JPH06129903A - 赤外線ビーム方式による複合センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便で、かつ信頼性の高いホームセキュリテ
ィセンサシステムを経済的に構築できる。 【構成】 光源から出た赤外線ビームは、光強度検出部
１０１でその強度が検出され、光強度変化率解析部３０
１で光強度減衰率の時間依存性が大きければ侵入，小さ
ければ煙と判断される。また、光ビーム位置検出部１０
２に入射した赤外線ビームは、光ビーム位置変化率解析
部３０２で赤外線ビームの入射位置の変化から火災，煙
の判断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防犯，防火用に使用す
る赤外線ビーム方式による複合センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】火災センサは大別すると、熱感知器と煙
感知器に分けられる。従来の熱感知器は、金属や空気の
熱膨張によって電気接点が閉じ、火災信号を発信するも
のである。この方式は電気接点を用いているために、塵
埃の付着による接点障害や耐防爆性の点で問題があっ
た。一方、従来の煙感知器の内、本発明に関わる光電式
煙感知器には減光式，散乱式の２種類がある。これらは
独立した投光部と受光部とから構成され、煙により光が
減衰あるいは散乱されることを利用した感知器である。
煙感知器は燻焼火災の場合、熱感知器よりも感度が高い
ために、初期火災の検知に有効である。しかし、その反
面、火災以外の煙による誤報が問題となっている。

【０００３】防犯センサは種々の方式のものが使用され
ている。例えば、ホームセキュリティに用いられている
防犯センサとしては、窓やドアに開閉スイッチを取り付
け、オンラインモニタする方式が普及している。しか
し、この方式は全ての入出口にスイッチを取り付ける必
要があり、経済性，使い勝手等の点で問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ホームセキュリティの
場合、防犯，防災用センサはセットで使用されることが
多い。従来の火災センサ，防犯センサはいずれも構造
上、全く独立しており、独立した場所に設置されてい
る。火災センサの信頼性を向上するためには、熱感知器
と煙感知器の２種類を設置し、互いの欠点をカバーする
方式が最も好ましいことは論を待たない。しかし、現実
の火災センサは、経済上の理由から、熱感知器あるいは
煙感知器のいずれか１種類が選択設置される状況にあ
る。

【０００５】本発明の目的は、簡便で、かつ信頼性の高
いホームセキュリティセンサシステムを経済的に構築す
ることができる赤外線ビーム方式による複合センサを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光源からの赤外線ビームの検知対象の変化に基づく受光
赤外線強度情報を得る光強度検出部と、前記赤外線ビー
ムの前記検知対象とは異なる検知対象の変化に基づく受
光赤外線位置情報を得る光ビーム位置検出部とを備えた
赤外線ビーム方式による複合センサである。

【０００７】請求項２記載の発明は、光強度検出部で得
られる受光赤外線強度情報の時間変化率の大小によって
侵入者と煙の識別を行う光強度変化率解析部を備えたも
のである。

【０００８】請求項３記載の発明は、光ビーム位置検出
部は、火災時の熱による温度変化によって一軸方向に微
動する反射鏡によって受光位置が変化されるものであ
る。

【０００９】

【作用】本発明の赤外線ビーム方式による複合センサに
よれば、１本の赤外線ビームの光量変化，位置変化を測
定することで、防犯センサ，煙センサ，熱センサの３機
能を同時に達成できる。

【００１０】本発明の実施例を説明する前に、各部分に
ついてあらかじめ説明する。

【００１１】光源としては、侵入者に察知されないため
には、不可視であることが好ましい。また、光源はでき
るだけ小型のものが、美観上、また、侵入者に察知され
ないためにも望ましい。これらの条件を満足するものと
しては、半導体レーザが最適である。半導体レーザとし
ては、不可視性，経済性，レーザ出力，寿命，入手性の
点から波長６７０ｎｍ以上，１．５μｍ以下の近赤外領
域のものが適当である。また、レーザ出力は誤って目に
入っても安全なように、できるだけ低出力にする必要が
ある。例えば、１ｍＷ程度が好ましい。なお、半導体レ
ーザの代わりに、例えば、ピーク波長９４０ｎｍの近赤
外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いること
もできる。この場合、ＬＥＤの先にコリメータレンズを
配置して平行ビームにする必要がある。

【００１２】受光器としては、光強度と位置情報が同時
に検知できる１次元リニアセンサが最も好ましい。１次
元リニアセンサは、フォトダイオードアレイやＭＯＳ，
ＣＣＤ型の１次元固体イメージセンサ等の市販品を適宜
選択して使用することが出来る。これらのセンサは、通
常、近赤外領域で感度が高いため、本発明の目的に好都
合である。

