(57)【要約】【課題】受光部に外乱光が入射することで発生する直流成分の影響を抑制することにより、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略できる煙感知器を提供する。【解決手段】電流電圧変換回路２は、入力端子Ｔｉｎから入力される入力電流Ｉｉｎが流れる経路を形成する誘導性のインピーダンス素子Ｚ１を有し、インピーダンス素子Ｚ１を通して入力電流Ｉｉｎが流れることにより発生するインピーダンス素子Ｚ１の両端電圧に相当する電圧を、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子Ｔｏｕｔから取り出すように構成される。インピーダンス素子Ｚ１は誘導リアクタンスを持ち、低周波側において高周波側よりも低インピーダンスとなる周波数特性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知空間に向けてパルス状の光を出力する発光部と、発光部からの直接光は入射せず検知空間内に流入した煙により拡散反射された発光部からの光が入射する位置に配置され、光を受光して電流に変換する受光部と、受光部から入力端子に入力される入力電流を当該入力電流の変動に応じて電圧値が変動する出力電圧に変換して出力端子から出力する電流電圧変換回路と、前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部とを備え、電流電圧変換回路は、入力端子に接続されることで前記入力電流を流す電流経路を形成する誘導性のインピーダンス素子を具備し、当該インピーダンス素子の両端電圧に相当する電圧を前記出力電圧として出力することを特徴とする煙感知器。
【請求項２】
前記インピーダンス素子はインダクタからなることを特徴とする請求項１記載の煙感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災時に発生する煙を感知し発報する煙感知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の煙感知器Ａとして、図４（ａ）に示すようにハウジング２０内に検知空間を有し、この検知空間に向けて間欠的に光を出力するＬＥＤ（発光部）５と、ＬＥＤ５からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換するフォトダイオード（受光部）ＰＤとを備えたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、ＬＥＤ５からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることによりフォトダイオードＰＤでのＬＥＤ５からの光の受光量が増加し、フォトダイオードＰＤから出力される電流量が増加する。
【０００３】
ＬＥＤ５およびフォトダイオードＰＤは、ＬＥＤ５の前方に配置された投光レンズ２３およびフォトダイオードＰＤの前方に配置された受光レンズ２４と共に光学ブロック２５を構成する。ハウジング２０は、下面に開口部が形成され当該開口部に向けてＬＥＤ５からの光が出射されるように光学ブロック２５を収納したボディ２６と、上面開口の有底円筒状であってボディ２６の開口部を覆うようにボディ２６に結合されるカバー２７とを備えている。カバー２７の周壁には煙を取り込むための開口窓が形成されており、カバー２７内に前記検知空間が形成される。ここでカバー２７内には、検知空間への虫の侵入を防止する防虫網２８、および検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１が検知空間を包囲するように配置される。ラビリンス２１は、蛍光灯や白熱灯などからの様々な外乱光の入射を防止するとともに、検知空間内に煙がない状態でＬＥＤ５の光がフォトダイオードＰＤに入射することを防止するために入り組んだ光路を持つ複雑な構造を採用している。
【０００４】
この種の煙感知器Ａにおいては、図４（ｂ）に示すように、ハウジング２０内に収納された回路ブロック１に、フォトダイオードＰＤからの入力電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）２が設けられている。さらに、電流電圧変換回路２の出力電圧を増幅回路１２とフィルタ回路１３とを通して判定処理部である発報判定回路１４に入力し、前記出力電圧の変化量が所定の火災判定レベルを超えると発報回路１５（ブザー等）で発報するように構成されている。なお、回路ブロック１には、各回路に電源供給する電源回路１６と、他の発報手段等を連動させる連動回路１７と、ＬＥＤ５と直列接続されたトランジスタＴｒ１（図５参照）を含みＬＥＤ５を周期的にパルス発光させるＬＥＤ駆動回路１８とが設けられている。
【０００５】
ここで用いられる電流電圧変換回路２は、たとえば図５に示すように演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ２を接続してなる変換部８を有し、この反転入力端子に入力電流Ｉｉｎが入力されると、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔｏｕｔに出力するように構成される。図５の例では、非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加されているので、変換抵抗Ｒ２の抵抗値をｒ２とすれば出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ−（Ｉｉｎ×ｒ２）で表される。要するに電流電圧変換回路２は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔを動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。
