CN106404618A - 粒子检测传感器 - Google Patents
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Abstract
提供一种粒子检测传感器，即使是加热方式也能够容易地实现小型化以及高效化。该粒子检测传感器具备：投光元件(10)；受光元件(20)，接受来自投光元件(10)的光由检测区域中的气体中的粒子散射而产生的散射光；加热装置(30)；以及将散射光导入到受光元件(20)的反射体(40)，反射体(40)具有：至少一部分被配置在检测区域与受光元件(20)之间的区域的第一椭圆形部(41e)，并且其内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分；以及第一圆形部(41c)，被配置在当以检测区域为基准时的与受光元件(20)侧相反的一侧的区域，并且其内表面形状构成球体的球面的一部分，第一椭圆形部(41e)被形成为，使旋转椭圆体的焦点F11位于检测区域内，并且使旋转椭圆体的焦点F12位于受光元件(20)的附近，第一圆形部(41c)被形成为，使球体的中心位于检测区域内。
Description
技术领域
本发明涉及粒子检测传感器。
背景技术
作为以往的粒子检测传感器有已知的光散射式粒子检测传感器，对空气中悬浮的粒子(气溶胶)通过该粒子的散射光来检测。
这种光散射式粒子检测传感器具备投光元件和受光元件，通过针对吸入的测量对象的气体照射投光元件的光，从而产生粒子的散射光，以检测在气体中是否包含有粒子(专利文献1)。通过这种光散射式粒子检测传感器，例如能够检测空气中悬浮的尘埃、花粉、烟雾、PM2.5(微小粒子状物质)等粒子。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1日本特开平11-248629号公报
近些年为了能够检测出粒径更小的微粒子，而希望粒子检测传感器具有更高的效率，例如考虑到的方法是，通过风扇产生气流，并将大量的粒子吸入到粒子检测传感器内来实现高效化。
但是，若设置风扇，则会导致粒子检测传感器全体的成本增高，且粒子检测传感器也会大型化。因此，为了实现小型化以及低成本化而提出了采用加热器电阻(电阻加热)等加热装置的加热方式的粒子检测传感器。在加热方式的粒子检测传感器中，通过加热装置来产生上升气流，并高效地吸入空气，从而检测空气中包含的粒子的大小以及粒子的有无。
具体而言，通过使空气透过由投光元件的光照射的区域(检测区域)，从而投光元件的光在粒子产生反射并产生散射光，通过在受光元件接受散射光来检测粒子。在这种情况下，例如含有粒子的空气经由通路被导入到检测区域，但是从粒子的检测效率的观点来看，最好是最大限地减少空气经由的通路的压力损失。尤其是在检测区域(光散射部)的附近则希望通路的压力损失小。在这种情况下，例如通过使通路的截面积(内径)增大，从而能够减少通路的压力损失。然而，若使通路的截面积增大，则会导致粒子检测传感器的大型化。
并且也考虑到如下的方法，即：设置反射体(镜子)，使粒子的散射光由该反射体反射，并在受光元件进行聚光，从而提高检测效率。但是，需要考虑空气经由的通路以及投光元件射出的光的光路等，在检测区域(光散射部)附近设置用于将粒子的散射光导入到受光元件的具有所希望的形状的反射体是非常困难的。因此，在以往的粒子检测传感器，即使采用反射体也不能充分地提高检测效率。
这样，在以往的粒子检测传感器，在采用了使用加热装置的加热方式的情况下，则难于兼顾小型化与高效化。
发明内容
本发明鉴于上述的课题，目的在于提供一种粒子检测传感器，即使在使用了加热装置的加热方式的情况下，也能够容易地使小型化与高效化均得以实现。
为了达成上述的目的，本发明所涉及的粒子检测传感器的一个方式为，该粒子检测传感器具备：投光元件；受光元件，接受散射光，该散射光是来自所述投光元件的光由检测区域中的气体中的粒子散射而产生的光；加热装置，对所述气体进行加热；以及反射体，对所述散射光进行反射，从而将该散射光导入到所述受光元件，所述反射体具有：第一椭圆形部，该第一椭圆形部的至少一部分被配置在所述检测区域与所述受光元件之间的区域，并且，该第一椭圆形部的内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分；以及第一圆形部，该第一圆形部被配置的区域是，在以所述检测区域为基准时，与所述受光元件侧相反一侧的区域，并且，该第一圆形部的内表面形状构成球体的球面的一部分，所述第一椭圆形部被形成为，使第一焦点位于所述检测区域内，使第二焦点位于所述受光元件的附近，所述第一焦点是构成所述旋转椭圆体的椭圆的两个焦点中的一方的焦点，所述第二焦点是所述两个焦点中的另一方的焦点，所述第一圆形部被形成为，构成所述球体的圆的中心位于所述检测区域内。
