JP2015179236A - 汚れ付着防止装置およびそれを用いた光学式ほこり検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の高圧印加による光学レンズへの汚れ付着防止装置は、印加電極から離れた箇所、例えば、印加電極が光学レンズの縁にあれば光学レンズの中心部、といった箇所では印加電極からの距離に応じて電圧が減衰するため汚れ付着防止効果が弱くなる、という課題があった。
【解決手段】印加電極６を光学レンズ５の帯電部４と対向していない面に配置することで、光学レンズ５の帯電部４側の表面に同極性の電荷を一様に分布させることができ、光学レンズ５の表面への汚れの付着を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系レンズの汚れ防止装置を搭載した光学式ほこり検出装置に関する。

従来、光学レンズを使用した計測器は、経年使用時に光学レンズにほこりや浮遊粒子が付着して光学レンズが汚れて正確な計測ができなくなる、という課題がある。そして、正確な計測を維持するためには定期的なメンテナンスが必要となるが、メンテナンスそのものの手間の問題や、計測器の設置場所によっては人が簡単に入れないような場所もありメンテナンスそのものが難しい、という課題がある。

そこで、これらの課題を解決するために光学レンズの汚れを防止し、光学レンズをメンテナンスフリーとする方法が検討されている。

例えば、プリンターにおいては帯電したトナーが光学レンズに付着して印刷物が汚れる、という課題がある。そこで、帯電したトナーの極性と同極性の高電圧をレンズに印加することで、静電気による反発力を利用して帯電トナーの光学レンズへの付着を防ぎ、光学レンズのメンテナンスフリー化を図る方法が提案されている（特許文献１参照）。

この発明の装置は主に、感光体１０１と、帯電器１０２、ＬＥＤヘッド１０３、ＬＥＤレンズアレイ１０４、電極坂１０５から構成されている。

まず、帯電器１０２により感光体１０１を均一に帯電させる。次に、ＬＥＤヘッド１０３からＬＥＤレンズアレイ１０４を通して感光体１０１に露光し、静電潜像（印刷イメージ）を感光体１０１上に形成する。露光後、感光体１０１に帯電したトナーを付着させると、感光体１０１上では静電潜像部分のみに帯電したトナーが付着される。この状態で紙を感光体１０１に近づけると、紙にトナーが付着して印刷が完了する。

このＬＥＤレンズアレイ１０４に帯電トナーが付着すると静電潜像の形成が不十分となり、印刷が綺麗に仕上がらなくなる。そこで、このＬＥＤレンズアレイ１０４の両側面に電極坂１０５を取り付け、帯電器１０２から高圧を印加する。

これにより、電極坂１０５と帯電したトナーとの間には静電気による反発力が働き、ＬＥＤレンズアレイ１０４に帯電トナーが付着することを防止できる、としたものである。

特開２００３−２７６２４８号公報

このような従来の光学レンズの汚れ防止装置では、電圧印加部の近辺は光学レンズへの帯電トナーの付着防止を期待できる。しかし、電圧印加部の近辺以外の箇所、例えば、電圧印加部が光学レンズの縁にあるときは光学レンズの中心部、というような電圧印加部との距離がある箇所では印加部からの距離に応じて電圧が減衰するため、その付着防止効果は弱くなる。

本発明ではこのような課題を解決し、光学レンズ表面全体に汚れの付着しにくいほこり検出装置を提供する。

本発明は、
放電電極と接地電極を対向して配置し空気中の浮遊粒子を帯電させる帯電部と、
光を通過させる光学レンズと、
前記光学レンズを内包し、少なくとも一端に開口を設けた筒状の本体と、
前記光学レンズに電圧を印加する印加電極と、
前記放電電極と前記印加電極に高圧を供給する高圧電源とを備え、
前記帯電部は、前記光学レンズよりも前記本体の前記開口の近傍に配置し、
前記光学レンズの前記帯電部と対向していない面に前記印加電極を接触させたことを特徴としたものである。

