JP2010008076A - 自動洗浄式光センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置15の画像処理用プロセッサ16は、光センサ2の先端部3に設けられたレンズ7の表面に煤や有機物あるいは無機物の汚れが付着することにより燃焼室1における検出対象領域からの光の照度が低下した場合は、先端部3に設けられたヒータ電極10に通電する。これにより、ヒータ電極10から輻射エネルギがレンズ7の表面に集光状態で照射されるので、煤や有機物あるいは無機物の汚れを加熱焼却してレンズ7の表面を清浄化することができる。
【選択図】図1
Description
請求項3の発明によれば、レンズに煤や有機物あるいは無機物の汚れが付着した場合のみ加熱手段が駆動されるので、煤や有機物あるいは無機物の汚れを効率よく除去することができる。
請求項5の発明によれば、加熱手段からの輻射エネルギの一部がレンズを通じて導光手段の一端面に入射した場合であっても、その入射角度は導光手段の最大入射角度よりも大きいので、輻射エネルギが導光手段により導かれて撮像手段に放射されてしまうことを防止できる。
請求項6の発明によれば、加熱手段をヒータ電極により容易に構成することができる。
以下、本発明の第1実施形態について図1ないし図6を参照して説明する。
図1は、全体構成を示す概略図である。エンジンの燃焼室(燃焼ガス雰囲気に相当)1の壁面には光センサ2の先端部3が装着されている。この光センサ2は、燃焼室1の燃焼ガスの温度分布を検出することによりエンジンの燃焼状態を判断するためのものである。先端部3は燃焼室1内を臨んでおり、その先端面には受光部4及び加熱部5が対向して設けられている。
図5は、制御回路17の構成を示す電気回路図である。画像処理用プロセッサ16は、CMOSカメラ12のイメージセンサ14からの画像信号を処理することにより燃焼室1の所定の検出対象領域における燃焼温度分布を検出する。このように燃焼室1の燃焼温度分布を検出する理由は、近年、低燃費、或いは低排出ガス性能を向上させるためにHCCI(予混合圧縮着火)燃焼方式のように大量のEGR(排気ガス再循環)を使用した燃焼方式の開発が行われており、このような大量のEGRを使用した燃焼方式では、燃焼が不均一となることから、燃焼温度分布を観察してエンジンの制御にリアルタイムに反映させることが今後重要となるからである。つまり、燃焼室1の燃焼が適正に行われる場合には、予め記憶した燃焼温度分布となるものの、制御が不適正な場合は、燃焼温度分布が予め記憶した温度分布から許容範囲から外れることから、このような場合は、燃焼が不適正であると判断するのである。
画像処理用プロセッサ16は、CMOSカメラ12からの画像信号に基づいて燃焼室1の燃焼温度分布を検出し、検出した燃焼温度分布が予め設定した温度分布の許容範囲から外れていた場合は、異常を図示しないエンジンECUに通知する。エンジンECUは、画像処理用プロセッサ16からの異常の通知を受け、その異常に応じてエンジンに対する制御を燃焼状態が適正となるように変更する。
以上の動作により、レンズ7の表面に付着した煤や有機物あるいは無機物の汚れを加熱焼却することができるので、レンズ7の表面が清浄化され、CMOSカメラ12が撮像した画像に基づいて検出対象領域の燃焼温度分布を確実に計測することができる。
尚、ヒータ電極10の熱放射面の形状としては、2次元的な湾曲形状に限定されることなく、図7に示すように円筒面、球面、楕円面の一部から構成された3次元的な湾曲形状であったり、図8に示すように複数の小さな平板(或いは曲面)を連続、或いは間欠的に設けることにより2次元的な湾曲形状を近似したり、図9に示すように複数の平面(或いは曲面)で3次元的な湾曲形状を近似したりしても良い。
次に、本発明の第2実施形態について図10及び図11を参照して説明するに、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第2実施形態は、レンズ7の表面に、輻射エネルギをレンズ7の周囲全体から照射することを特徴とする。
図10は光センサ2の先端部3の断面図、図11は先端部3の斜視図である。先端部3の先端面中央にレンズ7が設けられていると共に、先端部3の先端面には環状壁面部21が形成されており、レンズ7は環状壁面部21に囲繞されている。環状壁面部21の中央には窓部22が形成されており、その窓部22を通じて検出対象領域がレンズ7により光ファイバ8の一端面に結像するようになっている。環状壁面部21の内面はパラボラ形状をなしており、その内周面部に環状のヒータ電極10が設けられている。ヒータ電極10からの輻射エネルギは、レンズ7の表面に周囲全体から集光状態で照射される。この場合、第1実施形態と同様に、ヒータ電極10は、レンズ7を通過して光ファイバ8の一端面に照射される輻射エネルギが光ファイバ8の最大入射角度よりも大きな角度で照射されるように設けられている。従って、ヒータ電極10から照射された輻射エネルギがレンズ7を通過して光ファイバ8に到達した場合であっても、第1実施形態と同様に、光ファイバ8で導かれることはないので、ヒータ電極10からの輻射エネルギによりCMOSカメラ12が損傷してしまうことを防止できる。