【００１３】熱感知部は温度によって赤外線光軸が変化
するものであればどのような機構のものでもよい。例え
ば、反射ミラーを直接バイメタルに取り付ける方法が構
成上シンプルであり好ましい。この方法では、熱感知部
と受光器は適切な膨張率のバイメタルと適切な長さの１
次元リニアセンサを使用することによって、１つのケー
ス内にコンパクトに収容することができる。こうするこ
とによって、メンテナンス，取り付工事が簡単になる。
あるいは、この構造を発展させ、市販の熱感知器で使用
されているように、非日常的な急激な温度上昇のみを検
知する、いわゆる補償式の構造にすることも可能であ
る。

【００１４】煙センサ，熱センサは火災の早期発見のた
め、通常天井に取り付けられている。従って、本発明の
複合センサも同様に、煙感知部と熱感知部は天井付近に
取り付けることが好ましい。一方、防犯センサは犬，猫
によって誤動作しない高さに取り付けられなければなら
ない。本発明の複合センサによれば、１部屋の防犯，防
災を簡便に実施することが出来る。例えば、１本の赤外
線ビームを床上１ｍ程度の高さから天井にまで固定ミラ
ーで誘導すればよい。この場合、地震などの振動あるい
は温度変化の影響によって光軸が変化しないように、固
定ミラーの取り付けを確実にしなければならない。一
方、煙センサと熱センサのみの場合は、光源と受光器を
天井近辺で対向させるだけでよいため、振動の影響は受
けにくいメリットがある。なお、地震等の振動による受
光強度，受光位置の変化の影響は、後述の電子回路部に
おける信号処理（信号の時間依存性）によって回避する
ことができる。

【００１５】電子回路部は本発明の複合センサの信頼性
を左右する重要構成部であって、その機能の特徴は、受
光器からの光強度信号と光ビーム位置信号並びにそれら
の時間変化を解析し、センサ情報に変換する点にある。
すなわち、光強度信号の時間変化から、煙感知と侵入感
知を識別する。例えば、光の減衰が２秒以内の瞬断（減
光率１００％）である場合は侵入感知信号を発生させ
る。また、１秒以内の瞬断が複数回連続発生する場合
は、地震等の振動によるものと判断し、侵入感知信号は
発生されない。

【００１６】一方、煙センサとしては、従来の減光式分
離型感知器の規格（火災放置設備に係る技術上の規格を
定める省令、自治省令第１７号（１９８１））を満足す
るものである。すなわち、公称監視距離４５ｍ以下の第
１種規格である、光の減衰が３０秒以内で６５％以上の
減光率である場合に火災信号を発生し、２分間の減光率
が１３．５％以内である場合は火災信号を発生しないよ
うに調整されている。また、光ビーム位置信号の時間変
化から熱感知を行う。本発明の熱感知部はあらかじめ光
ビーム位置の変動量と温度との関係が校正され、差動式
スポット型感知器の感度規格（自治省令第１７号）の第
２種に準拠するものである。すなわち、毎分１５℃以上
の温度上昇率が３分継続する場合に火災信号を発生し、
毎分３℃以下の温度上昇率が１５分以内継続する場合は
火災信号を発生しないように調整されている。

【００１７】以上のように、電子回路部にはタイマ発生
回路と信号蓄積（メモリ）回路，信号解析処理回路が必
須であり、火災感知器としては、いわゆる蓄積機能を有
するものに該当する。電子回路部のこれら機能はワンチ
ップマイクロコンピュータを使用することによって容易
に実現できる。

【００１８】さて、これらセンサが作動した場合、一般
には、有線あるいは無線によって警報信号を遠隔地に送
信することが行われる。本発明は、ホームセキュリティ
を対象としているから、電話機に警報信号を無線で送信
し、公衆電話回線を通じて外部に通報するようにシステ
ムを組むことができる。この場合、上述の電子回路部に
無線通報回路を併設し、合成音声音で異常の種別が分か
るように音声通報するシステムが好ましい。無線通報方
式としては、例えば、コードレス電話機で用いられてい
る信号伝送方式を該無線通報回路に適用すれば、既存の
コードレス親電話機を介してあらかじめ定められた電話
番号に音声通報することができる。

