JP2016200979A - smoke detector - Google Patents
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Abstract
【課題】チップLEDに使用したプリズムの入射面での反射光量を減少させ、効率よく発光ビームをプリズム内に取り込んで検煙空間に照射可能とする煙感知器を提供する。【解決手段】回路基板22にチップLED24とチップPD26を面実装し、チップLED24からの拡散光を発光側プリズム28により平行光に変換して検煙空間20に照射し、検煙空間20からの煙による散乱光は受光側プリズム30により反射集光してチップPD26に入射する。発光側プリズム28の入射面は光の入射角を小さくする凹曲入射面36、例えば発光点Qを中心とした球面の一部とし、反射面は発光点Qを焦点とした放物反射面38とする。受光側プリズム30の反射面は受光点を焦点とした放物反射面44とし、出射面はチップPD26に光を集光する凹曲出射面46、例えば受光点Rを中心とした球面の一部とする。【選択図】図2The present invention provides a smoke detector that reduces the amount of light reflected on the incident surface of a prism used in a chip LED and efficiently takes a light-emitting beam into the prism to irradiate a smoke detection space. A chip LED 24 and a chip PD 26 are surface-mounted on a circuit board 22, diffused light from the chip LED 24 is converted into parallel light by a light-emitting side prism 28, and irradiated to a smoke detection space 20. Light scattered by the smoke is reflected and collected by the light receiving side prism 30 and enters the chip PD 26. The incident surface of the light emitting side prism 28 is a concavely curved incident surface 36 for reducing the incident angle of light, for example, a part of a spherical surface centered on the light emitting point Q, and the reflecting surface is a parabolic reflecting surface 38 having the light emitting point Q as a focal point. And The reflecting surface of the light receiving side prism 30 is a parabolic reflecting surface 44 with the light receiving point as a focal point, and the exit surface is a concave exit surface 46 that condenses light on the chip PD 26, for example, a part of a spherical surface centered on the light receiving point R And [Selection] Figure 2
Description
本発明は、回路基板に面実装されるチップ形の発光素子を用いた煙感知器に関する。 The present invention relates to a smoke detector using a chip-type light emitting element surface-mounted on a circuit board.
従来の煙感知器に使用される発光素子は、リード線の付いた所謂砲弾形のディスクリートLEDが主流であり、煙感知器内の検煙空間に向けて光ビームを照射し、煙による散乱光を、同じくディスクリート素子として設けたフォトダイオード(PD)により受光することで、火災を検知して発報するようにしている。 The light emitting element used in the conventional smoke detector is a so-called bullet-shaped discrete LED with a lead wire, and irradiates a light beam toward the smoke detection space in the smoke detector, and the scattered light by the smoke. Is received by a photodiode (PD) that is also provided as a discrete element, so that a fire is detected and an alarm is issued.
しかしながら、ディスクリートLEDを発光素子に使用した煙感知器にあっては、ディスクリートLEDを組み込んだ検煙ユニットと回路基板を別々に作っており、回路基板に部品を実装して半田した後に、検煙ユニットのディスクリートLEDのリード線を回路基板に半田付けする作業を必要とし、半田作業が多くなって生産効率が低く、またディスクリートLEDの部品サイズも大きいことから、検煙ユニットも大きくなる問題がある。 However, in smoke detectors that use discrete LEDs as light-emitting elements, smoke detector units incorporating discrete LEDs and circuit boards are made separately. After components are mounted on the circuit boards and soldered, smoke detection is performed. The operation of soldering the discrete LED lead wires of the unit to the circuit board is required, the soldering work is increased, the production efficiency is low, and the component size of the discrete LED is large. .
そこで、回路基板に面実装可能な小型のチップLEDを使用することにより、回路基板を感知器内に組み込んだ後の半田作業を不要とし、生産の効率化を図ることができる。 Therefore, by using a small chip LED that can be surface-mounted on the circuit board, the soldering work after the circuit board is incorporated in the sensor is not required, and the production efficiency can be improved.
このように発光素子にチップLEDを使用すると、発光軸は回路基板の直上を向くため、煙感知器内の検煙空間に向けて光ビームを照射できないので、光軸をプリズムにより曲げることで、検煙空間に向けることが可能となる。 Thus, when the chip LED is used for the light emitting element, since the light emitting axis faces directly above the circuit board, it is not possible to irradiate the light beam toward the smoke detection space in the smoke detector, so by bending the optical axis with a prism, It can be directed to the smoke detection space.
なお、受光素子を回路基板に面実装し、プリズムレンズにより煙による検煙部からの散乱光を入射するようにした煙感知器は知られている(特許文献3)。 A smoke detector is known in which a light receiving element is surface-mounted on a circuit board and scattered light from a smoke detection section is made incident by a prism lens (Patent Document 3).
