JP5319267B2

JP5319267B2 - 煙感知器

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Publication number: JP5319267B2
Application number: JP2008324562A
Authority: JP
Inventors: 卓福井; 光輝畑谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: JP2010146405A

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７（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７（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）２が設けられている。さらに、電流電圧変換回路２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８参照）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２は、たとえば図８に示すように演算増幅器ＯＰ２１の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ２を接続してなる変換部８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８の例では、非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加されているので、変換抵抗Ｒ２の抵抗値をｒ２とすれば出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ−（Ｉｉｎ×ｒ２）で表される。要するに電流電圧変換回路２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９（ａ）に示す電流電圧変換回路２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９（ｂ）のように電流電圧変換回路２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９（ｃ）に実線で示すように電流電圧変換回路２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９（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８のような電流電圧変換回路２では、図１０（ａ）に示すように演算増幅器ＯＰ２１のダイナミックレンジが、演算増幅器ＯＰ２１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。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ＯＰ２１の電源電圧が低く演算増幅器ＯＰ２１のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しやすい。

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１０（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１０（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１０（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Ｒ２の抵抗値ｒ２を１ＭΩ、基準電圧Ｖｓを１Ｖとすると、入力電流Ｉｉｎの直流成分が１μＡで変換抵抗Ｒ２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２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２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２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。

そこで、電流電圧変換回路２として、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合に、出力端子Ｔｏｕｔと入力端子Ｔｉｎとの間にフィードバックをかけて前記直流成分による出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を抑制できるようにしたものが提案されている。

この電流電圧変換回路２は、上述した変換部８に加えて、図１１に示すように変換部８の出力電圧Ｖｏｕｔを受けて出力電圧Ｖｏｕｔの積分値成分に相当する積分電圧Ｖｄｃを出力する積分回路９と、積分回路９の出力と変換部８の入力端子Ｔｉｎとの間に挿入された分流用抵抗Ｒ３とを備える。これにより、積分電圧Ｖｄｃの大きさに応じた電流を入力電流Ｉｉｎから引き抜いて分流用抵抗Ｒ３に流すことにより、出力電圧Ｖｏｕｔへの積分値成分の影響を抑制することができるので、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合には、この直流成分が入力電流Ｉｉｎから減算されることによって、出力電圧Ｖｏｕｔへの直流成分の影響を抑制できる。

この電流電圧変換回路２において、分流用抵抗Ｒ３に流れる電流の大きさは、分流用抵抗Ｒ３の両端間の電位差と分流用抵抗Ｒ３の抵抗値とで決まる。分流用抵抗Ｒ３の両端間の電位差は、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分の大きさに応じて変化するので、変換部８の出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Ｉｉｎに含まれている場合には、分流用抵抗Ｒ３の両端間の電位差も飽和することとなり、それ以上の電流を分流用抵抗Ｒ３に流すことができなくなる。このときの電流が、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限となる。

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、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が前記上限を超えるほど強い外乱光がフォトダイオードＰＤで受光されることはなく、上記構成の電流電圧変換回路２を採用すれば出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を十分防止することができる。
特許第２７８３９４５号公報（第１−２頁）

ところで、上述した構成の電流電圧変換回路２では、万一、前記上限を超えた直流成分を含む入力電流Ｉｉｎが入力されると、図１０（ｂ）、（ｃ）に示したように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性がある。分流用抵抗Ｒ３として抵抗値の小さいものを用いれば、分流用抵抗Ｒ３により多くの電流を引き抜くことで、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を広げることができるが、分流用抵抗Ｒ３自体の熱雑音が大きくなる。分流用抵抗Ｒ３の熱雑音が大きくなれば、電流電圧変換回路２の入力換算ノイズも大きくなるため、当該ノイズと検出対象である信号成分との比であるＳＮ比が低下するという問題があるので、分流用抵抗Ｒ３の抵抗値はある程度大きく設定せざるを得ない。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性が残ることとなり、たとえば以下の問題を生じる。

すなわち、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出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を超え、結果的に、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまうことがある。