【０００６】
また、近年では、設置が簡単であることから、電池を電源とした煙感知器Ａの需要が増えている。電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、煙感知器Ａの平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るため、煙感知器Ａを間欠駆動させる必要がある。この場合には、図６（ａ）に示す電流電圧変換回路２への電源供給も間欠的に行われることとなる。そのため、ＬＥＤ５は図６（ｂ）のように電流電圧変換回路２への電源供給が行われている間にパルス状の光を出力する。ここで、検知空間に煙が流入してフォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光すると、図６（ｃ）に実線で示すように電流電圧変換回路２の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶは大きくなり図中の火災判定レベルに達することとなる。一方、検知空間に煙がなければ、図６（ｃ）に破線で示すように出力電圧の変化量ΔＶは小さくなり、火災判定レベルに達することはない。
【０００７】
ところで、図５のような電流電圧変換回路２では、図７（ａ）に示すように演算増幅器ＯＰ２のダイナミックレンジが、演算増幅器ＯＰ２の電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に規定されており、上述した出力電圧Ｖｏｕｔはこのダイナミックレンジの範囲内で変動する。そのため、入力電流Ｉｉｎがある大きさ以上になると出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう。
【０００８】
たとえば上述した煙感知器Ａにおいては、ラビリンス２１を設けてあるものの、検知空間を外部から完全には遮断することはできないので、フォトダイオードＰＤに対して僅かながら外乱光が入射することがある。通常、外乱光は時間的変動が小さく、フォトダイオードＰＤがこの外乱光を受光することによりフォトダイオードＰＤからは時間的変動の小さい電流（以下、「直流成分」という）が出力されることになる。そして、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分がある大きさ以上になると、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和する可能性がある。特に、上述のように電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、演算増幅器ＯＰ２の電源電圧が低く演算増幅器ＯＰ２のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しやすい。
【０００９】
すなわち、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていなければ、図７（ａ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点は基準電圧Ｖｓとなるから、入力電流Ｉｉｎの変動があれば出力電圧Ｖｏｕｔもこの変動に追従して変動するが、これに対して、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていると、図７（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し、入力電流Ｉｉｎが増加した場合に出力電圧Ｖｏｕｔが途中で飽和してしまう可能性がある。特に、直流成分が大きく、図７（ｃ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点がグランドＧＮＤ付近にまで低下している場合には、入力電流Ｉｉｎの変動によらず出力電圧Ｖｏｕｔが飽和状態にあり、入力電流Ｉｉｎの増加を出力電圧Ｖｏｕｔが追従することはない。
【００１０】
たとえば変換抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２を１ＭΩ、基準電圧Ｖｓを１Ｖとすると、入力電流Ｉｉｎが１μＡで変換抵抗Ｒ２の両端間の電圧降下は１Ｖとなり、その結果、電流電圧変換回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖとなって飽和する。この状態では、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からの光を受光して電流電圧変換回路２にパルス状の入力電流Ｉｉｎが入力されても、電流電圧変換回路２の出力電圧Ｖｏｕｔは飽和しているからこれ以上変動することはなく、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶが火災判定レベルに達することなく失報となる可能性がある。
【００１１】
そこで、電流電圧変換回路２として、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合に、出力端子Ｔｏｕｔと入力端子Ｔｉｎとの間にフィードバックをかけて前記直流成分による出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を抑制できるようにしたものが提案されている。
