JP2019045186A - Moisture content detection unit - Google Patents

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林 雅則
Masanori Hayashi
雅則 林
渡部 祥文
Yoshifumi Watabe
祥文 渡部
弘貴 松浪
Hiroki Matsunami
弘貴 松浪
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Abstract

To provide a downsized moisture content detection unit.SOLUTION: A moisture detection unit 1 comprises: a light source section 10 which emits to a subject 2, a light including a first wavelength band at which absorption caused by water is greater than a predetermined value and a second wavelength band at which the same is equal to or less than the predetermined value; a first filter 30a through which a light in the first wavelength band passes; a first light receiving element 30b which receives the light reflected by the subject 2 and passed through the first filter 30a, and thereby outputs a detection signal; a second filter 31a through which a light in the second wavelength band passes; a second light receiving element 31b which is connected in series with the first light receiving element 30b, receives the light passed through the second filter 31a, and thereby outputs a reference signal; a signal amplifying section 40 which is connected to a connection point C of the first and the second light receiving elements 30b, 31b, and outputs amplifier signals which the inputted signals are amplified; a lock-in amplifier 50 which extracts predetermined signals from the amplifier signals, and outputs extracted signals; and an A/D converter 60 which converts the extracted signals, and outputs digital signals.SELECTED DRAWING: Figure 3B

Description

本発明は、水分量検出装置に関する。   The present invention relates to a water content detection device.

従来、近赤外光を用いて対象物の水分量を算出することが行われている。例えば、特許文献1には、光源から3つの波長の光を対象物に照射し、対象物を透過して光検出素子(受光素子)に入射した光を用いて水分量を算出する測定装置が開示されている。   Conventionally, it has been performed to calculate the water content of an object using near infrared light. For example, in Patent Document 1, a measuring device that irradiates light of three wavelengths from a light source to an object, calculates the water content using light that has been transmitted through the object and is incident on a light detection element (light receiving element) It is disclosed.

特開2012−26746号公報JP, 2012-26746, A

しかしながら、特許文献1に記載の構成では、光検出素子に入射した光を光源からの波長ごとに弁別するため、3つのロックインアンプを備えており、測定装置が大型化する課題がある。   However, in the configuration described in Patent Document 1, three lock-in amplifiers are provided in order to discriminate the light incident on the light detection element for each wavelength from the light source, and there is a problem that the measurement apparatus becomes large.

そこで、本発明は、小型化された水分量検出装置を提供することを目的とする。   Then, an object of the present invention is to provide a miniaturized water content detection device.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る水分量検出装置は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物に向けて所定の周波数で明滅する前記光を照射する光源部と、前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタと、前記第一のフィルタを透過した前記第一の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子と、前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタと、前記第一の受光素子と直列に接続されており、前記第二のフィルタを透過した前記第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子と、前記第一の受光素子及び前記第二の受光素子の接続点に接続され、前記接続点から入力される信号を増幅したアンプ信号を出力するアンプと、前記アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から前記所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプと、前記抽出信号が入力され、当該抽出信号をA/D変換してデジタル信号を出力するA/D変換器とを備える。   In order to achieve the above object, the water content detection device according to one aspect of the present invention is characterized in that the first wavelength band in which the absorption by water is larger than a predetermined value and the absorption by water is the second or less A semiconductor light emitting element emitting light including a wavelength band of the light source, the light source unit emitting the light which blinks at a predetermined frequency toward the object, and the light beam reflected by the light reflected by the object A first filter for transmitting light of one wavelength band, a first light receiving element for receiving the light of the first wavelength band transmitted through the first filter, and outputting a detection signal, and the object A second filter for transmitting the light of the second wavelength band contained in the light reflected by the light source, and the first light receiving element connected in series with the second filter; A second light receiving element that receives light in a second wavelength band and outputs a reference signal; An amplifier connected to the connection point of the first light receiving element and the second light receiving element and outputting an amplifier signal obtained by amplifying the signal input from the connection point; and the amplifier signal being input; A lock-in amplifier for extracting the signal of the predetermined frequency and outputting an extraction signal, and an A / D converter for receiving the extraction signal, A / D converting the extraction signal, and outputting a digital signal .