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を抑制することにより、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、光を受光して電流に変換する受光部と、受光部から流入する電荷量をコンデンサを用いて出力電圧に変換する電流
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設定された第１の検出期間と発光部の点灯期間に設定された第２の検出期間とで、前記コンデンサが前記受光部からの入力電流で充電される状態と放電される状態とを切り替える経路切替手段を有し、第１および第２の両検出期間経過後における前記コンデンサの両端電圧に相当する電圧を、前記出力電圧として出力することを特徴とする。

この構成によれば、発光部の消灯期間に設定された第１の検出期間に流入した電荷量と、発光部の点灯期間に設定された第２の検出期間に流入した電荷量との差分に相当する電圧を出力電圧とするので、受光部からの入力電流に直流成分が含まれていても、出力電圧への前記直流成分の影響を抑制することができる。すなわち、時間的変動の小さい直流成分は第１および第２のいずれの検出期間に流入する電荷量にも現れるのに対し、受光部が発光部からの光を受光することによる入力電流の変動分は第２の検出期間に流入する電荷量にのみ現れるので、両電荷量の差分をとることで前記直流成分を相殺して前記変動分のみを出力電圧に反映させることができる。したがって、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い場合でも、出力端子に生じる出力電圧への前記直流成分の影響を抑制することができる。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。また、変換抵抗を用いて電流を電圧に変換する従来構成に比べると、ＳＮ比が向上するという利点もある。

さらに、この構成によれば、１個のコンデンサを第１および第２の両検出期間で共用するので、各検出期間で個別のコンデンサを用いる場合に比べて部品点数の削減を図ることができる。

本発明は、電圧電流変換回路が、第１の検出期間に流入した電荷量と第２の検出期間に流入した電荷量との差分に相当する電圧を出力電圧とするので、受光部からの入力電流に直流成分が含まれていても、出力電圧への前記直流成分の影響を抑制することができる。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７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電流電圧変換回路２と、電流電圧変換回路２の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。なお、電流電圧変換回路２の後段に電圧増幅回路（図示せず）を設け、電流電圧変換回路２の出力電圧を電圧増幅回路で増幅してから発報判定回路３に入力するようにしてもよい。

ここにおいて、電流電圧変換回路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で充放電されるコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の充放電経路を切り替える経路切替手段と、出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔｏｕｔから取り出すためのバッファ回路とを有している。

すなわち、入力端子Ｔｉｎと基準電圧Ｖｓを出力する直流電源Ｅ１との間には、コンデンサＣ１に入力電流Ｉｉｎを供給するための充放電経路が形成されており、当該充放電経路は、経路切替手段を構成する複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４によって切替可能とされている。具体的に説明すると、コンデンサＣ１の一端は、スイッチＳＷ１を介して入力端子Ｔｉｎに接続されるとともにスイッチＳＷ２を介して直流電源Ｅ１に接続されており、コンデンサＣ１の他端は、スイッチＳＷ３を介して直流電源Ｅ１に接続されるとともにスイッチＳＷ４を介して入力端子Ｔｉｎに接続されている。

これにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせがオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせがオフの状態では、コンデンサＣ１には前記一端側から入力電流Ｉｉｎが流れ込み、前記一端側を正極とする電荷が蓄積される。一方で、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせがオフ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせがオンの状態では、コンデンサＣ１には前記他端側から入力電流Ｉｉｎが流れ込み、前記他端側を正極とする電荷が蓄積される。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせとスイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせとは同時にオンすることがないため、図１に例示するように、２個のｃ接点スイッチを用い、各スイッチのａ接点をスイッチＳＷ１，ＳＷ３とし、ｂ接点をスイッチＳＷ２，ＳＷ４としてもよい。

ここで、入力端子ＴｉｎとスイッチＳＷ１，ＳＷ４との間にはスイッチＳＷ０が挿入されている。したがって、スイッチＳＷ０をオフすれば入力電流Ｉｉｎが遮断されることとなり、スイッチＳＷ０がオンの期間にのみ入力電流ＩｉｎによるコンデンサＣ１の充放電が行われる。