【００１２】
この電流電圧変換回路２は、上述した変換部８に加えて、図８に示すように変換部８の出力電圧Ｖｏｕｔを受けて出力電圧Ｖｏｕｔの積分値成分に相当する積分電圧Ｖｄｃを出力する積分回路９と、積分回路９の出力と変換部８の入力端子Ｔｉｎとの間に挿入された分流用抵抗Ｒ１とを備える。これにより、積分電圧Ｖｄｃの大きさに応じた電流を入力電流Ｉｉｎから引き抜いて分流用抵抗Ｒ１に流すことにより、出力電圧Ｖｏｕｔへの積分値成分の影響を抑制することができるので、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合には、この直流成分が入力電流Ｉｉｎから減算されることによって、出力電圧Ｖｏｕｔへの直流成分の影響を抑制できる。
【００１３】
この電流電圧変換回路２において、分流用抵抗Ｒ１に流れる電流の大きさは、分流用抵抗Ｒ１の両端間の電位差と分流用抵抗Ｒ１の抵抗値とで決まる。分流用抵抗Ｒ１の両端間の電位差は、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分の大きさに応じて変化するので、変換部８の出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Ｉｉｎに含まれている場合には、分流用抵抗Ｒ１の両端間の電位差も飽和することとなり、それ以上の電流を分流用抵抗Ｒ１に流すことができなくなる。このときの電流が、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限となる。
【００１４】
ただし、上述した煙感知器Ａではラビリンス２１により検知空間への外乱光の入射が防止されているので、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が前記上限を超えるほど強い外乱光がフォトダイオードＰＤで受光されることはなく、上記構成の電流電圧変換回路２を採用すれば出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を十分防止することができる。
【特許文献１】特許第２７８３９４５号公報（第１−２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述した構成の電流電圧変換回路２では、万一、前記上限を超えた直流成分を含む入力電流Ｉｉｎが入力されると、図７（ｂ）、（ｃ）に示したように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性がある。分流用抵抗Ｒ１として抵抗値の小さいものを用いれば、分流用抵抗Ｒ１により多くの電流を引き抜くことで、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を広げることができるが、分流用抵抗Ｒ１自体の熱雑音が大きくなる。分流用抵抗Ｒ１の熱雑音が大きくなれば、電流電圧変換回路２の入力換算ノイズも大きくなるため、当該ノイズと検出対象である信号成分との比であるＳＮ比が低下するという問題があるので、分流用抵抗Ｒ１の抵抗値はある程度大きく設定せざるを得ない。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性が残ることとなり、たとえば以下の問題を生じる。
【００１６】
すなわち、上述した煙感知器Ａにおいては、検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１の構造が複雑であり、ラビリンス２１の製造にかかるコストが煙感知器Ａ全体の低コスト化の妨げとなっているので、ラビリンス２１の構造を極力簡素化、あるいはラビリンス２１自体を省略することで、煙感知器Ａの低コスト化を図ることが要望されている。しかし、ラビリンス２１を簡素化あるいは省略すると、フォトダイオードＰＤで受光される外乱光が強くなり、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を超え、結果的に、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまうことがある。
【００１７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、受光部に外乱光が入射することで発生する直流成分の影響を抑制することにより、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することができる煙感知器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、検知空間に向けてパルス状の光を出力する発光部と、発光部からの直接光は入射せず検知空間内に流入した煙により拡散反射された発光部からの光が入射する位置に配置され、光を受光して電流に変換する受光部と、受光部から入力端子に入力される入力電流を当該入力電流の変動に応じて電圧値が変動する出力電圧に変換して出力端子から出力する電流電圧変換回路と、前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部とを備え、電流電圧変換回路が、入力端子に接続されることで前記入力電流を流す電流経路を形成する誘導性のインピーダンス素子を具備し、当該インピーダンス素子の両端電圧に相当する電圧を前記出力電圧として出力することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電流電圧変換回路は、入力端子に接続されることで前記入力電流を流す電流経路を形成する誘導性のインピーダンス素子を具備し、当該インピーダンス素子の両端電圧に相当する電圧を前記出力電圧として出力するので、入力電流に直流成分が含まれていても、インピーダンス素子の両端電圧への前記直流成分の影響を抑制することができる。