JPH02213997A - 光電式煙感知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、建物内で火災時等に発生する煙を感知する光
電式煙感知器に関するものである。

【従来の技術】

従来より煙感知器として煙粒子による光の散乱を利用し
た光電式煙感知器が提供されている（特開昭５６−１４
７２９４号公報、実開昭５８−１７１５９１号公報、特
開昭６０−１０９１８９号公報、実開昭６０−１３４４
９号公報、実開昭６２−２０３５８号公報等参照）、す
なわち、第７図に示すように、投光素子１と受光素子８
とを光軸が一致しないように配置し、投光素子１から投
光された光の煙粒子３による散乱光を受光素子８で受光
するようにしている。したがって、煙粒子３が存在する
ときには受光素子８での受光量が増加するから、受光素
子８での受光量の大小によって煙粒子３の存在が検出で
きるわけである。

【発明が解決しようとする課題】

上記構成では、受光量の大小により煙粒子３の存否を判
定しているものであるから、感知器内に入った虫や水蒸
気等による反射光と煙粒子３による散乱光との識別がで
きず、誤認が生じやすいという問題がある。また、感知
器内での反射光が受光素子８に常時入射しているからバ
ックグランドノイズが多く、煙粒子３が存在しないとき
と、煙粒子３が存在するときとの信号比率を大きくとる
ことができず、ノイズマージンが小さいという問題があ
る。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、散
乱を生じている煙粒子の粒径を識別することにより、水
蒸気等による散乱光や虫等による反射光による誤検知を
防止し、感知器内部の反射光によるバックグランドノイ
ズの影響を低減してノイズマージンが大きくとれるよう
にした光電式煙感知器を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、上記目的を達成するために、散乱光を、投
光手段の光軸と受光手段の光軸とを含む面に対して電界
が平行な偏光成分と磁界が平行な偏光成分とに分離する
スプリッタと、各偏光成分をそれぞれ受光する一対の受
光素子とにより受光手段を構成し、両受光素子の出力レ
ベルの比を演算しこの比が所定範囲内であるときに煙粒
子が存在すると判断する判別手段を設けている。

【作用】

」二記構成によれば、煙による散乱光に含まれている互
いに直交する偏光成分の強度の比率に基づいて煙粒子の
粒径を求め、粒径が所定の範囲内であるときに煙粒子が
存在すると判断するから、散乱を生じている粒子の粒径
が反映されることになり、煙粒子による散乱か他の物質
による反射かの識別が容易になるのである。 すなわち、一般に偏光性のない光をエアロゾルに照射し
、散乱光の偏光成分を、照射光と散乱光とを含む面（以
下、観測面と呼称する）に対して電界が平行な偏光成分
（ＴＥ偏光）と磁界が平行な偏光成分（ＴＭ（ｌＮ光）
とに分離すると、ＴＥ（ｉ光と′ｒＭ偏光との強度の比
率は、光の波長とエアロゾルの粒子の粒径との関数にな
ることが、Ｍｉｅ散乱理論によって知られている。した
がって、散乱光の偏光成分をＴＥ［光と７Ｍ偏光とに分
離し、強度比（偏光比）を求めれば、エアロゾルの粒子
の粒径を知ることができるのである。 いま、ＴＥ偏光とＴＭ［光との強度をそれぞれＩｐ、Ｉ
ｓとして、入射光の進行方向に対する散乱光のなす角度
（散乱角）θにおける偏光比ρくθ）を、 ρ（θ）＝Ｉｐ（θ）／Ｉ８（θ） と表す、ここに、ＴＥ偏光とＴＭｉ光との強度工ｐ、Ｉ
ｓは散乱角θに依存する。また、散乱を生じるエアロゾ
ルの粒子の粒径（直径）をり、照射光の波長をλとし、
粒径パラメータαとして、次の値を定義する。 α＝πＤ／λ このように定義された偏光比ρ（θ）と粒径パラメータ
αとの間には第５吋のような関係がある。ここに、第５
図では散乱角θを９０°に設定している。また、第５図
では粒径パラメータαを粒子の半径ａの関数としている
。一般に偏光比ρ（θ）は粒径パラメータαに対して複
雑な関数となるが、αく２の領域では、第５図に示すよ
うに、はぼ単調増加とみなすことができる。この領域に
おいて、照射光の波長を０．８０〜０．９５μｍとする
と、測定可能な最大粒径りは０．５１〜０．６１μｍと
なる。ここに、赤外発光ダイオードや赤外半導体レーザ
の一般的な波長は０．８０〜０．９５ｕｍであるから２
照射光源としてこれらの素子を用いｂことができる。ま
た、光通信において近年用いられている波長１．３０μ
ｍもしくは１．５５μｍの発光素子を用いれば、測定可
能な最大粒径りは、０゜８３μｍあるいは０．９５μｍ
となるや一方、煙粒子は０．１、〜１μｌであるから、
（ｉ！光比を求めれば煙粒子の存否が判定できるわけで
ある。エアロゾルの粒子の粒径をこのようにして求める
方法は、偏光比法と呼ばれている。