しかしながら、回路基板に面実装したチップLEDとプリズムを組み合わせた発光部の構造にあっては、チップLEDからは広範囲に拡散するビーム光が照射され、入射角が大きくなるほどビーム光がプリズムの入射面で反射される度合いが増加し、プリズム内に効率的に光を取り込むことはできない問題がある。 However, in the structure of the light emitting unit that combines a chip LED and a prism that are surface-mounted on a circuit board, the chip LED emits a light beam that diffuses over a wide range, and the incident light increases as the incident angle increases. As a result, the degree of reflection is increased, and there is a problem that light cannot be efficiently taken into the prism.
本発明は、チップLEDに使用したプリズムの入射面での反射光量を減少させ、効率よく発光ビームをプリズム内に取り込んで検煙空間に照射可能とする煙感知器を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a smoke detector that reduces the amount of light reflected on the incident surface of a prism used in a chip LED and efficiently takes a light-emitting beam into the prism to irradiate the smoke detection space. .
(煙感知器の発光側構造)
本発明は、煙感知器に於いて、
回路基板の所定位置に面実装されたチップ形の発光素子と、
発光素子から入射した拡散光を平行光に変換して所定の検煙空間に照射する発光側プリズムと、
を備え、
発光側プリズムは、
発光素子からの拡散光が入射する入射面を、平坦な入射面とした場合に対し光の入射角を小さくする凹曲入射面とし、
凹曲入射面から入射した光を内部反射する反射面を、発光素子の発光点を焦点とする放物反射面とし、
発光素子からの拡散光を凹曲入射面から入射して放物反射面によりその軸方向に内部反射し、平坦な出射面から検煙空間に向けて平行光を出射することを特徴とする。
(Light emission side structure of smoke detector)
The present invention provides a smoke detector,
A chip-shaped light emitting element surface-mounted at a predetermined position on the circuit board;
A light emitting side prism that converts diffused light incident from the light emitting element into parallel light and irradiates a predetermined smoke detection space;
With
The light-emitting prism is
When the incident surface on which diffused light from the light emitting element is incident is a flat incident surface, it is a concave incident surface that reduces the incident angle of the light,
The reflecting surface that internally reflects the light incident from the concave incident surface is a parabolic reflecting surface that focuses on the light emitting point of the light emitting element,
The diffused light from the light emitting element is incident from the concave curved incident surface, is internally reflected in the axial direction by the parabolic reflecting surface, and emits parallel light from the flat emitting surface toward the smoke detection space.
(発光側プリズムの凹曲入射面)
発光側プリズムの凹曲入射面を、発光素子の発光点を中心とする球面の一部とする。
(Concave entrance surface of light-emitting prism)
The concave curved incident surface of the light emitting side prism is a part of a spherical surface centered on the light emitting point of the light emitting element.
(受光側構造)
回路基板の他の所定位置に面実装されたチップ形の受光素子と、
検煙空間から入射した煙による散乱光を集光して受光素子に入射する受光側プリズムと、
を備え、
受光側プリズムは、
平坦な入射面を介して検煙空間から入射した煙による散乱光を反射する反射面を、受光素子の受光点を焦点とする放物反射面とし、
放物反射面で内部反射した光を受光素子に照射する出射面を、光を集光する凹曲出射面とし、
検煙空間から入射した散乱光を放物反射面により凹曲出射面に向けて内部反射し、凹曲出射面から出射して受光素子の受光点に集光する。
(Light receiving side structure)
A chip-type light receiving element surface-mounted at another predetermined position on the circuit board;
A light receiving side prism that collects scattered light from the smoke incident from the smoke detection space and enters the light receiving element;
With
The receiving prism is
The reflecting surface that reflects the scattered light from the smoke incident from the smoke detection space through the flat incident surface is a parabolic reflecting surface that focuses on the light receiving point of the light receiving element,
The exit surface that irradiates the light receiving element with the light internally reflected by the parabolic reflection surface is a concave exit surface that collects the light,
Scattered light incident from the smoke detection space is internally reflected by the parabolic reflection surface toward the concave exit surface, and is emitted from the concave exit surface and collected on the light receiving point of the light receiving element.
(受光側プリズムの凹曲出射面)
発光側プリズムの凹曲出射面を、受光素子の受光点を中心とする球面の一部とする。
(Concavity exit surface of the light receiving prism)
The concave exit surface of the light emitting side prism is a part of a spherical surface centered on the light receiving point of the light receiving element.
(発光側プリズムの立体形状)
発光側プリズムを、放物線を軸回りに回転して形成される放物面立体の一部、又は、軸をx軸としてx−y平面上に形成した放物線を、これと直交するz軸方向に平行移動して形成される放物面立体の一部として形成する。
(The three-dimensional shape of the light-emitting prism)
A part of a paraboloid formed by rotating the light-emitting side prism around the axis, or a parabola formed on the xy plane with the axis as the x-axis, in the z-axis direction orthogonal thereto It is formed as a part of a parabolic solid formed by translation.