【００１９】別の変形例としては、電子回路部にスピー
カあるいはランプを接続させ、周辺の人々に合成音声音
あるいは光で異常を知らせることも可能である。

【００２０】

【実施例】以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等制限するものではない。

【００２１】図１は本発明の赤外線ビーム方式による複
合センサの一実施例を説明する回路ブロックの概略図、
図２は感熱受光器の断面図、図３は本発明の複合センサ
の配置例を説明する斜観図である。

【００２２】図１において、点線で囲んだ部分は受光部
の１次元リニアセンサ１００、二点鎖線で囲んだ部分は
電子回路部２００である。１次元リニアセンサ１００の
光強度検出部１０１、光ビーム位置検出部１０２からの
信号は、電子回路部２００の増幅器２０１で所定の感度
に増幅され、ＡＤ変換器２０２でディジタル信号に変換
された後、電子回路部２００のワンチップマイコン３０
０に入力される。５００は複合センサ全体を示す。な
お、増幅器２０１には図には示さなかったが外部から感
度を微調整することができる。

【００２３】電子回路部２００は破線で囲んだ、増幅器
２０１，ＡＤ変換器２０２，８ｂｉｔのワンチップマイ
コン３００と音声合成回路２１０，無線通報回路２２
０，アンテナ２３０，自動ダイヤル先設定用のＤＩＰス
イッチ２４０，電源回路２５０から構成されている。ワ
ンチップマイコン３００は光強度変化率解析部３０１，
光ビーム位置変化率解析部３０２，ＲＡＭ３０３，ＲＯ
Ｍ３０４，タイマ３０５，煙感知信号発生部３０６，侵
入感知信号発生部３０７，熱感知信号発生部３０８から
構成されている。

【００２４】ワンチップマイコン３００は、例えば、８
ｂｉｔマイコン８０５１（インテル社製）が用いられ
る。該マイコンの動作に関わる光強度変化率解析部３０
１は光強度減衰率の時間依存性から、煙感知あるいは侵
入感知を判断する部分である。光ビーム位置変化率解析
部３０２はその時間依存性から熱感知を判断する部分で
ある。光強度並びにビーム位置の時間依存性を解析する
ために、ＲＯＭ３０４のアルゴリズムに従って入力信号
は、ＲＡＭ３０３に一旦蓄えられ、タイマ３０５からの
時間情報を参照しながら処理され、異常が検知された場
合はＩ／Ｏポート（煙感知信号発生部３０６，侵入感知
信号発生部３０７，熱感知信号発生部３０８）に出力さ
れる。

【００２５】火災に関する判断のアルゴリズムは、上述
の自治省令第１７号（１９８１）に準拠しており、ＲＯ
Ｍ３０４に記憶されている。一方、侵入感知は光の瞬断
時間間隔で判断されるようになっており、時間間隔は外
部調節器（図には表示されていない）で微調整できるよ
うになっている。従って、設置環境に併せて調節可能で
あるから、地震や外部振動が大きな場所に設置する場合
に都合がよい。

【００２６】煙感知信号発生部３０６，侵入感知信号発
生部３０７，熱感知信号発生部３０８から送出された信
号は、音声合成回路２１０で各センサに対応して音声変
換されるので、音声によって侵入異常，火災（煙，熱）
の種類を知ることができる。無線通報回路２２０はコー
ドレス電話伝送方式の無線インタフェースを内蔵してお
り、コードレス子機電話機の感覚でアンテナ２３０から
外部にセンサ情報を通報するようになっている。すなわ
ち、センサ異常時はＤＩＰスイッチ２４０で設定された
電話番号に、既存のコードレス親電話機を介して自動ダ
イヤルされる。なお、電源回路２５０は１次元リニアセ
ンサ１００，電子回路部２００への電源供給のためのも
のである。

【００２７】図２の感熱受光器４００を備えた複合セン
サ５００において、入射光線は固定ミラー４０１，可動
ミラー４０２で反射され、１次元リニアセンサ１００に
入射する。可動ミラー４０２は左側が高膨張金属４０３
（ａ）、右側が低膨張金属４０３（ｂ）が張り合わされ
たバイメタル４０３に取り付けられているから、温度上
昇とともに該可動ミラー４０２は右側にお辞儀する形
で、紙面に垂直な軸の周りに回転微動（１軸）する。従
って、１次元リニアセンサ１００への入射光線の位置が
温度によって変化することになり、入射位置から温度を
知ることができる。１次元リニアセンサ１００の出力
は、前述のように信号処理され、熱感知信号が発生され
ることになる。

