JP7203500B2 - 火災煙検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、火災に由来する煙粒子の検出を簡易かつ精度高く行うことができる火災煙検知装置に関する。

従来、火災検知器としては、半導体レーザの光を煙粒子に当て煙粒子からの散乱光をモニタして煙粒子を検知するものがある。また、火災検知器は、煙粒子が鉛直上方に流れるため、建物の天井などの上方に設置されるものが多い。

例えば、特許文献１には、撮像手段によって得られた画像を画像処理し、炎の色の濃度、煙全体の大きさや時間変化などから火災の有無を判定する火災検知装置が記載されている。

特開２０１７－１９１５４４号公報

ところで、トンネル内などの空間では、火災に由来する煙粒子の他に、火災以外に由来する煙粒子、例えば、自動車からの排気ガス内の微粒子が混在する。したがって、単に、レーザレーダ装置を用いても、火災に由来する煙粒子を、火災に由来しない他の微粒子から切り分けて検出することは難しい。

したがって、煙の中から、火災に由来する煙粒子と火災に由来しない他の微粒子とを切り分け、火災に由来する煙粒子のみを検知することができるものが要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、火災に由来する煙粒子の検出を簡易かつ精度高く行うことができる火災煙検知装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる火災煙検知装置は、火災に由来する煙を検知することができる火災煙検知装置であって、光を出射し、煙粒子によって反射される光の強度を取得する光送受信部と、前記反射された光の強度から煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する評価値算出部と、火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値を記憶する記憶部と、前記評価値が前記基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部がスキャンすることを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部はレーザレーダであることを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記判定部が、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定した場合、その旨を報知する報知部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記判定部は、前記評価値の単位時間あたりの時間変化が所定時間変化値以上である場合、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定することを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部は、所定間隔ごとに複数配置され、前記判定部は、隣接する光送受信部が検出した反射された光の強度による評価値の空間変化が所定空間変化値以上である場合、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定することを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部が取得する反射される光の強度は、ミー散乱によるものであり、前記煙粒子情報の評価値は、煙粒子の直径の２乗と煙粒子の粒子密度との乗算値であることを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部は、異なる波長の光を出射し、前記光送受信部が取得する反射される光の強度は、異なる波長の光に対するレイリー散乱によるものであり、前記評価値算出部は、波長の異なるレイリー散乱により反射される光の強度をもとに、前記煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度を評価値として算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記評価値算出部は、前記光送受信部の反射光強度分布画像をもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度を前記煙粒子の形状認識処理によって求めて前記評価値を算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記評価値算出部は、前記光送受信部と煙粒子による光の反射点の距離の２次元分布画像をもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度を前記煙粒子の形状認識処理によって求めて前記評価値を算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部は、煙粒子によって反射される光を受光する受光部をアレイ配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記受光部は、同一基板上に集積配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記光送受信部のスキャン機構は、第１スキャン角度でスキャンする第１スキャン機構と、前記第１スキャン機構上に配置され、前記第１スキャン角度間で前記第１スキャン角度よりも小さい第２スキャン角度でスキャンする第２スキャン機構と、を有し、前記光は、前記第２スキャン角度で出射されることを特徴とする。

また、本発明にかかる火災煙検知装置は、上記の発明において、前記第２スキャン機構は、前記第２スキャン角度を圧電素子の駆動によって生成することを特徴とする。

本発明によれば、反射率のスキャンデータをもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出し、前記評価値が、火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定するようにしているので、火災に由来する煙粒子の検出を簡易かつ精度高く行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１である火災煙検知装置の配置構成を示す模式図である。 図２は、火災煙検知装置１の構成を示すブロック図である。 図３は、パルスレーザ光の出射範囲を示す図である。 図４は、火災発生初期の煙粒子の画像の一例を示す図である。 図５は、本実施の形態１の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図６は、本実施の形態１の変形例１の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図７は、本実施の形態１の変形例２の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図８は、本実施の形態２の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図９は、本実施の形態２の変形例１の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、本実施の形態２の変形例２の制御部による火災判定処理手順を示すフローチャートである。 図１１は、本実施の形態３の受光部の構成の一例を示す模式図である。 図１２は、本実施の形態３の変形例１のスキャン機構の構成を示す模式図である。 図１３は、本実施の形態３の変形例２による受光部の配置構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である火災煙検知装置１の配置構成を示す模式図である。この火災煙検知装置１は、トンネルＴ内に発生する、火災に由来する煙粒子を検出して火災の発生を検知するものである。ここで、トンネルＴは、両端が大気開放された延設方向（Ｚ方向）に沿って比較的に長く水平ないしほぼ水平に設けられた地下または地中通路であって、自動車用トンネルに限らず、鉄道用トンネルを含む隧道をいう。