バッファ回路は、演算増幅器ＯＰ１からなり、その入力（演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子）をスイッチＳＷ０と前記スイッチＳＷ１，ＳＷ４との接続点に接続した構成を有する。このバッファ回路は、入力インピーダンスが極めて大きいものであるから、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせがオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせがオフの状態では、基準電圧Ｖｓに前記一端側を正とするコンデンサＣ１の両端電圧を加算した電圧を、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子Ｔｏｕｔに出力する。一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせがオフ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせがオンの状態では、基準電圧Ｖｓに前記他端側を正とするコンデンサＣ１の両端電圧を加算した電圧を、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子Ｔｏｕｔに出力する。なお、演算増幅器ＯＰ１にて、バッファ回路ではなく電圧増幅の機能を持つ電圧増幅回路を構成するようにしてもよい。

また、コンデンサＣ１の両端間には、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を完全に放電する放電経路を形成するために、抵抗Ｒ１およびスイッチＳＷ５の直列回路が接続されている。これにより、スイッチＳＷ５をオンすることでコンデンサＣ１に蓄積された電荷は抵抗Ｒ１を通して放電され、適当な時間が経過すればコンデンサＣ１の両端電圧はゼロにリセットされる。

上述した各種のスイッチＳＷ０〜ＳＷ５は、制御部６によって個別にオンオフ制御される。制御部６は、ＬＥＤ５を周期的にパルス発光させるＬＥＤ駆動回路１８（図７（ｂ）参照）にも接続されており、ＬＥＤ５を発光させるタイミングに同期してスイッチＳＷ０〜ＳＷ５のオンオフ状態を切り替える。ここでは、ＬＥＤ５を発光させることで検知空間内に流入した煙の有無を検出する期間外、つまりＬＥＤ５の消灯期間に設定された第１の検出期間Ｔ１（図３参照）と、第１の検出期間Ｔ１と同じ時間長であってＬＥＤ５の点灯期間に設定された第２の検出期間Ｔ２（図３参照）とで、コンデンサＣ１の充放電経路が切り替わるようにスイッチＳＷ０〜ＳＷ５を制御する。

本実施形態においては、第２の検出期間Ｔ２をＬＥＤ５の点灯期間と一致させており、第１の検出期間Ｔ１を点灯期間（つまり、第２の検出期間Ｔ２）の直前に設定してある。そして、第１の検出期間Ｔ１には、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせをオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせをオフとし、第２の検出期間Ｔ２には、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の組み合わせをオフ、スイッチＳＷ２，ＳＷ４の組み合わせをオンとすることにより、各検出期間Ｔ１，Ｔ２でコンデンサＣ１の充放電経路を切り替える。スイッチＳＷ０に関しては、第１および第２の両検出期間Ｔ１，Ｔ２でオンさせる。

次に、上記構成の煙感知器Ａの動作について、図３のタイムチャートを参照して説明する。図３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Ｉｄｃを含んだ入力電流Ｉｉｎが電流電圧変換回路２の入力端子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、制御部６はスイッチＳＷ５をオンしコンデンサＣ１の電荷をリセットするとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオンすることで抵抗Ｒ１を介してバッファ回路の入力に直流電源Ｅ１を接続する。これにより、出力端子Ｔｏｕｔには出力電圧Ｖｏｕｔとして基準電圧Ｖｓが発生する。

そして、第１の検出期間Ｔ１においては、制御部６は、リセット用のスイッチＳＷ５をオフするとともに、入力端子Ｔｉｎに接続されたスイッチＳＷ０をオンすることにより、入力電流ＩｉｎでコンデンサＣ１を充電する。このとき、コンデンサＣ１の両端電圧が入力電流Ｉｉｎの大きさに応じて時間経過に伴って上昇するので、出力端子Ｔｏｕｔに生じる出力電圧Ｖｏｕｔは、コンデンサＣ１の両端電圧の上昇に伴い基準電圧Ｖｓから上昇する。