通过本发明，即使是使用了加热装置的加热方式的粒子检测传感器，也能够容易地使小型化与高效化均得以实现。
附图说明
图1是在模式上示出实施方式1所涉及的粒子检测传感器的概略构成的截面图。
图2是用于说明在XZ平面上的实施方式1所涉及的粒子检测传感器的光学系统的图。
图3是用于说明在XY平面上的实施方式1所涉及的粒子检测传感器的光学系统的图。
图4是用于说明实施方式1所涉及的粒子检测传感器中的反射体的效果的图。
图5是用于说明在XZ平面上的实施方式2所涉及的粒子检测传感器的光学系统的图。
图6是用于说明在XY平面上的实施方式2所涉及的粒子检测传感器的光学系统的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下将要说明的实施方式均为本发明的一个优选的具体例子。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等均为一个例子，主旨并非是对本发明进行限定。因此，对于以下的实施方式的构成要素中示出本发明的最上位概念的计数方案中所没有记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。
并且，各个图为模式图，并非严谨的图示。并且，在各个图中，对于实质上相同的构成赋予相同的符号，并省略或简化重复的说明。
并且，在本说明书以及附图中，X轴、Y轴以及Z轴表示三维正交坐标系中的三轴，将Z轴方向视为铅直方向，将与Z轴垂直的方向(与XY平面平行的方向)视为水平方向。
(实施方式1)
首先，利用图1对实施方式1所涉及的粒子检测传感器1进行说明。图1是在模式上示出实施方式1所涉及的粒子检测传感器1的概略构成的截面图。
如图1所示，粒子检测传感器1是具备投光元件10以及受光元件20的光电式传感器，使来自投光元件10的光由检测区域DA中的粒子散射而成的散射光，在受光元件20受光，从而对空气中包含的粒子进行检测。
本实施方式中的粒子检测传感器1除了投光元件10以及受光元件20以外，还具备加热装置30、反射体40、以及框体50。投光元件10、受光元件20、加热装置30以及反射体40被配置在框体50内。在本实施方式中，投光元件10以及受光元件20以各自的光轴能够在检测区域DA交叉的方式而被配置在框体50内。
检测区域DA是气溶胶检测区域(气溶胶测定部)，是用于对测量对象的气体中包含的粒子(气溶胶)进行检测的区域。检测区域DA是通过空气中包含的粒子而产生散射光的光散射部。即，在检测区域DA，从投光元件10射出的光在空气中包含的粒子发生反射，从而产生散射光。在本实施方式中，检测区域DA成为包括投光元件10的光轴与受光元件20的轴交叉的交点的区域，被设定在设置于框体50的通路51内。检测区域DA例如是
通路51是为了对气体(空气等)中的粒子进行测定而使导入到框体50内的气体流通的气体流通区域。并且，通路51是使气体(空气等)与气体中包含的粒子一起流通的粒子通路。
通路51是包括检测区域DA的空间区域，例如是周围由框体50的内表面(内壁)围起的大致圆筒状或大致角筒状的筒状空间区域。在本实施方式中，通路51是从空气导入孔52朝向空气排出孔53的呈直线状的通路。测量对象的气体从空气导入孔52被导入到通路51，经由检测区域DA从空气排出孔53排出。
投光元件10是发出规定的波长的光的光源(发光部)，例如是发出红外光、蓝色光、绿色光、红色光或紫外线光的发光元件。作为投光元件10例如能够采用LED或半导体激光等固体发光元件，但并非受此所限。并且，投光元件10也可以被构成为，发出两个波长以上的混合波。在本实施方式中，投光元件10的光轴被设定成，例如通过检测区域DA。
并且，投光元件10的发光波长越短，则越容易检测出粒径小的粒子。并且，投光元件10的发光控制方式没有特殊的限定，从投光元件10射出的光能够成为由DC驱动的连续光或脉冲光等。并且，投光元件10的输出的大小也可以在时间上发生变化。