【００２８】感熱受光器４００は、図２の構成から明ら
かなように、アナログ型検出器であって、あらかじめ温
度校正を行っておけば、光ビーム位置から環境温度を知
ることができる。しかし、前述の信号処理をしなけれ
ば、火災による温度上昇かどうかは判断できない。

【００２９】図３は本発明の複合センサ５００の配置の
一例を説明する斜観図であって、家庭の１室内の防犯，
防災機能を１本の赤外線ビームと受光器で実現してい
る。半導体レーザ１からの近赤外線ビームは室内の窓際
に設置され、固定ミラー２−１，固定ミラー２−２によ
って天井に誘導され、複合センサ５００に達する。半導
体レーザは出力１ｍＷ，波長７８０ｎｍであって、固定
ミラー２−１との間の侵入感知光路３が侵入者によって
遮られ、例えば、光の減衰が２秒以内の瞬断（減光率１
００％）であるかどうかが電子回路部２００で解析さ
れ、侵入感知信号が発出される。なお、４は煙感知光路
を示す。瞬段は地震等の振動によって光軸が大幅にずれ
る場合にも生じる恐れがある。従って、電子回路部２０
０では瞬断の反復の有無をチェックし、反復する場合は
地震と判定され、侵入感知信号は発出されないようにな
っている。

【００３０】複合センサ５００中の感熱受光器４００は
前述の図２で説明した構造であり、設置場所の温度が自
治省令第１７号（１９８１）に準拠する形で変化する場
合に電子回路部２００で熱感知信号が発出される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線ビ
ーム方式による複合センサは、光源からの赤外線ビーム
の検知対象の変化に基づく受光赤外線強度情報を得る光
強度検出部と、前記赤外線ビームの前記検知対象とは異
なる検知対象の変化に基づく受光赤外線位置情報を得る
光ビーム位置検出部とを備えたので、１本の赤外線ビー
ムの光量変化，位置変化を測定することで、侵入セン
サ，煙センサ，熱センサの３機能を同時に達成できるか
ら、広いエリアをカバーすることができ経済的なセキュ
リティセンサシステムを簡単に構築することができる。
火災センサの問題点は、誤動作並びに非火災報である。
本発明の複合センサの場合、誤動作の原因となる接点を
使用していないため信頼性が高い。煙センサと熱センサ
を複合しているから、各々のセンサの欠点をカバーする
ことができ、非火災報を減少させることができる。ま
た、アナログ型センサであるため、段階的な警報の発令
が可能であり、非火災報の減少に有利である。例えば、
光強度，光ビーム位置情報を時々刻々無線等の方法で遠
隔地に送信するようにシステムを構成すれば、いずれか
のセンサの異常通報があった場合、他のセンサ情報を調
べることによって正確な判断をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す回路ブロック図
である。

【図２】本発明の他の実施例の構成を示す回路ブロック
図と感熱受光器を断面で示した図である。

【図３】本発明の複合センサの配置例を説明する斜視図
である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２−１ 固定ミラー ２−２ 固定ミラー ３ 侵入感知光路 ４ 煙感知光路 １００ １次元リニアセンサ １０１ 光強度検出部 １０２ 光ビーム位置検出部 ２００ 電子回路部 ３００ ワンチップマイコン ３０１ 光強度変化率解析部 ３０２ 光ビーム位置変化率解析部 ３０６ 煙感知信号発生部 ３０７ 侵入感知信号発生部 ３０８ 熱感知信号発生部 ４００ 感熱受光器 ４０１ 固定ミラー ４０２ 可動ミラー ４０３ バイメタル ５００ 複合センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を放射する光源と、その赤外線を
   受光する受光器からなる赤外線監視装置の前記受光器に
   用いるセンサであって、前記光源からの赤外線ビームの
   検知対象の変化に基づく受光赤外線強度情報を得る光強
   度検出部と、前記赤外線ビームの前記検知対象とは異な
   る検知対象の変化に基づく受光赤外線位置情報を得る光
   ビーム位置検出部とを備えたことを特徴とする赤外線ビ
   ーム方式による複合センサ。
2. 【請求項２】光強度検出部で得られる受光赤外線強度情
   報の時間変化率の大小によって侵入者と煙の識別を行う
   光強度変化率解析部を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の赤外線ビーム方式による複合センサ。
3. 【請求項３】 光ビーム位置検出部は、火災時の熱によ
   る温度変化によって一軸方向に微動する反射鏡によって
   受光位置が変化されることを特徴とする請求項１記載の
   赤外線ビーム方式による複合センサ。