とすると、たとえばスイッチＳＷ１２をオンして抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点Ｐ２を反転入力端子に接続した場合、接続点Ｐ５にはＶＲ１＝Ｖｓ×（ｒ１１＋ｒ１２＋ｒ１３＋ｒ１４＋ｒ１５）／（ｒ１１＋ｒ１２）で表される基準電圧ＶＲ１が出力される。要するに、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４をオンオフ制御し、演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子に接続される接続点Ｐを切り替えることによって、基準電圧ＶＲ１の大きさが可変制御されることとなる。

本実施形態では、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のオンオフ制御を制御部９にて行うことにより、基準電圧ＶＲ１を可変制御する。なお、演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子は、演算増幅器ＯＰ５からなるバッファ回路にも接続されており、当該バッファ回路の出力が基準電圧ＶＲ２として電圧増幅回路８で用いられる。

次に、以上説明した構成の煙感知器Ａの動作について、図４のタイムチャートを参照して説明する。図４では、フォトダイオードＰＤに対して外乱光が入射することにより、直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力端子Ｔｉｎに入力されている場合を例示する。

回路ブロック１に電源が投入されると、電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧ＶＲ１まで立ち上がるが、直流成分を含む入力電流Ｉｉｎが入力されることで、Ｖｏｕｔ＝ＶＲ１−（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される値まで低下する。ここでは、出力電圧Ｖｏｕｔの動作点（フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光していない定常状態での瞬時値）が閾値Ｖｔｈ１を下回り、正常範囲を逸脱するものとする。

その後、ＬＥＤ５の点灯期間前に、スイッチＳＷ１がオンし、出力電圧Ｖｏｕｔと閾値Ｖｔｈ１とが比較される。図４の例では、出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が閾値Ｖｔｈ１を下回っているため、出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内にないと判断される。そこで、電圧補正手段は、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝ＶＲ１−（Ｉｉｎ×ｒ１））が正常範囲（閾値Ｖｔｈ１以上の範囲）内に収まるように、基準電圧ＶＲ１を高くする補正を行う。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは閾値Ｖｔｈ１以上にまで上昇し、正常範囲に収まることとなる。

その結果、ＬＥＤ５の点灯期間に、ＬＥＤ５からの光がフォトダイオードＰＤで受光されて入力電流Ｉｉｎが変動しても、出力電圧Ｖｏｕｔは、演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジ（電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間）に収まることとなり、飽和することはない。

発報判定回路３では、このとき（つまり、ＬＥＤ５の点灯期間）の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する。出力電圧Ｖｏｕｔの変化量は、ＬＥＤ５の消灯期間に設定されている第１のサンプリングタイミングで取得される出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値と、ＬＥＤ５の点灯期間に設定されている第２のサンプリングタイミングで取得される出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値との差をとることで求められる。

以上説明した構成によれば、ＬＥＤ５の消灯期間に出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内になければ、出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲に収まるように電圧補正手段によって基準電圧ＶＲ１が補正されるので、ＬＥＤ５の点灯期間においても出力電圧Ｖｏｕｔが飽和することを防止できる。したがって、フォトダイオードＰＤに入射する外乱光の強度が比較的大きく、大きな直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力された場合でも、当該外乱光の影響を受けて失報を生じることを防止できるという効果がある。その結果、フォトダイオードＰＤへの外乱光の入射を防止する手段（図８（ａ）のラビリンス２１）を簡素化し、図５に示すように煙感知器Ａの薄型化等を図ることが可能となる。図５の煙感知器Ａは、ハウジング２０の前方（ハウジング２０を天井に取り付けた場合の下方）を検知空間として、フォトダイオードＰＤがこの検知空間に流入する煙で拡散したＬＥＤ５からの光を受光することで煙を感知する。

（実施形態２）
本実施形態の煙感知器Ａは、フォトダイオードＰＤが光を受光したときにセンサ出力処理部２の入力端子Ｔｉｎに対して、負の入力電流Ｔｉｎが入力される構成とした点が実施形態１の煙感知器Ａと相違する。

すなわち、本実施形態では、図６に示すようにセンサ出力処理部２の入力端子（つまり、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子）Ｔｉｎと回路グランドとの間にフォトダイオードＰＤが挿入され、フォトダイオードＰＤに電流が流れると、当該電流が入力電流Ｉｉｎとしてセンサ出力処理部２の入力端子Ｔｉｎから流れ出すように構成される。この構成では、変換抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１とすれば、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝ＶＲ１＋（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される。

また、ここでは、電圧補正手段はＬＥＤ５の消灯期間における出力電圧Ｖｏｕｔが所定の閾値以下であれば正常範囲内にあるものと判断し、一方、閾値を上回る場合に出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内にないと判断して基準電圧ＶＲ１の大きさを補正する。ここで、前記閾値は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受けることによる入力電流Ｉｉｎの変化に起因した出力電圧Ｖｏｕｔの変化分を、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧ＶＤＤ（図７参照）から差し引いた値よりも小さな値に設定されている。そのため、ＬＥＤ５の消灯期間に出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲（閾値以下の範囲）内にあれば、ＬＥＤ５の点灯期間にＬＥＤ５からの光をフォトダイオードＰＤが受光することがあっても出力電圧Ｖｏｕｔが飽和することはない。

