JP2017161404A - Optical component sensor - Google Patents

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一輝 橋本
Kazuteru Hashimoto
一輝 橋本
福島 博司
Hiroshi Fukushima
博司 福島
渡部 祥文
Yoshifumi Watabe
祥文 渡部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component sensor capable of highly accurately detecting a component.SOLUTION: An optical component sensor 1 comprises: a detection light source 21 which emits detection light LD1; a reference light source 22 which emits reference light LR1; a light projecting unit 40 which emits emission detection light LD2 which is reflected light by a concave reflection mirror 41, and emission reference light LR2 toward an object 2; a detection light-receiving element 31 which receives reflection detection light LD3 which is reflected light by the object 2; a reference light-receiving element 32 which receives reflection reference light LR3 which is reflected light by the object 2; and a signal processing circuit 80 which detects a component contained in the object 2 on the basis of a detection signal corresponding to the reflection detection light LD3 and a reference signal corresponding to the reflection reference light LR3. The detection light source 21 is arranged at a position different from a position on an optical path of the emission reference light LR2. The reference light source 22 is arranged at a position different from a position on an optical path of the emission detection light LD2. Optical axes of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are parallel each other, and intensity distributions of these lights in a cross section orthogonal to the optical axes substantially match each other.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、検知光と参照光とを用いて所定の成分を検知する光学式成分センサに関する。   The present invention relates to an optical component sensor that detects a predetermined component using detection light and reference light.

従来、遠距離にある検出物体を判別することができる光電センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された反射型光電センサは、波長の異なる2つの光を検出物体に照射する投光部と、2つの光のいずれか一方の光を反射する反射板と、検出物体又は反射板によって反射された光を受光する受光部とを備える。反射型光電センサによれば、受光部が出力する受光信号を処理することで、検出物体の有無などを知ることができる。   Conventionally, a photoelectric sensor capable of discriminating a detection object at a long distance is known (see, for example, Patent Document 1). The reflective photoelectric sensor described in Patent Document 1 includes a light projecting unit that irradiates a detection object with two lights having different wavelengths, a reflection plate that reflects one of the two lights, and a detection object or reflection. And a light receiving unit that receives light reflected by the plate. According to the reflective photoelectric sensor, it is possible to know the presence / absence of a detection object by processing the light reception signal output from the light receiving unit.

特開平8−255533号公報JP-A-8-255533

特許文献1に記載された反射型光電センサでは、投光部は光軸を一致させた2つの発光素子を備え、2つの発光素子は、互いの出射面が逆方向になるように配置されている。2つの発光素子の一方が出射した光は、反射板によって反射されて投光レンズを通って外部に出射される。つまり、反射板の反射方向に発光素子が配置されているので、反射板によって反射された光は、発光素子によって遮られて、外部に出射される光エネルギーが減少する。これにより、成分の検知精度が低下する。   In the reflective photoelectric sensor described in Patent Document 1, the light projecting unit includes two light emitting elements whose optical axes coincide with each other, and the two light emitting elements are arranged so that their emission surfaces are in opposite directions. Yes. The light emitted from one of the two light emitting elements is reflected by the reflecting plate and emitted to the outside through the light projecting lens. That is, since the light emitting element is arranged in the reflection direction of the reflecting plate, the light reflected by the reflecting plate is blocked by the light emitting element, and the light energy emitted to the outside is reduced. Thereby, the detection accuracy of a component falls.

そこで、本発明は、成分を精度良く検知することができる光学式成分センサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical component sensor that can accurately detect a component.

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学式成分センサは、所定の成分による吸収波長を含む検知光を発する第1光源と、前記成分による吸収波長を含まない参照光を発する第2光源と、前記第1光源及び前記第2光源を収容する筐体と、前記筐体内に収容され、前記検知光及び前記参照光を反射する凹面反射ミラーを有し、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光の少なくとも一部である出射検知光と、前記凹面反射ミラーによって反射された参照光の少なくとも一部である出射参照光とを、前記筐体の外部に位置している対象物に向けて出射する投光部と、前記対象物によって反射された前記出射検知光の少なくとも一部である反射検知光を受光する、前記筐体内に収容された第1受光素子と、前記対象物によって反射された前記出射参照光の少なくとも一部である反射参照光を受光する、前記筐体内に収容された第2受光素子と、前記第1受光素子から出力された前記反射検知光に対応する検知信号と、前記第2受光素子から出力された前記反射参照光に対応する参照信号とに基づいて、前記対象物が含む前記成分を検知する信号処理回路とを備え、前記第1光源は、前記凹面反射ミラーによって反射された参照光の光路上とは異なる位置に配置され、前記第2光源は、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光の光路上とは異なる位置に配置され、前記出射検知光及び前記出射参照光は、各々の光軸が平行で、かつ、前記光軸に直交する断面における強度分布が略一致する。   To achieve the above object, an optical component sensor according to an aspect of the present invention includes a first light source that emits detection light that includes an absorption wavelength due to a predetermined component, and a reference light that does not include the absorption wavelength due to the component. Two light sources, a housing that houses the first light source and the second light source, a concave reflecting mirror that is housed in the housing and reflects the detection light and the reference light, and is reflected by the concave reflecting mirror The outgoing detection light that is at least a part of the detected light and the outgoing reference light that is at least a part of the reference light reflected by the concave reflecting mirror are applied to an object located outside the casing. A light projecting unit that emits light toward the light source, a first light receiving element housed in the housing that receives reflected detection light that is at least part of the emission detection light reflected by the object, and the object. Reflection A second light receiving element housed in the housing for receiving reflected reference light that is at least part of the emitted reference light, and a detection signal corresponding to the reflected detection light output from the first light receiving element And a signal processing circuit that detects the component included in the object based on a reference signal corresponding to the reflected reference light output from the second light receiving element, and the first light source includes the concave surface The second light source is disposed at a position different from the optical path of the detection light reflected by the concave reflection mirror, and is disposed at a position different from the optical path of the reference light reflected by the reflection mirror. In addition, in the emission reference light, the respective optical axes are parallel to each other, and the intensity distributions in the cross section perpendicular to the optical axis substantially coincide with each other.

本発明に係る光学式成分センサによれば、成分を精度良く検出することができる。   With the optical component sensor according to the present invention, components can be detected with high accuracy.

実施の形態に係る光学式成分センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the optical component sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光学式成分センサの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the optical component sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光学式成分センサの検知光の光路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical path of the detection light of the optical component sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光学式成分センサの参照光の光路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical path of the reference light of the optical component sensor which concerns on embodiment. 水分の吸光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of a water | moisture content. 実施の形態に係る光学式成分センサの検知光及び参照光のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of the detection light of the optical component sensor which concerns on embodiment, and reference light. 実施の形態に係る光学式成分センサの受光素子の感度特性を示す図である。It is a figure which shows the sensitivity characteristic of the light receiving element of the optical component sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光学式成分センサの投光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light projection part of the optical component sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る出射検知光と出射参照光との強度分布を示す図である。It is a figure which shows intensity distribution of the emitted detection light which concerns on embodiment, and the emitted reference light. 実施の形態に係る光学式成分センサの光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the transmission spectrum of the optical filter of the optical component sensor which concerns on embodiment. 変形例1に係る投光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light projection part which concerns on the modification 1. FIG. 変形例2に係る投光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light projection part which concerns on the modification 2. FIG. 変形例3に係る投光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light projection part which concerns on the modification 3. FIG.

以下では、本発明の実施の形態に係る光学式成分センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、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、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。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。   Below, the optical component sensor which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail using drawing. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.

また、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。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成につい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。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Therefore, for example, the scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.

(実施の形態)
[概要]
まず、実施の形態に係る光学式成分センサの概要について説明する。
(Embodiment)
[Overview]
First, an outline of the optical component sensor according to the embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に係る光学式成分センサ1の構成を示す図である。図2は、本実施の形態に係る光学式成分センサ1の機能構成を示すブロック図である。図3A及び図3Bはそれぞれ、本実施の形態に係る光学式成分センサ1の検知光及び参照光の光路の一例を示す図である。なお、図3A及び図3Bではそれぞれ、検知光及び参照光の代表的な光路のみを示している。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical component sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the optical component sensor 1 according to the present embodiment. 3A and 3B are diagrams showing examples of optical paths of detection light and reference light of the optical component sensor 1 according to the present embodiment, respectively. 3A and 3B show only typical optical paths of the detection light and the reference light, respectively.

光学式成分センサ1は、波長の異なる2つの光(出射検知光LD2及び出射参照光LR2)を対象物2に照射して、対象物2による反射光(反射検知光LD3及び反射参照光LR3)を受光することで、対象物2に含まれる成分を検知する非接触式の光学式成分センサである。本実施の形態では、図3A及び図3Bに示すように、光学式成分センサ1は、空間3を隔てて離れた位置に位置する対象物2に含まれる水分を検知する。   The optical component sensor 1 irradiates the object 2 with two lights having different wavelengths (the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2), and the light reflected by the object 2 (the reflection detection light LD3 and the reflection reference light LR3). Is a non-contact optical component sensor that detects a component contained in the object 2 by receiving light. In the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the optical component sensor 1 detects moisture contained in the object 2 located at a position separated from the space 3.

対象物2は、特に限定されない場合、例えば衣類などである。例えば、光学式成分センサ1を衣類乾燥機などに取り付けることで、衣類の乾燥具合を確認することができる。これにより、乾燥のし過ぎによる衣類の痛みの発生などを抑制することができる。   The object 2 is, for example, clothing or the like when not particularly limited. For example, by attaching the optical component sensor 1 to a clothes dryer or the like, it is possible to check the drying condition of the clothes. Thereby, generation | occurrence | production of the pain of the clothing by drying too much can be suppressed.

空間3は、光学式成分センサ1と対象物2との間の空間(自由空間)である。空間3は、光学式成分センサ1の筐体10の外部空間である。   The space 3 is a space (free space) between the optical component sensor 1 and the object 2. The space 3 is an external space of the housing 10 of the optical component sensor 1.

図1に示すように、光学式成分センサ1は、筐体10と、検知用光源21と、参照用光源22と、検知用受光素子31と、参照用受光素子32と、凹面反射ミラー41を有する投光部40と、検知用レンズ51と、参照用レンズ52と、検知用フィルタ61と、参照用フィルタ62とを備える。また、図2に示すように、光学式成分センサ1は、制御回路70と、信号処理回路80とを備える。   As shown in FIG. 1, the optical component sensor 1 includes a housing 10, a detection light source 21, a reference light source 22, a detection light receiving element 31, a reference light receiving element 32, and a concave reflecting mirror 41. The light projecting unit 40 includes a detection lens 51, a reference lens 52, a detection filter 61, and a reference filter 62. As shown in FIG. 2, the optical component sensor 1 includes a control circuit 70 and a signal processing circuit 80.