その後、第２の検出期間Ｔ２においては、制御部６は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフするとともに、スイッチＳＷ２，ＳＷ４をオンすることで、コンデンサＣ１の充放電経路を切り替える。このとき、コンデンサＣ１の両端電圧が入力電流Ｉｉｎの大きさに応じて時間経過に伴って低下する。ただし、第１の検出期間Ｔ１と第２の検出期間Ｔ２とでは、バッファ回路の入力に対するコンデンサＣ１の極性が反転しているので、出力端子Ｔｏｕｔに生じる出力電圧Ｖｏｕｔは、コンデンサＣ１の両端電圧の低下に伴い上昇する。したがって、第１の検出期間Ｔ１の終了時点でのコンデンサＣ１の両端電圧をＶｄｃとしたときに、第２の検出期間Ｔ２においては、出力電圧Ｖｏｕｔは（Ｖｓ−Ｖｄ）から時間経過に伴って上昇することになる。

第２の検出期間Ｔ２が終了すると、制御部６は、スイッチＳＷ０をオフすることで入力電流Ｉｉｎを遮断し、コンデンサＣ１の充放電を停止する。しかして、第２の検出期間Ｔ２の終了時点での出力電圧Ｖｏｕｔとしては、第１の検出期間Ｔ１にコンデンサＣ１に出入りした電荷量と、第２の検出期間Ｔ２にコンデンサＣ１に出入りした電荷量との差分に相当する電圧が出力される。言い換えれば、検出期間Ｔ２の終了時点では、第１の検出期間Ｔ１での充電電荷量と第２の検出期間Ｔ２での放電電荷量との差分がコンデンサＣ１に残ることとなり、当該電荷量に相当する電圧がコンデンサＣ１の両端間に発生する。

すなわち、コンデンサＣ１の静電容量をｃ１、第１および第２の各検出期間Ｔ１，Ｔ２にコンデンサＣ１に充電、あるいはコンデンサＣ１から放電された電荷量をそれぞれＱ１，Ｑ２とすれば、第２の検出期間Ｔ２終了時点での出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ＋（Ｑ２−Ｑ１）／ｃ１で表される。そして、各電荷量Ｑ１，Ｑ２は、それぞれ各検出期間Ｔ１，Ｔ２における入力電流Ｉｉｎを同一時間長で時間積分した値であるから、各検出期間Ｔ１，Ｔ２における入力電流Ｉｉｎの大きさをそれぞれ反映する。ここで、第１の検出期間Ｔ１には入力電流Ｉｉｎとして直流成分Ｉｄｃのみが入力され、一方、第２の検出期間Ｔ２には直流成分Ｉｄｃに信号成分（つまり、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からのパルス状の光を受光したことにより発生する電流成分）Ｉａｃを加えた入力電流Ｉｉｎが入力される。

したがって、直流成分Ｉｄｃに相当する電圧Ｖｄｃは第１および第２の両検出期間Ｔ１，Ｔ２を通して相殺されることとなり、第２の検出期間Ｔ２終了時点においては、前記信号成分Ｉａｃに相当する電圧Ｖａｃを基準電圧Ｖｓに加えた出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

発報判定回路３では、このとき（つまり、第２の検出期間Ｔ２終了時点）の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて検知空間内の煙の有無を判定する。そこで、第２の検出期間Ｔ２の終了後、所定時間は出力電圧Ｖｏｕｔの値を維持（サンプルホールド）するように、検出期間Ｔ２の終了時点から所定時間が経過するまではリセット用のスイッチＳＷ５をオフし続け、発報判定回路３での判定が終了してからスイッチＳＷ５をオンしてコンデンサＣ１の両端電圧のリセットをかける構成とする。また、スイッチＳＷ２，ＳＷ４に関しても、検出期間Ｔ２終了後、オン状態を継続させている。

以上説明した構成によれば、発報判定回路３は、直流成分Ｉｄｃの影響を除いた入力電流Ｉｉｎの大きさに基づいて検知空間内の煙の有無を判定することができるので、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Ｉｄｃ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７（ａ）のラビリンス２１）を簡素化し、図４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４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反射したＬＥＤ５からの光を受光することで煙を感知する。