受光元件20是受光部，接受由检测区域DA中的气体中的粒子散射的来自投光元件10的光的散射光。受光元件20例如是将接受的光转换为电信号的元件，例如是光电二极管、光电IC二极管、光感晶体管、或高电子倍增管等。
加热装置30是对气体(空气)进行加热的加热器。加热装置30作为气流产生装置来发挥作用，产生用于促进通路51内流动的气体的行进的气流。即，通过采用加热装置30对气体进行加热，从而能够容易地将包含粒子的气体导入到检测区域DA。加热装置30例如是能够廉价获得的加热器电阻。
在本实施方式中，加热装置30被配置在通路51内。即，加热装置30对通路51内的空气进行加热。并且，加热装置30被配置在检测区域DA的铅直下方。据此，在加热装置30为加热器电阻的情况下，在向加热器电阻施加电压时，因加热器电阻发热，从而加热器电阻的周围空气被加热，密度减小，并且，向与重力相反的方向的铅直上方移动。即，在通过加热装置30而通路51内的空气被加热时，产生铅直向上的气流(上升气流)。
这样，通过利用加热装置30来对通路51内的空气进行加热，从而能够容易地将测量对象的气体(空气)引入到框体50(通路51)内，这与没有设置加热装置30的情况相比，能够将更多的粒子导入到粒子检测传感器1内。这样，由于能够增大通路51中包括的检测区域DA中的单位体积的粒子量，因此能够提高灵敏度。
并且，在本实施方式中，加热装置30被配置在空气导入孔52的附近。并且，空气导入孔52、加热装置30、检测区域DA、空气排出孔53以沿着通路51存在于同一直线的方式而被配置。
并且，即使在加热装置30没有进行工作的状态下，空气也能够在通路51内流通。即，即使在加热装置30没有进行工作的情况下，也能够检测出空气中包含的粒子。
反射体40是反射部件，对由检测区域DA中的粒子散射投光元件10的光的散射光进行反射，并将该散射光导入到受光元件20。在本实施方式中，反射体40是聚光镜，将通过检测区域DA的粒子的散射光进行反射，并聚光到受光元件20。
反射体40具有第一椭圆形部(第一椭圆区域)41e、以及第一圆形部(第一圆形区域)41c。第一椭圆形部41e是反射体40的主反射部件(第一反射部件)，第一圆形部41c是反射体40的辅助反射部件(第二反射部件)。
第一椭圆形部41e被配置在检测区域DA与受光元件20之间的区域。具体而言，第一椭圆形部41e被配置在通路51与受光元件20的受光面之间。
而且，第一椭圆形部41e的内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分。即，第一椭圆形部41e是椭圆镜，其内表面(反射面)的形状构成旋转椭圆面的一部分，第一椭圆形部41e的内表面的截面形状成为椭圆的一部分。
第一椭圆形部41e具有向通路51开口的开口部，以使来自检测区域DA的散射光入射。具体而言，第一椭圆形部41e的开口部向检测区域DA开口。并且，在通路51设置了与第一椭圆形部41e的开口部对应的第一开口部。该通路51的第一开口部的大小大致与第一椭圆形部41e的开口部的大小相同。
第一圆形部41c的至少一部分被配置的区域为，在以检测区域DA为基准时，与受光元件20侧相反一侧的区域。在本实施方式中，第一圆形部41c整体被配置在，以检测区域DA为基准时的与受光元件20侧相反一侧的区域。换而言之，第一圆形部41c的一部分或全部位于，在以检测区域DA(光散射部)为原点时，与受光元件20相离90度以上的方向。
具体而言，第一圆形部41c被配置成，第一圆形部41c与第一椭圆形部41e夹着通路51。并且，第一圆形部41c以内表面与受光元件20的受光面相对的方式而被配置。
而且，第一圆形部41c的内表面形状构成球体的球面的一部分。即，第一圆形部41c是内表面(反射面)的形状成为球面的一部分的形状的球面镜，第一圆形部41c的内表面的截面形状成为圆的一部分。
第一圆形部41c具有向通路51开口的开口部，以使来自检测区域DA的散射光入射。具体而言，第一圆形部41c的开口部向检测区域DA开口。并且，在通路51设置了与第一圆形部41c的开口部对应的第二开口部。在该通路51的第二开口部需要使从投光元件10射出的光流通，因此，通路51的第二开口部的大小比第一圆形部41c的开口部大。
反射体40(第一椭圆形部41e、第一圆形部41c)的内表面是反射面。反射体40的内表面例如是不易发生散射光的面，并且，最好是吸收率小且反射率高的面(镜面等)。据此，入射到反射体40的光大多能够被导入到受光元件20。作为反射体40，为了使其内表面本身为反射面，因此可以采用金属等来构成基础部件，也可以在树脂或金属的基础部件的内表面形成作为反射面的反射膜。作为反射膜能够采用铝、金、银或铜等金属反射膜、镜面反射膜、或者电介质多层膜等。
