JPWO2013001966A1 - 散乱光式煙検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】散乱光式煙検出装置1は、外部から遮光された遮光領域内に設けられ、外部から煙粒子が流入する検煙空間20と、検煙空間20に向けて検出光を発光する発光器30と、発光器30から発光された検出光が検煙空間20に流入した煙粒子により散乱されることで生じる散乱光を受光する受光器40とを備える散乱光式煙検出装置において、発光器30から発光され検煙空間20を通過した検出光の一部又は全部を、所定領域または遮光領域外に透過しつつ導光することで、遮光領域内における内乱光を抑止する内乱光抑止手段を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る散乱光式煙検出装置は、外部から遮光された遮光領域内に設けられる空間であって外部から煙粒子が流入する検煙空間と、検煙空間に向けて検出光を発光する発光器と、検煙空間に流入した煙粒子により検出光が散乱されることで生じる散乱光を受光する受光器とを備え、受光器の受光信号出力に基づいて煙を検出する。
次に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について説明する。なお、以下の各実施の形態では、散乱光式煙検出装置を煙感知器に適用した場合を例に挙げて説明する。
まず、実施の形態1について説明する。実施の形態1は、発光器から発光され検煙空間を通過した検出光をレンズにより集光し、所定領域に設けられた光減衰構造に入射させることで、当該入射させた光を光減衰構造に導いて減衰させる形態である。
最初に、実施の形態1に係る散乱光式煙検出装置の構成について説明する。図1は実施の形態1に係る散乱光式煙検出装置を適用した煙感知器を例示した図であり、図1(a)は煙感知器の外観を示す正面図、図1(b)は図1(a)に示した煙感知器の内部構造を透視状態で概略的に示す側面図である。図1に示すように、散乱光式煙検出装置1は、煙感知器2の筐体3内部に収容されている。
ここで本体10は、ベース板(底板)11、遮光部材12、及び、図示しないカバー板(天板)を備えている。ベース板11とカバー板とは相互に略平行となるように配置され、ベース板11とカバー板との間に遮光部材12が配置される。これらのベース板11、遮光部材12、及び、カバー板を含んで構成される遮光構造によって囲まれた領域は、外部から遮光された遮光領域である。例えば図2に示すように、遮光領域の外部から内部に外部光を直接あるいは低次反射(例えば1次反射や2次反射)で入射させないように、曲がり部を有する遮光部材12を組み合わせることで、遮光領域の外部から内部に煙粒子が流入する流入路が形成されると共に、遮光領域を当該遮光領域の外部から遮光するための遮光構造の一部が形成されている。なお、遮光部材12は、ベース板11またはカバー板に固定されている。
検煙空間20は、外部から遮光された遮光領域内に設けられ、外部から煙粒子が流入する空間であって、有効な煙検出信号となる散乱光が生じうる空間である。煙粒子は、各遮光部材12の間の空間を通過して、遮光領域の外部から検煙空間20へと流入する。
発光器30は、検煙空間20に向け検出光を間欠的に発光して射出する。この発光器30は、遮光領域の内部において、当該発光器30の光軸が当該遮光領域の中央近傍で受光器40の有効視野光軸と交差するように配置されている。ここで、発光器30の光軸とは、検出光の伝播方向に沿う光束中心軸を意味する。この発光器30は、例えばLED(Light Emitting Diode)30aを光源とし、LED30aから発光された検出光を、レンズ30bやアパーチャー30cを用いて所定の光束に絞った上で、検煙空間20に向けて射出する。
受光器40は、発光器30から射出された検出光が検煙空間20に流入した煙粒子により散乱されることで生じる散乱光を発光器30の発光タイミングに同期して受光し、受光した散乱光の光量に応じた電気信号(煙検出信号)を出力する。この受光器40は、遮光領域の内部において、当該受光器40の受光軸が当該遮光領域の中央近傍で発光器30の光軸と交差するように配置されている。光軸の交差部分近傍が検煙空間20となる。この受光器40としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
レンズ50は、図2に示すように、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光を集光し、当該集光した光を所定領域(図2では光減衰構造60が設けられている領域)に射出する。これにより、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光が所定領域に透過しつつ導光される。このレンズ50は、検煙空間20と遮光部材12との間において、当該レンズ50の光軸が発光器30の光軸と一致するように配置されている。なお、レンズ50が、検煙空間20を通過しない検出光(検煙空間の外側を伝播してきた検出光)を集光するようにしてもよい。