以下では、光学式成分センサ1の各構成要素について詳細に説明する。   Below, each component of the optical component sensor 1 is demonstrated in detail.

[筐体]
筐体10は、検知用光源21及び参照用光源22を収容する筐体である。図1に示すように、筐体10には、さらに、検知用受光素子31、参照用受光素子32、凹面反射ミラー41、検知用レンズ51、参照用レンズ52、検知用フィルタ61、及び、参照用フィルタ62が収容されている。
[Case]
The housing 10 is a housing that houses the detection light source 21 and the reference light source 22. As shown in FIG. 1, the housing 10 further includes a detection light receiving element 31, a reference light receiving element 32, a concave reflecting mirror 41, a detection lens 51, a reference lens 52, a detection filter 61, and a reference. A filter 62 is accommodated.

筐体10は、遮光性の材料から形成されている。これにより、外光が筐体10内に入射するのを抑制することができる。具体的には、筐体10は、検知用受光素子31及び参照用受光素子32が受光する光に対して遮光性を有する。より具体的には、筐体10は、反射検知光LD3(検知光LD1)及び反射参照光LR3(参照光LR1)に対して遮光性を有し、例えば、樹脂材料又は金属材料から形成される。   The housing 10 is made of a light shielding material. Thereby, it can suppress that external light injects into the housing | casing 10. FIG. Specifically, the housing 10 has a light shielding property against light received by the detection light receiving element 31 and the reference light receiving element 32. More specifically, the housing 10 has a light blocking property with respect to the reflected detection light LD3 (detection light LD1) and the reflected reference light LR3 (reference light LR1), and is formed of, for example, a resin material or a metal material. .

筐体10の外壁には、開口が設けられ、当該開口に検知用レンズ51及び参照用レンズ52が取り付けられている。また、図示しないが、筐体10の外壁には、検知用光源21及び参照用光源22が発し、凹面反射ミラー41によって反射された光(出射検知光LD2及び出射参照光LR2)を外部に出射するための開口が設けられている。   An opening is provided in the outer wall of the housing 10, and a detection lens 51 and a reference lens 52 are attached to the opening. Although not shown, the detection light source 21 and the reference light source 22 emit on the outer wall of the housing 10 and the light reflected by the concave reflection mirror 41 (the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2) is emitted to the outside. An opening is provided for this purpose.

[検知用光源]
検知用光源21は、所定の成分による吸収波長を含む検知光LD1を発する第1光源の一例である。具体的には、検知用光源21は、水分による吸収波長をピーク波長として含む検知光LD1を発する分散光源である。検知用光源21が発した検知光LD1は、図3Aに示すように、凹面反射ミラー41によって反射されて筐体10の外部に、出射検知光LD2として出射される。
[Light source for detection]
The detection light source 21 is an example of a first light source that emits detection light LD1 including an absorption wavelength of a predetermined component. Specifically, the detection light source 21 is a dispersed light source that emits detection light LD1 including an absorption wavelength due to moisture as a peak wavelength. As shown in FIG. 3A, the detection light LD1 emitted from the detection light source 21 is reflected by the concave reflecting mirror 41 and emitted to the outside of the housing 10 as emission detection light LD2.

図4は、水分の吸光スペクトルを示す図である。図4に示すように、水分は、約1450nm及び約1900nmの波長に吸収ピークを有する。本実施の形態では、図5に示すように、検知光LD1は、水分による吸収波長である1450nmをピーク波長として含む赤外光である。ここで、図5は、本実施の形態に係る光学式成分センサ1の検知光及び参照光のスペクトルを示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing an absorption spectrum of moisture. As shown in FIG. 4, moisture has absorption peaks at wavelengths of about 1450 nm and about 1900 nm. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the detection light LD1 is infrared light including 1450 nm, which is an absorption wavelength due to moisture, as a peak wavelength. Here, FIG. 5 is a diagram illustrating the spectra of the detection light and the reference light of the optical component sensor 1 according to the present embodiment.

検知用光源21は、例えば、図5の実線で示すスペクトルを有する赤外光を発する発光素子である。発光素子は、例えば、LED(Light Emitting Diode)素子であるが、これに限らない。発光素子としては、半導体レーザ素子又は有機EL(Electro Luminescence)素子などを用いてもよい。   The detection light source 21 is, for example, a light emitting element that emits infrared light having a spectrum indicated by a solid line in FIG. The light emitting element is, for example, an LED (Light Emitting Diode) element, but is not limited thereto. As the light emitting element, a semiconductor laser element or an organic EL (Electro Luminescence) element may be used.

検知用光源21は、凹面反射ミラー41によって反射された参照光(本実施の形態では、出射参照光LR2)の光路上とは異なる位置に配置されている。具体的には、検知用光源21は、参照用光源22が発した参照光とは干渉しない位置に配置されている。図3Bに示すように、例えば、検知用光源21は、参照用光源22が発した参照光LR1の光路上とは異なる位置に配置され、参照用光源22と凹面反射ミラー41との間には配置されていない。また、例えば、検知用光源21は、反射参照光LR3の光路上とは異なる位置に配置され、参照用レンズ52と参照用受光素子32との間には配置されていない。本実施の形態では、検知用光源21は、凹面反射ミラー41を間に挟んで、参照用受光素子32と向かい合うように配置されている。   The light source for detection 21 is arranged at a position different from the optical path of the reference light reflected by the concave reflecting mirror 41 (in this embodiment, the outgoing reference light LR2). Specifically, the detection light source 21 is arranged at a position where it does not interfere with the reference light emitted from the reference light source 22. As shown in FIG. 3B, for example, the detection light source 21 is arranged at a position different from the optical path of the reference light LR1 emitted from the reference light source 22, and is interposed between the reference light source 22 and the concave reflecting mirror 41. Not placed. Further, for example, the detection light source 21 is disposed at a position different from the optical path of the reflected reference light LR3, and is not disposed between the reference lens 52 and the reference light receiving element 32. In the present embodiment, the detection light source 21 is disposed so as to face the reference light receiving element 32 with the concave reflection mirror 41 interposed therebetween.

[参照用光源]
参照用光源22は、所定の成分による吸収波長を含まない参照光LR1を発する第2光源の一例(分散光源)である。図5に示すように、参照光LR1は、水分による吸収波長である約1450nmの波長を含まずに、例えば、当該吸収波長とは異なる約1300nmの波長をピーク波長として含んでいる。参照用光源22が発した参照光LR1は、図3Bに示すように、凹面反射ミラー41によって反射されて筐体10の外部に、出射参照光LR2として出射される。
[Reference light source]
The reference light source 22 is an example (dispersed light source) of a second light source that emits reference light LR1 that does not include an absorption wavelength due to a predetermined component. As shown in FIG. 5, the reference light LR1 does not include a wavelength of about 1450 nm that is an absorption wavelength due to moisture, but includes, for example, a wavelength of about 1300 nm different from the absorption wavelength as a peak wavelength. As shown in FIG. 3B, the reference light LR1 emitted from the reference light source 22 is reflected by the concave reflecting mirror 41 and emitted to the outside of the housing 10 as outgoing reference light LR2.

なお、吸収波長を含まないとは、吸収波長を全く含まないことのみを意味する訳ではない。参照光LR1は、ピーク波長に比べて十分に小さい強度の吸収波長を含んでもよい。例えば、参照光LR1は、検知分解能より小さい強度の吸収波長を含んでもよい。   Note that not including the absorption wavelength does not mean only not including the absorption wavelength at all. The reference light LR1 may include an absorption wavelength whose intensity is sufficiently smaller than the peak wavelength. For example, the reference light LR1 may include an absorption wavelength with an intensity smaller than the detection resolution.

参照用光源22は、例えば、図5の破線で示すスペクトルを有する赤外光を発する発光素子である。すなわち、参照用光源22は、検知用光源21が発する赤外光のピーク波長とは異なる波長をピーク波長として含む赤外光を発する。発光素子は、例えば、LED素子であるが、半導体レーザ素子又は有機EL素子などでもよい。   The reference light source 22 is, for example, a light emitting element that emits infrared light having a spectrum indicated by a broken line in FIG. That is, the reference light source 22 emits infrared light including a peak wavelength that is different from the peak wavelength of the infrared light emitted from the detection light source 21. The light emitting element is, for example, an LED element, but may be a semiconductor laser element or an organic EL element.

参照用光源22は、凹面反射ミラー41によって反射された検知光(本実施の形態では、出射検知光LD2)の光路上とは異なる位置に配置されている。具体的には、参照用光源22は、検知用光源21が発した検知光とは干渉しない位置に配置されている。図3Aに示すように、例えば、参照用光源22は、検知用光源21が発した検知光LD1の光路上とは異なる位置に配置され、検知用光源21と凹面反射ミラー41との間には配置されていない。また、例えば、参照用光源22は、反射検知光LD3の光路上とは異なる位置に配置され、検知用レンズ51と検知用受光素子31との間には配置されていない。本実施の形態では、参照用光源22は、凹面反射ミラー41を間に挟んで、検知用受光素子31と向かい合うように配置されている。   The reference light source 22 is disposed at a position different from the optical path of the detection light (in this embodiment, the emission detection light LD2) reflected by the concave reflecting mirror 41. Specifically, the reference light source 22 is disposed at a position where it does not interfere with the detection light emitted from the detection light source 21. As shown in FIG. 3A, for example, the reference light source 22 is disposed at a position different from the optical path of the detection light LD1 emitted by the detection light source 21, and is interposed between the detection light source 21 and the concave reflecting mirror 41. Not placed. Further, for example, the reference light source 22 is disposed at a position different from the optical path of the reflected detection light LD3, and is not disposed between the detection lens 51 and the detection light receiving element 31. In the present embodiment, the reference light source 22 is disposed so as to face the detection light receiving element 31 with the concave reflection mirror 41 interposed therebetween.

[検知用受光素子]
検知用受光素子31は、対象物2によって反射された出射検知光LD2の少なくとも一部である反射検知光LD3を受光する第1受光素子の一例である。検知用受光素子31は、受光した反射検知光LD3を光電変換することで、反射検知光LD3の受光量(すなわち、強度)に応じた電気信号である検知信号を生成する。生成された検知信号は、信号処理回路80に出力される。
[Light-receiving element for detection]
The light receiving element 31 for detection is an example of a first light receiving element that receives the reflected detection light LD3 that is at least a part of the outgoing detection light LD2 reflected by the object 2. The detection light receiving element 31 photoelectrically converts the received reflected detection light LD3 to generate a detection signal that is an electrical signal corresponding to the amount of received light (that is, intensity) of the reflected detection light LD3. The generated detection signal is output to the signal processing circuit 80.

