JPH11248629A - 光散乱式粒子検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迷光を減衰させる能力を低下することなく一
層の小型化を図ることが可能になる光散乱式粒子検知セ
ンサを提供する。 【解決手段】 それぞれ光軸を交差させる形で光学室２
内に配置された投光素子４と受光素子５とを備え、投光
素子４の投光領域と受光素子５の受光領域とが重合する
領域である検知領域イにおける煙や粉塵等の粒子による
投光素子４からの散乱光を受光素子５で受光することに
より粒子を検出する光散乱式粒子検知センサにおいて、
投光素子４又は受光素子５の少なくとも一方と対向する
位置に光トラップＡ、Ｂを設け、投光素子４に対向する
光トラップＢは開口から進むにつれてその先端が受光素
子５に向かうように配し、受光素子５に対向する光トラ
ップＢは開口から進むにつれてその先端が投光素子４に
向かうように配した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉塵や煙草の煙を
検知したり、あるいは光電式煙感知器等において煙粒子
を感知したりするために用いられる光散乱式粒子検知セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の光散乱式粒子検知センサは、そ
れぞれ光軸を交差させる形で光学室内に配置された投光
素子と受光素子とを備え、投光素子の投光領域と受光素
子の受光領域とが重合する領域である検知領域における
煙や粉塵等の粒子による投光素子からの光の散乱光を受
光素子にて受光することにより粒子を検出するものであ
る。光学室を形成するケースは煙や粉塵等の粒子が流入
しやすく外光が入りにくい構造とするため、２重構造と
したり、煙粒子等の流入部をラビリンス構造としたりし
ている。

【０００３】従来のこの種の光散乱式粒子検知センサ
は、投光素子からの光が光学室の内壁によって反射さ
れ、その光が迷光となって受光素子に達し、光学的なＳ
／Ｎ比が悪化するという問題点を有している。

【０００４】そこで、この点を改善した光散乱式粒子検
知センサとして図４に示すようなものがある。この光散
乱式粒子検知センサでは、光学室２内に遮光壁１１を設
け、投光素子４からの光が受光素子５に入るまでに、遮
光壁１１や光学室２の内壁等により囲まれた領域にて複
数回反射される構造をもつようにしている。すなわち、
この光散乱式粒子検知センサでは、反射による光の減衰
を利用し、反射回数を増やすことで迷光のパワーを下げ
ようとしているのである。なお、投光素子４と受光素子
５との間には投光素子４からの光の受光素子５への直接
の回り込みを防止する遮光部１０が設けられている。

【０００５】また、図５に示す光散乱式粒子検知センサ
では、投光素子４の対向面に光学室２の内壁を鋭角とな
すことにより構成した投光側光トラップＢと、受光素子
５の対向面に同様の構成を有する受光側光トラップＡを
設けている。これにより、投光素子４から射出されて投
光側光トラップＢに導かれた光は、内壁に反射しながら
奥へ進むことになるため、迷光のパワーを下げることが
可能になるとともに、一旦導かれた光が投光素子４側へ
戻らないようになっている。同様に、受光側光トラップ
Ａにおいても、導かれた迷光が数回内壁に当たって減衰
するとともに、受光素子５側へ戻らないような構造とな
っている。

【０００６】上述したように、図４及び図５で示した光
散乱式粒子検知センサでは、投光素子４から射出された
光が光学室２の内壁等で反射して受光素子５に入射し測
定精度が悪化することを防止するために、迷光の発生を
抑えることで投光パワーに対する迷光比（迷光パワー／
投光パワー）が微弱になるようにし、煙や粉塵等の粒子
濃度を正確に測定しようとするのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の構成
の光散乱式粒子検知センサでは、迷光の発生を抑えるた
めに、ケース自体の大きさが大きくなってしまうという
問題点を有している。例えば、図４に示す光散乱式粒子
検知センサでは、迷光を多数回反射させて減衰させるた
めに、遮光壁１１や光学室２の内壁に囲まれた領域を大
きくする必要がある。また、図５に示す光散乱式粒子検
知センサにおいても、迷光パワーを十分減衰するために
は、光トラップＡ、Ｂを長くかつ大きく設ける必要があ
る。

【０００８】本発明は、上記の問題点に鑑みて成された
ものであり、その目的とするところは、迷光を減衰させ
る能力を低下することなく一層の小型化を図ることが可
能になる光散乱式粒子検知センサを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
それぞれ光軸を交差させる形で光学室内に配置された投
光素子と受光素子とを備え、投光素子の投光領域と受光
素子の受光領域とが重合する領域である検知領域におけ
る煙や粉塵等の粒子による投光素子からの散乱光を受光
素子で受光することにより粒子を検出する光散乱式粒子
検知センサにおいて、投光素子又は受光素子の少なくと
も一方と対向する位置に光トラップを設け、投光素子に
対向する光トラップは開口から進むにつれてその先端が
受光素子に向かうように配し、受光素子に対向する光ト
ラップは開口から進むにつれてその先端が投光素子に向
かうように配したことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の光
散乱式粒子検知センサについて図１乃至図３に基づき詳
細に説明する。図１は本発明に係る一実施の形態の光散
乱式粒子検知センサの縦断面図である。図２は本発明に
係る一実施の形態の光散乱式粒子検知センサの分解斜視
図である。図３は光散乱式粒子検知センサ内を進行する
光の様子を示す縦断面図である。