図１に示すように、火災煙検知装置１は、複数のレーザレーダ部１０と、これに接続される監視部２０とを有する。各レーザレーダ部１０は、トンネルＴ内の天井Ｕではなく、トンネルＴ内の路側帯Ｗに設置される。各レーザレーダ部１０は、トンネルＴの延設方向（Ｚ方向）に所定間隔Ｄ毎に配置される。所定間隔Ｄは、例えば５０ｍである。

図２は、火災煙検知装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、火災煙検知装置１は、上記のように、複数のレーザレーダ部１０が通信線４０を介して監視部２０に接続される。

レーザレーダ部１０は、レーザレーダとして機能し、発光部１１、受光部１２、スキャン機構１３、転送処理部１４、及び通信部１５を有する。発光部１１は、半導体レーザからパルスレーザ光をトンネルＴ内にスキャンして発光する。受光部１２は、トンネルＴ内の煙粒子Ｐによって散乱されたパルスレーザ光を受光する。受光部１２は、粒子によって散乱されたパルスレーザ光の反射強度もしくは反射率を受光する。スキャン機構１３は、発光部１１及び受光部１２を搭載し、発光部１１及び受光部１２を回動させつつ、パルスレーザ光の発光及び受光を行って水平方向のスキャンを行う。このスキャン範囲は、水平方向に１８０度である。発光部１１、受光部１２及びスキャン機構１３は、光送受信部として機能する。

なお、レーザレーダ部１０は、反射光と散乱光とをコヒーレント検波して、受信信号の時間応答波形によって粒子までの距離がわかるＢスコープを作成することができる。Ｂスコープは、粒子による光の反射点までの距離の２次元分布画像である。なお、この実施の形態１では、通常のカメラと同様に、単に、スキャンされたパルスレーザ光の反射率分布画像であるスキャンデータを取得する。なお、反射率は、反射光強度に光反射点までの距離による減衰を加味したものである。また、反射率分布画像に替えて、単に反射光強度の分布である反射光強度分布画像をスキャンデータとして用いてもよい。なお、レーザレーダ部１０による、空間分解能は１ｍｍ程度である。

転送処理部１４は、受光部１２で受光した散乱光のスキャンデータを順次、通信部１５を介して監視部２０側に転送する処理を行う。

なお、発光部１１が発光するパルスレーザ光の波長は、１．４μｍ以上のアイセーフ帯であり、具体的には１．４～２．６μｍである。また、パルスレーザ光の出力強度は、２５Ｗ／ｍ＾２以下である。また、図３に示すように、パルスレーザ光の垂直方向のスキャン範囲は、路側帯Ｗ側からの最大高さＨが４．１ｍ以上の範囲に設定されている。つまり、パルスレーザ光を出射する方向ＲＡは、図３に示すように、レーザレーダ部１０の設置箇所から自動車の車道までの距離をＸｍとし、レーザレーダ部１０の設置箇所を地上からＹｍと設置したとき、θ＝ｔａｎ^－１（４．１－Ｙ／Ｘ）の角度とする。この構成を採用することで、パルスレーザ光をアイセーフティに限定しない場合であっても、パルスレーザ光が運転者の眼球に損傷を与えるおそれを防止する上で好適である。また、レーザレーダ部１０の設置高さＹは、歩行する可能性のある４才の幼児の平均身長（１メートル）よりも低い位置に設けられることが好ましい。

図２において、監視部２０は、通信部２１、表示部２２、入力部２３、制御部２４、記憶部２５、報知部２６を有する。通信部２１は、各レーザレーダ部１０と通信するためのインターフェース部である。表示部２２は、液晶ディスプレイ装置等の表示デバイスである。入力部２３は、キーボードやマウス等の入力デバイスである。なお、表示部２２と入力部２３は、タッチパネルなどによって一体形成してもよい。