本発明によれば、小型化された水分量検出装置を実現できる。   According to the present invention, a miniaturized water content detection device can be realized.

実施の形態に係る衣類乾燥装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of a clothes drying device concerning an embodiment. 実施の形態に係る衣類乾燥装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the clothes drying device concerning an embodiment. 実施の形態に係る水分量検出装置の構成と対象物とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure and target object of the water content detection apparatus which concern on embodiment. 図3Aの破線領域の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the broken line area | region of FIG. 3A. 実施の形態に係る電流値と水分量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the electric current value which concerns on embodiment, and a moisture content.

以下では、本発明の実施の形態に係る水分量検出装置について、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 moisture content detection apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail using drawing. Each of the embodiments described below shows a preferable specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangements of components, connection configurations and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional components.

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。   Further, each drawing is a schematic view, and is not necessarily illustrated exactly. Therefore, for example, the scale and the like do not necessarily match in each figure. Further, in each of the drawings, substantially the same configuration is given the same reference numeral, and overlapping description will be omitted or simplified.

また、「略**」との記載は実質的に**と認められるものを含む意図であり、例えば「略直方体」を例に挙げて説明すると、完全な直方体はもとより、実質的に直方体と認められるものを含む意図である。   In addition, the description of “almost **” is intended to include what is substantially recognized as **, and for example, when describing “generally rectangular parallelepiped” as an example, not only a perfect rectangular parallelepiped but also a rectangular parallelepiped substantially. It is intended to include what is permitted.

(実施の形態)
以下、本実施の形態に係る水分量検出装置について、図1〜図4を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、一例として水分量検出装置が衣類乾燥装置に搭載されている例について説明する。
Embodiment
Hereinafter, the moisture content detection device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In the present embodiment, an example in which a moisture content detection device is mounted on a clothes drying device will be described as an example.

[1.衣類乾燥装置の構成]
まず、本実施の形態に係る水分量検出装置1を搭載した衣類乾燥装置100について、図1及び図2を参照しながら説明する。
[1. Composition of clothes dryer]
First, a clothes drying apparatus 100 equipped with the water content detection device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置100の概略構成を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a clothes drying apparatus 100 according to the present embodiment.

図1に示すように、衣類乾燥装置100は、室内空気を吸い込んで除湿し、再度室内に向けて送風することで、室内に干された対象物2を乾燥させるものである。ここで、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。衣類以外の対象物2としては、シーツ、枕カバーなどの寝具が挙げられる。   As shown in FIG. 1, the clothes drying apparatus 100 sucks in the room air, dehumidifies it, and blows the air into the room again to dry the object 2 dried in the room. Here, the object 2 is, for example, clothing or the like when not particularly limited. As objects 2 other than clothing, bedding, such as a sheet and a pillow cover, may be mentioned.

衣類乾燥装置100は、略直方体形状の本体101と、本体101の上部で開閉する蓋部102とを備えている。本体101の上部には、蓋部102が開状態になった場合に露出する送風部103(図2参照)が設けられている。送風部103は、室内の空間3に対して風Wを送ることで、当該空間3内に存在する対象物2を乾燥させる。空間3は、衣類乾燥装置100と対象物2との間の空間(自由空間)である。   The clothes drying apparatus 100 includes a substantially rectangular main body 101 and a lid 102 that opens and closes at an upper portion of the main body 101. At an upper portion of the main body 101, a blower 103 (see FIG. 2) exposed when the lid 102 is in the open state is provided. The blower unit 103 dries the target 2 present in the space 3 by sending the wind W to the space 3 in the room. Space 3 is a space (free space) between the clothes drying apparatus 100 and the object 2.

また、本体101の上部には、蓋部102から離れた位置に、外気を取り込む吸込口104が設けられている。本体101の内部には、吸込口104から送風部103まで空気を案内する流路が形成されており、その流路に対して、空気を除湿する除湿部105(図2参照)が設けられている。また、蓋部102には、対象物2の水分量を検出する水分量検出装置1が設けられている。   Further, at the upper part of the main body 101, a suction port 104 for taking in the outside air is provided at a position away from the lid portion 102. Inside the main body 101, a flow path for guiding the air from the suction port 104 to the air blowing portion 103 is formed, and a dehumidifying portion 105 (see FIG. 2) for dehumidifying the air is provided for the flow path. There is. Further, the lid portion 102 is provided with a water content detection device 1 for detecting the water content of the object 2.