光減衰構造60は、所定領域(図2では遮光部材12が設けられている領域の一部)に設けられるものであって、レンズ50から射出された光が入射され、当該入射された光を減衰させる。図3は、レンズ50及び光減衰構造60の内部構成を概略的に示した斜視図である(一部を破断して示す)。例えば図2及び図3に示すように、光減衰構造60は略直方体の箱状に形成されている。この光減衰構造60の各面を構成する各板のうちレンズ50と対向する板(入射板61と呼ぶ)の面が当該入射板61の中央近傍においてレンズ50の光軸と略直交するように、光減衰構造60が所定領域に配置されている。また、光減衰構造60の内部には、入射板61に平行に仕切板62が設けられている。また、入射板61と仕切板62の中央近傍には、レンズ50の光軸を中心とする開口61a、62aが設けられている。これらの各開口61a、62aは、レンズ50から射出された光を通過させることが可能な程度の径を有している。また、これらの開口61a、62aは、それぞれ、レンズ50から射出された光の進行方向に沿って径が拡大するように形成されている。さらに、レンズ50から射出され、入射板61の開口61aと仕切板62の開口62aを通過した光が照射される減衰板63が設けられており、この減衰板63がレンズ50に対向する面(照射面63aと呼ぶ)は、断面が鋸型となるように形成されている。この光減衰構造60と、上記のレンズ50とを組み合わせることにより、遮光領域内における内乱光を抑止する内乱光抑止手段が構成される。
次に、上記のように構成された散乱光式煙検出装置1の作用について説明する。図2に示すように、発光器30から射出された検出光は、検煙空間20を通過し、レンズ50に入射する。レンズ50に入射した検出光は、レンズ50により集光され、光減衰構造60の入射板61に設けられた開口61aから光減衰構造60の内部に入射する。光減衰構造60の内部に入射した光の一部は、仕切板62に設けられた開口62aを通過して照射面63aに到達し、当該照射面63aで反射される。また、光減衰構造60の内部に入射した光の一部は、仕切板62に反射され、さらに入射板61と仕切板62との間の領域で反射を繰り返しつつ減衰していく。ここで、照射面63aは断面が鋸型に形成されているので、照射面63aに到達した光の大半は仕切板62の開口62aの方向には反射されず、鋸型の溝内や仕切板62の開口62a以外の部分と減衰板63との間の空間を囲う壁面に向かって反射され、その後も仕切板62と減衰板63の照射面63aとの間の領域で反射を繰り返しつつ減衰していく。また、仕切板62と照射面63aとの間の領域で反射された光の一部が仕切板62の開口62aを通過しても、入射板61の開口61aを通過する光は更にその一部であり、且つ、仕切板62と照射面63aとの間の領域で反射されることで光の強度は減衰していることから、光減衰構造60の内部から外部に射出される光は極めて微弱なものとなる。しかも、開口61aおよび開口62aを通過逆進する光線は概ね発光器30へ戻る方向の成分に限られる。すなわち、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光の大部分は光減衰構造60に吸収され、遮光領域における内乱光となることがないので、受光器40に入射する内乱光が低減される。
このように実施の形態1によれば、内乱光抑止手段が、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光を、所定領域に透過しつつ導光することで、遮光領域内における内乱光を抑止するので、検煙空間20を通過した検出光がベース板11、遮光部材12、カバー板等に反射されて内乱光となることを抑止することができ、S/N比を向上させることができる。
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態2は、発光器から発光され検煙空間を通過した検出光をレンズ50により集光し、所定領域に設けられた光排出構造に入射させることで、当該入射させた光を遮光領域外に排出させる形態である。なお、実施の形態2の構成は、特記する場合を除いて、実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
最初に、実施の形態2に係る散乱光式煙検出装置1の構成について説明する。図4は、実施の形態2に係る散乱光式煙検出装置1について図2と同様の断面を示す断面図である。この図4に示すように、散乱光式煙検出装置1は、実施の形態1における光減衰構造60に代えて、光排出構造70を備えている。