【００１１】本実施の形態の光散乱式粒子検知センサで
は、中空の直方型のケース１により光学室２を形成して
いる。ケース１には、光の反射率を下げるとともに、成
型性を考慮して黒色のＡＢＳ樹脂等が用いられる。な
お、アルミ等に黒色アルマイト処理を施したものを用い
ても、反射率を下げることができ、効果的である。

【００１２】ケース１の左上角に投光素子４と投光レン
ズ１７を設け、投光素子４からの投光ビームの光軸が対
角位置にある右下角に向けて射出されるように配置す
る。この投光ビームが通過する範囲を投光領域とする。
ここで投光素子４としては、ＬＥＤや半導体レーザ、固
体レーザ等が用いられる。なお、投光レンズ１７は必ず
しも必要ではないが、本実施の形態の光散乱式粒子検知
センサでは投光素子４から射出される光を集光させ検知
領域イに集中させるために用いている。

【００１３】また、受光素子５と受光レンズ７は、ケー
ス１の右上角に設け、受光素子５から受光レンズ７を通
して見える領域（受光領域）の光軸が対角位置にある左
下角に向くように配置する。受光素子５としては、フォ
トダイオードやフォトトランジスタ等が用いられる。な
お、受光レンズ７は必ずしも必要ではないが、本実施の
形態の光散乱式粒子検知センサでは受光効率をあげるた
めに用いている。

【００１４】投光側のアパーチャ６は、投光素子４の投
光領域の大きさを制御しているほか、迷光の原因となる
投光方向に対して広がる光を除去するために用いられて
いる。また、受光側のアパーチャ９は、受光素子５の受
光領域の大きさを制御するほか、受光素子５の収まる筒
内部に反射した迷光を除去するために用いられている。

【００１５】上述したケース１は、一側面が開口された
矩形箱状で光学室２の一側壁となる面の外面に受光素子
５の出力に応じて適宜信号処理を行う処理回路を構成す
るプリント基板２０が装着されたベース１ａと、このベ
ース１ａの開口に被着されるカバー１ｂとで構成され
る。

【００１６】検知領域イは、投光領域と受光領域とが重
なる領域である。煙草の煙や埃等の粒子は、検知領域イ
に合わせて設けられた流入口３から検知領域イへ流入す
る。なお、この流入口３は煙や埃等の粒子を光学室２内
に流入する目的で設けられているので、検知領域イのす
ぐ下にある必要はなく、別の位置に設けるようにしても
よい。

【００１７】投光素子４から出た光は投光レンズ１７を
通して検知領域イに入り、検知領域イ内に存在する粒子
に当たった光が散乱し、散乱光の一部が受光素子５に入
る。この流入口３から検知領域イに入る粒子の数が多い
ほど散乱光量が増えるため、受光素子５の受光量も増え
ることになる。従って、受光量を計測することにより、
粒子の数（煙濃度）を計測することができるのである。

【００１８】本実施の形態の光散乱式粒子検知センサで
は、迷光を除去する目的から、投光素子４から射出され
る投光ビームの光軸上で、検知領域イから見て投光素子
４と反対側に光トラップＢを設けている。また、受光素
子５に入射する受光ビームの光軸上で、検知領域イから
見て受光素子５と反対側に光トラップＡを設けている。
光トラップＢは光軸上に開口があり、ケース１の内側を
回り込むように受光素子５側へ光トラップＢの先端が折
り返されている。同様に、光トラップＡは光軸上に開口
があり、ケース１の内側を回り込むように投光素子４側
へ光とラップＡの先端が折り返されている。

【００１９】この折り返しを行わなかった場合や折り返
しを投光素子４や受光素子５から遠い側に成した場合、
光トラップＡ、Ｂを収納するためにケース１が非常に大
きくなってしまうことになる。しかし、本実施の形態の
ように、投光素子４や受光素子５側に光トラップＡ、Ｂ
の先端を折り返すことにより、光トラップＡ、Ｂの長さ
や大きさを変更することなくケース１内に光トラップＢ
を収納することができるのである。これにより、迷光を
減衰する能力を低下させることなく小型の光散乱式粒子
検知センサを構成することが可能になる。