また、本実施形態の構成では、第１および第２の両検出期間Ｔ１，Ｔ２において１つのコンデンサＣ１を共用しているから、各検出期間Ｔ１，Ｔ２で個別のコンデンサを用いる場合に比べると、部品点数の削減を図ることができるという利点もある。さらに、変換抵抗を用いて電流を電圧に変換する従来構成に比べると、ＳＮ比が向上するという利点もある。

（実施形態２）
本実施形態の煙感知器Ａは、電流電圧変換回路２について、入力電流Ｉｉｎで充電されるコンデンサを２個設け、第１の検出期間と第２の検出期間とで充電するコンデンサをコンデンサ切替手段にて切り替え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、電流電圧変換回路２は、図５に示すように一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２を備え、各コンデンサＣ１１，Ｃ１２と入力端子Ｔｉｎとの間にコンデンサ切替手段を構成するスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２がそれぞれ挿入された構成を有する。ここで用いるコンデンサＣ１１，Ｃ１２は回路定数（静電容量）が同一のものとする。各コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、それぞれ演算増幅器ＯＰ１１，ＯＰ１２の反転入力端子−出力端子間に接続されている。各演算増幅器ＯＰ１１，ＯＰ１２の非反転入力端子には、それぞれバイアス電圧Ｖｂを出力する直流電源Ｅ１１，Ｅ１２が接続されている。しかして、各演算増幅器ＯＰ１１，ＯＰ１２の出力端子には、それぞれバイアス電圧Ｖｂから各コンデンサＣ１１，Ｃ１２の両端電圧を差し引いた電圧Ｖ１，Ｖ２が発生する。

両演算増幅器ＯＰ１１，ＯＰ１２の出力Ｖ１，Ｖ２は、演算手段としての差分演算回路７に入力される。差分演算回路７は、演算増幅器ＯＰ１１の出力Ｖ１と演算増幅器ＯＰ１２の出力Ｖ２との差分に相当する電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。具体的には、差分演算回路７は、演算増幅器ＯＰ１１の出力Ｖ１から演算増幅器ＯＰ１２の出力Ｖ２を減算した電圧を基準となる基準電圧Ｖｓに加算した出力電圧Ｖｏｕｔを、出力端子Ｔｏｕｔに生じる。

上述したスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御部６’によって個別にオンオフ制御される。本実施形態では、第１の検出期間Ｔ１にのみスイッチＳＷ１１をオンし、第２の検出期間Ｔ２にのみスイッチＳＷ１２をオンするものとする。これにより、第１の検出期間Ｔ１においては、スイッチＳＷ１１側のコンデンサＣ１１が入力電流Ｉｉｎで充電され、第２の検出期間Ｔ２においては、スイッチＳＷ１２側のコンデンサＣ１２が入力電流Ｉｉｎで充電される。

次に、上記構成の煙感知器Ａの動作について、図６のタイムチャートを参照して説明する。図６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Ｉｄｃを含んだ入力電流Ｉｉｎが電流電圧変換回路２の入力端子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、演算増幅器ＯＰ１１の出力Ｖ１および演算増幅器ＯＰ１２の出力Ｖ２は、いずれもバイアス電圧Ｖｂとなる。そのため、出力端子Ｔｏｕｔには出力電圧Ｖｏｕｔとして基準電圧Ｖｓが発生する。

そして、第１の検出期間Ｔ１においては、制御部６’がスイッチＳＷ１１をオンすることにより、入力電流ＩｉｎでコンデンサＣ１１を充電する。このとき、コンデンサＣ１１の両端電圧が入力電流Ｉｉｎの大きさに応じて時間経過に伴い上昇するので、演算増幅器ＯＰ１１の出力Ｖ１並びに出力端子Ｔｏｕｔに生じる出力電圧Ｖｏｕｔは、コンデンサＣ１１の両端電圧の上昇に伴い低下する。