反射検知光LD3は、出射検知光LD2が対象物2によって反射された光である。反射検知光LD3のピーク波長は、出射検知光LD2のピーク波長、すなわち、検知光LD1のピーク波長(約1450nm)と同じである。   The reflection detection light LD3 is light obtained by reflecting the emission detection light LD2 by the object 2. The peak wavelength of the reflected detection light LD3 is the same as the peak wavelength of the outgoing detection light LD2, that is, the peak wavelength (about 1450 nm) of the detection light LD1.

図6は、本実施の形態に係る光学式成分センサ1の受光素子の感度特性を示す図である。本実施の形態では、図6に示す特性を有する受光素子を、検知用受光素子31及び参照用受光素子32の各々に用いる。   FIG. 6 is a diagram showing sensitivity characteristics of the light receiving element of the optical component sensor 1 according to the present embodiment. In the present embodiment, a light receiving element having the characteristics shown in FIG. 6 is used for each of the detection light receiving element 31 and the reference light receiving element 32.

具体的には、図6に示すように、検知用受光素子31の受光感度は、1000nm〜1600nmの範囲の波長に対して正の相関を有する。なお、検知用受光素子31の受光感度は、これに限定されず、例えば、各波長に対して略一定の感度でもよい。   Specifically, as shown in FIG. 6, the light receiving sensitivity of the detection light receiving element 31 has a positive correlation with a wavelength in the range of 1000 nm to 1600 nm. The light receiving sensitivity of the detection light receiving element 31 is not limited to this, and may be, for example, a substantially constant sensitivity with respect to each wavelength.

このように、検知用受光素子31は、反射検知光LD3(検知光LD1)のピーク波長に対して十分に強い受光感度を有する。したがって、検知用受光素子31は、反射検知光LD3を受光し、受光量に応じた電気信号(検知信号)を生成することができる。   As described above, the detection light receiving element 31 has sufficiently high light reception sensitivity with respect to the peak wavelength of the reflected detection light LD3 (detection light LD1). Therefore, the detection light receiving element 31 can receive the reflection detection light LD3 and generate an electrical signal (detection signal) corresponding to the amount of received light.

検知用受光素子31は、筐体10内に収容されている。例えば、検知用受光素子31は、受光面が検知用レンズ51の焦点に位置するように筐体10内に固定されている。   The detection light receiving element 31 is accommodated in the housing 10. For example, the detection light receiving element 31 is fixed in the housing 10 so that the light receiving surface is positioned at the focal point of the detection lens 51.

検知用受光素子31は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、検知用受光素子31は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。なお、検知用受光素子31と参照用受光素子32とは、1つのイメージセンサの異なる領域を利用してもよい。   The detection light receiving element 31 is, for example, a photodiode, but is not limited thereto. For example, the detection light receiving element 31 may be a phototransistor or an image sensor. The detection light receiving element 31 and the reference light receiving element 32 may use different regions of one image sensor.

[参照用受光素子]
参照用受光素子32は、対象物2によって反射された出射参照光LR2の少なくとも一部である反射参照光LR3を受光する第2受光素子の一例である。参照用受光素子32は、受光した反射参照光LR3を光電変換することで、反射参照光LR3の受光量に応じた電気信号である参照信号を生成する。生成された参照信号は、信号処理回路80に出力される。
[Reference light receiving element]
The reference light receiving element 32 is an example of a second light receiving element that receives the reflected reference light LR3 that is at least a part of the outgoing reference light LR2 reflected by the object 2. The reference light receiving element 32 photoelectrically converts the received reflected reference light LR3 to generate a reference signal that is an electrical signal corresponding to the amount of light received by the reflected reference light LR3. The generated reference signal is output to the signal processing circuit 80.

反射参照光LR3は、出射参照光LR2が対象物2によって反射された光である。反射参照光LR3のピーク波長は、出射参照光LR2のピーク波長、すなわち、参照光LR1のピーク波長(約1300nm)と同じである。   The reflected reference light LR3 is light obtained by reflecting the outgoing reference light LR2 by the object 2. The peak wavelength of the reflected reference light LR3 is the same as the peak wavelength of the outgoing reference light LR2, that is, the peak wavelength (about 1300 nm) of the reference light LR1.

参照用受光素子32の受光感度は、図6に示す特性を有する。つまり、参照用受光素子32は、反射参照光LR3(参照光LR1)のピーク波長に対して十分に強い受光感度を有する。したがって、参照用受光素子32は、反射参照光LR3を受光し、各々の受光量に応じた電気信号(参照信号)を生成することができる。   The light receiving sensitivity of the reference light receiving element 32 has the characteristics shown in FIG. That is, the reference light receiving element 32 has sufficiently high light receiving sensitivity with respect to the peak wavelength of the reflected reference light LR3 (reference light LR1). Therefore, the reference light receiving element 32 can receive the reflected reference light LR3 and generate an electrical signal (reference signal) corresponding to each received light amount.

参照用受光素子32は、筐体10内に収容されている。例えば、参照用受光素子32は、受光面が参照用レンズ52の焦点に位置するように筐体10内に固定されている。   The reference light receiving element 32 is accommodated in the housing 10. For example, the reference light receiving element 32 is fixed in the housing 10 so that the light receiving surface is located at the focal point of the reference lens 52.

参照用受光素子32は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、参照用受光素子32は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。   The reference light receiving element 32 is, for example, a photodiode, but is not limited thereto. For example, the reference light receiving element 32 may be a phototransistor or an image sensor.

[凹面反射ミラー(投光部)]
投光部40は、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を対象物2に向けて出射する。出射検知光LD2及び出射参照光LR2は、各々の光軸が平行で、かつ、光軸に直交する断面における強度分布が略一致する。投光部40は、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を、同軸かつ同スポットサイズで筐体10から対象物2に向けて出射する。
[Concave reflection mirror (projecting part)]
The light projecting unit 40 emits the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 toward the object 2. The emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 have substantially the same intensity distribution in a cross section in which each optical axis is parallel and orthogonal to the optical axis. The light projecting unit 40 emits the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 from the housing 10 toward the object 2 with the same spot size.

図7は、本実施の形態に係る光学式成分センサ1における投光部40の構成を示す図である。図7及び図2に示すように、投光部40は、検知光LD1及び参照光LR1を反射する凹面反射ミラー41を有する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 40 in the optical component sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIGS. 7 and 2, the light projecting unit 40 includes a concave reflecting mirror 41 that reflects the detection light LD1 and the reference light LR1.

図7に示すように、凹面反射ミラー41は、例えば、1つの凹状の反射面42を有し、反射面42によって検知光LD1及び参照光LR1を反射する。凹面反射ミラー41によって反射された検知光LD1の少なくとも一部が出射検知光LD2である。凹面反射ミラー41によって反射された参照光LR1の少なくとも一部が出射参照光LR2である。本実施の形態では、検知光LD1及び参照光LR1はそれぞれ、例えば、凹面反射ミラー41の反射面42によって、互いに同じ方向に同じ配光角で反射され、出射検知光LD1及び出射参照光LR2として進行する。   As shown in FIG. 7, the concave reflecting mirror 41 has, for example, one concave reflecting surface 42, and the detection light LD 1 and the reference light LR 1 are reflected by the reflecting surface 42. At least a part of the detection light LD1 reflected by the concave reflecting mirror 41 is the emission detection light LD2. At least a part of the reference light LR1 reflected by the concave reflecting mirror 41 is the outgoing reference light LR2. In the present embodiment, the detection light LD1 and the reference light LR1 are reflected by the reflection surface 42 of the concave reflecting mirror 41, for example, at the same light distribution angle in the same direction, and are used as the emission detection light LD1 and the emission reference light LR2. proceed.

反射面42は、例えば、回転放物面又は回転楕円面などの一部である。本実施の形態では、軸が平行で、かつ、焦点が異なる2つの回転放物面を組み合わせた形状を有する。2つの回転放物面は、1つの滑らかな凹面を形成している。つまり、2つの回転放物面は、面の傾斜が滑らかに連続している。   The reflection surface 42 is, for example, a part of a paraboloid of revolution or a spheroid. In the present embodiment, it has a shape in which two rotating parabolas with parallel axes and different focal points are combined. The two paraboloids form one smooth concave surface. That is, the two paraboloids have a smooth and continuous slope.

2つの回転放物面の一方は、主として、検知光LD1を出射検知光LD2として反射する。具体的には、当該一方の回転放物面の焦点に検知用光源21が配置されている。これにより、当該一方の回転放物面は、軸と平行な方向に検知光LD1を出射検知光LD2として反射させることができる。   One of the two paraboloids mainly reflects the detection light LD1 as the emission detection light LD2. Specifically, the detection light source 21 is disposed at the focal point of the one paraboloid. Accordingly, the one paraboloid of revolution can reflect the detection light LD1 as the emission detection light LD2 in a direction parallel to the axis.

他方の回転放物面は、主として、参照光LR2を出射参照光LR2として反射する。具体的には、当該他方の回転放物面の焦点に参照用光源22が配置されている。これにより、当該他方の回転放物面は、軸と平行な方向に参照光LR2を出射参照光LR2として反射させることができる。   The other paraboloid mainly reflects the reference light LR2 as the outgoing reference light LR2. Specifically, the reference light source 22 is disposed at the focal point of the other paraboloid. As a result, the other paraboloid of revolution can reflect the reference light LR2 as the outgoing reference light LR2 in a direction parallel to the axis.

2つの回転放物面の軸が平行であるので、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の光軸を平行にすることができる。なお、光軸は、エネルギー強度が最大となる光の光路に相当する。   Since the axes of the two paraboloids are parallel, the optical axes of the outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2 can be made parallel. The optical axis corresponds to the optical path of light having the maximum energy intensity.

上記一方の回転放物面は、参照用光源22側の反射面42の一部であり、他方の回転放物面は、検知用光源21側の反射面42の一部である。つまり、本実施の形態では、図7に示すように、検知光LD1及び参照光LR1が交差するように反射面42に照射される。このため、出射検知光LD2の光軸は参照用光源22側に位置し、出射参照光LR2の光軸は検知用光源21側に位置している。   The one rotation paraboloid is a part of the reflection surface 42 on the reference light source 22 side, and the other rotation paraboloid is a part of the reflection surface 42 on the detection light source 21 side. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the reflection surface 42 is irradiated so that the detection light LD1 and the reference light LR1 intersect. For this reason, the optical axis of the outgoing detection light LD2 is located on the reference light source 22 side, and the optical axis of the outgoing reference light LR2 is located on the detection light source 21 side.