框体50是收纳投光元件10、受光元件20、加热装置30以及反射体40的外壳。具体而言，被构成为能够保持投光元件10、受光元件20、加热装置30以及反射体40。框体50例如是扁平长方体的箱状的树脂外壳。
在框体50设置了用于将空气导入到通路51的空气导入孔52、以及用于将空气从通路51排出的空气排出孔53。
空气导入孔52是用于将存在于粒子检测传感器1的外部的空气等气体供给到粒子检测传感器1的内部(通路51)的空气供给口(空气流入口)，是框体50的空气的入口。
并且，空气排出孔53是用于将粒子检测传感器1的内部(通路51)的空气排出到粒子检测传感器1的外部的空气排出口(空气流出口)，是框体50中的空气的出口。
空气导入孔52与通路51的一方相通，空气排出孔53与通路51的另一方相通。据此，含有粒子的空气(测量对象的气体)从空气导入孔52被导入到框体50内，经由通路51流入到检测区域DA，并从空气排出孔53排出到框体50外。并且，通过使空气导入孔52的开口面积比空气排出孔53的开口面积大，因此能够高效地将空气导入到框体50内并排出。
接着，参照图1并利用图2以及图3，对本实施方式中的粒子检测传感器1中投光元件10、受光元件20、反射体40、以及检测区域DA的位置关系以及他们的光学作用进行详细说明。图2是用于说明在XZ平面上的实施方式1所涉及的粒子检测传感器1的光学系统的图，图3是用于说明在XY平面上的该粒子检测传感器1的光学系统的图。具体而言，图2以及图3示出了，该粒子检测传感器1中的光学系统，即示出了投光元件10、受光元件20、反射体40、以及检测区域DA。
如图2以及图3所示，反射体40的第一椭圆形部41e成为椭圆镜，由旋转椭圆体构成。第一椭圆形部41e被配置成，构成该旋转椭圆体的椭圆的两个焦点F11以及F12之中的一方的焦点F11(第一焦点)位于检测区域DA内，并且，两个焦点F11以及F12之中的另一方的焦点F12(第二焦点)位于受光元件20的附近。即，检测区域DA被设定成，包括构成第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F11，并且，受光元件20被配置成，位于构成第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F12的附近。
这样，在使构成第一椭圆形部41e的内表面的椭圆的焦点F11对应于检测区域DA的同时，将该椭圆的焦点F12对应于受光元件20，这样，能够使由检测区域DA的粒子所产生的散射光之中向受光元件20侧行进的光(在图2以及图3中为，行进到比检测区域DA靠右侧的区域的光)由第一椭圆形部41e反射，并向受光元件20入射。
并且，如图2以及图3所示，反射体40的第一圆形部41c成为球面镜，由球体构成。第一圆形部41c被形成为，构成该球体的圆的中心O1(球的中心)位于检测区域DA内。在本实施方式中，第一圆形部41c中的圆的中心O1与第一椭圆形部41e中的椭圆的焦点F11(第一焦点)一致。并且，第一圆形部41c中的圆的中心O1也与检测区域DA的中心一致。
这样，通过使第一圆形部41c的中心O1对应于检测区域DA，从而能够将由检测区域DA的粒子产生的散射光之中向与受光元件20侧相反一侧行进的光(在图2以及图3中为，行进到比检测区域DA靠左侧的区域的光)，在第一圆形部41c反射，并返回到与第一椭圆形部41e中的椭圆的焦点F11对应的检测区域DA。由于检测区域DA包括构成第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F11，因此，返回到检测区域DA的光经由检测区域DA，而在第一椭圆形部41e反射，并向与焦点F12相对配置的受光元件20入射。
在本实施方式中，构成第一圆形部41c的圆包括检测区域DA。即，构成第一圆形部41c的圆的直径比检测区域DA的直径大。而且，构成第一圆形部41c的圆的直径也可以是，比从构成第一椭圆形部41e的椭圆的长轴的长度减去焦点间距离(焦点F11与焦点F12之间的距离)之后的值大。