図2は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置100の制御ブロック図である。図2に示すように、衣類乾燥装置100は、除湿部105と、送風部103と、水分量検出装置1と、乾燥制御部106とを備えている。   FIG. 2 is a control block diagram of the clothes drying apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the clothes drying apparatus 100 includes a dehumidifying unit 105, a blowing unit 103, a water content detection device 1, and a drying control unit 106.

除湿部105は、例えば、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本体101の流路を流れる空気を除湿する。送風部103は、除湿部105によって除湿された空気を空間3に向けて送風する。送風部103における送風範囲、風向き、送風の強度(風力)、送風温度などの少なくとも1つの乾燥条件が変更可能となっている。水分量検出装置1の詳細については、後述する。   The dehumidifying unit 105 is, for example, a vapor compression type heat pump, and dehumidifies air flowing through the flow path of the main body 101. The blower 103 blows the air dehumidified by the dehumidifier 105 toward the space 3. At least one drying condition such as a blowing range, a wind direction, a blowing intensity (wind force), and a blowing temperature in the blowing unit 103 can be changed. Details of the water content detection device 1 will be described later.

乾燥制御部106は、マイクロコンピュータで構成される。乾燥制御部106は、衣類乾燥装置100の統括的な動作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 drying control unit 106 is configured by a microcomputer. The drying control unit 106 is a non-volatile memory in which a general operation program of the clothes drying apparatus 100 is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor for executing the program Etc.

具体的には、乾燥制御部106は、水分量検出装置1によって検出された対象物2の水分量に基づいて、送風部103の乾燥条件を制御する。これにより、対象物2の水分量に応じて、適切な乾燥条件が選択されることになる。また、図1に示すように複数の対象物2が存在する場合、水分量検出装置1によって検出された複数の対象物2の水分量に応じて、風向きなどを調節することができる。つまり、複数の対象物2から水分量が多い対象物2を重点的に乾燥させることが可能となる。よって、衣類乾燥装置100は、より効率的な衣類乾燥が可能となる。以下では、衣類乾燥装置100が備える水分量検出装置1について説明する。   Specifically, the drying control unit 106 controls the drying condition of the blower unit 103 based on the water content of the object 2 detected by the water content detection device 1. Thus, appropriate drying conditions are selected in accordance with the water content of the object 2. In addition, as shown in FIG. 1, when there are a plurality of objects 2, the wind direction and the like can be adjusted according to the water content of the plurality of objects 2 detected by the water content detection device 1. That is, it is possible to dry the target 2 having a large amount of water from the plurality of targets 2 in a focused manner. Therefore, the clothes drying apparatus 100 can perform more efficient clothes drying. Below, the moisture content detection apparatus 1 with which the clothes drying apparatus 100 is provided is demonstrated.

[1−1.水分量検出装置の構成]
次に、水分量検出装置1の各構成要素について、図3A〜図4を参照しながら説明する。
[1-1. Configuration of Water Content Detection Device]
Next, each component of the moisture content detection device 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 4.

図3Aは、本実施の形態に係る水分量検出装置1の構成と対象物2とを示す模式図である。   FIG. 3A is a schematic view showing the configuration of the water content detection device 1 according to the present embodiment and the object 2.

水分量検出装置1は、対象物2に対して光を発し、当該対象物2で反射された光(反射光)に基づいて対象物2の水分量を検出する水分量検出装置である。本実施の形態では、図1及び図2に示すように、水分量検出装置1は、空間3を隔てて配置された対象物2に含まれる水分量を検出する。   The water content detection device 1 is a water content detection device that emits light to the object 2 and detects the water content of the object 2 based on the light (reflected light) reflected by the object 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the moisture content detection device 1 detects the moisture content contained in the object 2 arranged with the space 3 therebetween.