これに対して、受光部が発光部からの光を受光したときに生じるパルス状の検出信号に関しては、インピーダンス素子での電圧降下が生じるため、インピーダンス素子の両端電圧として現れることとなり、出力電圧として取り出すことができる。したがって、受光部で受光される外乱光が強く入力電流に含まれる直流成分が比較的大きい場合でも、電圧電流変換回路の出力端子に生じる出力電圧への前記直流成分の影響を抑制することができる。その結果、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することが可能になる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インピーダンス素子がインダクタからなることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、インピーダンス素子がインダクタという一般的な部品からなるので、専用の部品を設計、製造する場合に比べてインピーダンス素子にかかるコストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、直流成分を含む入力電流がインピーダンス素子に流れたとしても、当該直流成分の出力電圧への影響は抑制されるため、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態の煙感知器Ａは、図４に示した従来構成と同様にハウジング２０内に検知空間を有し、この検知空間に向けて間欠的にパルス状の光を出力する発光部と、発光部からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換する受光部と、受光部からの入力電流に基づいて検知空間内の煙を検知する回路ブロック１とを備えている。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、発光部からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることにより受光部での発光部からの光の受光量が増加し、受光部から出力される電流量が増加する。ここで例示する煙感知器Ａは電池を電源としており、平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るために間欠駆動する。
【００２４】
本実施形態の回路ブロック１は、図１に示すように、受光部としてのフォトダイオードＰＤから入力される入力電流Ｉｉｎを当該入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧に変換して出力する電流電圧変換回路２と、電流電圧変換回路２の出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定処理部としての発報判定回路３と、火災発生を報知する発報回路（ブザー等）４とを備えている。すなわち、検知空間内の煙濃度が高くなれば、発光部としてのＬＥＤ５がパルス状の光を出力することによる出力電圧の変動量が大きくなるので、発報判定回路３では当該変動量を所定の閾値と比較し、前記変動量が閾値を超えると検知空間内の煙有り（火災と判断できる煙濃度に達している）と判定し、発報回路４から火災発生を報知する。なお、電流電圧変換回路２の後段に電圧増幅回路（図示せず）を設け、電流電圧変換回路２の出力電圧を電圧増幅回路で増幅してから発報判定回路３に入力するようにしてもよい。
【００２５】
ここにおいて、電流電圧変換回路２は、図１に示すように入力端子Ｔｉｎとなる演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子Ｔｏｕｔとなる演算増幅器ＯＰ１の出力端子との間にインピーダンス素子Ｚ１が接続され、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に直流電圧Ｅ１が印加された構成を有する。電流電圧変換回路２の入力端子ＴｉｎにはフォトダイオードＰＤが接続されており、フォトダイオードＰＤから電流電圧変換回路２に入力電流Ｉｉｎが流れ込む。この構成では、入力端子Ｔｉｎから入力電流Ｉｉｎが入力されると、当該入力電流Ｉｉｎはインピーダンス素子Ｚ１を通して出力端子Ｔｏｕｔに流れる。このとき、インピーダンス素子Ｚ１にて電圧降下が生じると、インピーダンス素子Ｚ１の両端間に電圧が発生することとなる。
【００２６】
そのため、出力端子Ｔｏｕｔには、直流電圧Ｅ１からインピーダンス素子Ｚ１の両端電圧を減算した電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。要するに、電流電圧変換回路２は、フォトダイオードＰＤが光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値（直流電圧Ｅ１）を動作点として、インピーダンス素子Ｚ１の両端電圧の変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。