并且，如图1所示，来自投光元件10的光被设定成聚光在检测区域DA。在本实施方式中，来自投光元件10的光被设定成聚光在焦点F11。例如，通过在投光元件10的前方配置光学部件(投光透镜等)，从而，能够使从投光元件10射出的光(投光光束)聚光到检测区域DA(焦点F11)。例如，可以在投光元件10的前方，配置例如由透明树脂透镜或玻璃透镜构成的聚光透镜。在这种情况下，从聚光透镜射出的光的聚光点与焦点F11一致。并且，也可以不是聚光透镜，而是在投光元件10之前配置准直透镜。在这种情况下，可以利用光圈，来使从准直透镜射出的光聚光到焦点F11。
这样，通过使从投光元件10射出的光的聚光点与第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F11一致，从而能够增大光的密度，因此能够增加在检测区域DA中的粒子的散射光。因此，能够进一步提高粒子的检测效率。
在具有以上这种构成的粒子检测传感器1中，例如能够进行以下所示的粒子检测。
当空气从空气导入孔52被导入到粒子检测传感器1(框体50)内时，空气经由框体50的通路51，而被导入检测区域DA。
在这种情况下，若空气中含有粒子(气溶胶)，则通过来自投光元件10的光，而在检测区域DA产生粒子的散射光。产生的粒子的散射光的一部分在反射体40被反射，而被导入到受光元件20。在光入射到受光元件20时，由于会有规定的信号输出，因此能够知道被导入到粒子检测传感器1内的空气中存在粒子。
并且，根据在受光元件20受光后的信号的大小，即根据由粒子产生的散射光的光強度的大小，能够判断出粒子的大小(粒径)。因此，能够判断出空气中所包含的粒子是尘埃、花粉、烟雾、还是PM2.5(微小粒子状物质)。
而且，在受光元件20检测的信号输出的每一个，即通过粒子产生的散射光的光強度的峰值的每一个由于与粒子的每一个相对应，因此，能够算出被导入到粒子检测传感器1内的空气中的粒子的个数(数量)。
并且，若被导入到粒子检测传感器1内的空气中不含有粒子，则粒子没有流入到检测区域DA，因此，从投光元件10射出的光经由检测区域DA直接行进，从而不会发生通过粒子产生的散射光。因此，在这种情况下，基本上受光元件20没有反应，所以可以知道被导入到粒子检测传感器1内的空气中不存在粒子。
接着，利用图4对本实施方式所涉及的粒子检测传感器1中的反射体40的效果进行说明。图4是用于说明实施方式1所涉及的粒子检测传感器1的反射体40的效果的图。
在本实施方式中，反射体40被配置在检测区域DA与受光元件20之间的区域，并且，具有内表面形状为旋转椭圆体的旋转面的一部分的第一椭圆形部41e。这样，如以上所述，能够使由检测区域DA的粒子产生的散射光之中向受光元件20侧行进的光，在第一椭圆形部41e反射，并向受光元件20入射。即，通过利用反射面为椭圆面的第一椭圆形部41e，能够使检测区域DA中的粒子的散射光以少的反射次数(一次或多次)入射到受光元件20。据此，由于能够避开因多重反射而造成的光的衰减，因此能够提高受光元件20中的受光效率，从而能够提高粒子的检测效率。
并且，即使在至今的粒子检测传感器，也考虑到通过设置椭圆镜等反射体，来使检测区域DA(光散射部)中的粒子的散射光在该反射体反射，并在受光元件受光。在这种情况下，如图4的虚线所示，至今的反射体400是，反射体400的全体均为椭圆形状的椭圆镜。
因此，为了实现小型化，在将受光元件20接近于检测区域DA来配置时，如图4所示，则出现检测区域DA中的粒子的散射光没有入射到受光元件20的区域(无效区域)A0，因此粒子的检测效率降低。并且，该无效区域是，以直线连接检测区域DA的中心与反射体400的受光元件20侧的开口端部而形成的区域，该无效区域的范围以无效角度θ来表示。
对此，在本实施方式的粒子检测传感器1中，反射体40的第一椭圆形部41e的椭圆的外形，比以虚线示出的反射体400的椭圆的外形小。据此，与利用反射体400的情况相比，能够使检测区域DA中的粒子的散射光没有入射到受光元件20的区域(无效区域)A1变窄。即，能够使无效角度θ变小。
在这种情况下，若使反射体400的椭圆全体的外形以相似的形状单纯减小，则与外形减小的部分相对应地检测区域DA中的通路51的截面积(内径)也会减小。因此，在检测区域DA附近，则不能设置使外形减小了的反射体400的一部分，或者即使能够设置反射体400，但是会增大通路51的压力损失，从而造成检测效率降低。
对此，在本实施方式的粒子检测传感器1中，反射体40以检测区域DA为基准被配置在与受光元件20侧相反一侧的区域，并且，具有内表面形状成为球体的球面的一部分的第一圆形部41c。