上記構成により、光学レンズの表面には、帯電させたほこりなどの粒子と同極性の電荷が分布する。そのため、帯電した粒子は、光学レンズと反発し、光学レンズへの付着を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１の汚れ付着防止装置の構成を示す第一の概要図 同汚れ付着防止装置の光学レンズの（ａ）正面図、（ｂ）内部構成粒子の電荷の並びを示す図 本発明の第２の実施の形態の汚れ付着防止装置の構成を示す（ａ）概要図、（ｂ）放電電極の正面図、（ｃ）接地電極の正面図 本発明の第３の実施の形態の光学式ほこり検出装置を示す図 従来のプリンターにおける光学レンズ汚れ防止装置の構成を示す簡略図

本発明の請求項１記載の汚れ付着防止装置は、
放電電極と接地電極を対向して配置し空気中の浮遊粒子を帯電させる帯電部と、
光を通過させる光学レンズと、
前記光学レンズと前記帯電部を内包し、少なくとも一端に開口を設けた筒状の本体と、
前記光学レンズに電圧を印加する印加電極と、
前記放電電極と前記印加電極に高圧を供給する高圧電源とを備え、
前記帯電部は、前記光学レンズよりも前記本体の前記開口の近傍に配置し、
前記光学レンズの前記帯電部と対向していない面に前記印加電極を接触させたことを特徴としたものである。

光学レンズの帯電部と対向していない面から電圧を印加することで、光学レンズ内部の構成粒子の電荷はレンズ表面と垂直にプラスとマイナス交互に並び変わるため、レンズ表面に印加電極と同極性の電荷を分布させることができる。

これにより、帯電した浮遊粒子と光学レンズ表面は同極性となり、電気的な斥力により光学レンズ表面への浮遊粒子の付着を防止することができる。

また、前記放電電極は、前記光学レンズと前記接地電極の間に配置することを特徴としたものである。これにより、放電電流の流れる向きと光学レンズに向かってくる浮遊粒子の向きが正反対となるため、浮遊粒子と電子の衝突率が向上し、より確実な浮遊粒子への帯電が期待できる。

また、前記放電電極と前記設置電極の形状は格子状であることを特徴としたものである。この形状にすることで、光学レンズから発信される光が帯電部を貫通することができるため、本来の目的である光学測定を支障なく行うことができる。

また、前記筒状の本体は絶縁体であることを特徴としたものである。

筒状の本体が導電体である場合は、放電電極と筒状の本体の距離が近すぎると、放電電極から筒状の本体への放電してしまうことで浮遊粒子への帯電が不十分となる可能性がある。そこで、筒状の本体を絶縁体とする。これにより、放電電極から筒状の本体への放電がなくなり、上記のような配慮を不要とでき、浮遊粒子を十分に帯電させることができる。

また、上記汚れ付着防止装置において、前記帯電部とは前記レンズを挟んで反対側に設けた発光部または受光部を備えた光学式ほこり検出装置であることを特徴としたものである。

これにより、光学レンズの汚れ付着を防止しメンテナンスフリーを実現した光学式ほこり検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態の汚れ付着防止装置およびそれを用いた光学式ほこり検出装置は、本体となる円筒１と、放電電極２と接地電極３から構成される帯電部４と、光学レンズ５と、光学レンズ５に電圧を印加する印加電極６と、放電電極２と印加電極６に高圧を供給する高圧電源７から構成されている。円筒１は、帯電部４側を開口し、帯電部４は、この開口の近くに設けられる。

帯電部４では放電電極２から接地電極３に放電電流を流し、その放電電流が流れている領域に浮遊粒子を通過させることで浮遊粒子を帯電させている。

帯電部４を円筒１の開口の近傍に配置すると、開口部から侵入した浮遊粒子は帯電部４を通過するため必ず帯電する。

そして、印加電極６は光学レンズ５の帯電部４と対向しない側に接触させて配置する。

この状態で印加電極６に高圧を印加すると、印加電極６の印加極性に応じて光学レンズ５の内部構成粒子の電荷の並びが変わる。

その電荷の並び変わりの様子を、図２を用いて説明する。

図２は、印加電極６に電圧を印加した際の光学レンズ５内の構成粒子の電荷の並びを示している。図２では、説明のため光学レンズ５を板状として記述してあるが、実際の形状は異なっている。