光排出構造70は、所定領域(図4では遮光部材12が設けられている領域の一部)に設けられるものであって、レンズ50からの光が入射され、当該入射された光を遮光領域外に排出させると共に、遮光領域を外部から遮光する。図5は、レンズ50及び光排出構造70の構成を概略的に示した斜視図である。例えば図4及び図5に示すように、光排出構造70は遮光部材12に遮光板71を組み合わせることで構成されている。遮光板71は、その板面がレンズ50の光軸と略直交するように、レンズ50と遮光部材12との間に配置されている。この遮光板71の中央近傍には、レンズ50の光軸を中心とする開口71aが設けられている。この開口71aは、レンズ50からの光を通過させることが可能な程度の径を有している。また、レンズ50及び開口71aを通過した光が、相互に隣接する遮光部材12の間に入射するように、各遮光部材12が配置されている。この光排出構造70と、上記のレンズ50とを組み合わせることにより、遮光領域内における内乱光を抑止する内乱光抑止手段が構成される。図4において遮光板71の背後側に位置する2つの遮光部材12は、開口71aを通過した光の大半を遮光領域外へ向けて反射するように形成されて配置される。ここで、この2つの遮光部材12によって遮光領域の内側へ向けて反射される成分が存在しても、そのほとんどは遮光板71で遮られ、開口71aを通過して逆進する成分は僅かであり、しかも、開口71aの厚み(遮光板71の厚み)によっても通過する方向成分が制限されるので、逆進成分はレンズ50を経て発光器30側へ戻る。このため他の遮光部材12等で更に反射されて受光器40へ入射することはほとんど無い。
次に、上記のように構成された散乱光式煙検出装置1の作用について説明する。図4に示すように、発光器30から射出された検出光は、検煙空間20を通過し、レンズ50に入射する。レンズ50に入射した検出光は、レンズ50により集光され、光排出構造70の遮光板71に設けられた開口71aから、相互に隣接する遮光部材12間の空間に入射する。相互に隣接する遮光部材12間の空間に入射した光は、これら遮光部材12の表面で反射を繰り返しつつ減衰し、その一部は遮光領域の外部へと排出される。また、相互に隣接する遮光部材12間の空間に入射した光の一部が、これらの遮光部材12によって遮光領域の内部に向かう方向に反射されたとしても、遮光板71の開口71aを通過する光は更にその一部であり、且つ、遮光部材12の表面で反射されることで光の強度は減衰していることから、遮光板71の開口71aを通過して遮光領域の内部に再び入射する光は極めて微弱なものとなる。すなわち、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光の大部分は光排出構造70によって遮光領域の外部へと排出され、あるいは光排出構造70に吸収され、遮光領域における内乱光となることがないので、受光器40に入射する内乱光が低減される。また、これら遮光部材12により遮光領域は外部から遮光される。
このように実施の形態2によれば、内乱光抑止手段が、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光を、レンズ50を介して遮光領域外に透過しつつ導光することで、遮光領域内における内乱光を抑止するので、検煙空間20を通過した検出光がベース板11、他の遮光部材12、カバー板等に反射されて内乱光となることを抑止することができ、S/N比を向上させることができる。
最後に、実施の形態3について説明する。実施の形態3は、発光器から発光され検煙空間を通過した検出光が一方の端面に入射され、当該入射された光を当該一方の端面から他方の端面に導光し、当該導光した光を当該他方の端面から遮光領域内の所定領域に射出するプリズムを備えた形態である。なお、実施の形態3の構成は、特記する場合を除いて、実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
まず、実施の形態3に係る散乱光式煙検出装置1の構成について説明する。図6は、実施の形態3に係る散乱光式煙検出装置1について図2と同様の断面を示す断面図である。この図6に示すように、散乱光式煙検出装置1は、実施の形態1におけるレンズ50に代えて、プリズム80を備えている。