記憶部２５は、不揮発性メモリ等の記憶デバイスであり、各レーザレーダ部１０から送られてくるスキャンデータＤ１及び後述する基準値Ｄ２を記憶する。

制御部２４は、火災煙検知装置１全体を制御する制御部であり、評価値算出部３１、判定部３２、及び報知処理部３３を有する。実際には、これらの機能部に対応するプログラムを図示しないＲＯＭや不揮発性メモリに記憶しておき、これらのプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）にロードして実行することにより、評価値算出部３１、判定部３２、及び報知処理部３３にそれぞれ対応するプロセスを実行させることになる。

評価値算出部３１は、各レーザレーダ部１０が取得した反射強度もしくは反射率のスキャンデータをもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する。

判定部３２は、評価値算出部３１が算出した評価値が記憶部２５に記憶された基準値Ｄ２以上である場合、煙粒子が火災に由来する煙であると判定する。記憶部２５に記憶された基準値Ｄ２は、火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値であり、予め実験等によって求められた値である。

報知処理部３３は、判定部３２によって煙粒子が火災に由来する煙であると判定された場合、その旨を報知部２６から報知出力する。報知部２６は、図示しない他の部署に配置されたユニットであってもよいし、表示部２２が兼ねる構成であってもよい。

＜評価値の算出処理及び判定処理＞
図４は、火災発生初期の煙粒子の画像の一例を示す図である。火災の発生の検知は、この煙粒子の直径ｄと煙粒子の粒子密度Ｍ（個／ｍｍ^２）とを求め、直径ｄや粒子密度Ｍが所定値以上である場合に火災が発生したものと判定することができるが、レーザレーダ部１０の空間分解能が１ｍｍ程度である場合には困難なものとなる。

粒子の大きさがパルスレーザ光の波長の１／１０以上のとき、散乱光の反射率Ｒは、式（１）に示すミー散乱の式によって示すことができる。
Ｒ＝Ｍ×π（ｄ／２）^２×（（ｎ－１）／（ｎ＋１））^２ …（１）
ここで、Ｍは、煙粒子の粒子密度（個／ｍｍ^２）であり、ｄは、煙粒子の平均直径であり、ｎは、煙粒子の屈折率である。ｎは、煙粒子の材料であり、煙粒子は炭素であるため、ほぼ２．２として設定できる。

したがって、式（１）から、反射率Ｒを測定することによって、Ｍ×ｄ^２を算出することができる。そして、評価値算出部３１は、すべてのスキャンデータの各点に対するＭ×ｄ^２を求め、その平均値を評価値ｍとして算出する。一方、基準値Ｄ２には、火災が発生したときの評価値ｍの最小基準値であるＭ×ｄ^２が記憶されている。

例えば、図２では、微粒子の平均直径ｄは、０．００１ｍｍであり、粒子密度は、７８４９３（個／ｍｍ^２）であり、図２が火災初期の状態を示していることから、基準値Ｄ２は、Ｍ×ｄ^２＝７８４９３×（０．００１）^２＝０．０７８４９３（個）となる。そして、評価値ｍが、０．０７８４９３（個）以上のときに火災であると判定される。

判定部３２は、評価値ｍが基準値Ｄ２以上である場合、火災に由来する煙粒子が存在し、火災が発生したものと判定する。

＜火災判定処理＞
ここで、図５に示したフローチャートを参照して、制御部２４による火災判定処理手順を説明する。図５に示すように、まず、制御部２４は、各レーザレーダ部１０から、反射強度もしくは反射率のスキャンデータを取得する（ステップＳ１０１）。その後、評価値算出部３１は、各レーザレーダ部１０のスキャンデータに対し、煙粒子の直径ｄの２乗と煙粒子の粒子密度Ｍとの乗算値Ｍ×ｄ^２を各点毎に求める（ステップＳ１０２）。その後、評価値算出部３１は、求めた各点の乗算値Ｍ×ｄ^２の平均値を評価値ｍとして算出する（ステップＳ１０３）。