据此，即使在检测区域DA附近配置反射体40(第一圆形部41c)，与配置全体为椭圆形状的反射体400的情况相比，能够增大检测区域DA附近的通路51的截面积(内径)。因此，由于能够抑制通路51的压力损失，从而能够提高粒子的检测效率。
并且，第一圆形部41c被形成为，构成球体的圆的中心O1位于检测区域DA内。
据此，检测区域DA中的粒子的散射光之中向与受光元件20侧相反一侧行进的光，能够在第一圆形部41c被反射，并返回到检测区域DA。并且，在第一圆形部41c反射并返回到检测区域DA(焦点F11)的光，与检测区域DA中的粒子的散射光之中向受光元件20侧行进的光一起，在第一椭圆形部41e反射，并入射到与焦点F12相对配置的受光元件20。
这样，不仅设置第一椭圆形部41e，而且还设置第一圆形部41c，从而，由检测区域DA的粒子产生的散射光之中向与受光元件20侧相反一侧行进的光，能够被高效地吸取到受光元件20。因此，能够进一步提高受光元件20中的受光效率，并能够进一步提高粒子的检测效率。
以上通过本实施方式中的粒子检测传感器1，反射体40具有第一椭圆形部41e以及第一圆形部41c。据此，即使在采用通过加热装置30将空气导入的加热方式，并使传感器全体小型化的情况下，也能够在使受光元件20近傍的无效区域A1变窄的状态下，提高粒子的检测效率。也就是说，即使在采用了加热装置30的加热方式的粒子检测传感器中，也能够容易地使小型化与高效化均得以实现。
并且，在本实施方式中，第一圆形部41c的圆的直径可以是，比从第一椭圆形部41e的椭圆的长径减去焦点间距离后的值大。
据此，能够在不改变检测区域DA(光散射部)附近的大小的情况下，实现反射体40全体的小型化。
并且，在本实施方式中，第一圆形部41c的圆的中心O1、与第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F11(第一焦点)一致。
据此，通过使检测区域DA的中心与第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F12(第二焦点)一致，从而在第一圆形部41c反射并返回到检测区域DA(焦点F11)光，能够在第一椭圆形部41e反射并入射到受光元件20(焦点F12)。即，在第一圆形部41c反射的光能够高效地入射到受光元件20。因此，由于能够提高受光元件20的受光效率，从而能够进一步提高粒子的检测效率。
(实施方式2)
接着，利用图5以及图6对实施方式2所涉及的粒子检测传感器2进行说明。图5是用于说明在XZ平面上的实施方式2所涉及的粒子检测传感器2的光学系统的图，图6是用于说明在XY平面上的该粒子检测传感器2的光学系统的图。
如图5以及图6所示，本实施方式中的粒子检测传感器2与上述实施方式1中的粒子检测传感器1不同之处是，反射体40还具备第二圆形部(第二圆形区域)42c和第二椭圆形部(第二椭圆区域)42e。对于该不同之处以外，本实施方式中的粒子检测传感器2具有与实施方式1中的粒子检测传感器1相同的构成。
在本实施方式中，第二圆形部42c以及第二椭圆形部42e是反射体40的辅助反射部件。
第二圆形部42c的至少一部分被配置的区域是，在以构成第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F12(第二焦点)为基准时，与检测区域DA侧相反一侧的区域。在本实施方式中，第二圆形部42c全部被配置在，以焦点F12为基准时的与检测区域DA侧相反一侧的区域。即，在图5以及图6中，第二圆形部42c被配置在比焦点F12(第二焦点)靠近右侧的区域。换而言之，第二圆形部42c的一部分或全部所存在的方向是，在以受光元件20为原点时，与检测区域DA相离90度以上的方向。
具体而言，第二圆形部42c被配置在第一椭圆形部41e的受光元件20侧的端部与受光元件20之间，并且与第一椭圆形部41e的受光元件20侧的端部和受光元件20连接。即，第二圆形部42c被配置在图4中的无效区域A1。
并且，第二圆形部42c隔着检测区域DA与第一圆形部41c相对而置，第二圆形部42c的内表面与第一圆形部41c的内表面相对。