(受光側プリズムの立体形状)
受光側プリズムを、放物線を軸回りに回転して形成される放物面立体の一部、又は、軸をx軸としてx−y平面上に形成した放物線を、これと直交するz軸方向に平行移動して形成される放物面立体の一部として形成する。
(Three-dimensional shape of the light-receiving prism)
A part of a paraboloid formed by rotating the light receiving side prism about the axis of the parabola, or a parabola formed on the xy plane with the axis as the x axis, in the z-axis direction orthogonal thereto It is formed as a part of a parabolic solid formed by translation.
(チップ形発光素子)
チップ形の発光素子として、発光側プリズムの凹凸入射面の範囲に光を照射するレンズを備えた発光素子とする。
(Chip-type light emitting device)
As the chip-type light emitting element, a light emitting element including a lens that irradiates light to the range of the concave and convex incident surface of the light emitting side prism is used.
本発明の煙感知器によれば、チップ形の発光素子からの光の発光側プリズムの入射面を凹曲入射面として入射角を小さくすることで反射量を低減し、発光素子からの光を効率良くプリズム内に取り込んで検煙空間に照射することで無駄なく利用でき、煙感知器としてのS/N比が向上し、品質を向上可能とする。 According to the smoke detector of the present invention, the amount of reflection is reduced by reducing the incident angle by using the incident surface of the light emitting side prism of the light from the chip-shaped light emitting element as a concave incident surface, and the light from the light emitting element is reduced. Efficiently taking it into the prism and irradiating the smoke detection space allows it to be used without waste, improving the S / N ratio as a smoke detector and improving the quality.
また、発光側プリズムの放物反射面の形状を、放物線をその軸回りに回転した立体形状とするか、軸をx軸としてx−y平面上に形成した放物線を、これと直交するz軸方向に移動した立体形状とすることで、煙空間に合せた光ビームの照射領域が設定でき、煙感知器の小型化や薄型化を可能とし、煙感知器としての設計上の制約を低減可能とする。 In addition, the shape of the parabolic reflecting surface of the light-emitting side prism is a three-dimensional shape obtained by rotating the parabola around its axis, or a parabola formed on the xy plane with the axis as the x-axis, and a z-axis orthogonal thereto By adopting a three-dimensional shape that moves in the direction, the irradiation area of the light beam can be set according to the smoke space, the smoke detector can be reduced in size and thickness, and design restrictions as a smoke detector can be reduced And
また、受光側についても、発光側プリズムの入射面と出射面を入れ替えた同じプリズム構造として回路基板に面実装したチップ形の受光素子に検煙空間からの煙による散乱光を集光して入射することで、検煙空間からの散乱光を効率良く受光素子に入射して、煙感知器としてのS/N比が向上し、品質を向上可能とする。 Also on the light receiving side, the scattered light from the smoke detection space is collected and incident on a chip-type light receiving element that is surface-mounted on the circuit board as the same prism structure with the incident surface and the exit surface of the light emitting side prism interchanged. By doing so, the scattered light from the smoke detection space is efficiently incident on the light receiving element, the S / N ratio as a smoke detector is improved, and the quality can be improved.
また、チップ形の発光素子に、レンズ付きの発光素子を使用することで、発光側プリズムの凹入射面に集光した光ビームを入射し、発光素子からの光を更に効率良くプリズム内に取り込んで無駄なく利用し、煙感知器としてのS/N比が向上し、品質を向上可能とする。 In addition, by using a light-emitting element with a lens as the chip-type light-emitting element, the condensed light beam is incident on the concave incident surface of the light-emitting side prism, and the light from the light-emitting element is taken into the prism more efficiently. The S / N ratio as a smoke detector is improved and the quality can be improved.
[水平方向で光軸を交差した煙感知器の実施形態]
(煙感知器の構造)
図1は水平方向で光軸を交差した検煙構造にチップLEDとプリズムを用いた本発明による煙感知器の実施形態を示した説明図であり、図1(A)に断面を示し、図1(B)に検煙部を下側から見た平面を示す。また、図1(A)は図1(B)のX−P−X断面となる。
[Embodiment of smoke detector crossing optical axis in horizontal direction]
(Structure of smoke detector)
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a smoke detector according to the present invention in which a chip LED and a prism are used in a smoke detection structure crossing the optical axes in the horizontal direction, and FIG. The plane which looked at the smoke detection part from the lower side to 1 (B) is shown. Further, FIG. 1A is an X-X-X cross section of FIG.