また、図16及び図17に示すように、先端部3の先端面に分割壁面部31を間欠的に設けることによりヒータ電極10を分割して設けるようにしても良い。この場合、ヒータ電極10の間隔は不均一でも良いが、レンズ7の表面上に焦点を結ぶことが必要である。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
ヒータ電極10に常時通電するようにしてもよい。
光センサ2の先端部3に反射面部を設け、ヒータ電極からの輻射エネルギを反射面部で反射させることによりレンズ7の表面に集光状態で照射するようにしても良い。
光ファイバに代えて、光導波路、或いは真空、気体、液体等で満たされた透光空間部から構成するようにしてもよい。尚、透光空間部を採用する場合は、レンズ7による結像を透光空間部を介して直線状に位置する撮像手段に撮像することになる。
制御回路17によりヒータ電極10に間欠的に給電するようにしてもよい。これにより、光センサ2の先端部3が過昇温にならぬ程度に、適度に加熱できる。
本発明を、各種燃焼ガス雰囲気の燃焼温度分布を計測する装置に適用するようにしても良い。
Claims (11)
- 燃焼ガス雰囲気を臨むように設けられた先端部と、
前記先端部に設けられ、燃焼ガス雰囲気中の所定の検出対象領域を結像するレンズと、
前記レンズにより結像した画像を画像信号に変換する撮像手段と、
前記撮像手段からの画像信号を解析することにより前記検出対象領域の温度分布を検出する画像処理手段と、
前記レンズの表面に輻射エネルギを集光状態で照射する加熱手段と、
前記加熱手段を駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする自動洗浄式光センサ - 前記加熱手段は、前記レンズの表面に斜め方向から輻射エネルギを照射するように設けられていることを特徴とする請求項1記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記駆動手段は、前記撮像手段が撮像した画像の全体照度が閾値以下となった場合に前記加熱手段を駆動することを特徴とする請求項1または2記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記レンズによる画像が一端面に結像するように設けられ、当該画像を前記燃焼ガス雰囲気の外部に導出された他端面に形成する導光手段を備え、
前記撮像手段は、前記導光手段の他端面に形成された画像を撮像するように設けられていることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の自動洗浄式光センサ。 - 前記加熱手段は、前記レンズを通過して前記導光手段に照射される輻射エネルギが前記導光手段の最大入射角度よりも大きな入射角度となるように設けられていることを特徴とする請求項4記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記加熱手段は、熱放射面から射熱エネルギを放射するヒータ電極であり、
前記レンズは、前記ヒータ電極の熱放射面の焦点、或いは中心に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載の自動洗浄式光センサ。 - 前記ヒータ電極の熱放射面は、円筒面、球面、楕円面の一部から構成されていることを特徴とする請求項6記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記ヒータ電極の熱放射面は、複数の小さな平面、或いは曲面を連続的に設けて構成されていることを特徴とする請求項6記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記ヒータ電極の熱放射面は、複数の小さな平面、或いは曲面を間欠的に設けて構成されていることを特徴とする請求項6記載の自動洗浄式光センサ。
- 前記駆動手段は、前記加熱手段を駆動する場合は、間欠的に駆動することを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の自動洗浄式光センサ
- 前記導光手段は、光ファイバ、光導波路、或いは真空、気体、液体等で満たされた透光空間部から構成されていることを特徴とする請求項4ないし10の何れかに記載の自動洗浄式光センサ。
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