【００２０】なお、本実施の形態の光散乱式粒子検知セ
ンサでは、投光素子４から射出される投光ビームの光軸
上で、検知領域イからみて投光素子４と反対側に、筒状
で投光ビームを捕捉する開口を有し開口径が徐々に小さ
くなる部分（以下、投光側第１の光トラップＢ１と記載
する）を設け、その先端を受光素子５側に折り返した構
成としている（以下、この折り返し部分を投光側第２の
光トラップＢ２と記載する）。投光側第１の光トラップ
Ｂ１の開口の大きさは、投光素子４から射出した光が全
て投光側第１の光トラップＢ１に入るのに十分な大きさ
を開けておく。また、投光側第１の光トラップＢ１に侵
入した光が反射を経て投光側第２の光トラップＢ２に導
かれるように、投光素子４の光軸と投光側第１の光トラ
ップＢ１とが交わる壁面は曲面により成されている。ま
た、受光素子５へ入射する受光領域の光軸上で、検知領
域イから見て受光素子５と反対側に投光素子４の対面に
配したものと同様の形状を有する光トラップＡを設けて
いる。

【００２１】なお、上述した光トラップＡ、Ｂの形状は
一例であり、ケース１を小型化するとともに入射した光
が減衰される形状を有するものであれば、第１の光トラ
ップＡ１、Ｂ１、第２の光トラップＡ２、Ｂ２及び折り
返し部分の形状は上述のものに限られるものではない。

【００２２】従来の光散乱式粒子検知センサにおいて、
迷光を抑えるために光トラップＡ、Ｂを大きくする必要
から、小型化と迷光の減少とは両立し得ない問題であっ
た。しかし、本実施の形態の光散乱式粒子検知センサに
よれば、光学室２内の従来は何も設置されていない空間
（デッドスペース）に光トラップＡ、Ｂの一部又は全部
を納めるようにしたので光学室２内の空間利用効率を向
上し、迷光を減衰させる効果を低下させることなく小型
化を達成することができるのである。

【００２３】なお、この種の光散乱式粒子検知センサで
は、埃が光学室２内の内壁に溜まり易く、埃に反射する
ことにより生ずる迷光が問題となる。ところが、本実施
の形態では、埃が最も溜まり易い光トラップＡ、Ｂの先
端部が、第２の光トラップＡ２、Ｂ２として折り返され
ているので、従来のものに比べて光軸上に埃が溜まりに
くく、埃に伴って発生する迷光を低減することが可能に
なるという効果を有している。また、光トラップＡ、Ｂ
内の投光軸上に埃が生じたとしても、最も散乱光パワー
の強い正反射成分は光トラップＡ、Ｂの奥に反射される
ため、やはり埃による迷光の影響を抑えることが可能に
なる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明にあ
っては、それぞれ光軸を交差させる形で光学室内に配置
された投光素子と受光素子とを備え、投光素子の投光領
域と受光素子の受光領域とが重合する領域である検知領
域における煙や粉塵等の粒子による投光素子からの散乱
光を受光素子で受光することにより粒子を検出する光散
乱式粒子検知センサにおいて、投光素子又は受光素子の
少なくとも一方と対向する位置に光トラップを設け、投
光素子に対向する光トラップは開口から進むにつれてそ
の先端が受光素子に向かうように配し、受光素子に対向
する光トラップは開口から進むにつれてその先端が投光
素子に向かうように配したので、光トラップの先端を光
学室内のデッドスペースに配置することで空間の利用効
率を向上させることができるため、迷光を減衰させる能
力を低下することなく一層の小型化を図ることが可能に
なる光散乱式粒子検知センサを提供することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第２の実施の形態の光散乱式粒子
検知センサの縦断面図である。

【図２】本発明に係る第２の実施の形態の光散乱式粒子
検知センサの分解斜視図である。

【図３】光散乱式粒子検知センサ内を進行する光の様子
を示す縦断面図である。

【図４】従来の光散乱式粒子検知センサの縦断面図であ
る。

【図５】従来の他の光散乱式粒子検知センサの縦断面図
である。

【符号の説明】

１ ケース ２ 光学室 ４ 投光素子 ５ 受光素子 Ａ 受光側光トラップ Ｂ 投光側光トラップ Ａ１ 受光側第１の光トラップ Ａ２ 受光側第２の光トラップ Ｂ１ 投光側第１の光トラップ Ｂ２ 投光側第２の光トラップ イ 検知領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 豊 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ光軸を交差させる形で光学室内
   に配置された投光素子と受光素子とを備え、投光素子の
   投光領域と受光素子の受光領域とが重合する領域である
   検知領域における煙や粉塵等の粒子による投光素子から
   の散乱光を受光素子で受光することにより粒子を検出す
   る光散乱式粒子検知センサにおいて、投光素子又は受光
   素子の少なくとも一方と対向する位置に光トラップを設
   け、投光素子に対向する光トラップは開口から進むにつ
   れてその先端が受光素子に向かうように配し、受光素子
   に対向する光トラップは開口から進むにつれてその先端
   が投光素子に向かうように配したことを特徴とする光散
   乱式粒子検知センサ。