図1に示すように、煙感知器10は、感知器カバー12の下側外周に複数の煙流入口14を開口し、内部の検煙空間20に火災による煙を流入可能としている。検煙空間20に対しては、その水平回りに、散乱光式の検煙構造を構成する発光ユニット16と受光ユニット18を配置している。
As shown in FIG. 1, the
発光ユニット16の光軸16aと受光ユニット18の光軸18aは検煙空間20の検煙点Pで交差し、また、発光ユニット16と受光ユニット18が対向しないように、所定の交差角で交差するように配置し、発光ユニット16から検煙空間20に照射した光の煙による散乱光を受光ユニット18に入射して散乱光量を検出するようにしている。
The
検煙空間20の上部には蓋部材32の装着により回路収納部34を形成し、回路収納部34に回路基板22を配置している。回路基板22の発光ユニット16に対応した位置には、チップ形の発光素子として機能するチップLED24を面実装して配置し、また、回路基板22の受光ユニット18に対応した位置には、チップ形の受光素子として機能するチップPD(チップホトダイオード)26を面実装により配置している。
A
回路基板22のチップLED24に対しては発光ユニット16に設けた発光側プリズム28を近接配置し、チップLED24の間欠駆動による光を入射して光ビームを検煙空間20に照射するようにしている。
A light-emitting
回路基板22のチップPD26に対しては受光ユニット18に設けた受光側プリズム30を近接配置し、検煙空間20に存在する煙による散乱光をチップPD26に集光して入射するようにしている。
The light receiving
(検煙構造)
図2は図1の検煙構造を取り出して示した説明図である。図2に示すように、発光側プリズム28は、チップLED24の発光による拡散光を入射する入射面を、平坦な入射面とした場合に対し光の入射角を小さくする凹曲入射面36としており、例えば、凹曲入射面36を、チップLED24の発光点Rを中心とする所定半径の球面の一部としている。また、発光側プリズム28の凹曲入射面36から入射した光を内部反射する反射面を、チップLED24の発光点Qを焦点とする放物面となる放物反射面38としている。
(Smoke detection structure)
FIG. 2 is an explanatory view showing the smoke detection structure of FIG. As shown in FIG. 2, the light-emitting
このような発光側プリズム28の構造により、チップLED24の間欠的な発光駆動による拡散光は、凹曲入射面36からプリズム内に入射し、放物反射面38により放物面の軸方向に内部反射し、平坦な出射面40から検煙空間20に向けて平行光を出射する。
Due to such a structure of the light emitting
受光側プリズム30は、平坦な入射面42を介して検煙空間20から入射した煙による散乱光を反射する反射面を、チップPD26の受光点Rを焦点とする放物面となる放物反射面44としている。また、受光側プリズム30の放物反射面44で内部反射した光をチップPD26に照射する出射面を、光を集光する凹曲出射面46としており、例えば、凹曲出射面46を、チップPD26の受光点Rを中心とする球面の一部としている。
The light receiving
このよう受光側プリズム30の構造により、検煙空間20から入射した煙による散乱光を放物反射面44により凹曲出射面46に向けて内部反射し、凹曲出射面46から出射してチップPD26の受光点Rに集光する。
Due to the structure of the light receiving
(発光側プリズムの機能)
図3はプリズムに入射する光の反射を示した説明図、図4は発光側プリズムの入射面と反射面の形状を変えて光学機能を示した説明図である。
(Function of light-emitting side prism)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing reflection of light incident on the prism, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing optical functions by changing the shapes of the incident surface and the reflective surface of the light-emitting prism.
本実施形態の検煙構造にあっては、図2に示したように、発光側プリズム28の入射面を凹曲入射面36としてチップLED24からの発光ビームのプリズムへの入射角を小さくし、これにより入射面での反射光量を減少させることができ、効率よく発光ビームをプリズム内に取り込むことができる。
In the smoke detection structure of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the incident surface of the light emitting
ここで、図3(A)に示すように、屈折率n1の媒質1(ここでは空気)から、屈折率n2の媒質(プリズムを構成するアクリル樹脂)中に入射する光線を考える。スネルの法則により入射角αと屈折光の角度βとの関係は
n1/n2=sinβ/sinα
となる。
Here, as shown in FIG. 3A, consider a light ray incident from a medium 1 (here, air) having a refractive index n1 into a medium (acrylic resin constituting a prism) having a refractive index n2. According to Snell's law, the relationship between the incident angle α and the angle β of the refracted light is n1 / n2 = sin β / sin α.
It becomes.
光線が入射角αで屈折率n2の媒質に入射するとき、入射面での反射率は偏光面により定まり、P偏光の振幅反射率をRp、S変更の振幅反射率をRsとすると、次式で与えられる。
Rp=tan(α-β)/tan(α+β)
Rs=−sin(α-β)/sin(α+β)
When a light beam is incident on a medium having an incident angle α and a refractive index n2, the reflectance at the incident surface is determined by the polarization plane, and the amplitude reflectance of P-polarized light is Rp and the amplitude reflectance of S change is Rs. Given in.
