JP2017116287A

JP2017116287A - 粒子検出センサ

Info

Publication number: JP2017116287A
Application number: JP2015248799A
Authority: JP
Inventors: 真太郎林; Shintaro Hayashi; 信一北岡; Shinichi Kitaoka; 弘貴松浪; Hiroki Matsunami
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-29
Also published as: US10119908B2; DE102016124767A1; US20170176329A1; CN206601315U

Abstract

【課題】迷光によるノイズを低減できる粒子検出センサを提供する。
【解決手段】検知領域ＤＡに光を投光する投光素子１０と、検知領域ＤＡにおける粒子による投光素子１０からの光の散乱光を受光する受光素子２０と、散乱光を反射して受光素子２０に導く第１反射体３０と、第１反射体３０から出て行く光を減衰させるための光減衰部６０とを備え、第１反射体３０には、投光素子１０の光を第１反射体３０の内部に導入するための光導入孔３１（第１の孔）と、第１反射体３０から出て行く光が通過する光排出孔３２（第２の孔）とが設けられており、光減衰部６０には、光排出部３２を通過して第１反射体３０から出た光が通過する貫通孔６１が設けられており、貫通孔６１の開口面積は、光排出孔３２の開口面積よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、粒子検出センサに関する。

粒子検出センサとして、大気中に浮遊する粒子（エアロゾル）を当該粒子の散乱光によって検知する光散乱式粒子検出センサが知られている。

光散乱式粒子検出センサは、投光素子と受光素子とを備える光電式センサであり、取り込んだ測定対象の気体に投光素子の光を照射することで生じる粒子の散乱光から気体に含まれる粒子を検出する。これにより、例えば、大気中に浮遊するホコリ・花粉・煙・ＰＭ２．５（微小粒子状物質）等の粒子を検出することができる。

光散乱式粒子検出センサにおいては、投光素子から出射する光の一部が迷光（不要光）となって受光素子に達して検出精度が低下するという問題がある。そこで、投光素子又は受光素子と対向する位置に光トラップ構造（迷光トラップ）を設けることによって迷光を抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

特開平１１−２４８６２９号公報特開２０００−２３５０００号公報

近年、粒子検出センサでは、検出効率を向上させるために、反射体（ミラー）を設けることが検討されている。この場合、粒子の散乱光を反射体で反射させて受光素子に集光することで検出効率を向上させている。

しかしながら、反射体の集光能力が非常に高いことから、わずかな光であっても光トラップ構造から漏れてしまうと、この漏れた光が迷光となって受光素子に入射してノイズになってしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、迷光によるノイズを低減できる粒子検出センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る粒子検出センサの一態様は、検知領域に光を投光する投光素子と、前記検知領域における粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光する受光素子と、前記散乱光を反射して前記受光素子に導く第１反射体と、前記第１反射体から出て行く光を減衰させるための光減衰部とを備え、前記第１反射体には、前記投光素子の光を当該第１反射体の内部に導入するための第１の孔と、当該第１反射体から出て行く光が通過する第２の孔とが設けられており、前記光減衰部には、前記第２の孔を通過して前記第１反射体から出た光が通過する第３の孔が設けられており、前記第３の孔の開口面積は、前記第２の孔の開口面積よりも小さい。

本発明によれば、迷光によるノイズを低減できる。

実施の形態に係る粒子検出センサの外観斜視図である。実施の形態に係る粒子検出センサの断面図である。実施の形態に係る粒子検出センサの断面斜視図である。比較例の粒子検出センサの断面図である。

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。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。

（実施の形態）
実施の形態に係る粒子検出センサ１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る粒子検出センサ１の外観斜視図である。図２は、同粒子検出センサ１の断面図（ＹＺ平面における断面図）である。図３は、同粒子検出センサ１の断面斜視図（ＸＹ平面における断面図）である。なお、図２では、投光素子１０から出射した光の光線の軌跡を示している。

図２及び図３に示すように、粒子検出センサ１は、投光素子１０と受光素子２０とを備える光電式センサであって、検知領域ＤＡにおける粒子による投光素子１０からの光の散乱光を受光素子２０で受光することにより大気中に含まれる粒子を検出する。粒子検出センサ１の検出対象の粒子は、例えば、２μｍ以下の微小なホコリ（塵埃）、花粉、煙、ＰＭ２．５等の微粒子であり、粒子検出センサ１は、粒子の有無、粒子の個数、粒子の大きさ、粒子の濃度等を検出することができる。