プリズム80は、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光が一方の端面に入射され、当該入射された光を当該一方の端面から他方の端面に透過導光し、当該導光した光を当該他方の端面から所定領域に射出する。これにより、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光が所定領域に導光される。図7は、図6に示した散乱光式煙検出装置1のB−B’断面を示す縦断面図である。この図7に示すように、プリズム80は側断面がL字形となるように形成され、ベース板11を貫通するように配置されている。このプリズム80の一方の端面(入射面81と呼ぶ)は、検煙空間20を挟んで発光器30と対向するように配置され、当該入射面81の中央近傍において発光器30の光軸と略直交するように形成されている。また、入射面81から入射した光がプリズム80の内部を導光されて射出される他方の端面(射出面82と呼ぶ)は、本体10の外側(図7ではベース板11の下側)において、ベース板11と略平行となるように形成されている。また、射出面82は、プリズム80内を導光された光を集光して光減衰構造60に射出するレンズ面として形成されている。
図7に示すように、光減衰構造60は、本体10の外側において、この光減衰構造60の入射板61の板面が当該入射板61の中央近傍においてプリズム80の射出面82の光軸と略直交するように配置されている。また、光減衰構造60の内部には、プリズム80の射出面82の光軸と略直交する仕切板62が設けられている。また、入射板61と仕切板62の中央近傍にはそれぞれ、プリズム80の射出面82の光軸を中心とする開口61a、62aが設けられている。これらの開口61a、62aは、プリズム80の射出面82から射出された光を通過させることが可能な程度の径を有している。さらに、プリズム80の射出面82から射出され、入射板61の開口61aと仕切板62の開口62aを通過した光が照射される減衰板63の照射面63aは、断面が鋸型となるように形成されている。この光減衰構造60と、上記のプリズム80とを組み合わせることにより、遮光領域内における内乱光を抑止する内乱光抑止手段が構成される。
次に、上記のように構成された散乱光式煙検出装置1の作用について説明する。図7に示すように、発光器30から射出された検出光は、検煙空間20を通過し、プリズム80の入射面81に入射する。プリズム80の入射面81に入射した検出光は、プリズム80の内部を入射面81から射出面82に導光され、当該射出面82に形成したレンズにより集光されて光減衰構造60の入射板61に設けられた開口61aから光減衰構造60の内部に入射する。光減衰構造60の内部に入射した光は、仕切板62に設けられた開口62aを通過して照射面63aに到達し、当該照射面63aで反射される。ここで、照射面63aは断面が鋸型に形成されているので、照射面63aに到達した光の大半は仕切板62の開口62aの方向には反射されず、鋸型の溝内や仕切板62の開口62a以外の部分と減衰板63との間の空間を囲う壁面に向かって反射され、その後も仕切板62と減衰板63の照射面63aとの間の領域で反射を繰り返しつつ減衰していく。また、仕切板62と照射面63aとの間の領域で反射された光の一部が仕切板62の開口62aを通過しても、入射板61の開口61aを通過する光は更にその一部であり、且つ、仕切板62と照射面63aとの間の領域で反射されることで光の強度は減衰していることから、入射板61の開口61aから光減衰構造60の外部に射出される光は極めて微弱なものとなる。しかも、開口61aおよび開口62aを通過逆進する光線は概ねプリズム80を介して発光器30へ戻る方向の成分に限られる。すなわち、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光の大部分は光減衰構造60に吸収され、遮光領域における内乱光となることがないので、受光器40に入射する内乱光が低減される。
このように実施の形態3によれば、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光がプリズム80の入射面81に入射され、当該入射された光が入射面81から射出面82に導光され、当該導光された光が射出面82から所定領域に射出されるので、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光を確実に光減衰構造60に入射させることができ、検煙空間20を通過した検出光がベース板11、遮光部材12、カバー板等に反射されて内乱光となることを確実に抑止することができる。
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