【実施例］ 第１図に示すように、投光手段は、発光素子１と投光レ
ンズ２とからなる１発光素子１としては。 発光ダイオードや半導体レーザが用いられ、単色ないし
狭帯域の光を放射する。投光レンズ２は、爪光レンズで
あって、発光素子１からの光を煙粒子３が導入される空
間領域に導く、ここに、発光素子１および投光レンズ２
の光軸を投光軸ｌｔとし、光の進行方向を０°とする。 受光手段は、投光軸１ｔに対して所定の角度θをなす光
軸を受光軸１ｒとし、受光軸ｌｒ上には集光レンズであ
る受光レンズ４と、回折格子５と、受光素子７とが配設
される。また、投光軸ｔ１と受光軸１ｒとを含む面（観
測面）内で受光軸１ｒからずれた位置に受光素子６が配
設される。受光素子６．７としては、ホトトランジスタ
やホトダイオード等が用いられる。 回折格子５は、第２図に示すように、表面に多数の溝５
ａが形成されており、この溝５ａが観測面に直交するよ
うに配置されている。このような回折格子５については
、次のような性質が知られている。すなわち、回折効率
を回折波強度／入射波強度と定義し、波長λと格子定数
ｄとの比（λ／ｄ）に対する１次回折効率を測定すると
、第３図に示すような特性が得られる。ここに、第３図
（ａ）は溝５ａの深さｈと格子定数ｄとの比（ｈ／ｄ）
を１．０としたものであり、第３図（ｂ）は同じく１゜
５、第３図（ｃ）は同じく２．０とした場合の１次回折
効率を示している。ここに、実線は電界が回折格子５の
渭５ａに平行な偏光成分（回折格子の渭を基準としたＴ
Ｅ偏光）の強度を示し、破線は磁界が回折格子５の溝５
ａに平行な偏光成分（回折格子の溝を基準とした７Ｍ偏
光）の強度を示している。この図より明らかなように、
回折効率は偏光成分に依存する（にＪｏｋｏｍｏｒｉ　
：＾ｐｐ１．　Ｏｐｔ、：　２３、１４．２３０３　（
１９８４））、すなわち、λ／ｄ＞１．６であれば、電
界が溝５ａに平行な偏光成分では十分に高い回折効率が
得られ、磁界が溝５ａに平行な偏光成分では回折効率が
ほば０になる。換言すれば、１次回折光の大部分は電界
が溝５ａに平行な偏光成分であると考えられ、受光軸ｌ
ｒ上の光の大部分は磁界が溝５ａに平行な偏光成分であ
ると考えられるのである。したがって、回折格子５はＴ
Ｅ＠光と７Ｍ偏光とを分離するスプリッタとして用いる
ことができるのである。すなわち、第１図の構成によれ
ば、回折格子５の溝５ａが観測面（紙面）に直交してい
るから、観測面に対して電界が平行な偏光成分（Ｔ　Ｅ
　ｌｉｉ光）は受光軸ｉｒ上の受光素子７に受光され、
観測面に対して磁界が平行な偏光成分（ＴＭｆｉ光）は
受光軸１ｒから離れた受光素子６に受光されるのである
。 各受光素子６，７の出力Ｉｓ、Ｉρは、第４図に示すよ
うに、それぞれ受光回路１．１．１２に入力され、各受
光素子６．７の受光量に対応した受光回路Ｌ１．１２の
出力電圧Ｖｓ、Ｖｐは、それぞれ対数増幅回路１３．１
４により対数増幅される。 両対数増幅回路１３．１４の出力は減算回路１５に入力
され、減算回路１５の出力として、受光回路１１．．１
２の出力電圧Ｖｓ、Ｖｐの比の対数（すなわち、Ｉｎ（
Ｖ　ｐ／Ｖ　ｓ　））が得られる。したがって、減算回
路１５の出力値はＴＥ偏光とＴＭ（ｉ光との強度比（偏
光比）の対数になる。比較回路１６では、減算回路１５
の出力値があらかじめ設定されている所定の範囲内であ
るかどうかを判定し、所定の範囲内であれば信号処理回
路１７を介して出力回路１８を作動させる。つまり、比
較回路１６は判定手段として機能する。ここに、比較回
路１６の設定値は可変抵抗器ＶＲにより調節可能とな−
）でいる。信号処理回路１７には、発光素子１を間欠点
灯させる発振回路１９の出力が入力されており、受光系
を発光素子１の点滅に同期させることによって発光素子
１から放射された光の散乱光のみが処理されるようにし
、雑音成分を除去するようになっている０発振回路１９
