(57)【特許請求の範囲】
【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出センサにおいて、中空の直方型のケースにより光学室を形成し、ケースの隣り合う角部に投光素子と受光素子とを配設し、投光素子及び受光素子の両方と対向する位置各々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ケースの内側を回り込むようにして、折り返し部分によって折り返されて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ケースの内側を回り込むようにして、折り返し部分によって折り返されて投光素子に向かうように配し、折り返し部分は、ケースにおける投光素子に対向する角部、及び受光素子に対向する角部にそれぞれ位置するように配されるとともに、投光素子の光軸、及び受光素子の光軸と交わる壁面がそれぞれ曲面で成されたことを特徴とする光散乱式粒子検知センサ。
【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、中空の直方型のケースにより光学室を形成し、ケースの隣り合う角部に投光素子と受光素子とを配設し、投光素子及び受光素子の両方と対向する位置各々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ケースの内側を回り込むようにして、折り返し部分によって折り返されて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ケースの内側を回り込むようにして、折り返し部分によって折り返されて投光素子に向かうように配し、折り返し部分は、ケースにおける投光素子に対向する角部、及び受光素子に対向する角部にそれぞれ位置するように配されるとともに、投光素子の光軸、及び受光素子の光軸と交わる壁面がそれぞれ曲面で成され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側へ光トラップ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、この折り返された先端を投光側第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出センサにおいて、中空の直方型のケースにより光学室を形成し、ケースの隣り合う角部に投光素子と受光素子とを配設し、投光素子及び受光素子の両方と対向する位置各々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ケースの内側を回り込むように折り返されて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ケースの内側を回り込むように折り返されて投光素子に向かうように配し、両光トラップの先端を光学室内のデッドスペースに配置したので、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出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】  本発明に係る一実施の形態の光散乱式粒子検出センサの縦断面図である。
【図２】  本発明に係る一実施の形態の光散乱式粒子検出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
【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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