図２及び図３に示すように、粒子検出センサ１は、投光素子１０と、受光素子２０と、第１反射体３０と、加熱装置４０と、投光レンズ５０と、光減衰部６０と、第２反射体７０とを備える。

図１〜図３に示すように、粒子検出センサ１は、図１に示すように、筐体８０を備えており、投光素子１０、受光素子２０、第１反射体３０、加熱装置４０、投光レンズ５０、光減衰部６０及び第２反射体７０は、筐体８０内に配置されている。なお、図２に示すように、投光素子１０及び受光素子２０は、それぞれの光軸が検知領域ＤＡで交差するように筐体８０内に配置されている。

検知領域ＤＡは、測定対象の気体に含まれる粒子（エアロゾル）を検知するためのエアロゾル検知領域である。また、検知領域ＤＡは、気体に含まれる粒子による散乱光が発生する光散乱部である。つまり、検知領域ＤＡでは、気体に含まれる粒子に投光素子１０から出射した光が反射して散乱光が発生する。本実施の形態において、検知領域ＤＡは、投光素子１０の光軸と受光素子２０の光軸とが交差する交点を含む領域となっており、第１反射体３０内の粒子が通過する流路内に設定されている。検知領域ＤＡは、例えばφ２ｍｍである。図１及び図２に示すように、測定対象の気体は、筐体８０に設けられた流入口８０ａから流入し、検知領域ＤＡに誘導された後、流出口８０ｂから流出する。

投光素子１０は、検知領域ＤＡに光を投光する。投光素子１０は、所定の波長の光を発する光源であり、例えば、赤外光、青色光、緑色光、赤色光又は紫外光を発する発光素子である。投光素子１０としては、ＬＥＤ又はＬＤ（半導体レーザ）等の半導体発光素子を用いることができる。安価で高出力の投光素子１０としては、赤色光を発する赤色ＬＤを用いるとよい。また、投光素子１０は、２波長以上の混合波を発するように構成されていてもよい。本実施の形態において、投光素子１０の光軸は、例えば検知領域ＤＡを通るように設定されている。

なお、投光素子１０の発光波長が短いほど、粒径の小さな粒子が検出しやすくなる。また、投光素子１０の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子１０から出射する光は、ＤＣ駆動による連続光又はパルス光等とすることができる。また、投光素子１０の出力の大きさは、時間的に変化していてもよい。

受光素子２０は、検知領域ＤＡにおける気体中の粒子による投光素子１０からの光の散乱光を受光する受光部である。つまり、受光素子２０は、投光素子１０からの光が検知領域ＤＡに存在する粒子によって反射して散乱された光を受光する。受光素子２０は、受光した光を電気信号に変換する素子であり、例えば、フォトダイオード、フォトＩＣダイオード、フォトトランジスタ、又は、高電子倍増管等である。

第１反射体３０は、検知領域ＤＡにおける粒子による投光素子１０の光の散乱光を反射して受光素子２０に導く反射部材である。本実施の形態において、第１反射体３０は、検知領域ＤＡにおける粒子の散乱光を反射して受光素子２０に集光させて導く集光ミラーである。

具体的には、第１反射体３０は、内面（反射面）の形状が回転楕円体（回転楕円面）の一部をなす楕円ミラーであり、第１反射体３０の内面の断面形状は楕円の一部となっている。この場合、第１反射体３０の内面をなす回転楕円体を構成する楕円における２つの焦点は、一方の焦点（第１の焦点）が検知領域ＤＡ内に存在し、かつ、他方の焦点（第２の焦点）が受光素子２０の近傍（例えば受光素子２０の中心）に存在しているとよい。

これにより、検知領域ＤＡに存在する粒子によって発生する散乱光を、少ない反射回数（１回又は数回）で受光素子２０に入射させることができる。つまり、多重反射による光の減衰を回避できる。この結果、受光素子２０における受光効率を高めることができるので、粒子の検出効率を向上させることができる。なお、第１反射体３０の内面形状をなす回転楕円体を構成する楕円は、例えば、長径が２０ｍｍ〜１００ｍｍ、短径が１０ｍｍ〜５０ｍｍである。