その後、第２の検出期間Ｔ２においては、スイッチＳＷ１１をオフするとともにスイッチＳＷ１２をオンすることで、コンデンサＣ１１に代えてコンデンサＣ１２を入力電流Ｉｉｎで充電する。このとき、コンデンサＣ１２の両端電圧が入力電流Ｉｉｎの大きさに応じて時間経過に伴い上昇するので、演算増幅器ＯＰ１２の出力Ｖ２はコンデンサＣ１２の両端電圧の上昇に伴い低下する。したがって、第１の検出期間Ｔ１の終了時点でのコンデンサＣ１１の両端電圧をＶｄｃとしたときに、第２の検出期間Ｔ２においては、出力端子Ｔｏｕｔに生じる出力電圧Ｖｏｕｔは（Ｖｓ−Ｖｄｃ）から時間経過に伴って上昇することとなる。

そして、第２の検出期間Ｔ２が終了すると、制御部６’は、スイッチＳＷ１２をオフすることで入力電流Ｉｉｎを遮断し、コンデンサＣ１２の充電を停止する。しかして、第２の検出期間Ｔ２の終了時点での出力電圧Ｖｏｕｔとしては、第１の検出期間Ｔ１にコンデンサＣ１１に蓄積された電荷量と、第２の検出期間Ｔ２にコンデンサＣ１２に蓄積された電荷量との差分に相当する電圧が出力される。

すなわち、両コンデンサＣ１１，Ｃ１２で共通の静電容量をｃ１、第１および第２の各検出期間Ｔ１，Ｔ２にコンデンサＣ１１，Ｃ１２に蓄積された電荷量をそれぞれＱ１１，Ｑ１２とすれば、第２の検出期間Ｔ２終了時点での出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ＋（Ｑ１２−Ｑ１１）／ｃ１で表される。なお、電流電圧変換回路２にはコンデンサＣ１１，Ｃ１２の電荷を放電するための放電回路（図示せず）が設けられており、第２の検出期間Ｔ２終了後、所定時間は出力電圧Ｖｏｕｔの値を維持し、発報判定回路３での判定が終了してから放電回路を駆動しコンデンサＣ１１，Ｃ１２の両端電圧をリセットする構成とする。

以上説明した本実施形態の構成によれば、第１および第２の両検出期間Ｔ１，Ｔ２で同一のコンデンサＣ１を用いる実施形態１の構成に比較すると、コンデンサの充電経路上に挿入されているスイッチの個数を少なくすることができ（実施形態１ではＳＷ０〜ＳＷ４、本実施形態ではＳＷ１１，ＳＷ１２）、コンデンサの充電経路上で発生するスイッチングノイズを低減することができる。その結果、電流電圧変換回路２のＳＮ比（検出対象である信号成分とスイッチングノイズとの比）が向上し、発報判定回路３における火災判定の確度が向上する。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

なお、上記各実施形態では、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに電流電圧変換回路２の入力端子Ｔｉｎに対して入力電流Ｉｉｎが流れ込む構成を前提として説明したが、入力端子Ｔｉｎに対する入力電流Ｉｉｎの向きを逆向きとし、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに入力端子Ｔｉｎから入力電流Ｉｉｎが流れ出す構成（つまり、入力端子Ｔｉｎに負の入力電流Ｉｉｎが入力される構成）を前提としてもよい。

さらに、上記実施形態では、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、本発明の煙感知器Ａは、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。

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。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。他の従来例を示す概略回路図である。

符号の説明

２電流電圧変換回路
３発報判定回路（判定処理部）
５ＬＥＤ（発光部）
６制御部
７差分演算回路（演算手段）
Ａ煙感知器
Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２コンデンサ
Ｉｉｎ入力電流
ＰＤフォトダイオード（受光部）
ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ（経路切替手段）
ＳＷ１１，ＳＷ１２スイッチ（コンデンサ切替手段）
Ｔｉｎ入力端子
Ｔｏｕｔ出力端子
Ｖｏｕｔ出力電圧

Claims

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、光を受光して電流に変換する受光部と、受光部から流入する電荷量をコンデンサを用いて出力電圧に変換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設定された第１の検出期間と発光部の点灯期間に設定された第２の検出期間とで、前記コンデンサが前記受光部からの入力電流で充電される状態と放電される状態とを切り替える経路切替手段を有し、第１および第２の両検出期間経過後における前記コンデンサの両端電圧に相当する電圧を、前記出力電圧として出力することを特徴とする煙感知器。