【００２７】
ところで、インピーダンス素子Ｚ１は誘導リアクタンスを持ち、図２のように低周波側において高周波側よりも低インピーダンスとなる周波数特性を有する。本実施形態においては、上述したような周波数特性を有するインピーダンス素子Ｚ１としてインダクタを用いている。なお、インダクタ以外の素子であっても、同様の周波数特性を有する素子であればインピーダンス素子Ｚ１として用いることは可能であるが、インダクタのように一般的に普及している部品を用いることにより、専用の部品を用いる場合に比べて設計・製造にかかるコストを低く抑えることができるという利点がある。また、インピーダンス素子Ｚ１全体として誘導性であればよく、誘導リアクタンスを持つインダクタの他に抵抗やコンデンサ等を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
以上説明した構成によれば、入力電流Ｉｉｎのうち低周波成分に関しては、インピーダンス素子Ｚ１を通過する際に電圧降下を殆ど生じないので、出力電圧Ｖｏｕｔに殆ど現れない。これに対し、入力電流Ｉｉｎのうち高周波成分に関しては、インピーダンス素子Ｚ１を通過する際に比較的大きな電圧降下を生じるので、出力電圧Ｖｏｕｔとして取り出すことが可能である。したがって、フォトダイオードＰＤに対して外乱光が入射することにより、直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力端子Ｔｉｎに入力されている場合でも、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分については出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制できる。一方、入力電流Ｉｉｎのうち、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ５からのパルス状の光を受光することにより発生するパルス状の検出信号に関しては、出力電圧Ｖｏｕｔとして取り出すことができる。
【００２９】
すなわち、発報判定回路３は、直流成分の影響を除いた入力電流Ｉｉｎの大きさに基づいて検知空間内の煙の有無を判定することができるので、フォトダイオードＰＤに入射する外乱光の強度が比較的大きく大きな直流成分を含んだ入力電流Ｉｉｎが入力された場合でも、当該外乱光の影響を受けて失報を生じることを防止できるという効果がある。その結果、フォトダイオードＰＤへの外乱光の入射を防止する手段（図４（ａ）のラビリンス２１）を簡素化し、図３に示すように煙感知器Ａの薄型化等を図ることが可能となる。図３の煙感知器Ａは、ハウジング２０の前方（ハウジング２０を天井に取り付けた場合の下方）を検知空間として、フォトダイオードＰＤがこの検知空間に流入する煙で拡散反射したＬＥＤ５からの光を受光することで煙を感知する。
【００３０】
なお、上記実施形態では、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに電流電圧変換回路２の入力端子Ｔｉｎに対して入力電流Ｉｉｎが流れ込む構成を前提として説明したが、入力端子Ｔｉｎに対する入力電流Ｉｉｎの向きを逆向きとし、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに入力端子Ｔｉｎから入力電流Ｉｉｎが流れ出す構成（つまり、入力端子Ｔｉｎに負の入力電流Ｉｉｎが入力される構成）を前提としてもよい。この場合、電流電圧変換回路２がインピーダンス素子Ｚ１に流れる電流の供給源として機能する。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、受光部としてフォトダイオードＰＤを例示したが、この例に限るものではなく、たとえばＣｄＳやサーミスタなどの素子を受光部に用いることもできる。すなわち、本発明の煙感知器Ａは、フォトダイオードＰＤのように自ら光起電力を生じる素子だけでなく、ＣｄＳやサーミスタのように自ら光起電力を生じない受動素子からなる受光部にも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す概略回路図である。
【図２】同上に用いるインピーダンス素子の周波数特性を示す説明図である。
【図３】同上の煙感知器を示す斜視図である。
【図４】従来の煙感知器を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は回路ブロックのブロックである。
【図５】同上の電流電圧変換回路を示す概略回路図である。
【図６】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図７】同上の出力電圧を示す説明図である。
【図８】他の従来例を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００３３】
２  電流電圧変換回路
３  発報判定回路（判定処理部）
５  ＬＥＤ（発光部）
Ａ  煙感知器
Ｉｉｎ  入力電流
ＯＰ１  演算増幅器
ＰＤ  フォトダイオード（受光部）
Ｔｉｎ  入力端子
Ｔｏｕｔ  出力端子
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｚ１  インピーダンス素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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