第１反射体３０の内面は、反射面であり、例えば、散乱光が発生しにくい面であって、かつ、吸収率が小さくて反射率が高い面（鏡面等）であるとよい。これにより、第１反射体３０に入射する光の多くを受光素子２０に導くことができる。第１反射体３０としては、内面そのものが反射面となるようにベース部材そのものを金属等で構成してもよいし、樹脂や金属のベース部材の内面に反射面となる反射膜を形成してもよい。反射膜としては、アルミニウム、金、銀又は銅等の金属反射膜、鏡面反射膜、又は、誘電体多層膜等を用いることができる。より具体的には、反射膜としては、銀メッキ又はアルミ蒸着膜を用いることができる。このような反射膜を形成することによって、第１反射体３０の内面の反射率を向上させることができる。

第１反射体３０には、投光素子１０の光を第１反射体３０の内部に導入するための光導入孔（第１の孔）３１と、第１反射体３０から出て行く光が通過する光排出孔（第２の孔）３２とが設けられている。光導入孔３１は、第１反射体３０の外部から内部に光を入れるための貫通孔であり、光排出孔３２は、第１反射体３０の内部から外部に光を出すための貫通孔である。光導入孔３１及び光排出孔３２は、円形開口を有する円筒状の貫通孔であるが、光導入孔３１及び光排出孔３２の形状は、これに限るものではない。

光導入孔３１及び光排出孔３２は、投光素子１０の光軸上に設けられている。つまり、光導入孔３１及び光排出孔３２は、検知領域ＤＡを介して対向する位置に設けられている。したがって、投光素子１０から出射して光導入孔３１から第１反射体３０に導入された光のうち検知領域ＤＡで粒子に当たらなかった光は、第１反射体３０を直線状に通過して光排出孔３２を通って第１反射体３０の外部に出て行く。

また、第１反射体３０には、流入口８０ａから筐体８０内に流入した粒子を第１反射体３０の内部に導入するための粒子導入孔３３と、第１反射体３０の内部の粒子を第１反射体３０の外部に排出するための粒子排出孔３４とが設けられている。つまり、粒子導入孔３３及び粒子排出孔３４は、筐体８０内に流入した粒子（気体）の流路となっている。

粒子導入孔３３及び粒子排出孔３４は、検知領域ＤＡを介して対向する位置に設けられている。具体的には、粒子導入孔３３及び粒子排出孔３４は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って設けられている。粒子導入孔３３及び粒子排出孔３４は、円形開口を有する円筒状の貫通孔であるが、粒子導入孔３３及び粒子排出孔３４の形状は、これに限るものではない。

なお、第１反射体３０の内部には、光透過性材料が充填されていてもよい。光透過性材料としては、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂材料を用いることができる。ただし、この場合、粒子が通過する流路部分については空洞にしておく必要がある。このような流路としては、例えば、粒子導入孔３３から検知領域ＤＡを通って粒子排出孔３４に向かうように形成された筒状の中空とすることができる。

加熱装置４０は、気体（大気）を加熱するヒータであり、例えばヒータ抵抗である。加熱装置４０でよって気体を加熱することで、筐体８０内に鉛直方向に上昇気流（Ｚ軸正方向への気体の流れ）を発生させることができる。これにより、粒子を含む気体を流入口８０ａから筐体８０内に容易に引き込んで検知領域ＤＡに誘導することができる。

投光レンズ５０は、投光素子１０の前方に配置されており、投光素子１０から出射する光（投光ビーム）を検知領域ＤＡに向けて進行させるように構成されている。投光素子１０から出射する光は、投光レンズ５０を介して検知領域ＤＡに到達する。投光レンズ５０は、例えば、投光素子１０から３ｍｍ〜５ｍｍの位置に配置されており、投光レンズ５０の集光点は投光素子１０から１６ｍｍ程度の位置である。

投光レンズ５０は、例えば投光素子１０ら出射する光を検知領域ＤＡに集束（集光）させる集束レンズである。つまり、投光レンズ（集束レンズ）５０の集光点は、検知領域ＤＡ内に存在しており、本実施の形態では、第１反射体３０を構成する楕円の焦点に一致している。投光レンズ５０は、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂材料からなる樹脂レンズ又はガラス材料からなるガラスレンズであり、厚みが３ｍｍ程度で、直径が１０ｍｍ程度である。