凹面反射ミラー41は、例えば、反射面42と同じ形状の凹面を有する所定形状に成形された樹脂成形体に金属薄膜を蒸着法などによって成膜することで形成される。なお、金属薄膜は、凹面のみに成膜されていてもよく、樹脂成形体の全面に形成されていてもよい。反射面42は、鏡面処理されていてもよい。   The concave reflecting mirror 41 is formed, for example, by depositing a metal thin film on a resin molded body having a concave surface having the same shape as the reflecting surface 42 by a vapor deposition method or the like. The metal thin film may be formed only on the concave surface or may be formed on the entire surface of the resin molded body. The reflection surface 42 may be mirror-finished.

図8は、本実施の形態に係る出射検知光LD2と出射参照光LR2との強度分布を示す図である。具体的には、図8は、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の光軸に直交する断面における強度分布を示している。図8において、横軸は、各々の光軸に直交する断面における位置であり、縦軸は、各々の光のエネルギー強度を示している。   FIG. 8 is a diagram showing intensity distributions of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 8 shows intensity distributions in cross sections orthogonal to the optical axes of the outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2. In FIG. 8, the horizontal axis represents a position in a cross section perpendicular to each optical axis, and the vertical axis represents the energy intensity of each light.

図8に示すように、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の強度分布は略一致する。具体的には、エネルギー強度が最大となる位置がわずかにずれている。これは、図7で示すように、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の光軸の位置がわずかにずれているためである。各々の光軸間の距離は、光学式成分センサ1の用途、仕様(照射面積、対象物2までの距離)などに応じて適切な値に以下に設計されている。例えば、直径30cmの領域に出射検知光LD2及び出射参照光LR2を照射して、5%の水分量の変化率を検知する場合には、光軸のずれは1cm以下に設計される。   As shown in FIG. 8, the intensity distributions of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are substantially the same. Specifically, the position where the energy intensity is maximum is slightly shifted. This is because the positions of the optical axes of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are slightly shifted as shown in FIG. The distance between each optical axis is designed to an appropriate value according to the use and specifications of the optical component sensor 1 (irradiation area, distance to the object 2) and the like. For example, when a region with a diameter of 30 cm is irradiated with the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 to detect a change rate of a 5% moisture content, the optical axis deviation is designed to be 1 cm or less.

[検知用レンズ]
検知用レンズ51は、対象物2によって反射された反射検知光LD3を検知用受光素子31に集光するための集光レンズである。検知用レンズ51は、例えば、焦点が検知用受光素子31の受光面に位置するように筐体10に固定されている。検知用レンズ51は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
[Detection lens]
The detection lens 51 is a condensing lens for condensing the reflected detection light LD3 reflected by the object 2 onto the detection light receiving element 31. For example, the detection lens 51 is fixed to the housing 10 so that the focal point is located on the light receiving surface of the detection light receiving element 31. The detection lens 51 is, for example, a resin convex lens, but is not limited thereto.

[参照用レンズ]
参照用レンズ52は、対象物2によって反射された反射参照光LR3を参照用受光素子32に集光するための集光レンズである。参照用レンズ52は、例えば、焦点が参照用受光素子32の受光面に位置するように筐体10に固定されている。参照用レンズ52は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
[Reference lens]
The reference lens 52 is a condensing lens for condensing the reflected reference light LR <b> 3 reflected by the object 2 on the reference light receiving element 32. For example, the reference lens 52 is fixed to the housing 10 so that the focal point is located on the light receiving surface of the reference light receiving element 32. The reference lens 52 is, for example, a resin convex lens, but is not limited thereto.

[検知用フィルタ]
検知用フィルタ61は、検知用受光素子31に入射する反射検知光LD3の光路上に設けられた第1フィルタの一例である。本実施の形態では、図1に示すように、検知用フィルタ61は、検知用レンズ51と検知用受光素子31との間に配置されている。検知用フィルタ61は、反射検知光LD3を透過し、かつ、反射参照光LR4を吸収する。このため、図3Bに示すように、反射参照光LR4は、検知用フィルタ61によって吸収されて検知用受光素子31にはほとんど到達しない。
[Detection filter]
The detection filter 61 is an example of a first filter provided on the optical path of the reflected detection light LD3 incident on the detection light receiving element 31. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the detection filter 61 is disposed between the detection lens 51 and the detection light receiving element 31. The detection filter 61 transmits the reflected detection light LD3 and absorbs the reflected reference light LR4. For this reason, as shown in FIG. 3B, the reflected reference light LR4 is absorbed by the detection filter 61 and hardly reaches the detection light receiving element 31.

図9は、本実施の形態に係る光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。図9に示すように、検知用フィルタ61は、反射検知光LD3のピーク波長である1450nmの光を透過し、反射参照光LR4のピーク波長である1300nmの光を吸収する。なお、検知用フィルタ61は、1300nmの光の一部を透過してもよい。すなわち、検知用フィルタ61は、反射検知光LD3の透過量よりも少ない透過量で反射参照光LR4を透過してもよい。   FIG. 9 is a diagram showing a transmission spectrum of the optical filter according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the detection filter 61 transmits 1450 nm light, which is the peak wavelength of the reflected detection light LD3, and absorbs 1300 nm light, which is the peak wavelength of the reflected reference light LR4. The detection filter 61 may transmit a part of 1300 nm light. That is, the detection filter 61 may transmit the reflected reference light LR4 with a transmission amount smaller than the transmission amount of the reflected detection light LD3.

[参照用フィルタ]
参照用フィルタ62は、参照用受光素子32に入射する反射参照光LR3の光路上に設けられた第2フィルタの一例である。本実施の形態では、図1に示すように、参照用フィルタ62は、参照用レンズ52と参照用受光素子32との間に配置されている。参照用フィルタ62は、反射参照光LR3を透過し、かつ、反射検知光LD4を吸収する。このため、図3Aに示すように、反射検知光LD4は、参照用フィルタ62によって吸収されて参照用受光素子32にはほとんど到達しない。
[Filter for reference]
The reference filter 62 is an example of a second filter provided on the optical path of the reflected reference light LR3 incident on the reference light receiving element 32. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the reference filter 62 is disposed between the reference lens 52 and the reference light receiving element 32. The reference filter 62 transmits the reflected reference light LR3 and absorbs the reflected detection light LD4. For this reason, as shown in FIG. 3A, the reflection detection light LD4 is absorbed by the reference filter 62 and hardly reaches the reference light receiving element 32.

図9に示すように、参照用フィルタ62は、反射参照光LR3のピーク波長である1300nmの光を透過し、反射検知光LD4のピーク波長である1450nmの光を吸収する。なお、参照用フィルタ62は、1450nmの光の一部を透過してもよい。すなわち、参照用フィルタ62は、反射参照光LR3の透過量よりも少ない透過量で反射検知光LD4を透過してもよい。   As shown in FIG. 9, the reference filter 62 transmits 1300 nm light, which is the peak wavelength of the reflected reference light LR3, and absorbs light of 1450 nm, which is the peak wavelength of the reflected detection light LD4. Note that the reference filter 62 may transmit a part of light of 1450 nm. That is, the reference filter 62 may transmit the reflected detection light LD4 with a transmission amount smaller than the transmission amount of the reflected reference light LR3.

[制御回路]
制御回路70は、検知用光源21の発光と参照用光源22の発光とを個別に制御する。具体的には、制御回路70は、検知用光源21の発光及び消灯と、参照用光源22の発光及び消灯とを、独立して制御することができる。
[Control circuit]
The control circuit 70 individually controls the light emission of the detection light source 21 and the light emission of the reference light source 22. Specifically, the control circuit 70 can independently control the light emission and extinction of the detection light source 21 and the light emission and extinction of the reference light source 22.

例えば、制御回路70は、検知用光源21及び参照用光源22を時間排他的に発光させる。つまり、検知用光源21の発光期間と参照用光源22の発光期間とは、重複しない。具体的には、制御回路70は、検知用光源21及び参照用光源22を時間排他的に交互に繰り返し発光させる。例えば、制御回路70は、所定の周波数(例えば、1kHz)のパルス信号を検知用光源21及び参照用光源22に出力する。検知用光源21に出力するパルス信号と、参照用光源22に出力するパルス信号とは、各々のパルスが重複しないように同期されている。   For example, the control circuit 70 causes the detection light source 21 and the reference light source 22 to emit light exclusively in time. That is, the light emission period of the detection light source 21 and the light emission period of the reference light source 22 do not overlap. Specifically, the control circuit 70 causes the detection light source 21 and the reference light source 22 to repeatedly emit light alternately and exclusively in time. For example, the control circuit 70 outputs a pulse signal having a predetermined frequency (for example, 1 kHz) to the detection light source 21 and the reference light source 22. The pulse signal output to the detection light source 21 and the pulse signal output to the reference light source 22 are synchronized so that the respective pulses do not overlap.

例えば、検知用光源21のパルス信号は、オンデューティ比が50%以下のパルス信号である。参照用光源22のパルス信号は、検知用光源21のパルス信号の位相を180度ずらしたパルス信号である。これにより、検知用光源21の発光期間と参照用光源22の発光期間とを、同じ長さの期間とし、かつ、互いに重複しないようにすることができる。   For example, the pulse signal of the detection light source 21 is a pulse signal having an on-duty ratio of 50% or less. The pulse signal of the reference light source 22 is a pulse signal obtained by shifting the phase of the pulse signal of the detection light source 21 by 180 degrees. Thereby, the light emission period of the detection light source 21 and the light emission period of the reference light source 22 can be made to have the same length and not overlap each other.

図1には示していないが、制御回路70は、筐体10に収容されていてもよく、又は、筐体10の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、制御回路70は、無線通信などの通信機能を有し、制御用のパルス信号を検知用光源21及び参照用光源22に送信してもよい。   Although not shown in FIG. 1, the control circuit 70 may be housed in the housing 10 or attached to the outer surface of the housing 10. Alternatively, the control circuit 70 may have a communication function such as wireless communication, and may transmit a control pulse signal to the detection light source 21 and the reference light source 22.

制御回路70は、例えば、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。制御回路70は、光源の制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。   The control circuit 70 is composed of, for example, a drive circuit and a microcontroller. The control circuit 70 includes a nonvolatile memory in which a light source control program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, and a processor that executes the program.