以下、本実施形態の煙感知器Ａの動作について、図７のタイムチャートを参照して説明する。図７では、フォトダイオードＰＤに対して外乱光が入射することにより、直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力端子Ｔｉｎに入力されている場合を例示する。

回路ブロック１に電源が投入されると、電流電圧変換回路６の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧ＶＲ１まで立ち上がり、さらに、直流成分を含む入力電流Ｉｉｎが入力されることで、Ｖｏｕｔ＝ＶＲ１＋（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される値まで上昇する。ここでは、出力電圧Ｖｏｕｔの動作点（フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光していない定常状態での瞬時値）が閾値Ｖｔｈ２を上回り、正常範囲を逸脱するものとする。

その後、ＬＥＤ５の点灯期間前に、スイッチＳＷ１がオンし、出力電圧Ｖｏｕｔと閾値Ｖｔｈ２とが比較される。図７の例では、出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が閾値Ｖｔｈ２を上回っているため、出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内にないと判断される。そこで、電圧補正手段は、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝ＶＲ１＋（Ｉｉｎ×ｒ１））が正常範囲（閾値Ｖｔｈ２以下の範囲）内に収まるように、基準電圧ＶＲ１を低くする補正を行う。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは閾値Ｖｔｈ２以下にまで低下し、正常範囲に収まることとなる。

その結果、ＬＥＤ５の点灯期間に、ＬＥＤ５からの光がフォトダイオードＰＤで受光されて入力電流Ｉｉｎが変動しても、出力電圧Ｖｏｕｔは、演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジ（電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間）に収まることとなり、飽和することはない。

以上説明した構成によれば、実施形態１の構成と同様に、フォトダイオードＰＤに入射する外乱光の強度が比較的大きく、大きな直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力された場合でも、当該外乱光の影響を受けて失報を生じることを防止できるという効果がある。

なお、本実施形態では、受光部としてフォトダイオードＰＤを例示したが、この例に限るものではなく、たとえばＣｄＳやサーミスタなどの素子を受光部に用いることもできる。すなわち、本実施形態の煙感知器Ａは、電流電圧変換回路６を受光部に電流を供給する電流供給源として用いるものであるから、フォトダイオードＰＤのように自ら光起電力を生じる素子だけでなく、ＣｄＳやサーミスタのように自ら光起電力を生じない受動素子からなる受光部にも対応可能である。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

本発明の実施形態１の要部を示す概略回路図である。 同上の構成を示す概略ブロック図である。 同上の要部を示す概略回路図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の煙感知器を示す斜視図である。 本発明の実施形態２の構成を示す概略ブロック図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 従来の煙感知器を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は回路ブロックのブロックである。 同上の電流電圧変換回路を示す概略回路図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の出力電圧を示す説明図である。

符号の説明

３ 発報判定回路（判定処理部）
５ ＬＥＤ（発光部）
６ 電流電圧変換回路
Ａ 煙感知器
Ｉｉｎ 入力電流
ＯＰ１ 演算増幅器
ＰＤ フォトダイオード（受光部）
Ｒ１ 変換抵抗
Ｖｏｕｔ 出力電圧
ＶＲ１ 基準電圧
Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２ 閾値

Claims (3)

1. 点灯期間と消灯期間とを交互に繰り返すことで検知空間に向けて間欠的に光を出力する発光部と、発光部からの直接光は入射せず検知空間内に流入した煙により拡散反射された発光部からの光が入射する位置に配置され、受光した光を一方向に流れる電流に変換する受光部と、反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗が接続され非反転入力端子に基準電圧が印加された演算増幅器を具備し、受光部から演算増幅器の反転入力端子に入力される入力電流に応じた出力電圧を演算増幅器の出力端子に出力する電流電圧変換回路と、前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部とを備え、電流電圧変換回路は、発光部の消灯期間における出力電圧について発光部の点灯期間に出力電圧を飽和させないための正常範囲が予め決められており、発光部の間欠駆動中において発光部の消灯期間毎に、出力電圧が前記正常範囲内になければ出力電圧が正常範囲内に収まるように前記基準電圧の大きさを補正する電圧補正手段を有することを特徴とする煙感知器。
2. 前記受光部は、前記演算増幅器の反転入力端子に正の前記入力電流を出力し、前記電圧補正手段は、前記発光部の消灯期間において前記出力電圧が所定の閾値を下回る場合に前記正常範囲内にないと判断して、前記基準電圧を上げることを特徴とする請求項１記載の煙感知器。
3. 前記受光部は、前記演算増幅器の反転入力端子に負の前記入力電流を出力し、前記電圧補正手段は、前記発光部の消灯期間において前記出力電圧が所定の閾値を上回る場合に前記正常範囲内にないと判断して、前記基準電圧を下げることを特徴とする請求項１記載の煙感知器。

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