光減衰部６０は、光を減衰させるための光減衰構造（光トラップ構造）を有する。光減衰部６０は、例えば、光減衰部６０に進入した不要光（迷光）を多重反射させることで減衰させる不要光減衰部である。本実施の形態において、光減衰部６０は、光排出孔３２を介して第１反射体３０から出て行く光を減衰させる。これにより、第１反射体３０から光減衰部６０に入った光を光減衰部６０で減衰させて第１反射体３０に戻らないようにすることができる。

本実施の形態において、光減衰部６０は、検知領域ＤＡを介して投光素子１０と対向する位置に設けられている。具体的に、光減衰部６０は、第１反射体３０に隣接する光学室であり、第１反射体３０に設けられた光排出孔３２によって第１反射体３０と空間的に繋がっている。

光減衰部６０は、第１空間６０ａと第２空間６０ｂとを有する。第１空間６０ａ及び第２空間６０ｂの各々は、壁で囲まれた閉空間であり、光減衰構造（光トラップ構造）を有する光学室を構成している。

第１空間６０ａと第１反射体３０とは、光排出孔３２によって空間的に繋がっており、第１空間６０ａには第１反射体３０から出た光が入射する。第１空間６０ａの内壁面には、光減衰構造として、光を減衰させるためのひだ状の複数の突起が形成されている。例えば、複数の突起は、厚さが１ｍｍ程度の板状の凸部を並べたものである。このような複数の突起を設けることによって、散乱反射した光等の制御できない迷光を突起で捉えて減衰させることができる。なお、複数の突起に対して表面処理を施さなくてもよいが、光吸収率を高めるような表面処理を施してもよい。また、複数の突起の形状は、これに限るものではなく、くさび状等であってもよい。

光減衰部６０には貫通孔６１（第３の孔）が設けられており、第１空間６０ａと第２空間６０ｂとは貫通孔６１によって空間的に繋がっている。第２空間６０ｂには、第１空間６０ａからの光が貫通孔６１を介して入射する。

貫通孔６１は、光排出孔３２を通過して第１反射体３０から出た光が通過する孔である。具体的には、光排出孔３２を通過して第１反射体３０から出た光は、第１空間６０ａに入って貫通孔６１を通過して第２空間６０ｂに導かれる。第２空間６０ｂに導かれた光は、第２空間６０ｂで減衰する。つまり、第２空間６０ｂは、光トラップ部であり、貫通孔６１は、光トラップ孔である。

第２空間６０ｂは、多重反射によって光を減衰させるための光減衰構造として、３つの壁に囲まれた構造を有する。例えば、第２空間６０ｂの壁面として形成される三角形は、３つの角度が３０°、６０°、９０°の直角三角形である。なお、第２空間６０ｂの壁面形状は、この直角三角形に限るものではなく、他の三角形でもよいし、三角形以外の多角形等であってもよい。なお、図示しないが、第１空間６０ａと同様に、第２空間６０ｂの内壁面には、光減衰構造として、ひだ状又はくさび状の複数の突起がさらに形成されていてもよい。これにより、第２空間６０ｂに入った光をさらに効果的に減衰させることができる。

貫通孔６１の開口面積は、光排出孔３２の開口面積よりも小さい。本実施の形態において、貫通孔６１は、平面視形状が矩形状のスリット孔であり、貫通孔６１のスリット幅は、例えば０．２〜１ｍｍ程度である。このように、貫通孔６１を細長いスリット孔に形成することで、第２空間６０ｂに入った光が第２空間６０ｂから再放射して出て行く割合を軽減することができる。なお、貫通孔６１の平面視形状は、矩形状に限るものではなく、円形等であってもよい。

また、貫通孔６１における第２空間６０ｂ側の開口端部には、返し部として凸部６２が設けられている。これにより、第２空間６０ｂに一旦進入した光が貫通孔６１を介して第２空間６０ｂから第１空間６０ａに出て行く割合を軽減することができる。

第１空間６０ａには、隔壁６３が設けられている。隔壁６３は、光排出孔３２と貫通孔６１とを結ぶ直線上に設けられている。つまり、光排出孔３２と貫通孔６１とは隔壁６３によって直視できない構造になっている。このような隔壁６３を設けることによって、貫通孔６１を介して第２空間６０ｂから光が漏れたとしても、この光が第１反射体３０に直接戻ることを防ぐことができる。