[信号処理回路]
信号処理回路80は、検知用受光素子31から出力された反射検知光LD3に対応する検知信号と、参照用受光素子32から出力された反射参照光LR3に対応する参照信号とに基づいて、対象物2が含む成分を検知する。具体的には、信号処理回路80は、検知信号の電圧レベルと参照信号の電圧レベルとの比(エネルギー比)に基づいて、対象物2が含む水分量を検知する。具体的な水分量の検知(算出)方法については後で説明する。
[Signal processing circuit]
Based on the detection signal corresponding to the reflected detection light LD3 output from the detection light receiving element 31 and the reference signal corresponding to the reflected reference light LR3 output from the reference light receiving element 32, the signal processing circuit 80 A component contained in the object 2 is detected. Specifically, the signal processing circuit 80 detects the amount of water contained in the object 2 based on the ratio (energy ratio) between the voltage level of the detection signal and the voltage level of the reference signal. A specific moisture amount detection (calculation) method will be described later.

信号処理回路80は、筐体10に収容されていてもよく、又は、筐体10の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、信号処理回路80は、無線通信などの通信機能を有し、検知用受光素子31及び参照用受光素子32からの出力信号を受信してもよい。   The signal processing circuit 80 may be accommodated in the housing 10 or attached to the outer surface of the housing 10. Alternatively, the signal processing circuit 80 may have a communication function such as wireless communication, and may receive output signals from the detection light receiving element 31 and the reference light receiving element 32.

信号処理回路80は、例えば、マイクロコントローラである。信号処理回路80は、信号処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。   The signal processing circuit 80 is, for example, a microcontroller. The signal processing circuit 80 includes a nonvolatile memory in which a signal processing program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor that executes the program, and the like.

[信号処理(検知処理)]
続いて、信号処理回路80による信号処理(成分の検知処理)について説明する。
[Signal processing (detection processing)]
Next, signal processing (component detection processing) by the signal processing circuit 80 will be described.

本実施の形態では、信号処理回路80は、反射検知光LD3の光エネルギーPdと反射参照光LR3の光エネルギーPrとを比較することで、対象物2に含まれる成分量を検知する。なお、光エネルギーPdは、検知用受光素子31から出力される検知信号の強度に対応し、光エネルギーPrは、参照用受光素子32から出力される参照信号の強度に対応する。   In the present embodiment, the signal processing circuit 80 detects the amount of component contained in the object 2 by comparing the light energy Pd of the reflected detection light LD3 and the light energy Pr of the reflected reference light LR3. The light energy Pd corresponds to the intensity of the detection signal output from the detection light receiving element 31, and the light energy Pr corresponds to the intensity of the reference signal output from the reference light receiving element 32.

検知用受光素子31に入射する反射検知光LD3の光エネルギーPdは、次の(式1)で表される。   The light energy Pd of the reflected detection light LD3 incident on the detection light receiving element 31 is expressed by the following (Equation 1).

(式1) Pd=Pd0×Gd×Rd×Td×Aa×Ivd   (Formula 1) Pd = Pd0 × Gd × Rd × Td × Aa × Ivd

ここで、Pd0は、検知用光源21が発した検知光LD1の光エネルギーである。Gdは、検知用光源21が発した検知光LD1の検知用受光素子31に対する結合効率(集光率)である。具体的には、Gdは、検知光LD1のうち、対象物2で拡散反射される成分の一部(すなわち、反射検知光LD3)になる部分の割合に相当する。   Here, Pd0 is the light energy of the detection light LD1 emitted by the detection light source 21. Gd is the coupling efficiency (condensing rate) of the detection light LD1 emitted from the detection light source 21 to the detection light receiving element 31. Specifically, Gd corresponds to a ratio of a part of the detection light LD1 that becomes a part of the component diffusely reflected by the object 2 (that is, the reflection detection light LD3).

Rdは、対象物2による出射検知光LD2の反射率である。Tdは、検知用フィルタ61による反射検知光LD3の透過率である。Ivdは、検知用受光素子31の反射検知光LD3に対する受光感度である。   Rd is the reflectance of the outgoing detection light LD2 by the object 2. Td is the transmittance of the reflected detection light LD3 by the detection filter 61. Ivd is the light receiving sensitivity of the detection light receiving element 31 with respect to the reflected detection light LD3.

Aaは、対象物2に含まれる成分(水分)による出射検知光LD2及び反射検知光LD3の吸収率あり、次の(式2)で表される。   Aa is the absorptance of the emission detection light LD2 and the reflection detection light LD3 due to the component (moisture) contained in the object 2, and is expressed by the following (Expression 2).

(式2) Aad=10−α×C×D (Formula 2) Aad = 10 −α × C × D

ここで、αは、予め定められた吸光係数であり、具体的には、成分(水分)による出射検知光LD2及び反射検知光LD3の吸光係数である。Cは、対象物2に含まれる成分(水分)の体積濃度である。Dは、出射検知光LD2及び反射検知光LD3の吸収に寄与する成分の厚みの2倍である寄与厚みである。   Here, α is a predetermined extinction coefficient, specifically, the extinction coefficient of the emission detection light LD2 and the reflection detection light LD3 due to the component (water). C is the volume concentration of the component (moisture) contained in the object 2. D is a contribution thickness that is twice the thickness of the component that contributes to the absorption of the emission detection light LD2 and the reflection detection light LD3.

より具体的には、水分が均質に分散した対象物2では、光が対象物2に入射し、内部で反射して対象物2から出射する場合において、Cは、対象物2の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Dは、内部で反射して対象物2から出射するまでの光路長に相当する。例えば、対象物2が繊維などの網目状の固形物、又は、スポンジなどの多孔性の固形物である場合、固形物の表面で光が反射されると仮定する。この場合、例えば、Cは、固形物を覆っている液相に含まれる水分の濃度である。また、Dは、固形物を覆っている液相の平均的な厚みとして換算される寄与厚みである。   More specifically, in the target object 2 in which moisture is uniformly dispersed, C is included in the component of the target object 2 when light is incident on the target object 2, reflected inside and emitted from the target object 2. This corresponds to the volume concentration. Further, D corresponds to the optical path length from the reflection inside to the emission from the object 2. For example, when the object 2 is a mesh-like solid such as a fiber or a porous solid such as a sponge, it is assumed that light is reflected on the surface of the solid. In this case, for example, C is the concentration of moisture contained in the liquid phase covering the solid matter. Moreover, D is the contribution thickness converted as an average thickness of the liquid phase which covers the solid substance.

したがって、α×C×Dは、対象物2に含まれる成分量(水分量)に相当する。   Therefore, α × C × D corresponds to the amount of component (water content) contained in the object 2.

同様に、参照用受光素子32に入射する反射参照光LR3の光エネルギーPrは、次の(式3)で表される。   Similarly, the optical energy Pr of the reflected reference light LR3 incident on the reference light receiving element 32 is expressed by the following (Equation 3).

(式3) Pr=Pr0×Gr×Rr×Tr×Ivr   (Formula 3) Pr = Pr0 * Gr * Rr * Tr * Ivr

本実施の形態では、出射参照光LR2及び反射参照光LR3は、対象物2に含まれる成分によって実質的には吸収されないとみなすことができるので、(式1)と比較して分かるように、水分による吸収率Aaに相当する光は(式3)には含まれていない。   In the present embodiment, it can be considered that the outgoing reference light LR2 and the reflected reference light LR3 are not substantially absorbed by the components included in the object 2, so that it can be seen in comparison with (Equation 1), Light corresponding to the moisture absorption rate Aa is not included in (Equation 3).

(式3)において、Pr0は、参照用光源22が発した参照光LR1の光エネルギーである。Grは、参照用光源22が発した参照光LR1の参照用受光素子32に対する結合効率(集光率)である。具体的には、Grは、参照光LR1のうち、対象物2で拡散反射される成分の一部(すなわち、反射参照光LR3)になる部分の割合に相当する。   In (Expression 3), Pr0 is the light energy of the reference light LR1 emitted from the reference light source 22. Gr is the coupling efficiency (condensing rate) of the reference light LR1 emitted from the reference light source 22 to the reference light receiving element 32. Specifically, Gr corresponds to the ratio of a part of the reference light LR1 that becomes a part of the component diffusely reflected by the object 2 (that is, the reflected reference light LR3).

Rrは、対象物2による出射参照光LR2の反射率である。Trは、参照用フィルタ62による反射参照光LR3の透過率である。Ivrは、参照用受光素子32の反射参照光LR3に対する受光感度である。   Rr is the reflectance of the outgoing reference light LR2 by the object 2. Tr is the transmittance of the reflected reference light LR3 by the reference filter 62. Ivr is the light receiving sensitivity of the reference light receiving element 32 with respect to the reflected reference light LR3.

本実施の形態では、出射検知光LD2と出射参照光LR2とは、実質的に同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、検知光LD1の結合効率Gdと参照光LR1の結合効率Grとは略等しくなる。また、検知光LD1と参照光LR1とはピーク波長が比較的に近いので、検知光LD1の反射率Rdと参照光LR1の反射率Rrとが略等しくなる。   In the present embodiment, since the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are irradiated substantially in the same axis and with the same spot size, the coupling efficiency Gd of the detection light LD1 and the coupling efficiency Gr of the reference light LR1 are approximately. Will be equal. Moreover, since the detection light LD1 and the reference light LR1 have relatively close peak wavelengths, the reflectance Rd of the detection light LD1 and the reflectance Rr of the reference light LR1 are substantially equal.

したがって、(式1)と(式3)との比を取ることにより、次の(式4)が導き出される。   Therefore, the following (Expression 4) is derived by taking the ratio of (Expression 1) and (Expression 3).

(式4) Pd/Pr=Z×Aad   (Formula 4) Pd / Pr = Z × Aad

ここで、Zは、定数項であり、(式5)で示される。   Here, Z is a constant term and is represented by (Equation 5).

(式5) Z=(Pd0/Pr0)×(Td/Tr)×(Ivd/Ivr)   (Formula 5) Z = (Pd0 / Pr0) × (Td / Tr) × (Ivd / Ivr)

光エネルギーPd0及びPr0はそれぞれ、検知用光源21及び参照用光源22の初期出力として予め定められている。また、反射検知光LD3の透過率Td及び反射参照光LR3の透過率Trはそれぞれ、検知用フィルタ61及び参照用フィルタ62の透過特性により予め定められている。反射検知光LD3の受光感度Ivd及び反射参照光LR3の受光感度Ivrはそれぞれ、検知用受光素子31及び参照用受光素子32の受光特性により予め定められている。したがって、(式5)で示されるZは、定数とみなすことができる。   The light energies Pd0 and Pr0 are predetermined as initial outputs of the detection light source 21 and the reference light source 22, respectively. Further, the transmittance Td of the reflected detection light LD3 and the transmittance Tr of the reflected reference light LR3 are determined in advance by the transmission characteristics of the detection filter 61 and the reference filter 62, respectively. The light receiving sensitivity Ivd of the reflected detection light LD3 and the light receiving sensitivity Ivr of the reflected reference light LR3 are determined in advance by the light receiving characteristics of the detection light receiving element 31 and the reference light receiving element 32, respectively. Therefore, Z shown in (Expression 5) can be regarded as a constant.