その後、判定部３２は、各レーザレーダ部１０の評価値ｍに基準値Ｄ２以上のものがあるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。評価値ｍが基準値Ｄ２以上である場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、火災と判定し（ステップＳ１０５）、報知処理を行った（ステップＳ１０６）後、本処理を終了する。一方、評価値ｍが基準値Ｄ２以上でない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了し、検出した煙粒子は、火災に由来しない煙粒子、例えば、２．５μｍ以下の排気ガスの微粒子であると認識する。なお、上記の処理は、所定時間毎、繰り返し行う。

なお、上述した処理では、各点の乗算値Ｍ×ｄ^２の平均値を評価値ｍとしていたが、さらに各点の乗算値Ｍ×ｄ^２のばらつき、例えば標準偏差を用いて火災の判定を行うようにしてもよい。例えば、評価値ｍが基準値Ｄ２以上であっても、標準偏差が、例えば所定値０．０００５ｍｍ以下である場合には、火災発生でないと判定してもよい。

＜火災判定処理の変形例１＞
この火災判定処理の変形例１では、評価値ｍの単位時間（例えば１秒）あたりの時間変化が所定値Ｄ１０以上、例えば１０％以上の場合に火災と判定している。この場合、基準値Ｄ２は用いない。これは、火災が発生した場合、排気ガスの微粒子などと異なり、火災に由来する煙粒子が急激に増大し、評価値ｍの値が急激に変動するからである。

図６は、制御部２４による変形例１の火災判定処理手順を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、制御部２４は、各レーザレーダ部１０から、反射強度もしくは反射率のスキャンデータを取得する（ステップＳ２０１）。その後、評価値算出部３１は、各レーザレーダ部１０のスキャンデータに対し、煙粒子の直径ｄの２乗と煙粒子の粒子密度Ｍとの乗算値Ｍ×ｄ^２を各点毎に求める（ステップＳ２０２）。その後、評価値算出部３１は、求めた各点の乗算値Ｍ×ｄ^２の平均値を評価値ｍとして算出する（ステップＳ２０３）。

その後、判定部３２は、評価値ｍの単位時間、例えば１秒間あたりの時間変化が１０％以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。評価値ｍの単位時間あたりの時間変化が１０％以上である場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）には、火災と判定し（ステップＳ２０５）、報知処理を行った（ステップＳ２０６）後、本処理を終了する。一方、評価値ｍの単位時間あたりの時間変化が１０％以上でない場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。なお、上記の処理は、所定時間毎、繰り返し行う。

＜火災判定処理の変形例２＞
この火災判定処理の変形例２では、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍの空間変化が所定値Ｄ２０以上、例えば１０％以上の場合に火災と判定している。この場合、基準値Ｄ２は用いない。これは、火災が発生した場合、排気ガスの微粒子などと異なり、火災に由来する煙粒子が空間的に急激に広がり、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍの値が急激に変動するからである。

図７は、制御部２４による変形例１の火災判定処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、制御部２４は、各レーザレーダ部１０から、反射強度もしくは反射率のスキャンデータを取得する（ステップＳ３０１）。その後、評価値算出部３１は、各レーザレーダ部１０のスキャンデータに対し、煙粒子の直径ｄの２乗と煙粒子の粒子密度Ｍとの乗算値Ｍ×ｄ^２を各点毎に求める（ステップＳ３０２）。その後、評価値算出部３１は、求めた各点の乗算値Ｍ×ｄ^２の平均値を評価値ｍとして算出する（ステップＳ３０３）。

その後、判定部３２は、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍの空間変化が１０％以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍの空間変化が１０％以上である場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）には、火災と判定し（ステップＳ３０５）、報知処理を行った（ステップＳ３０６）後、本処理を終了する。一方、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍの空間変化が１０％以上でない場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。なお、上記の処理は、所定時間毎、繰り返し行う。

（実施の形態２）
ところで、粒子の大きさがパルスレーザ光の波長の１／１０以下のとき、散乱光の反射率は、式（２）に示すレイリー散乱の式によって示すことができる。
Ｒ＝Ａ×（２π^２ｄ^６／３λ^４）×（（ｎ^２－１）／（ｎ^２＋２））×Ｍ …（２）
ここで、Ｍは、煙粒子の粒子密度（個／ｍｍ^２）であり、ｄは、煙粒子の平均直径であり、ｎは、煙粒子の屈折率である。ｎは、煙粒子の材料であり、煙粒子は炭素であるため、ほぼ２．２として設定できる。λは、パルスレーザ光の波長である。この式（２）では、式（１）に比べて、変数λが入っている。したがって、異なる波長λ１，λ２のパルスレーダ光の反射率Ｒ１，Ｒ２を取得することにより、煙粒子の平均直径ｄと煙粒子の平均の粒子密度Ｍを個別に求めることができる。なお、波長λ１は、例えば１０μｍ、波長λ２は、例えば１５μｍである。