光減衰部６０には、第２反射体７０が設けられている。具体的には、第２反射体７０は、光減衰部６０の第１空間６０ａに設けられている。

第２反射体７０は、光排出孔３２から排出した光を反射して貫通孔６１に導く反射部材である。本実施の形態において、第２反射体７０は、光排出孔３２を介して第１反射体３０から排出された光を反射して貫通孔６１に集光させて導く集光ミラーである。これにより、光排出孔３２から排出した光を第２空間６０ｂに入射させることができる。つまり、投光素子１０から出射した光のうち迷光（不要光）となる光を、貫通孔６１を介して第２空間６０ｂに再集光させることができる。本実施の形態では貫通孔６１が矩形状のスリット孔であるので、第２反射体７０としては、光排出孔３２から排出された光を貫通孔６１で線状に集光させるシリンドリカルミラーを用いている。この場合、第２反射体７０の焦点距離は、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍである。

また、第１反射体３０と第２反射体７０とは分離している。具体的には、第２反射体７０は、第１反射体３０から１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度離れた場所に設けられている。なお、第２反射体７０は、ＸＹ平面に対して３０°〜５０°程度傾斜して設けられているが、これに限るものではない。

第２反射体７０の内面は、反射面であり、例えば、散乱光が発生しにくい面であって、かつ、吸収率が小さくて反射率が高い面（鏡面等）であるとよい。第２反射体７０としては、内面そのものが反射面となるように金属部材で構成されていてもよいし、樹脂や金属のベース部材の内面に反射面となる反射膜を形成してもよい。例えば、筐体８０の内面に反射膜を形成してもよい。反射膜としては、アルミニウム、金、銀又は銅等の金属反射膜、鏡面反射膜、又は、誘電体多層膜等を用いることができる。より具体的には、反射膜としては、銀メッキ又はアルミ蒸着膜を用いることができる。このように反射膜を形成することによって、第１反射体３０の内面の反射率を向上させることができる。なお、第２反射体７０としては、筐体８０の内面に反射膜としてアルミテープ等を貼り付けたものであってもよい。

筐体８０は、投光素子１０、受光素子２０、第１反射体３０、加熱装置４０及び投光レンズ５０等を収容するケースである。具体的には、筐体８０は、投光素子１０、受光素子２０、第１反射体３０、加熱装置４０及び投光レンズ５０等を保持するように構成されている。筐体８０は、例えば扁平直方体の箱状のケースである。

筐体８０には、流入口８０ａと流出口８０ｂとが設けられている。粒子を含む気体は、流入口８０ａから筐体８０の内部に流入し、検知領域ＤＡを通って流出口８０ｂから筐体８０の外部に流出する。流入口８０ａは、筐体８０内に大気を導入するための大気導入孔である。流出口８０ｂは、筐体８０から気体を排出するための大気排出孔である。なお、流入口８０ａの開口面積を流出口８０ｂの開口面積よりも大きくすることによって、効率良く筐体８０内に大気を導入して排気することができる。

筐体８０は、第１筐体部８１と第２筐体部８２とによって構成されている。また、第１筐体部８１は、さらに、第１支持部材８１ａと第２支持部材８１ｂとによって構成されている。第１支持部材８１ａは、受光素子２０、第１反射体３０、加熱装置４０及び投光レンズ５０を支持している。また、第２支持部材８１ｂは、投光素子１０を支持している。第１支持部材８１ａ及び第２筐体部８２は樹脂材料によって構成され、第２支持部材８１ｂは金属材料によって構成されている。例えば、第１支持部材８１ａ及び第２筐体部８２は黒色のＡＢＳ樹脂によって構成され、第２支持部材８１ｂはアルミニウムによって構成されているが、これに限るものではない。なお、光減衰部６０は、第１支持部材８１ａの内部構造によって構成されている。例えば、光減衰部６０は、樹脂成型によって第１支持部材８１ａを成形することで所定の形状に形成されている。

以上のように構成される粒子検出センサ１では、例えば以下のようにして、粒子検出センサ１（筐体８０）内に流入した気体（大気）に含まれる粒子を検出することができる。

この場合、流入口８０ａから筐体８０内に流入した気体は、検知領域ＤＡに導かれる。このとき、気体に粒子（エアロゾル）が含まれていると、投光素子１０から出射した光は、検知領域ＤＡに存在する粒子で反射する。これにより、粒子から散乱光が発生する。発生した粒子の散乱光の一部は、第１反射体３０で反射されて受光素子２０に導かれる。受光素子２０に入射した光は電気信号に変換されて出力される。この電気信号によって、粒子検出センサ１内に流入した気体中に粒子が存在することが分かる。