Rp = tan (α−β) / tan (α + β)
Rs = −sin (α−β) / sin (α + β)
図3(B)のグラフは、入射角αに対する振幅反射率Rpと振幅反射率Rsの変化を示しており、入射角αが大きくなるに従い反射率が大きくなることが示されている。これにより、振幅反射率Rsを見ると、プリズムへの入射角αは略20度を超えると、入射面での反射率が次第に大きくなり、略50度を超えると極端に大きくなって、効率的に発光ビームを利用することができなくなることが分かる。 The graph of FIG. 3B shows changes in the amplitude reflectance Rp and the amplitude reflectance Rs with respect to the incident angle α, and shows that the reflectance increases as the incident angle α increases. As a result, when the amplitude reflectance Rs is seen, when the incident angle α to the prism exceeds approximately 20 degrees, the reflectance at the incident surface gradually increases, and when it exceeds approximately 50 degrees, it becomes extremely large and efficient. It can be seen that the emission beam cannot be used.
即ち、図4(A)に示すように、発光側プリズム28のチップLEDからの光が入射する入射面を、平坦な入射面36aとした場合には、チップLED24からの光が広がる周辺ほど入射角が大きくなり、効率的に発光ビームを利用することができなくなる。
That is, as shown in FIG. 4A, when the incident surface on which light from the chip LED of the light-emitting
そこで、本実施形態にあっては、発光側プリズム28の入射面を凹曲入射面36とし、入射角を小さくすることにより、入射面での反射を減少させ、発光側プリズム28への入射光量を大きくすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the incident surface of the light emitting
より具体的には、図2に示したように、チップLED24の発光部の中心となる発光点Qを中心とした球面の一部を凹曲入射面36とすることが望ましい。チップLED24と発光側プリズム28の配置等により、凹曲入射面36を発光点Qを中心とした球面の一部とすることが困難な場合は、チップLED24からの発光ビームが入射面で略20度を超えないような非球面による凹曲反射面36を形成させる。
More specifically, as shown in FIG. 2, it is desirable that a part of the spherical surface centering on the light emitting point Q, which is the center of the light emitting portion of the
次にチップLED24から凹曲反射面36を介して入射したビームを所望の検煙空間の方向に転向させる発光側プリズム28の反射面を考える。
Next, consider the reflection surface of the light-emitting
図4(B)は発光側プリズム28の反射面を、平坦な反射面38bとした場合であり、チップLED24の発光点Qから出た光ビームは凹曲入射面36を経て平坦な反射面38bに到達する。このとき、光ビームはチップLED24の発光点Qからほぼ放射状に伸びており、平坦な反射面38bにはあらゆる角度で入射し、反射光もまたあらゆる方向に拡散することとなり、効率的に検煙空間に光ビームを照射することができない。
FIG. 4B shows a case where the reflecting surface of the light emitting
そこで本実施形態にあっては、図4(C)に示すように、発光側プリズム28の反射面を、チップLED24の発光点Qを焦点とした放物面の一部を形成する放物反射面38とする。この放物反射面38で反射したビームは、放物線の軸方向に平行に反射され、検煙空間を効率的に照射することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4C, the reflecting surface of the light-emitting
ここで、放物反射面38を形成する放物線は、x−y座標上の原点O(0,0)を頂点として、発光点Q(q,0)を焦点したとき、
y=4qx4
で表される。
Here, the parabola that forms the parabolic reflecting
y = 4qx 4
It is represented by
また、放物反射面38での反射効率を高めたい場合は、反射面にアルミニウム等の反射膜を形成すればよい。アルミニウム膜はメッキや蒸着法により形成することができる。
Further, when it is desired to increase the reflection efficiency on the
図5は放物線を軸(x軸)に直交する方向に移動した立体形状のプリズムとその検煙構造の概略を示した説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of a three-dimensional prism whose parabola is moved in a direction orthogonal to the axis (x-axis) and its smoke detection structure.
図1の実施形態にあっては、検煙空間20に対し水平回りに発光ユニット16と受光ユニット18を配置しており、この場合に使用する発光側プリズム28としては、図4(C)の放物線を軸となるx軸に直交する方向に平行移動することにより、図5(A)に示すように、斜線部を矢印方向(x−y平面に直交するz軸方向)に平行移動した放物線立体として発光側プリズム28を形成する。
In the embodiment of FIG. 1, the
図5(A)のように形成したプリズムを発光側及び受光側に用いることで、図5(B)に示すように、検煙空間20を横方向に広く、縦方向には狭く形成することができ、検煙空間20の高さをH、直径をDとすると、例えば
D×H=60mm×10mm
程度となる薄型の煙感知器が実現できる。
By using the prism formed as shown in FIG. 5A on the light emitting side and the light receiving side, as shown in FIG. 5B, the
A thin smoke detector can be realized.