図3Aに示すように、水分量検出装置1は、光源部10と、光源制御部20と、第一の受光部30と、第二の受光部31と、信号増幅部40と、ロックインアンプ50と、A/D変換器60と、信号処理部70とを備える。詳細は後述するが、水分量検出装置1は、第一の受光部30と第二の受光部31との接続に特徴を有する。   As shown in FIG. 3A, the moisture content detection device 1 includes a light source unit 10, a light source control unit 20, a first light receiving unit 30, a second light receiving unit 31, a signal amplification unit 40, and a lock-in amplifier. 50, an A / D converter 60, and a signal processing unit 70. Although the details will be described later, the moisture content detection device 1 is characterized by the connection between the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31.

[1−2.光源部]
光源部10は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二の波長帯を含む参照光とを出射する半導体発光素子を有し、対象物2に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源ユニットである。光源部10が対象物2に照射する光の一例は、図3Aにおいて照射光Lに示される。なお、半導体発光素子とは、成長基板上に半導体層が積層され、近赤外光を出射する半導体チップである。また、以降において、半導体発光素子を発光素子とも記載する。
[1-2. Light source section]
The light source unit 10 is a semiconductor light emitting element that emits detection light including a first wavelength band whose absorption by water is larger than a predetermined value, and reference light including a second wavelength band whose absorption by water is smaller than a predetermined value. , And is a light source unit that emits light flickering at a predetermined frequency toward the object 2. An example of the light emitted from the light source unit 10 to the object 2 is shown by the irradiation light L in FIG. 3A. The semiconductor light emitting element is a semiconductor chip in which a semiconductor layer is stacked on a growth substrate and emits near infrared light. In the following, the semiconductor light emitting element is also referred to as a light emitting element.

水は、約1450nmの波長の吸収が大きく、約1300nmの波長の吸収は小さい。このため、検知光をなす第一の波長帯としては、水の吸光度が大きい波長帯を選択し、参照光をなす第二の波長帯としては、第一の波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。そして、例えば第一の波長帯の中心波長は1450nmとし、第二波長帯の中心波長は1300nmとする。   Water has high absorption at a wavelength of about 1450 nm and low absorption at a wavelength of about 1300 nm. For this reason, a wavelength band in which the light absorbance of water is high is selected as the first wavelength band forming detection light, and a light absorbance of water is smaller than the first wavelength band as the second wavelength band forming reference light Select a wavelength band. Then, for example, the central wavelength of the first wavelength band is 1450 nm, and the central wavelength of the second wavelength band is 1300 nm.

このように、発光素子が、第一の波長帯と第二の波長帯とを連続して含む光を照射するので、対象物2には、水による吸収が大きな第一の波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一の波長帯よりも小さい第二の波長帯を含む参照光とが照射される。   As described above, since the light emitting element emits light continuously including the first wavelength band and the second wavelength band, the object 2 is detected to include the first wavelength band in which the absorption by water is large. The light and the reference light including a second wavelength band whose absorption by water is smaller than the first wavelength band are irradiated.

本実施の形態では、光源部10は、半導体発光素子の一例として、第一の波長帯を含む検知光と第二の波長帯を含む参照光とを出射するLED(Light Emitting Diode)素子を有する。   In the present embodiment, the light source unit 10 includes an LED (Light Emitting Diode) element that emits detection light including a first wavelength band and reference light including a second wavelength band as an example of a semiconductor light emitting element. .

光源部10は、発光素子が発した光を対象物2に対して集光するレンズ(図示しない)などを有していてもよい。例えば、レンズは樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。また、光源部10は、発光素子が発した光を所望の位置に照射するための走査部(図示しない)を有していてもよい。例えば、光源部10は、走査部として、発光素子の姿勢を調整することで光を走査する(スキャンする)構造を有していてもよいし、その他の構造であってもよい。例えば、走査部は、光源制御部20によって制御される。つまり、光源部10は、対象物2に光を走査しながら照射してもよい。   The light source unit 10 may have a lens (not shown) that condenses the light emitted from the light emitting element on the object 2. For example, although a lens is a resin-made convex lens, it is not restricted to this. In addition, the light source unit 10 may have a scanning unit (not shown) for irradiating the light emitted from the light emitting element to a desired position. For example, as the scanning unit, the light source unit 10 may have a structure for scanning light by adjusting the attitude of the light emitting element, or may have another structure. For example, the scanning unit is controlled by the light source control unit 20. That is, the light source unit 10 may irradiate the object 2 while scanning the light.