また、受光素子２０で受光した信号の大きさ、つまり、粒子による散乱光の光強度の大きさによって、粒子の大きさ（粒径）を判別することができる。したがって、大気中に含まれる粒子が、ホコリであるか、花粉であるか、煙であるか、ＰＭ２．５（微小粒子状物質）であるかを判別することができる。

さらに、受光素子２０で検出される信号の出力の１つ１つ、つまり、粒子による散乱光の光強度のピーク１つ１つは、粒子の１つ１つに対応するので、粒子検出センサ１内に流入された気体中の粒子の個数（量）や濃度を算出することもできる。

一方、粒子検出センサ１内に流入された大気に粒子が含まれていない場合、検知領域ＤＡには粒子が存在しないので、投光素子１０から出射した光は検知領域ＤＡを通過してそのまま直進するので、粒子による散乱光が発生しない。したがって、この場合、基本的には受光素子２０の反応がないので、粒子検出センサ１内に流入された気体中に粒子が存在しないと判断される。

次に、本実施の形態における粒子検出センサ１の効果について、比較例の粒子検出センサと比較して説明する。図４は、比較例の粒子検出センサ１Ａの断面図である。なお、図４では、投光素子１０から出射した光の光線の軌跡を示している。

粒子検出センサ（筐体）内の迷光（不要光）は、ノイズの要因になるため、受光素子に入射されないように適切に減衰させることが必要となる。例えば、投光素子から出射する光のうち検知領域で粒子に当たらずに検知領域を通過した光は、迷光となる。このため、検知領域を通過した光を適切に減衰させて受光素子に入射させないようにする必要がある。

例えば、図４に示される比較例の粒子検出センサ１Ａでは、検知領域を通過した光を減衰させるために、検知領域ＤＡを挟んで投光素子１０と対向する位置に、光トラップ構造を有する光減衰部６０Ａが設けられている。光減衰部６０Ａには、光トラップ構造として、板状の凸部を並べた複数の突起が設けられている。

しかしながら、図４の比較例の粒子検出センサ１Ａでは、投光素子１０の光出力に対する受光素子２０の光入力との比であるノイズレベル（受光素子２０の光入力／投光素子１０の光出力）は、１０^−５程度である。粒子検出センサとして要求されるノイズレベルは、１０^−７程度であるので、迷光の減衰量は２桁も不足している。

これに対して、図２に示すように、本実施の形態における粒子検出センサ１では、第１反射体３０には、投光素子１０の光を第１反射体３０の内部に導入するための光導入孔（第１の孔）３１と、第１反射体３０から出て行く光が通過する光排出孔（第２の孔）３２とが設けられている。また、光減衰部６０には、光排出孔３２を通過して第１反射体３０から出た光が通過する貫通孔６１（第３の孔）が設けられており、貫通孔６１の開口面積は、光排出孔３２の開口面積よりも小さくなっている。

これにより、光排出孔３２を介して第１反射体３０から出て行った迷光は、貫通孔６１を一旦通過した後に貫通孔６１から漏れ出してしまうことを抑制できる。したがって、迷光が第１反射体３０に戻ることを抑制できるので、迷光によるノイズを低減することができる。この結果、高い検出精度及び優れた検出効率を有する粒子検出センサを実現することができる。例えば、図２に示す粒子検出センサ１の構造では、ノイズレベルが１０^−７程度であった。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、光排出孔３２と貫通孔６１とを結ぶ直線上には、隔壁６３が設けられている。

これにより、貫通孔６１から光が漏れたとしても、この光が第１反射体３０に直接戻ることを防ぐことができる。つまり、仮に貫通孔６１から漏れた光が第１反射体３０に戻ったとしても、貫通孔６１から漏れた光は内部構造で反射してから第１反射体３０に戻ることになるので減衰している。したがって、迷光によるノイズを一層低減することができる。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、光排出孔３２から排出した光を反射して貫通孔６１に導く第２反射体７０を備えている。

これにより、貫通孔６１の開口面積を小さくすることができるので、貫通孔６１を一旦通過した迷光が再び貫通孔６１から漏れ出してしまうことを一層抑制できる。したがって、迷光によるノイズを一層低減することができる。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、第１反射体３０と第２反射体７０とは分離している。