具体的には、異なる波長λ１，λ２に対する反射率Ｒ１，Ｒ２の式（３），（４）の連立方程式を解けばよい。
Ｒ１＝Ａ×（２π^２ｄ^６／３（λ１）^４）×（（ｎ^２－１）／（ｎ^２＋２））×Ｍ
…（３）
Ｒ２＝Ａ×（２π^２ｄ^６／３（λ２）^４）×（（ｎ^２－１）／（ｎ^２＋２））×Ｍ
…（４）

本実施の形態２の構成は、図２に示した発光部１１が異なる波長λ１，λ２のパルスレーザ光を出射し、受光部１２が異なる波長λ１，λ２のパルスレーザ光の散乱光の反射強度を検出する。

また、本実施の形態２では、平均直径と平均粒子密度とがそれぞれ個別に基準値Ｄ２に対応する基準値Ｄ２１，Ｄ２２として記憶部２５に格納されている。例えば、図４を参照して、平均直径の基準値Ｄ２１は、０．００１ｍｍであり、平均粒子密度の基準値Ｄ２２は、７８４９３（個／ｍｍ^２）である。

＜火災判定処理＞
ここで、図８に示したフローチャートを参照して、本実施の形態２の制御部２４による火災判定処理手順を説明する。図８に示すように、まず、制御部２４は、各レーザレーダ部１０から、異なる波長の反射強度もしくは反射率のスキャンデータを取得する（ステップＳ４０１）。具体的には、異なる波長λ１，λ２の反射率Ｒ１，Ｒ２のスキャンデータを取得する。その後、評価値算出部３１は、各レーザレーダ部１０の各波長λ１，λ２に対するスキャンデータの各点毎に、式（３），（４）をもとに、煙粒子の直径ｄ及び煙粒子の粒子密度Ｍを算出する（ステップＳ４０２）。その後、評価値算出部３１は、求めた各点の直径ｄの平均値を評価値ｍ１として算出するとともに、各点の粒子密度Ｍの平均値を評価値ｍ２として算出する（ステップＳ４０３）。

その後、判定部３２は、各レーザレーダ部１０の評価値ｍ１が基準値Ｄ２１以上、または評価値ｍ２が基準値Ｄ２２以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。評価値ｍ１が基準値Ｄ２１以上、または評価値ｍ２が基準値Ｄ２２以上である場合（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）には、火災と判定し（ステップＳ４０５）、報知処理を行った（ステップＳ４０６）後、本処理を終了する。一方、評価値ｍ１が基準値Ｄ２１以上でなく、かつ評価値ｍ２が基準値Ｄ２２以上でない場合（ステップＳ４０４，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。なお、上記の処理は、所定時間毎、繰り返し行う。

なお、ステップＳ４０３で評価値ｍ２を算出せず、ステップＳ４０４の判定処理では、評価値ｍ１のみを用いて判定してもよいし、ステップＳ４０３で評価値ｍ１を求めず、ステップＳ４０４の判定処理では、評価値ｍ２のみを用いて判定してもよい。

＜火災判定処理の変形例１＞
この火災判定処理の変形例１では、実施の形態１の変形例１と同様に、評価値ｍ１または評価値ｍ２の単位時間（例えば１秒）あたりの時間変化が所定値Ｄ３１以上、例えば１０％以上の場合に火災と判定している。この場合、基準値Ｄ２１，Ｄ２２は用いない。これは、火災が発生した場合、排気ガスの微粒子などと異なり、火災に由来する煙粒子が急激に増大し、評価値ｍ１または評価値ｍ２の値が急激に変動するからである。