(受光側の構成)
図2に示した受光側プリズム30は、発光側プリズム28と同じ形状であり、発光側プリズム28の出射面40を入射面42とし、発光側プリズム28の放物反射面38を放物反射面44とし、更に、発光側プリズム28の凹曲入射面36を凹曲出射面46とすればよい。
(Reception side configuration)
The light receiving
図6は受光側プリズムの反射面と出射面の形状を変えて光学機能を示した説明図であり、図4(A)(B)(C)の発光側プリズムに対応して受光側プリズムを図6(A)(B)(C)に示している。 FIG. 6 is an explanatory view showing the optical function by changing the shapes of the reflecting surface and the emitting surface of the light receiving side prism. The light receiving side prism is corresponding to the light emitting side prisms of FIGS. 4 (A), 4 (B), and 4 (C). 6 (A), 6 (B), and 6 (C).
図6(C)に示す本実施形態の受光側プリズム30にあっては、入射面42に入射した検煙空間20の煙からの主な散乱光は、放物反射面44により凹曲出射面46を介してチップPD26に無駄なく落射することができる。これに対し図6(B)に示す受光側プリズム30bの平坦な反射面44bでは、チップPD26から反射光がそれてしまうために効率良く受光させることができない。
In the light receiving
ここで、煙感知器としての信号量は、チップPD26に到達する煙による散乱光線の量により決まる。例えば従来の煙感知器に使用しているディスクリートPDに設けた受光素子チップの大きさが3mm角(縦横3mmの矩形)であれば、その素子面積に比例した信号量が得られ、1.5mm角であれば3mm角の1/4の信号量となる。 Here, the amount of signal as a smoke detector is determined by the amount of scattered light due to the smoke reaching the chip PD26. For example, if the size of a light receiving element chip provided on a discrete PD used in a conventional smoke detector is 3 mm square (rectangular 3 mm in length and width), a signal amount proportional to the element area is obtained, and 1.5 mm If it is a corner, the signal amount is 1/4 of a 3 mm square.
本実施形態は、回路基板22に面実装するチップPDを使用しているため、ディスクリートPDに比べ大きな素子面積をもつチップPD26を使用することができ、受光側プリズム30を例えば6mm角のチップPD26を組み合わせれば、3mm角の素子面積をもつディスクリートPDの4倍の信号量が得られる。
In this embodiment, since the chip PD that is surface-mounted on the
また、受光側プリズム30は、放物反射面44によって反射する光線の方向を限定することができることから、検煙空間20の天井部や床部からの反射光の受光を妨げ、更に、粉塵や結露による影響を排除することができる。
In addition, the light receiving
また、通常、チップPD26の価格は素子面積の大きさに比例して高価となるが、本実施形態にあっては、素子面積の小さなチップPD26を使用できることで、コストダウンが可能となる。
In general, the price of the
このような受光側プリズム30の構造により、回路基板22に面実装したチップPD26に検煙空間20からの煙による散乱光を集光して入射することで、検煙空間20からの散乱光を効率良くチップPD26に入射して、煙感知器としてのS/N比が向上し、品質を向上可能とする。
With such a structure of the light receiving
[垂直方向で光軸を交差した煙感知器の実施形態]
(煙感知器の構造)
図7は垂直方向で光軸を交差した検煙構造にチップLEDとプリズムを用いた本発明による煙感知器の他の実施形態を示した説明図であり、図7(A)に断面を示し、図7(B)に検煙部を下側から見た平面を示す。また、図7(A)は図7(B)のX−P−X断面となる。
[Embodiment of smoke detector crossing optical axis in vertical direction]
(Structure of smoke detector)
FIG. 7 is an explanatory view showing another embodiment of a smoke detector according to the present invention in which a chip LED and a prism are used in a smoke detection structure which intersects the optical axis in the vertical direction, and FIG. FIG. 7B shows a plan view of the smoke detector section viewed from below. FIG. 7A is an X-X-X cross section of FIG.