これにより、第１反射体３０と第２反射体７０の距離を十分にあけることができるので、第１反射体３０内の粒子が第２反射体７０に進入することを抑制できるので、粒子の蓄積等により第２反射体７０が粒子で汚れて反射効率が低下することを抑制できる。したがって、長期にわたって検出精度が安定するので、長期信頼性に優れた粒子検出センサを実現することができる。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、光減衰部６０は、第１反射体３０から出た光が入射する第１空間６０ａと、第１空間６０ａからの光が貫通孔６１を介して入射する第２空間６０ｂとを有しており、第２空間６０ｂが閉空間となっている。

これにより、貫通孔６１を介して第２空間６０ｂに進入した迷光を効率良く減衰させることができる。したがって、迷光によるノイズを一層低減することができる。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、貫通孔６１における第２空間６０ｂ側の開口端部には凸部６２が設けられている。

これにより、第２空間６０ｂに一旦進入した光が貫通孔６１を介して第２空間６０ｂから漏れ出してしまうことを一層抑制できる。したがって、迷光によるノイズを一層低減することができる。

また、本実施の形態における粒子検出センサ１では、光導入孔３１及び光排出孔３２は、投光素子１０の光軸上に設けられている。

光導入孔３１を介して第１反射体３０内に進入した投光素子１０の光のうち検知領域ＤＡで粒子に当たらずに検知領域ＤＡを通過した光は、迷光となって、光排出孔３２を介して第１反射体３０から出て行く。本実施の形態における粒子検出センサ１では、このような迷光によるノイズを大幅に低減することができる。

（変形例）
以上、本発明に係る粒子検出センサについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態における粒子検出センサでは、加熱装置４０及び投光レンズ５０を設けたが、加熱装置４０及び投光レンズ５０は設けなくてもよい。

また、上記実施の形態における粒子検出センサは、ダストセンサに搭載することができる。例えば、当該ダストセンサは、内蔵する粒子検出センサによってホコリの粒子を検知した場合、ホコリを検知したことを音や光によって報知したり表示部に表示したりする。

また、上記実施の形態における粒子検出センサは、煙感知器に搭載することができる。例えば、煙感知器は、内蔵する粒子検出センサによって煙の粒子を検知した場合、煙を検知したことを音や光によって報知したり表示部に表示したりする。

また、上記実施の形態における粒子検出センサ又は上記ダストセンサは、空気清浄機、換気扇又はエアコン等に搭載することができる。この場合、例えば、当該空気清浄機、換気扇又はエアコンは、内蔵する粒子検出センサによってホコリの粒子を検知した場合、単にホコリを検知したことを表示部に表示してもよいし、ファンを起動したりファンの回転速度を変更したり等のファンの制御を行ったりしてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１粒子検出センサ
１０投光素子
２０受光素子
３０第１反射体
３１光導入孔（第１の孔）
３２光排出孔（第２の孔）
６０光減衰部
６０ａ第１空間
６０ｂ第２空間
６１貫通孔（第３の孔）
６２凸部
６３隔壁
７０第２反射体

Claims

検知領域に光を投光する投光素子と、
前記検知領域における粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光する受光素子と、
前記散乱光を反射して前記受光素子に導く第１反射体と、
前記第１反射体から出て行く光を減衰させるための光減衰部とを備え、
前記第１反射体には、前記投光素子の光を当該第１反射体の内部に導入するための第１の孔と、当該第１反射体から出て行く光が通過する第２の孔とが設けられており、
前記光減衰部には、前記第２の孔を通過して前記第１反射体から出た光が通過する第３の孔が設けられており、
前記第３の孔の開口面積は、前記第２の孔の開口面積よりも小さい、
粒子検出センサ。
前記第２の孔と前記第３の孔とを結ぶ直線上には、隔壁が設けられている、
請求項１に記載の粒子検出センサ。
さらに、前記第２の孔から排出した光を反射して前記第３の孔に導く第２反射体を備える、
請求項１又は２に記載の粒子検出センサ。
前記１反射体と前記第２反射体とは分離している、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
前記光減衰部は、前記第１反射体から出た光が入射する第１空間と、前記第１空間からの光が前記第３の孔を介して入射する第２空間とを有し、
前記第２空間は、閉空間である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
前記第３の孔における前記第２空間側の開口端部には、凸部が設けられている、
請求項５に記載の粒子検出センサ。
前記第１の孔及び前記第２の孔は、前記投光素子の光軸上に設けられている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。