図９は、本実施の形態２の制御部２４による変形例１の火災判定処理手順を示すフローチャートである。この火災判定処理では、図８に示したステップＳ４０４に対応するステップＳ５０４の処理が図８に示した手順と異なるのみである。すなわち、ステップＳ５０１～Ｓ５０３，Ｓ５０５，Ｓ５０６は、ステップＳ４０１～Ｓ４０３，Ｓ４０５，Ｓ４０６と同じ処理である。

ステップＳ５０４では、評価値ｍ１または評価値ｍ２の単位時間あたりの時間変化が１０％以上であるか否かを判断する。そして、評価値ｍ１または評価値ｍ２の単位時間あたりの時間変化が１０％以上である場合（ステップＳ５０４，Ｙｅｓ）には、火災であると判定する（ステップＳ５０５）。一方、評価値ｍ１または評価値ｍ２の単位時間あたりの時間変化が１０％以上でない場合（ステップＳ５０４，Ｎｏ）には、本処理を終了する。

＜火災判定処理の変形例２＞
この火災判定処理の変形例１では、実施の形態１の変形例２と同様に、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍ１または評価値ｍ２の空間変化が所定値Ｄ３２以上、例えば１０％以上の場合に火災と判定している。この場合、基準値Ｄ２１，Ｄ２２は用いない。これは、火災が発生した場合、排気ガスの微粒子などと異なり、火災に由来する煙粒子が空間的に急激に広がり、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍ１または評価値ｍ２の値が急激に変動するからである。

図１０は、本実施の形態２の制御部２４による変形例２の火災判定処理手順を示すフローチャートである。この火災判定処理では、図８に示したステップＳ４０４に対応するステップＳ６０４の処理が図１０に示した手順と異なるのみである。すなわち、ステップＳ６０１～Ｓ６０３，Ｓ６０５，Ｓ６０６は、ステップＳ４０１～Ｓ４０３，Ｓ４０５，Ｓ４０６と同じ処理である。

ステップＳ６０４では、隣接するレーザレーダ部１０の評価値ｍ１または評価値ｍ２の空間変化が１０％以上であるか否かを判断する。そして、評価値ｍ１または評価値ｍ２の空間変化が１０％以上である場合（ステップＳ６０４，Ｙｅｓ）には、火災であると判定する（ステップＳ６０５）。一方、評価値ｍ１または評価値ｍ２の空間変化が１０％以上でない場合（ステップＳ６０４，Ｎｏ）には、本処理を終了する。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、空間分解能を高め、図４に示した反射率のスキャンデータが示す画像を取得し、この画像から煙粒子の直径を求める画像処理を行うようにしている。空間分解能は数μｍ程度であることが好ましい。図２に示した評価値算出部３１は、取得した高分解能の画像に対して、近似関数として真円の関数を用いて煙粒子の粒子直径を求める画像処理を行い、各画像毎に煙粒子の平均直径を求める。すなわち、評価値算出部３１は、評価値ｍ１を求める。その他の火災判定処理は、実施の形態２と同じである。

＜高空間分解能化の構成例＞
図１１は、本実施の形態３の受光部１２の構成の一例を示す模式図である。実施の形態１，２では、１つの波長のパルスレーザ光に対して１つの光検出器を設けていることを前提として説明したが、本実施の形態３では、１つのパルスレーザ光に対して、スキャン方向ＡＲにアレイ配置された複数の光検出器１２ａによって散乱強度（反射強度もしくは反射率）を検出するようにしている。なお、図１１では、スキャン方向ＡＲに垂直な方向にも複数の光検出器１２ａがアレイ配置されている。

このような複数の光検出器１２ａがアレイ配置された受光部１２は、ＣＣＤカメラなどで用いられるＳｉ材料をベースとして同一基板上に光検出器を集積することによって実現できる。例えば、受光部１２としてＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサを用い、１つのパルスレーザ光が反射される１測定点の範囲（１ｍｍ×１ｍｍ）の中での反射率分布を求めることができる。アレイ配置される光検出器の間隔は、５μｍ程度まで集積が可能であるため、空間分解能は、５μｍ程度となる。この結果、１スキャンの終了毎に、図４に対応する高解像度の画像を得ることができ、この画像に対する粒子直径を求める画像処理を施すことによって、実施の形態２と同様な火災判定処理を行うことができる。