図7に示すように、煙感知器10は、感知器カバー12の下側外周に複数の煙流入口14を開口し、内部の検煙空間20に火災による煙を流入可能としている。検煙空間20に対しては、その上方に、散乱光式の検煙構造を構成する発光ユニット16と受光ユニット18を配置している。
As shown in FIG. 7, the
発光ユニット16は光軸16aを検煙空間20に対し斜め下向きなるように配置し、また、受光ユニット18も光軸18aを検煙空間20に対し斜め下向きになるように配置しており、両者の光軸16a,18aは検煙空間20の検煙点Pで交差し、また、発光ユニット16と受光ユニット18が対向しないように、所定の交差角で交差するように配置し、発光ユニット16から検煙空間20に照射した光の煙による散乱光を受光ユニット18に入射して散乱光量を検出するようにしている。
The
検煙空間20の上部には蓋部材32の装着により回路収納部34を形成し、回路収納部34に回路基板22を配置している。回路基板22の発光ユニット16に対応した位置には、チップ形の発光素子として機能するチップLED24を面実装して配置し、また、回路基板22の受光ユニット18に対応した位置には、チップ形の受光素子として機能するチップPD26を面実装により配置している。
A
回路基板22のチップLED24に対しては発光ユニット16に設けた発光側プリズム28を近接配置し、チップLED24の間欠駆動による光を入射して光ビームを検煙空間20に照射するようにしている。
A light-emitting
回路基板22のチップPD26に対しては受光ユニット18に設けた受光側プリズム30を近接配置し、検煙空間20に存在する煙による散乱光をチップPD26に集光して入射するようにしている。
The light receiving
(検煙構造)
図8は図7の検煙構造を取り出して示した説明図である。図8に示すように、発光側プリズム28は、チップLED24の発光による拡散光を入射する入射面を凹曲入射面36、例えば、凹曲入射面36を、発光素子の発光点Qを中心とする所定半径の球面の一部としている。また、発光側プリズム28の反射面を、チップLED24の発光点Qを焦点とする放物面となる放物反射面38としている。このような受光側プリズム30を、その平坦な出射面40を検煙空間20が位置する斜め下向きに向けて配置している。発光側プリズム28の機能は図1の実施形態と同じになる。
(Smoke detection structure)
FIG. 8 is an explanatory view showing the smoke detection structure of FIG. As shown in FIG. 8, the light-emitting
受光側プリズム30は、平坦な入射面42を介して検煙空間20から入射した煙による散乱光を反射する反射面を、チップPD26の受光点Rを焦点とする放物面となる放物反射面44とし、また、チップPD26に照射する出射面を凹曲出射面46、例えばチップPD26の受光点Rを中心とする球面の一部としている。このような発光側プリズム28を、その平坦な入射面42を検煙空間20が位置する斜め下向きに向けて配置している。受光側プリズム30の機能は図1の実施形態と同じになる。
The light receiving
図9は放物線を軸回りに回転した立体形状のプリズムとその検煙構造の概略を示した説明図である。 FIG. 9 is an explanatory view showing an outline of a three-dimensional prism rotated around a parabola and its smoke detection structure.
図7の実施形態にあっては、検煙空間20に対し垂直回りに発光ユニット16と受光ユニット18を配置しており、この場合に使用する発光側プリズム28としては、図4(C)に示した放物線を、x軸を軸として回転することにより、図9(A)に示す放物線立体となる発光側プリズム28を形成する。受光側プリズム30も同様に形成する。
In the embodiment of FIG. 7, the
図9(A)のように形成したプリズムを発光側と受光側に用いることで、図9(B)に示すように、検煙空間20を横方向に狭く形成することができ、検煙空間20の高さをH、直径をDとすると、例えば
D×H=40mm×15mm
程度となる小型の煙感知器が実現できる。
By using the prisms formed as shown in FIG. 9A on the light emitting side and the light receiving side, as shown in FIG. 9B, the
A small smoke detector can be realized.
[本発明の変形例]
上記の実施形態は、発光側をチップLEDと発光側プリズムで構成し、受光側を受光側プリズムとチップPDで構成した場合を例にとっているが、発光側をチップLEDと発光側プリズムで構成し、受光側は従来と同じディスクリートPDとしても良い。
[Modification of the present invention]
In the above embodiment, the light emitting side is constituted by a chip LED and a light emitting side prism, and the light receiving side is constituted by a light receiving side prism and a chip PD. However, the light emitting side is constituted by a chip LED and a light emitting side prism. The light receiving side may be the same discrete PD as the conventional one.
また、発光ユニットと受光ユニットの配置は、上記の実施形態に限定されず、散乱光式検煙構造を実現するものであれば、適宜の配置とすることができる。例えば、煙感知器の外部に形成した検煙空間に対し発光ユニットと受光ユニットを配置するような構造であっても良い。 Further, the arrangement of the light emitting unit and the light receiving unit is not limited to the above embodiment, and any arrangement can be adopted as long as it realizes a scattered light type smoke detection structure. For example, a structure in which the light emitting unit and the light receiving unit are arranged in a smoke detection space formed outside the smoke detector may be used.