図２に示すように、例えば、高圧電源７から印加電極６に印加する極性をプラスに設定する。このとき、高圧電源７からは帯電部４にも電圧を印加するため、帯電部４の放電はプラス放電となり浮遊粒子の帯電極性もプラスとなる。印加電極６にプラス極性の電圧を印加すると、誘電分極の作用によって、印加電極６と光学レンズ５の接触部では光学レンズ５内の構成粒子Ａのマイナス電荷が印加電極のプラス極性に引き寄せられる。

同時に、構成粒子Ａのプラス電荷はマイナス電荷を挟んで印加電極６と反対側の位置に移動する。加えて、並びが変わった構成粒子Ａのプラス電荷に構成粒子Ｂのマイナス電荷が引き寄せられる。同時に、構成粒子Ｂのプラス電荷はマイナス電荷を挟んで構成粒子Ａのプラス電荷と反対側の位置に移動する。

さらに、並び変わった構成粒子Ｂのプラス電荷に構成粒子Ｃのマイナス電荷が引き寄せられる。同時に、構成粒子Ｃのプラス電荷はマイナス電荷を挟んで構成粒子Ｂのプラス電荷と反対側の位置に移動する。

このように、光学レンズ５内の構成粒子の電荷は、印加電極６への電圧印加と同時にその電圧印加部を起点として連鎖的に並び変わる。

したがって、この電荷の連鎖的な並び変わりにより光学レンズ５の帯電部４と対向した面にはプラスの極性が現れることになる。そして、光学レンズ５の帯電部４と対向した面と帯電した浮遊粒子の極性は同一極性であるため、その間に電気的な斥力が働いて、光学レンズ５の帯電部４と対向した面には浮遊粒子が付着しにくくなる。

これにより、光学レンズ５への浮遊粒子の付着を防ぐことができる。

なお、本実施の形態において、本体は円柱形の円筒１としたが、筒の形状は円柱形以外であってもその効果に差異を生じない。

また、図１では帯電部４が円筒１の内部の開口部近傍に設置したが、開口部近傍であれば円筒１の外部に帯電部４を設置してもその効果に差異を生じない。

また、印加電極６を光学レンズ５の帯電部４と対向しない側に配置する場合、印加電極６が光学レンズ５を通過する光を遮らないよう、印加電極６には光を通過させるための開口部が必要となる。この開口部は測定光を遮らなければどのような形状でもかまわないが、開口部が大きいと開口部の中心は印加電極６の接触部と離れることから開口の中心部では誘電分極の作用が弱まる可能性がある。

従って、開口部の面積はできるだけ小さいほうが望ましい。また、円筒１は、絶縁体で構成するとよい。

すなわち、円筒１を絶縁体とすることで放電電極２から円筒１への放電がなくなるため、接地電極３への放電電流は減少せず浮遊粒子を十分に帯電することができる。

なお、強度の都合などにより円筒１全体を絶縁物で構成するのが難しい場合は、円筒１の帯電部４の近傍のみを絶縁物で構成してもその効果に差異を生じない。

（実施の形態２）
図３に本実施の形態におけるほこり付着防止装置の概要図を示す。本実施の形態に係るほこり付着防止装置は、図３に示すように放電電極２を光学レンズ５側に、接地電極３を円筒１の開口側に配置するものである。言い換えれば、放電電極２は、接地電極３と光学レンズ５の間に設けられている。

このような配置とすることで、光学レンズ５に向かってくる浮遊粒子と、帯電部４で流れる放電電流の向きが正反対となり、浮遊粒子と電子の衝突率が向上する。そのため、より効率的に、より確実に浮遊粒子が帯電することになる。

また、接地電極３が開口側に配置されているので、開口側から高電圧となる放電電極２に触れることがなくなる。従って、手や指を挿し込まれても接触するのは必ず接地電極３となるため、感電の危険を生じない。

なお、放電電極２と接地電極３の配置を図２の配置とする場合は、光学レンズ５から発信される光を妨げないよう、光は各電極を貫通させる必要がある。そこで、図３のような格子状とすれば、各電極が光を妨げることないので目的とする光学測定に支障が出ない。