第二圆形部42c的内表面形状成为球体的球面的一部分。并且，第二圆形部42c被形成为，构成球体的圆的中心O2(球的中心)位于检测区域DA内。在本实施方式中，第二圆形部42c中的圆的中心O2与检测区域DA的中心一致。即，第二圆形部42c中的圆的中心O2也与第一圆形部41c中的圆的中心O1一致。因此，构成第二圆形部42c的圆、与构成第一圆形部41c的圆为同心圆状。在本实施方式中，构成第二圆形部42c的圆的直径，比构成第一圆形部41c的圆的直径大。并且，第二圆形部42c中的圆的中心O2也与第一椭圆形部41e中的椭圆的焦点F11一致。
第二椭圆形部42e被配置在，以检测区域DA为基准时的与受光元件20侧相反一侧的区域。即，在图5以及图6中，第二椭圆形部42e被配置在比检测区域DA靠左侧的区域。
并且，第二椭圆形部42e在第一圆形部41c的一部分与第一圆形部41c连续地设置。具体而言，第二椭圆形部42e被设置在第一圆形部41c中的无效角度θ的范围。
第二椭圆形部42e的内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分。并且，第二椭圆形部42e被配置成，构成该第二椭圆形部42e的旋转椭圆体的椭圆的两个焦点F21以及F22中的一方的焦点F21(第一焦点)位于检测区域DA内，并且，这两个焦点F21以及F22中的另一方的焦点F22(第二焦点)存在于受光元件20的附近。
在本实施方式中，构成第二椭圆形部42e的椭圆的两个焦点(焦点F21、焦点F22)，与构成第一椭圆形部41e的椭圆的两个焦点(焦点F11、焦点F12)一致。具体而言，构成第二椭圆形部42e的椭圆的焦点F21(第一焦点)与构成第一椭圆形部41e的椭圆的焦点F11(第一焦点)一致，构成第二椭圆形部42e的椭圆的焦点F22(第二焦点)与构成第一椭圆形部41e的焦点F12(第二焦点)一致。即，构成第二椭圆形部42e的椭圆的焦点F21与检测区域DA对应，构成第二椭圆形部42e的椭圆的焦点F22与受光元件20对应。因此，构成第二椭圆形部42e的椭圆、与构成第一椭圆形部41e的椭圆的形状相似。在本实施方式中，构成第二椭圆形部42e的椭圆的长轴(短轴)的长度比构成第一椭圆形部41e的椭圆的长轴(短轴)的长度长。
接着，对本实施方式所涉及的粒子检测传感器2的反射体40的效果进行说明。
如以上所述，在本实施方式中设置了，中心O2与检测区域DA对应的第二圆形部42c、以及两个焦点F21以及F22与检测区域DA以及受光元件20对应的第二椭圆形部42e。据此，入射到图4中的无效区域A1的粒子的散射光也能够被导入到受光元件20。
即，由检测区域DA的粒子产生的散射光之中向第二圆形部42c入射的光，在第二圆形部42c反射，并向检测区域DA返回。返回到检测区域DA的来自第二圆形部42c的光穿过检测区域DA，而向第二椭圆形部42e入射。入射到第二椭圆形部42e的来自第二圆形部42c的光，在第二椭圆形部42e反射，并直接入射向与焦点F22对应配置的受光元件20。这样，通过进一步设置第二圆形部42c以及第二椭圆形部42e，从而向图4中的无效区域A1入射的粒子的散射光也能够导入到受光元件20。据此，能够进一步提高受光元件20中的受光效率，从而能够进一步提高粒子的检测效率。
并且，关于由检测区域DA的粒子产生的散射光之中的向与受光元件20侧相反一侧行进的光，在实施方式1中为在第一圆形部41c反射，并且在第一椭圆形部41e反射之后向受光元件20入射。对此，在本实施方式中，向与受光元件20侧相反一侧行进的光之中的入射到第二椭圆形部42e并反射的光，不是在第一椭圆形部41e被再次反射，而是直接向受光元件20入射。据此，能够抑制因反射而造成的光的衰减，因此，能够进一步提高受光元件20中的受光效率，并且能够进一步提高粒子的检测效率。
以上通过本实施方式中的粒子检测传感器2，反射体40除了具有第一椭圆形部41e以及第一圆形部41c之外，还具有第二圆形部42c以及第二椭圆形部42e。据此，与实施方式1中的粒子检测传感器1相比，能够进一步提高粒子的检测效率。因此，能够容易地实现小型且高效的粒子检测传感器。
(变形例)
以上基于实施方式对本发明所涉及的粒子检测传感器进行了说明，但是，本发明并非受上述的实施方式所限。
例如，在上述的实施方式1、2中，第一椭圆形部41e以及第一圆形部41c可以是一体成形，也可以是分体成形。并且，如图3以及图6所示，第一椭圆形部41e与第一圆形部41c虽然是被连续形成的，不过也可以是第一椭圆形部41e与第一圆形部41c隔开配置。