＜高空間分解能化の構成の変形例１＞
空間分解能の向上は、パルスレーザ光のスキャン刻みを細かくすることによっても実現される。実施の形態１，２は、スキャン刻みが０．３°間隔であったが、本変形例１では、スキャン刻みを０．００３°間隔としている。

図１２は、本実施の形態３の変形例１のスキャン機構１３の構成を示す模式図である。図１２に示すように、スキャン機構１３は、第１スキャン機構６１の上面に第２スキャン機構６２が配置される。第１スキャン機構６１は、第１スキャン角度θ１で回頭する。第２スキャン機構６２は、第１スキャン角度θ１での停止時に、第１スキャン角度θ１未満の細かい第２スキャン角度θ２刻みで回頭する。例えば、第１スキャン角度θ１は、１０°以下の角度であり、第２スキャン角度θ２は、０．０００３°以下の角度である。パルスレーザ光は、この第２スキャン角度θ２の回頭ごとに出射される。

第２スキャン機構６２は、第１スキャン機構６１に固定配置される固定部材６３と、発光部１１及び受光部１２を配置する支持部材６４とが、圧電素子６５ａ，６５ｂを介して接続される。圧電素子６５ａ，６５ｂは、固定部材６３と支持部材６４との間の空隙の両端部側にそれぞれ配置される。例えば、第２スキャン角度θ２の回頭は、図上、左側に配置された圧電素子６５ａを最大厚さにしておき、右側に配置された圧電素子６５ｂを最小厚さにしておき、第２スキャン角度θ２分変化する電圧を圧電素子６５ａに印加して圧電素子６５ａの厚さを小さくし、あるいは第２スキャン角度θ２分変化する電圧を圧電素子６５ｂに印加して圧電素子６５ｂの厚さを大きくしていく。これらの圧電素子６５ａ，６５ｂに対する厚み変化の組み合わせによって支持部材６４が回頭する。なお、第２スキャン機構６２の最大回頭角度は、第１スキャン角度θ１である。

このように、スキャン角度を０．０００３°以下の角度という細かい刻みとすることによって、数μｍレベルの空間分解能を得ることができる。

＜高空間分解能化の構成の変形例２＞
なお、図１３に示すように、発光部１１（１１ａ～１１ｄ）を多段配置し、スキャン方向ＡＲに垂直な方向にパルスレーザ光をスキャンしつつ、各パルスレーザ光をスキャン方向ＡＲにスキャンすることによって、さらに空間分解能を向上させることができる。

上述した実施の形態１～３では、図４に対応する１μｍ程度以上の粒子を、煙に由来する煙粒子として火災判定処理を行うようにしていたが、排気ガスの微粒子が２. ５μｍ以下とし、火災に由来する煙粒子を２．５μｍ以上として火災判定処理を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１～３では、いずれも反射率のスキャンデータが示す反射率分布を求めていたが、レンジ方向の距離を示すＢスコープの情報を用いて煙の発生位置を取得するようにしてもよい。

このＢスコープのような、光の反射点の距離の２次元分布画像を用い、煙粒子の３次元分布を補うようにしてもよい。この場合、特に、煙粒子の粒子密度を精度高く取得することができる。また、煙粒子の３次元情報を求めるまでもなく、反射率分布画像と、距離の２次元分布画像とを用いるのみで、煙粒子の３次元分布を求めることができる。さらに距離の２次元分布画像に、反射率の情報を加えるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１～３では、いずれもパルスレーダ光をスキャンするようにしていたが、これに限らず、パルスレーザ光はスキャンしなくてもよい。この場合における煙粒子の直径や粒子密度の評価値は、特定の１つの測定ポイントデータに対する平均値を用いる。例えば、特定の１つの測定ポイントデータによって図４に対応した情報を得ることができ、この情報から煙粒子の直径や粒子密度の評価値を算出することになる。なお、スキャンデータに対する評価値としての平均値は、スキャン範囲の全測定ポイントに対する平均値を用いても良いし、各測定ポイントに対する平均値を用いても良い。