信号処理回路80は、検知信号に基づいて反射検知光LD3の光エネルギーPdを算出し、参照信号に基づいて反射参照光LR3の光エネルギーPrを算出する。具体的には、検知信号の信号レベル(電圧レベル)が光エネルギーPdに相当し、参照信号の信号レベル(電圧レベル)が光エネルギーPrに相当する。   The signal processing circuit 80 calculates the light energy Pd of the reflected detection light LD3 based on the detection signal, and calculates the light energy Pr of the reflected reference light LR3 based on the reference signal. Specifically, the signal level (voltage level) of the detection signal corresponds to the light energy Pd, and the signal level (voltage level) of the reference signal corresponds to the light energy Pr.

したがって、信号処理回路80は、(式5)に基づいて、対象物2に含まれる水分の吸収率Aaを算出することができる。これにより、信号処理回路80は、(式2)に基づいて水分量を算出することができる。   Therefore, the signal processing circuit 80 can calculate the absorption rate Aa of the moisture contained in the target object 2 based on (Equation 5). Thereby, the signal processing circuit 80 can calculate the water content based on (Equation 2).

[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る光学式成分センサ1は、所定の成分による吸収波長を含む検知光LD1を発する検知用光源21と、成分による吸収波長を含まない参照光LR1を発する参照用光源22と、検知用光源21及び参照用光源22を収容する筐体10と、筐体10内に収容され、検知光LD1及び参照光LR1を反射する凹面反射ミラー41を有し、凹面反射ミラー41によって反射された検知光LD1の少なくとも一部である出射検知光LD2と、凹面反射ミラー41によって反射された参照光LR1の少なくとも一部である出射参照光LR2とを、筐体10の外部に位置している対象物2に向けて出射する投光部40と、対象物2によって反射された出射検知光LD2の少なくとも一部である反射検知光LD3を受光する、筐体10内に収容された検知用受光素子31と、対象物2によって反射された出射参照光LR2の少なくとも一部である反射参照光LR3を受光する、筐体10内に収容された参照用受光素子32と、検知用受光素子31から出力された反射検知光LD3に対応する検知信号と、参照用受光素子32から出力された反射参照光LR3に対応する参照信号とに基づいて、対象物2が含む成分を検知する信号処理回路80とを備え、検知用光源21は、凹面反射ミラー41によって反射された参照光の光路上とは異なる位置に配置され、参照用光源22は、凹面反射ミラー41によって反射された検知光の光路上とは異なる位置に配置され、出射検知光LD2及び出射参照光LR2は、各々の光軸が平行で、かつ、光軸に直交する断面における強度分布が略一致する。
[Effects, etc.]
As described above, the optical component sensor 1 according to the present embodiment includes the detection light source 21 that emits the detection light LD1 including the absorption wavelength due to the predetermined component, and the reference light LR1 that does not include the absorption wavelength due to the component. Light source 22, housing 10 that houses detection light source 21 and reference light source 22, and concave reflection mirror 41 that is housed in housing 10 and reflects detection light LD 1 and reference light LR 1. The outgoing detection light LD2 that is at least a part of the detection light LD1 reflected by the mirror 41 and the outgoing reference light LR2 that is at least a part of the reference light LR1 reflected by the concave reflection mirror 41 The light projecting unit 40 that emits toward the object 2 located at the position and the reflection detection light LD3 that is at least part of the emission detection light LD2 reflected by the object 2 are received. The detection light receiving element 31 housed in the housing 10 and the reflected reference light LR3 that is at least a part of the outgoing reference light LR2 reflected by the object 2 are received in the housing 10 for reference. Based on the light receiving element 32, the detection signal corresponding to the reflected detection light LD3 output from the detection light receiving element 31, and the reference signal corresponding to the reflected reference light LR3 output from the reference light receiving element 32 2, the detection light source 21 is disposed at a position different from the optical path of the reference light reflected by the concave reflection mirror 41, and the reference light source 22 is concave reflection. The emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are arranged at different positions on the optical path of the detection light reflected by the mirror 41. Degree distribution is substantially the same.

これにより、検知用光源21及び参照用光源22が互いの光の光路上とは異なる位置に配置されている。すなわち、検知用光源21及び参照用光源22は互いの位置干渉を受けない。このため、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の光エネルギーの損失を抑えることができる。また、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の光軸が平行になるので、対象物2までの距離に依存せずに、対象物2の略同じ位置に各光を照射することができる。さらに、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の強度分布が略一致するので、出射検知光LD2及び出射参照光LR2に共通するノイズ成分などを精度良くキャンセルすることができる。以上のようにして、本実施の形態に係る光学式成分センサ1によれば、成分の検知精度を高めることができる。   Thereby, the light source 21 for a detection and the light source 22 for a reference are arrange | positioned in the position different from the optical path of a mutual light. That is, the detection light source 21 and the reference light source 22 do not receive mutual positional interference. For this reason, it is possible to suppress loss of optical energy of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2. Further, since the optical axes of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are parallel, each light can be irradiated to substantially the same position of the object 2 without depending on the distance to the object 2. . Furthermore, since the intensity distributions of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 substantially match, noise components common to the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 can be canceled with high accuracy. As described above, according to the optical component sensor 1 according to the present embodiment, the component detection accuracy can be increased.

また、例えば、凹面反射ミラー41は、検知光LD1及び参照光LR1を反射する1つの凹状の反射面42を有する。   For example, the concave reflecting mirror 41 includes one concave reflecting surface 42 that reflects the detection light LD1 and the reference light LR1.

これにより、1つの反射面42が検知光LD1及び参照光LR1の両方を反射するので、凹面反射ミラー41の構成を簡単にすることができる。このため、例えば量産の際の特性ばらつきを抑えることができるので、成分の検知精度を高めることができる。   Thereby, since one reflective surface 42 reflects both the detection light LD1 and the reference light LR1, the configuration of the concave reflection mirror 41 can be simplified. For this reason, for example, the characteristic variation at the time of mass production can be suppressed, so that the component detection accuracy can be increased.

また、例えば、成分は、水分である。   Also, for example, the component is moisture.

これにより、対象物2に含まれる水分を精度良く検出することができる。   Thereby, the water | moisture content contained in the target object 2 can be detected accurately.

(変形例1)
以下では、変形例1に係る光学式成分センサについて説明する。本変形例に係る光学式成分センサは、実施の形態に係る光学式成分センサと比較して、投光部40の構成が異なっている。このため、以下では、投光部の構成を中心に説明し、他の構成については説明を省略又は簡略化する。なお、後述する変形例2及び3についても同様である。
(Modification 1)
Below, the optical component sensor which concerns on the modification 1 is demonstrated. The optical component sensor according to this modification is different from the optical component sensor according to the embodiment in the configuration of the light projecting unit 40. For this reason, below, it demonstrates focusing on the structure of a light projection part, and abbreviate | omits or simplifies description about another structure. The same applies to Modifications 2 and 3 to be described later.

図10は、本変形例に係る投光部140の構成を示す図である。なお、図10において、疎なドットの網掛けを付した部分は、検知光LD1及び出射検知光LD2の照射領域を模式的に示している。密なドットの網掛けを付した部分は、参照光LR1及び出射参照光LR2の照射領域を模式的に示している。また、実線の矢印が、検知光LD1及び出射検知光LD2の各々の光軸を示している。破線の矢印が、参照光LR1及び出射参照光LR2の各々の光軸を示している。なお、これらは、後述する図11及び図12についても同様である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 140 according to the present modification. In FIG. 10, the shaded portions of the sparse dots schematically show the irradiation areas of the detection light LD1 and the emission detection light LD2. The portions with dense dot shading schematically show the irradiation areas of the reference light LR1 and the outgoing reference light LR2. Solid arrows indicate the optical axes of the detection light LD1 and the emission detection light LD2. Dashed arrows indicate the optical axes of the reference light LR1 and the outgoing reference light LR2. These also apply to FIGS. 11 and 12 described later.

図10に示すように、投光部140は、凹面反射ミラー141を備える。凹面反射ミラー141は、第1反射面142と、第2反射面143とを有する。   As shown in FIG. 10, the light projecting unit 140 includes a concave reflecting mirror 141. The concave reflecting mirror 141 has a first reflecting surface 142 and a second reflecting surface 143.

第1反射面142は、検知光LD1を反射する凹状の反射面である。第1反射面142によって反射された検知光LD1の少なくとも一部が出射検知光LD2である。第1反射面142は、例えば、回転放物面又は回転楕円面などの一部である。本変形例では、第1反射面142は、回転放物面であり、焦点に検知用光源21が配置されている。これにより、第1反射面142は、回転放物面の軸に平行になるように、検知光LD1を出射検知光LD2として反射する。   The first reflecting surface 142 is a concave reflecting surface that reflects the detection light LD1. At least a part of the detection light LD1 reflected by the first reflecting surface 142 is the emission detection light LD2. The first reflecting surface 142 is, for example, a part of a rotating paraboloid or a rotating ellipsoid. In the present modification, the first reflecting surface 142 is a paraboloid of revolution, and the detection light source 21 is disposed at the focal point. Thus, the first reflecting surface 142 reflects the detection light LD1 as the emission detection light LD2 so as to be parallel to the axis of the paraboloid of revolution.

第2反射面143は、参照光LR1を反射する凹状の反射面である。第2反射面143によって反射された参照光LR1の少なくとも一部が出射参照光LR2である。第2反射面143は、例えば、回転放物面又は回転楕円面などの一部である。本変形例では、第2反射面143は、回転放物面であり、焦点に参照用光源22が配置されている。これにより、第2反射面143は、回転放物面の軸に平行になるように、参照光LR1を出射参照光LR2として反射する。   The second reflecting surface 143 is a concave reflecting surface that reflects the reference light LR1. At least a part of the reference light LR1 reflected by the second reflecting surface 143 is the outgoing reference light LR2. The second reflecting surface 143 is, for example, a part of a rotating paraboloid or a rotating ellipsoid. In the present modification, the second reflecting surface 143 is a paraboloid of revolution, and the reference light source 22 is disposed at the focal point. Accordingly, the second reflecting surface 143 reflects the reference light LR1 as the outgoing reference light LR2 so as to be parallel to the axis of the paraboloid of revolution.