上述の実施の形態1及び2では、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光が全てレンズ50に入射する場合を例として説明したが、図8に示すように、レンズ50が、発光器30から射出され検煙空間20を通過した検出光の一部を集光し、当該集光した光を所定領域(図8では光減衰構造60が設けられている領域)に射出するようにしてもよい。すなわち例えば、レンズ50の外径を、レンズ50への入射位置における検出光の光束の外径よりも小さくすることで、検出光の一部がレンズ50に入射しないようにしてもよい。この場合、レンズ50に入射しない検出光の一部は、ベース板11、遮光部材12、又は、カバー板により反射されて内乱光となる。このように、検煙空間20を通過した検出光の一部を意図的に内乱光とすることで、受光器40の検出出力の0点レベルを所定値とすることができる。0点レベルは高すぎるとS/N比を低下させ、低すぎると発光器30や受光器40の故障(発光不良や受光不良)との識別が困難になり、不安定であると動作も安定しないといった問題が生じうるが、このように0点レベルを所定値に調整することで、S/N比の低下を抑制しつつ、発光器30や受光器40の動作確認等を実施し易くし、動作を安定させることができる。同様に、実施の形態3のようにプリズム80を用いる場合においても、検煙空間20を通過した検出光の一部がプリズム80の入射面81に入射されるようにしてもよい。なお、入射板61の開口61aや仕切板62の開口62aを適当な径に形成し、光減衰構造60から遮光空間に意図的に光を逆進させることによっても、0点レベルを所定値に調整することができる。
上述の実施の形態3では、プリズム80の射出面82から射出された光を光減衰構造60に入射させる場合について説明したが、プリズム80の射出面82から射出された光を光排出構造70に入射させるようにしてもよい。図9は、実施の形態3に係る散乱光式煙検出装置1において、光減衰構造60に代えて光排出構造70を設けた場合を概略的に示す縦断面図である。この図9の例では、実施の形態3で例示したプリズム80に直角プリズムを付加し、ベース板11と平行な方向に光を射出するようにしている。この直角プリズムの射出面82に対向するように、光排出構造70の遮光板71が設けられている。この遮光板71には、プリズム80の射出面82の光軸を中心とする開口71aが設けられている。この開口71aは、プリズム80から射出された光を通過させることが可能な程度の径を有している。更に、散乱光式煙検出装置1の外部と遮光板71との間に、遮光部材13が設けられている。
2 煙感知器
3 筐体
10 本体
11 ベース板
12、13 遮光部材
20 検煙空間
30 発光器
30a LED
30b、50 レンズ
30c アパーチャー
40 受光器
60 光減衰構造
61 入射板
62 仕切板
61a、62a、71a 開口
63 減衰板
63a 照射面
70 光排出構造
71 遮光板
80 プリズム
81 入射面
82 射出面
90 遮光壁
Claims (6)
- 外部から遮光された遮光領域内に設けられ、外部から煙粒子が流入する検煙空間と、
前記検煙空間に向けて検出光を発光する発光器と、
前記発光器から発光された検出光が前記検煙空間に流入した煙粒子により散乱されることで生じる散乱光を受光する受光器と、を備える散乱光式煙検出装置において、
前記発光器から発光され前記検煙空間を通過した検出光の一部又は全部を、所定領域または前記遮光領域外に透過しつつ導光することで、前記遮光領域内における内乱光を抑止する内乱光抑止手段を備えること、
を特徴とする散乱光式煙検出装置。 - 前記内乱光抑止手段は、
前記発光器から発光され前記検煙空間を通過した検出光の一部又は全部を、前記所定領域に透過しつつ導光する導光手段と、
前記所定領域に設けられるものであって、前記導光手段によって導光された光が入射され、当該入射された光を減衰させる光減衰構造と、を備える、
請求項1に記載の散乱光式煙検出装置。 - 前記内乱光抑止手段は、
前記発光器から発光され前記検煙空間を通過した検出光の一部又は全部を、前記所定領域に透過しつつ導光する導光手段と、
前記所定領域に設けられるものであって、前記導光手段によって導光された光が入射され、当該入射された光を前記遮光領域外に排出させると共に、前記遮光領域を外部から遮光する光排出構造と、を備える、
請求項1に記載の散乱光式煙検出装置。 - 前記導光手段は、前記発光器から発光され前記検煙空間を通過した検出光の一部又は全部を集光し、当該集光した光を前記所定領域に射出するレンズである、
請求項2又は3に記載の散乱光式煙検出装置。 - 前記導光手段は、前記発光器から発光され前記検煙空間を通過した検出光の一部又は全部が一方の端面に入射され、当該入射された光を当該一方の端面から他方の端面に導光し、当該導光した光を当該他方の端面から前記所定領域に射出するプリズムである、
請求項2又は3に記載の散乱光式煙検出装置。 - 前記プリズムにおける前記他方の端面を、当該プリズム内を導光された光を集光して前記所定領域に射出するレンズ面とした、
請求項5に記載の散乱光式煙検出装置。
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