さらに、監視部２０内の制御部２４の構成を各レーザレーダ部１０側に持たせた構成としても良い。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 火災煙検知装置
１０ レーザレーダ部
１１ 発光部
１２ 受光部
１３ スキャン機構
１４ 転送処理部
１５ 通信部
２０ 監視部
２１ 通信部
２２ 表示部
２３ 入力部
２４ 制御部
２５ 記憶部
２６ 報知部
３１ 評価値算出部
３２ 判定部
３３ 報知処理部
４０ 通信線
６１ 第１スキャン機構
６２ 第２スキャン機構
６３ 固定部材
６４ 支持部材
６５ａ，６５ｂ 圧電素子
ＡＲ スキャン方向
Ｄ 所定間隔
ｄ 平均直径
Ｄ１ スキャンデータ
Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ３１，Ｄ３２ 所定値
Ｄ２，Ｄ２１，Ｄ２２ 基準値
ｍ，ｍ１，ｍ２ 評価値
Ｍ 粒子密度
Ｐ 煙粒子
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ 反射率
ＲＡ 方向
Ｔ トンネル
Ｕ 天井
Ｗ 路側帯
θ１ 第１スキャン角度
θ２ 第２スキャン角度
λ１，λ２ 波長

Claims (9)

1. 火災に由来する煙を検知することができる火災煙検知装置であって、
   光を出射し、煙粒子によって反射される光の強度を取得する光送受信部と、
   前記反射された光の強度から煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する評価値算出部と、
   火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値を記憶する記憶部と、
   前記評価値が前記基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記光送受信部が取得する反射される光の強度は、ミー散乱によるものであり、
   前記煙粒子情報の評価値は、煙粒子の直径の２乗と煙粒子の粒子密度との乗算値であることを特徴とする火災煙検知装置。
2. 火災に由来する煙を検知することができる火災煙検知装置であって、
   光を出射し、煙粒子によって反射される光の強度を取得する光送受信部と、
   前記反射された光の強度から煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する評価値算出部と、
   火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値を記憶する記憶部と、
   前記評価値が前記基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記評価値算出部は、前記光送受信部の反射光強度分布画像をもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度を前記煙粒子の形状認識処理によって求めて前記評価値を算出することを特徴とする火災煙検知装置。
3. 火災に由来する煙を検知することができる火災煙検知装置であって、
   光を出射し、煙粒子によって反射される光の強度を取得する光送受信部と、
   前記反射された光の強度から煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する評価値算出部と、
   火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値を記憶する記憶部と、
   前記評価値が前記基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記評価値算出部は、前記光送受信部と煙粒子による光の反射点の距離の２次元分布画像をもとに、煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度を前記煙粒子の形状認識処理によって求めて前記評価値を算出することを特徴とする火災煙検知装置。
4. 火災に由来する煙を検知することができる火災煙検知装置であって、
   光を出射し、煙粒子によって反射される光の強度を取得する光送受信部と、
   前記反射された光の強度から煙粒子の直径及び／又は煙粒子の粒子密度に関する煙粒子情報の評価値を算出する評価値算出部と、
   火災に由来する煙である場合の煙粒子情報の基準値を記憶する記憶部と、
   前記評価値が前記基準値以上である場合、前記煙粒子は火災に由来する煙であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記光送受信部がスキャンし、
   前記光送受信部のスキャン機構は、
   第１スキャン角度でスキャンする第１スキャン機構と、
   前記第１スキャン機構上に配置され、前記第１スキャン角度間で前記第１スキャン角度よりも小さい第２スキャン角度でスキャンする第２スキャン機構と、
   を有し、
   前記光は、前記第２スキャン角度で出射されることを特徴とする火災煙検知装置。
5. 前記第２スキャン機構は、前記第２スキャン角度を圧電素子の駆動によって生成することを特徴とする請求項４に記載の火災煙検知装置。
6. 前記光送受信部はレーザレーダであることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の火災煙検知装置。
7. 前記判定部が、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定した場合、その旨を報知する報知部を備えたことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の火災煙検知装置。
8. 前記判定部は、前記評価値の単位時間あたりの時間変化が所定時間変化値以上である場合、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定することを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の火災煙検知装置。
9. 前記光送受信部は、所定間隔ごとに複数配置され、
   前記判定部は、隣接する光送受信部が検出した反射された光の強度による評価値の空間変化が所定空間変化値以上である場合、前記煙粒子が火災に由来する煙であると判定することを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載の火災煙検知装置。

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