図10に示すように、第1反射面142と第2反射面143とは、凹面反射ミラー141の略中央で凸になるように接続されている。つまり、第1反射面142と第2反射面143とは、面の傾斜が連続していない。   As shown in FIG. 10, the first reflecting surface 142 and the second reflecting surface 143 are connected to be convex at the approximate center of the concave reflecting mirror 141. That is, the first reflecting surface 142 and the second reflecting surface 143 are not continuously inclined.

本変形例では、凹面反射ミラー141は、第1反射面142の軸と第2反射面143の軸とが平行になるように形成されている。これにより、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の軸が平行になる。   In this modification, the concave reflecting mirror 141 is formed such that the axis of the first reflecting surface 142 and the axis of the second reflecting surface 143 are parallel. As a result, the axes of the outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2 become parallel.

本変形例では、実施の形態とは異なり、検知光LD1及び参照光LR2は交差していない。このため、出射検知光LD2の光軸は検知用光源21側に位置し、出射参照光LR2の光軸は参照用光源22側に位置している。したがって、本変形例に係る出射検知光LD2及び出射参照光LR2の強度分布は、図8に示す強度分布を左右反転したものになる。   In this modification, unlike the embodiment, the detection light LD1 and the reference light LR2 do not intersect. Therefore, the optical axis of the outgoing detection light LD2 is located on the detection light source 21 side, and the optical axis of the outgoing reference light LR2 is located on the reference light source 22 side. Therefore, the intensity distributions of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 according to this modification are obtained by horizontally inverting the intensity distribution shown in FIG.

以上のように、本変形例に係る光学式成分センサでは、凹面反射ミラー141は、検知光LD1を反射する凹状の第1反射面142と、参照光LR1を反射する凹状の第2反射面143とを有する。   As described above, in the optical component sensor according to this modification, the concave reflection mirror 141 includes the concave first reflection surface 142 that reflects the detection light LD1 and the concave second reflection surface 143 that reflects the reference light LR1. And have.

これにより、凹面反射ミラー141が2つの反射面を有するので、検知光LD1及び参照光LR1の各々に合った適切な形状で形成することができる。したがって、出射検知光LD2及び出射参照光LR2の強度分布の一致の精度をより高めることができる。よって、成分の検知精度を高めることができる。   Thereby, since the concave reflecting mirror 141 has two reflecting surfaces, it can be formed in an appropriate shape suitable for each of the detection light LD1 and the reference light LR1. Therefore, it is possible to further improve the accuracy of matching the intensity distributions of the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2. Therefore, the component detection accuracy can be increased.

(変形例2)
次に、変形例2に係る光学式成分センサについて説明する。
(Modification 2)
Next, an optical component sensor according to Modification 2 will be described.

上記の実施の形態及び変形例1では、凹面反射ミラー41又は141によって反射された光である出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の光軸が平行である例について示したが、凹面反射ミラー41又は141によって反射された検知光及び参照光の光軸が平行にならない場合も考えられる。本変形例に係る投光部は、凹面反射ミラー41又は141による反射光の光軸を平行にするための光学レンズを備える。   In the above embodiment and the first modification, the example in which the optical axes of the outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2 that are light reflected by the concave reflecting mirror 41 or 141 are parallel is shown. There may be a case where the optical axes of the detection light and the reference light reflected by the mirror 41 or 141 are not parallel. The light projecting unit according to this modification includes an optical lens for making the optical axis of the light reflected by the concave reflecting mirror 41 or 141 parallel.

図11は、本変形例に係る投光部240の構成を示す図である。図11に示すように、投光部240は、凹面反射ミラー141と、光学レンズ244とを備える。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 240 according to the present modification. As shown in FIG. 11, the light projecting unit 240 includes a concave reflecting mirror 141 and an optical lens 244.

凹面反射ミラー141は、変形例1と略同じであるが、反射された検知光及び参照光の光軸が平行にならない。図11に示すように、第1反射面142によって反射された検知光LD1aの光軸と、第2反射面143によって反射された参照光LR1aの光軸とは、平行にならずにわずかにずれている。   The concave reflecting mirror 141 is substantially the same as the first modification, but the optical axes of the reflected detection light and reference light are not parallel. As shown in FIG. 11, the optical axis of the detection light LD1a reflected by the first reflection surface 142 and the optical axis of the reference light LR1a reflected by the second reflection surface 143 are not parallel but slightly shifted. ing.

光学レンズ244は、図11に示すように、凹面反射ミラー141の前方に配置されている。ここで、「前方」とは、凹面反射ミラー141による光の反射方向である。具体的には、光学レンズ244は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1a及び参照光LR1aの光路上に配置されている。光学レンズ244は、筐体10の内部に固定されていてもよく、筐体10の外壁に設けられた開口に固定されていてもよい。   As shown in FIG. 11, the optical lens 244 is disposed in front of the concave reflecting mirror 141. Here, “front” is the direction in which light is reflected by the concave reflecting mirror 141. Specifically, the optical lens 244 is disposed on the optical path of the detection light LD1a and the reference light LR1a reflected by the concave reflecting mirror 141. The optical lens 244 may be fixed inside the housing 10 or may be fixed in an opening provided on the outer wall of the housing 10.

光学レンズ244は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1a及び参照光LR1aを、各々の光軸を平行にして透過させることで、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を出射する。光学レンズ244は、例えばコリメートレンズであり、入射光を平行光にして出射させる。   The optical lens 244 emits the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 by transmitting the detection light LD1a and the reference light LR1a reflected by the concave reflecting mirror 141 with their respective optical axes parallel to each other. The optical lens 244 is a collimator lens, for example, and emits incident light as parallel light.

光学レンズ244は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。例えば、光学レンズ244は、両面凸レンズでもよく、片面凸レンズでもよい。また、光学レンズ244は、樹脂に限らず、ガラスから形成されてもよい。   The optical lens 244 is, for example, a resin convex lens, but is not limited thereto. For example, the optical lens 244 may be a double-sided convex lens or a single-sided convex lens. The optical lens 244 is not limited to resin, and may be formed from glass.

以上のように、本変形例に係る光学式成分センサは、投光部240は、さらに、凹面反射ミラー141の前方に配置された光学レンズ244を有し、光学レンズ244は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1a及び参照光LR1aを、各々の光軸を平行にして透過させることで、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を出射する。   As described above, in the optical component sensor according to this modification, the light projecting unit 240 further includes the optical lens 244 disposed in front of the concave reflection mirror 141, and the optical lens 244 is the concave reflection mirror 141. The detection light LD1a and the reference light LR1a reflected by the light are transmitted through the respective optical axes in parallel, so that the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are emitted.

これにより、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1a及び参照光LR1aの光軸が平行でない場合でも、検知光LD1a及び参照光LR1aに光学レンズ244を通過させることで、光軸が平行である出射検知光LD2及び出射参照光LR2を出射させることができる。したがって、成分の検知精度を高めることができる。   Thereby, even when the optical axes of the detection light LD1a and the reference light LR1a reflected by the concave reflecting mirror 141 are not parallel, the optical axes are parallel by passing the optical lens 244 through the detection light LD1a and the reference light LR1a. The emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 can be emitted. Therefore, the component detection accuracy can be increased.

(変形例3)
次に、変形例3に係る光学式成分センサについて説明する。
(Modification 3)
Next, an optical component sensor according to Modification 3 will be described.

上記の実施の形態及び変形例1では、凹面反射ミラー41又は141によって反射された光である出射検知光LD2及び出射参照光LR2の各々の強度分布が略一致する例について示したが、凹面反射ミラー41又は141によって反射された検知光及び参照光の強度分布のずれが大きい場合も考えられる。本変形例に係る投光部は、凹面反射ミラー41又は141による反射光の強度分布を略一致させるためのアパーチャを備える。   In the above-described embodiment and Modification 1, an example in which the intensity distributions of the outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2, which are light reflected by the concave reflecting mirror 41 or 141, are substantially the same is shown. There may be a case where there is a large difference in intensity distribution between the detection light and the reference light reflected by the mirror 41 or 141. The light projecting unit according to this modification includes an aperture for substantially matching the intensity distribution of the reflected light from the concave reflecting mirror 41 or 141.

図12は、本変形例に係る投光部340の構成を示す図である。図12に示すように、投光部340は、凹面反射ミラー141と、アパーチャ345とを備える。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 340 according to the present modification. As shown in FIG. 12, the light projecting unit 340 includes a concave reflecting mirror 141 and an aperture 345.

凹面反射ミラー141は、変形例1と略同じであるが、反射された検知光及び参照光の強度分布が一致しない。図12に示すように、第1反射面142によって反射された検知光LD1bの強度分布と、第2反射面143によって反射された参照光LR1bの強度分布とが一致しない。   The concave reflecting mirror 141 is substantially the same as in the first modification, but the intensity distributions of the reflected detection light and reference light do not match. As shown in FIG. 12, the intensity distribution of the detection light LD1b reflected by the first reflecting surface 142 does not match the intensity distribution of the reference light LR1b reflected by the second reflecting surface 143.

アパーチャ345は、図12に示すように、凹面反射ミラー141の前方に配置されている。具体的には、アパーチャ345は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1b及び参照光LR1bの光路上に配置されている。アパーチャ345は、筐体10の内部に固定されている。あるいは、アパーチャ345は、筐体10の一部であってもよい。すなわち、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を筐体10から外部に出射するための開口がアパーチャ345の開口でもよい。   As shown in FIG. 12, the aperture 345 is disposed in front of the concave reflecting mirror 141. Specifically, the aperture 345 is disposed on the optical path of the detection light LD1b and the reference light LR1b reflected by the concave reflecting mirror 141. The aperture 345 is fixed inside the housing 10. Alternatively, the aperture 345 may be a part of the housing 10. In other words, the opening for emitting the emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 from the housing 10 to the outside may be the opening of the aperture 345.