また、ここでは放電電極２、接地電極３の形状を格子状としたが、光の妨げとならなければどのような形状でもかまわない。

また、第１の実施の形態同様、帯電部４は、開口部近傍であれば円筒１の外部に帯電部４を設置してもその効果に差異を生じない。

また、第１の実施の形態同様、円筒１は、絶縁体で構成するとよい。

（実施の形態３）
図４に示すように、本実施の形態の光学式ほこり検出装置は、発光装置１７と受光装置１８から構成される。

発光装置１７は、実施の形態１で示した汚れ付着防止装置を用い、さらに円筒１ａの内部に発光素子８を組み込んだものである。受光装置１８は、実施の形態１で示した汚れ付着防止装置を用い、さらに円筒１ｂの内部に受光素子１６を組み込んだものである。

発光装置１７では、光学レンズ５ａは発光素子８と帯電部４ａの間に配置する。同様に、受光装置１８では、光学レンズ５ｂは帯電部４ｂと受光素子１６の間に配置する。

また、印加電極６ａは光学レンズ５ａの帯電部４ａと対向しない側に、印加電極６ｂは光学レンズ５ｂの帯電部４ｂと対向しない側に配置して接触させる。

このようなほこり検出装置は、例えば、トンネル内での煙の濃度を判定するために用いられる。トンネル内で使用する光学式ほこり検出装置は、発光装置１７と受光装置１８をトンネル内で道路を挟んで設置する。また、発光装置１７と受光装置１８は、円筒１ａ、１ｂの開口部側（帯電部４ａ、４ｂ側）を対向させて設置する。なお、図４では、発光装置１７と受光装置１８の配置を簡略化して描画したが、実際には発光装置１７と受光装置１８は、数十メートルから数百メートルの距離をおいて配置される。

この光学式ほこり検出装置は、発光装置１７から出力した光信号を受光装置１８で受信する。受光装置１８で受信する光信号は、トンネル内の煙の濃度が高いと弱くなり、煙の濃度が低いと強くなる。この受信した光信号の強弱により、トンネル内の空気の清浄度判定する、というものである。

このような構成によれば、空気中のほこりなどの浮遊粒子は、円筒１ａ、１ｂの開口部で帯電される。そして、光学レンズ５ａ、５ｂは、裏面、すなわち、円筒１ａ、１ｂの開口部とは反対面に印加電極６ａ、６ｂを接触させている。従って、光学レンズ５ａの帯電部側の表面と、光学レンズ５ｂの帯電部側の表面には帯電した浮遊粒子と同極性の電荷が現れるため、電気的な斥力により光学レンズ５ａ、５ｂへの浮遊粒子の付着を防ぐことができ、メンテナンスフリーを実現した光学式ほこり検出装置を提供できる。

なお、上記では実施の形態１で示した汚れ付着防止装置の構成を用いて効果を説明したが、実施の形態２で示した汚れ付着防止装置の構成を用いてもその効果に差異を生じない。

本発明は、光学式ほこり検出装置に適用できる。

１、１ａ、１ｂ 円筒
２、２ａ、２ｂ 放電電極
３、３ａ、３ｂ 接地電極
４、４ａ、４ｂ 帯電部
５、５ａ、５ｂ 光学レンズ
６、６ａ、６ｂ 印加電極
７、７ａ、７ｂ 高圧電源
８ 発光素子
１６ 受光素子
１７ 発光装置
１８ 受光装置

Claims (5)

1. 放電電極と接地電極を対向して配置し空気中の浮遊粒子を帯電させる帯電部と、
   光を通過させる光学レンズと、
   前記光学レンズを内包し、少なくとも一端に開口を設けた筒状の本体と、
   前記光学レンズに電圧を印加する印加電極と、
   前記放電電極と前記印加電極に高圧を供給する高圧電源とを備え、
   前記帯電部は、前記光学レンズよりも前記本体の前記開口の近傍に配置し、
   前記光学レンズの前記帯電部と対向していない面に前記印加電極を接触させたことを特徴とする汚れ付着防止装置。
2. 前記放電電極は前記光学レンズ側に、前記接地電極は本体の開口側に配置することを特徴とする請求項１記載の汚れ付着防止装置。
3. 前記放電電極と前記接地電極の形状は格子状であることを特徴とする請求項１〜２記載の汚れ付着防止装置。
4. 前記筒状の本体は絶縁体であることを特徴とする汚れ付着防止装置。
5. 請求項１〜４いずれかひとつに記載の汚れ付着防止装置と、
   前記帯電部とは前記レンズを挟んで反対側に設けた発光部または受光部を備えた光学式ほこり検出装置。

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