また、発光側に設けるチップLEDとして、発光側プリズムの凹曲入射面の範囲に光を照射する指向性を持つレンズを備えたチップLEDを使用しても良い。このようなレンズ付きのチップLEDにより、発光側プリズムの凹入射面に集光した光ビームを入射することで、光を更に効率良く受光側プリズム内に取り込んで無駄なく利用可能とする。 Further, as the chip LED provided on the light emitting side, a chip LED provided with a lens having directivity for irradiating light to the range of the concave incident surface of the light emitting side prism may be used. By using such a chip LED with a lens, the condensed light beam is incident on the concave incident surface of the light emitting side prism, so that the light can be more efficiently taken into the light receiving side prism and used without waste.
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, includes appropriate modifications without impairing the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiment.
10:煙感知器
12:感知器カバー
14:煙流入口
16:発光ユニット
16a,18a:光軸
18:受光ユニット
20:検煙空間
22:回路基板
24:チップLED
26:チップPD
28:発光側プリズム
30:受光側プリズム
34:回路収納部
36:凹曲入射面
38,44:放物反射面
40:出射面
42:入射面
46:凹曲出射面
10: Smoke detector 12: Sensor cover 14: Smoke inlet 16:
26: Chip PD
28: Light-emitting side prism 30: Light-receiving side prism 34: Circuit housing portion 36:
Claims (7)
前記LEDチップから入射した拡散光を平行光に変換して所定の検煙空間に照射する発光側プリズムと、
を備え、
前記発光側プリズムは、
前記発光素子からの拡散光が入射する入射面を、平坦な入射面とした場合に対し光の入射角を小さくする凹曲入射面とし、
前記凹曲入射面から入射した光を内部反射する反射面を、前記発光素子の発光点を焦点とする放物反射面とし、
前記発光素子からの拡散光を前記凹曲入射面から入射して前記放物反射面によりその軸方向に内部反射し、平坦な出射面から前記検煙空間に向けて平行光を出射することを特徴とする煙感知器。
A chip-shaped light emitting element surface-mounted at a predetermined position on the circuit board;
A light emitting side prism that converts diffused light incident from the LED chip into parallel light and irradiates a predetermined smoke detection space;
With
The light emitting side prism is
The incident surface on which diffused light from the light emitting element is incident is a concave incident surface that reduces the incident angle of light with respect to a flat incident surface,
A reflecting surface that internally reflects light incident from the concave incident surface is a parabolic reflecting surface that focuses on the light emitting point of the light emitting element,
Diffusing light from the light emitting element is incident from the concave incident surface, internally reflected in the axial direction by the parabolic reflecting surface, and parallel light is emitted from the flat emitting surface toward the smoke detection space. Characteristic smoke detector.
2. The smoke detector according to claim 1, wherein the concave incident surface of the light-emitting side prism is a part of a spherical surface centering on a light emitting point of the light emitting element.
前記回路基板の他の所定位置に面実装されたチップ形の受光素子と、
前記検煙空間から入射した煙による散乱光を集光して前記受光素子に入射する受光側プリズムと、
を備え、
前記受光側プリズムは、
平坦な入射面を介して前記検煙空間から入射した煙による散乱光を反射する反射面を、前記受光素子の受光点を焦点とする放物反射面とし、
前記放物反射面で内部反射した光を前記受光素子に照射する出射面を、光を集光する凹曲出射面とし、
前記検煙空間から入射した散乱光を前記放物反射面により前記凹曲出射面に向けて内部反射し、前記凹曲出射面から出射して前記受光素子の受光点に集光することを特徴とする煙感知器。
The smoke detector according to claim 1, wherein
A chip-shaped light receiving element surface-mounted at another predetermined position of the circuit board;
A light receiving side prism that condenses scattered light from the smoke incident from the smoke detection space and enters the light receiving element;
With
The light receiving side prism is
A reflection surface that reflects scattered light from smoke incident from the smoke detection space through a flat incident surface is a parabolic reflection surface that has a light receiving point of the light receiving element as a focal point,
The exit surface that irradiates the light receiving element with the light internally reflected by the parabolic reflection surface is a concave exit surface that collects the light,
Scattered light incident from the smoke detection space is internally reflected by the parabolic reflection surface toward the concave exit surface, and is emitted from the concave exit surface and condensed on a light receiving point of the light receiving element. A smoke detector.
4. The smoke detector according to claim 3, wherein a concave exit surface of the light receiving side prism is a part of a spherical surface centering on a light receiving point of the light receiving element.
The smoke detector according to claim 1, wherein the light-emitting side prism is formed on a part of a parabolic solid formed by rotating a parabola around an axis, or on an xy plane with an axis as an x-axis. A smoke sensor, wherein a parabola is formed as a part of a parabolic solid formed by translating in a z-axis direction orthogonal thereto.
4. The smoke detector according to claim 3, wherein the light receiving side prism is formed on a part of a parabolic solid formed by rotating a parabola around an axis, or on an xy plane with an axis as an x axis. A smoke sensor, wherein a parabola is formed as a part of a parabolic solid formed by translating in a z-axis direction orthogonal thereto.
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