と発光素子１との間には発振回路１つの出力を増幅する
ドライブ回路２０が挿入される。 上述したように、回折格子５を用いてＴＥ（ｉｉ光と７
Ｍ偏光とに分離すれば、受光素子６，７の間隔を小さく
することができるから、光学系と信号処理の回路部とを
ハイブリッド化して１チツプの光電子集積回路を構成す
ることができる。また、上記実施例では、回折格子５を
溝５ａが観測面に直交するように配置しているが、溝５
ａが観測面に平行になるように配置する場合には、ＴＥ
（Ｉ光が回折光となるから、ＴＥ偏光を受光する受光素
子７を渭５ａに直交する面内で観測面とは異なる部位に
配置し、受光軸ｌｒ上に７Ｍ偏光を受光する受光素子６
を配置するようにすればよい。 また、回折格子５を用いる代わりに、第６図に示すよう
に、ハーフミラ−２１とミラー２２とからなるビームス
プリッタと、一対の偏光板２３゜２４とを用いて散乱光
を電気ベクトルが観測面に平行な偏光成分と、磁気ベク
トルが観測面に平行な偏光成分と伸分離するようにして
も、「作用」の項で説明した原理に基づいて煙粒子を検
出することができる。この構成の場合には、部品点数が
多くなるとともに、ビームスプリッタや偏光板２３゜２
４が比較的大きく、１チツプ化は困難であるが、回折格
子５を用いる場合と同様に、粒径に基づいて煙粒子を識
別するから、感知器内での反射光や虫等による誤検出を
防止できるのである。 【発明の効果】 本発明は上述のように、散乱光を、投光手段の光軸と受
光手段の光軸とを含む面に対して電界が平行な偏光成分
と磁界が平行な偏光成分とに分離するスプリッタと、各
偏光成分をそれぞれ受光する一対の受光素子とにより受
光手段を構成し、両受光素子の出力レベルの比を演算し
この比が所定範囲内であるときに煙粒子が存在すると判
断する判別回路を設けているものであり、煙による散乱
光に含まれている互いに直交する偏光成分の強度の比率
に基づいて煙粒子の粒径を求め、粒径が所定の範囲内で
あるときに煙粒子が存在すると判断するから、散乱を生
じている粒子の粒径が反映されることになり、煙粒子に
よる散乱か感知器の内周面や虫等の他の物体による反射
かの識別が容易になりるのである。その結果、誤検出が
防止され信頼性が高くなるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
同上に用いる回折格子の要部断面図、第３図は同上に用
いる回折格子の動作説明図、第４図は同上の回路部のブ
ロック図、第５図は同上の原理説明図、第６図は本発明
の他の実施例を示す概略構成図、第７図は従来例を示す
概略断面図である。 １・・・発光素子、２・・・投光レンズ、３・・・煙粒
子、４・・・受光レンズ、５・・・回折格子、６，７・
・・受光素子、１３．１４・・・対数増幅回路、１５・
・・減算回路、１６・・・比較回路。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第２図 第３図 λム Ａ／ｄ 第４図 第５図 Ｃ１（寥Ｚχ４／入）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを投光する投光手段と、投光手段の光軸
   に対して光軸が所定角度をなすように配置された受光手
   段とを備え、上記光ビームの煙粒子による散乱光を受光
   手段により受光するようにした光電式煙感知器において
   、受光手段は、散乱光を、投光手段の光軸と受光手段の
   光軸とを含む面に対して電界が平行な偏光成分と磁界が
   平行な偏光成分とに分離するスプリッタと、各偏光成分
   をそれぞれ受光する一対の受光素子とを備え、両受光素
   子の出力レベルの比を演算しこの比が所定範囲内である
   ときに煙粒子が存在すると判断する判別手段が設けられ
   て成ることを特徴とする光電式煙感知器。