アパーチャ345は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1b及び参照光LR1bの各々の一部を遮蔽して残りを透過させることで、出射検知光LD1及び出射参照光LR2を出射する。具体的には、アパーチャ345は、検知光LD1b及び参照光LR1bのうち、互いに強度分布が一致しない部分の光を遮蔽する。例えば、アパーチャ345は、検知光LD1b及び参照光LR1bの周辺光を遮蔽する。検知光LD1bの周辺光は、例えば、検知光LD1bの光軸に直交する断面において、光軸より離れた部分の光である。周辺光は、例えば、光軸における光の強度の所定の割合より低い部分である。なお、参照光LR1bの周辺光についても同様である。   The aperture 345 emits the outgoing detection light LD1 and the outgoing reference light LR2 by shielding a part of each of the detection light LD1b and the reference light LR1b reflected by the concave reflecting mirror 141 and transmitting the remaining light. Specifically, the aperture 345 blocks light in the portions of the detection light LD1b and the reference light LR1b whose intensity distributions do not match each other. For example, the aperture 345 blocks the ambient light of the detection light LD1b and the reference light LR1b. The ambient light of the detection light LD1b is, for example, light at a portion away from the optical axis in a cross section orthogonal to the optical axis of the detection light LD1b. The ambient light is, for example, a portion lower than a predetermined ratio of the light intensity on the optical axis. The same applies to the ambient light of the reference light LR1b.

アパーチャ345は、例えば、所定の径の開口(スリット)が設けられた遮光性の部材である。開口は、例えば、円形であるが、矩形又は正方形などでもよい。   The aperture 345 is a light-shielding member provided with an opening (slit) having a predetermined diameter, for example. The opening is circular, for example, but may be rectangular or square.

以上のように、本変形例に係る光学式成分センサでは、例えば、投光部340は、さらに、凹面反射ミラー141の前方に配置されたアパーチャ345を有し、アパーチャ345は、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1b及び参照光LR1bの各々の一部を遮蔽して残りを通過させることで、出射検知光LD2及び出射参照光LR2を出射する。   As described above, in the optical component sensor according to the present modification, for example, the light projecting unit 340 further includes the aperture 345 disposed in front of the concave reflecting mirror 141, and the aperture 345 includes the concave reflecting mirror 141. The emission detection light LD2 and the emission reference light LR2 are emitted by shielding a part of each of the detection light LD1b and the reference light LR1b reflected by the light and passing the rest.

これにより、凹面反射ミラー141によって反射された検知光LD1b及び参照光LR1bの強度分布が一致しない場合でも、検知光LD1b及び参照光LR1bにアパーチャ345の開口を通過させることで、強度分布が略一致する出射検知光LD2及び出射参照光LR2を出射させることができる。したがって、成分の検知精度を高めることができる。   As a result, even if the intensity distributions of the detection light LD1b and the reference light LR1b reflected by the concave reflecting mirror 141 do not match, the intensity distributions substantially match by allowing the detection light LD1b and the reference light LR1b to pass through the opening of the aperture 345. The outgoing detection light LD2 and the outgoing reference light LR2 can be emitted. Therefore, the component detection accuracy can be increased.

(その他)
以上、本発明に係る光学式成分センサについて、上記の実施の形態及びその変形例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。
(Other)
As described above, the optical component sensor according to the present invention has been described based on the above-described embodiment and its modifications. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

例えば、上記の変形例1〜3では、凹面反射ミラー141が1つの部品から形成されている例について示したが、第1反射面142を有する第1部品と第2反射面143を有する第2部品とが組み合わされて形成されてもよい。   For example, in the above first to third modifications, an example in which the concave reflecting mirror 141 is formed from one component has been described. It may be formed in combination with parts.

例えば、凹面反射ミラー41は、ビームスプリッタ(ハーフミラー)などでもよく、検知光LD1及び参照光LR1の一部を分離してもよい。例えば、検知光LD1の分離された一部は、参照用受光素子32にモニター光として入射し、参照光LR1の分離された一部は、検知用受光素子31にモニター光として入射してもよい。モニター光を利用して検知用光源21及び参照用光源22の劣化を検出することができる。   For example, the concave reflecting mirror 41 may be a beam splitter (half mirror) or the like, and may separate a part of the detection light LD1 and the reference light LR1. For example, the separated part of the detection light LD1 may enter the reference light receiving element 32 as monitor light, and the separated part of the reference light LR1 may enter the detection light receiving element 31 as monitor light. . Deterioration of the detection light source 21 and the reference light source 22 can be detected using the monitor light.

また、例えば、上記の実施の形態では、光学式成分センサ1は、対象物2に含まれる成分として水分を検知したが、これに限らない。例えば、光学式成分センサ1は、アルコール又は油分を検知してもよい。例えば、光学式成分センサ1は、検知対象となるアルコールによる吸収波長を含む検知光と、アルコールによる吸収波長を含まない参照光とを対象物2に照射すればよい。また、光学式成分センサ1は、液体成分に限らず、例えば、二酸化炭素などの気体成分を検知してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the optical component sensor 1 detects moisture as a component included in the object 2, but is not limited thereto. For example, the optical component sensor 1 may detect alcohol or oil. For example, the optical component sensor 1 may irradiate the object 2 with detection light including an absorption wavelength due to alcohol to be detected and reference light not including an absorption wavelength due to alcohol. Moreover, the optical component sensor 1 may detect not only a liquid component but gas components, such as a carbon dioxide, for example.

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。   In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

1 光学式成分センサ
2 対象物
10 筐体
21 検知用光源(第1光源)
22 参照用光源(第2光源)
31 検知用受光素子(第1受光素子)
32 参照用受光素子(第2受光素子)
40、140、240、340 投光部
41、141 凹面反射ミラー
42 反射面
70 制御回路
80 信号処理回路
142 第1反射面
143 第2反射面
244 光学レンズ
345 アパーチャ
LD1、LD1a、LD1b 検知光
LD2 出射検知光
LD3 反射検知光
LR1、LR1a、LR1b 参照光
LR2 出射参照光
LR3 反射参照光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical component sensor 2 Object 10 Case 21 Light source for detection (1st light source)
22 Light source for reference (second light source)
31 Light-receiving element for detection (first light-receiving element)
32 Light receiving element for reference (second light receiving element)
40, 140, 240, 340 Projection unit 41, 141 Concave reflection mirror 42 Reflection surface 70 Control circuit 80 Signal processing circuit 142 First reflection surface 143 Second reflection surface 244 Optical lens 345 Aperture LD1, LD1a, LD1b Detection light LD2 Emission Detection light LD3 Reflection detection light LR1, LR1a, LR1b Reference light LR2 Emission reference light LR3 Reflection reference light

Claims (6)

所定の成分による吸収波長を含む検知光を発する第1光源と、
前記成分による吸収波長を含まない参照光を発する第2光源と、
前記第1光源及び前記第2光源を収容する筐体と、
前記筐体内に収容され、前記検知光及び前記参照光を反射する凹面反射ミラーを有し、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光の少なくとも一部である出射検知光と、前記凹面反射ミラーによって反射された参照光の少なくとも一部である出射参照光とを、前記筐体の外部に位置している対象物に向けて出射する投光部と、
前記対象物によって反射された前記出射検知光の少なくとも一部である反射検知光を受光する、前記筐体内に収容された第1受光素子と、
前記対象物によって反射された前記出射参照光の少なくとも一部である反射参照光を受光する、前記筐体内に収容された第2受光素子と、
前記第1受光素子から出力された前記反射検知光に対応する検知信号と、前記第2受光素子から出力された前記反射参照光に対応する参照信号とに基づいて、前記対象物が含む前記成分を検知する信号処理回路とを備え、
前記第1光源は、前記凹面反射ミラーによって反射された参照光の光路上とは異なる位置に配置され、
前記第2光源は、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光の光路上とは異なる位置に配置され、
前記出射検知光及び前記出射参照光は、各々の光軸が平行で、かつ、前記光軸に直交する断面における強度分布が略一致する
光学式成分センサ。
A first light source that emits detection light including an absorption wavelength due to a predetermined component;
A second light source that emits reference light that does not include an absorption wavelength by the component;
A housing for housing the first light source and the second light source;
An exit detection light that is housed in the housing and has a concave reflection mirror that reflects the detection light and the reference light, and that is at least part of the detection light reflected by the concave reflection mirror, and the concave reflection mirror A light projecting unit that emits outgoing reference light, which is at least part of the reflected reference light, toward an object located outside the housing;
A first light receiving element housed in the housing for receiving reflected detection light that is at least part of the emission detection light reflected by the object;
A second light receiving element housed in the housing for receiving reflected reference light that is at least part of the outgoing reference light reflected by the object;
The component included in the object based on a detection signal corresponding to the reflected detection light output from the first light receiving element and a reference signal corresponding to the reflected reference light output from the second light receiving element. And a signal processing circuit for detecting
The first light source is disposed at a position different from the optical path of the reference light reflected by the concave reflecting mirror,
The second light source is disposed at a position different from the optical path of the detection light reflected by the concave reflecting mirror,
The optical component sensor in which the outgoing detection light and the outgoing reference light have parallel optical axes and substantially coincide with each other in intensity distribution in a cross section orthogonal to the optical axis.
前記凹面反射ミラーは、前記検知光及び前記参照光を反射する1つの凹状の反射面を有する
請求項1に記載の光学式成分センサ。
The optical component sensor according to claim 1, wherein the concave reflection mirror has one concave reflection surface that reflects the detection light and the reference light.
前記凹面反射ミラーは、
前記検知光を反射する凹状の第1反射面と、
前記参照光を反射する凹状の第2反射面とを有する
請求項1に記載の光学式成分センサ。
The concave reflecting mirror is
A concave first reflecting surface that reflects the detection light;
The optical component sensor according to claim 1, further comprising a concave second reflecting surface that reflects the reference light.
前記投光部は、さらに、前記凹面反射ミラーの前方に配置された光学レンズを有し、
前記光学レンズは、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光及び参照光を、各々の光軸を平行にして透過させることで、前記出射検知光及び前記出射参照光を出射する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学式成分センサ。
The light projecting unit further includes an optical lens disposed in front of the concave reflecting mirror,
The optical lens emits the emission detection light and the emission reference light by transmitting the detection light and the reference light reflected by the concave reflecting mirror with their respective optical axes parallel to each other. The optical component sensor according to any one of the above.
前記投光部は、さらに、前記凹面反射ミラーの前方に配置されたアパーチャを有し、
前記アパーチャは、前記凹面反射ミラーによって反射された検知光及び参照光の各々の一部を遮蔽して残りを通過させることで、前記出射検知光及び前記出射参照光を出射する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学式成分センサ。
The light projecting unit further includes an aperture disposed in front of the concave reflecting mirror,
5. The aperture emits the emission detection light and the emission reference light by shielding a part of each of the detection light and the reference light reflected by the concave reflecting mirror and allowing the rest to pass therethrough. The optical component sensor according to any one of the above.
前記成分は、水分である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学式成分センサ。
The optical component sensor according to claim 1, wherein the component is moisture.
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