并且，在上述的实施方式1、2中，为了吸收框体50内的漫射光，也可以设置光阱(迷路部)。通过设置光阱，从而能够进一步提高粒子的检测效率。例如，为了防止从投光元件10射出的光之中、在检测区域DA没有碰到粒子而穿过检测区域DA的光，在框体50内反射以及散射并由受光元件20受光，而可以在与投光元件10相对的位置上设置光阱。另外，也可以适宜地在框体50内设置光阱。光阱例如可以是封闭的空间内部，具有进入到光阱的光通过多重反射而衰减，从而对光进行吸收的结构(楔形结构等)。
并且，在上述的实施方式1、2中，第一椭圆形部41e以及第二椭圆形部42e是旋转椭圆体，并且最好是扁平状的旋转椭圆体，不过在考虑到成型性的问题，只要被构成为某个截面形状为椭圆形状即可。
并且，在上述的实施方式1至3中的粒子检测传感器，能够搭载于灰尘传感器。例如，该灰尘传感器通过内藏的粒子检测传感器检测到尘埃的粒子的情况下，通过声音或光等来通知检测到了尘埃，并可以显示到显示部。
并且，上述的实施方式1、2中的粒子检测传感器能够搭载于烟雾感知器。例如，烟雾感知器在通过内藏的粒子检测传感器检测到烟雾的粒子的情况下，通过声音或光等来通知检测到了烟雾，并显示到显示部。
并且，在上述的实施方式1、2中的粒子检测传感器或上述灰尘传感器，能够搭载于空气滤清器、换气扇或空调等。在这种情况下，例如该空气滤清器、换气扇或空调通过内藏的粒子检测传感器检测到尘埃的粒子的情况下，可以仅将检测到尘埃之事显示到显示部，也可以启动风扇或通过改变风扇的旋转速度等来进行风扇的控制。
另外，通过执行针对各个实施方式本领域技术人员所能够想到的各种变形而得到的形态、以及在不脱离本发明的主旨的范围对各个实施方式中的构成要素以及功能进行任意地组合而实现的形态均包含在本发明内。
符号说明
1、2 粒子检测传感器
10 投光元件
20 受光元件
30 加热装置
40 反射体
41e 第一椭圆形部
42e 第二椭圆形部
41c 第一圆形部
42c 第二圆形部
DA 检测区域
Claims (5)
1.一种粒子检测传感器，
该粒子检测传感器具备：
投光元件；
受光元件，接受散射光，该散射光是来自所述投光元件的光由检测区域中的气体中的粒子散射而产生的光；
加热装置，对所述气体进行加热；以及
反射体，对所述散射光进行反射，从而将该散射光导入到所述受光元件，
所述反射体具有：
第一椭圆形部，该第一椭圆形部的至少一部分被配置在所述检测区域与所述受光元件之间的区域，并且，该第一椭圆形部的内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分；以及
第一圆形部，该第一圆形部被配置的区域是，在以所述检测区域为基准时，与所述受光元件侧相反一侧的区域，并且，该第一圆形部的内表面形状构成球体的球面的一部分，
所述第一椭圆形部被形成为，使第一焦点位于所述检测区域内，使第二焦点位于所述受光元件的附近，所述第一焦点是构成所述旋转椭圆体的椭圆的两个焦点中的一方的焦点，所述第二焦点是所述两个焦点中的另一方的焦点，
所述第一圆形部被形成为，构成所述球体的圆的中心位于所述检测区域内。
2.如权利要求1所述的粒子检测传感器，
所述圆的直径比从所述椭圆的长径减去焦点间距离之后的值大。
3.如权利要求1或2所述的粒子检测传感器，
所述第一圆形部中的所述圆的所述中心、与所述第一椭圆形部中的所述椭圆的所述第一焦点一致。
4.如权利要求1或2所述的粒子检测传感器，
所述反射体进一步具有：
第二圆形部，该第二圆形部的至少一部分被配置的区域是，在以所述第二焦点为基准时，与所述检测区域侧相反的一侧的区域，并且该第二圆形部的内表面形状构成球体的球面的一部分；以及
第二椭圆形部，该第二椭圆形部被配置的区域是，在以所述检测区域为基准时，与所述受光元件侧相反一侧的区域，并且，该第二椭圆形部的内表面形状构成旋转椭圆体的旋转面的一部分，
所述第二圆形部被形成为，构成所述球体的圆的中心位于所述检测区域内，
所述第二椭圆形部被构成为，使第一焦点位于所述检测区域内，使第二焦点位于所述受光元件的附近，所述第一焦点是该第二椭圆形部的构成所述旋转椭圆体的椭圆的两个焦点之中的一个焦点，所述第二焦点是该第二椭圆形部的所述两个焦点中的另一方的焦点。
5.如权利要求4所述的粒子检测传感器，
构成所述第二椭圆形部的所述椭圆的所述第一焦点、与构成所述第一椭圆形部的所述椭圆的所述第一焦点一致，
构成所述第二椭圆形部的所述椭圆的所述第二焦点、与构成所述第一椭圆形部的所述椭圆的所述第二焦点一致。
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