なお、光源部10から対象物2に照射される光は、例えば発光素子から出射されリフレクタなどで反射された光であってもよい。   The light emitted from the light source unit 10 to the object 2 may be, for example, light emitted from a light emitting element and reflected by a reflector or the like.

[1−3.光源制御部]
光源制御部20は、光源部10を制御し、光源部10から対象物2に向けて光を照射させる制御装置である。光源制御部20は、発光素子の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、発光素子を制御する。すなわち、光源制御部20は、光源部10を所定の周波数(例えば、1kHz)で明滅させる制御を行う。具体的には、光源制御部20は、所定の周波数のパルス信号を発光素子に出力することで、発光素子を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。また、光源制御部20は、上記のパルス信号を参照信号としてロックインアンプ50にも出力する。なお、パルス信号は、光源制御部20が光源部10の発光を制御する制御信号の一例である。また、以降では、光源部10を明滅させる所定の周波数を、発光周波数とも記載する。
[1-3. Light source control unit]
The light source control unit 20 is a control device that controls the light source unit 10 and causes the light source unit 10 to emit light toward the object 2. The light source control unit 20 controls the light emitting element so that lighting and extinguishing of the light emitting element are repeated in a predetermined light emitting cycle. That is, the light source control unit 20 performs control to blink the light source unit 10 at a predetermined frequency (for example, 1 kHz). Specifically, the light source control unit 20 outputs a pulse signal of a predetermined frequency to the light emitting element to turn on and off the light emitting element at a predetermined light emitting cycle. Further, the light source control unit 20 also outputs the above pulse signal to the lock-in amplifier 50 as a reference signal. The pulse signal is an example of a control signal with which the light source control unit 20 controls the light emission of the light source unit 10. Also, hereinafter, a predetermined frequency that causes the light source unit 10 to blink is also referred to as a light emission frequency.

また、光源制御部20は、光源制御部20は、例えば、対象物2に向けて光を走査しながら照射させてもよい。光源制御部20は、例えば、走査部を制御し発光素子の姿勢を変更することで、発光素子からの光を走査する。   In addition, the light source control unit 20 may cause the light source control unit 20 to irradiate light toward the object 2 while scanning the light, for example. The light source control unit 20 scans light from the light emitting element, for example, by controlling the scanning unit and changing the attitude of the light emitting element.

光源制御部20は、駆動回路及びマイクロコンピュータで構成される。光源制御部20は、発光素子、走査部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 light source control unit 20 includes a drive circuit and a microcomputer. The light source control unit 20 includes a light emitting element, a non-volatile memory storing a control program for the scanning unit, a volatile memory as a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor for executing the program, etc. Have.

[1−4.第一及び第二の受光部]
第一の受光部30及び第二の受光部31はそれぞれ、光源部10から照射され対象物2で反射された反射光を受光し、電気信号に変換する光電変換部である。対象物2で反射され第一の受光部30及び第二の受光部31が受光する光の一例は、図3Aにおいて反射光Rに示される。第一の受光部30及び第二の受光部31はそれぞれ、受光した波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量(すなわち、強度)に応じた電気信号を生成する。
[1-4. First and second light receiving units]
Each of the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 is a photoelectric conversion unit that receives the reflected light emitted from the light source unit 10 and reflected by the object 2 and converts the light into an electrical signal. An example of light reflected by the object 2 and received by the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 is shown as the reflected light R in FIG. 3A. Each of the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 photoelectrically converts the light in the received wavelength band to generate an electric signal according to the amount of light received (that is, the intensity).

ここで、第一の受光部30及び第二の受光部31について、図3Bを参照しながら詳細を説明する。   Here, the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 will be described in detail with reference to FIG. 3B.

図3Bは、図3Aの破線領域Aの詳細構成を示す図である。   FIG. 3B is a diagram showing a detailed configuration of the broken line area A of FIG. 3A.

図3Bに示すように、第一の受光部30は、第一のフィルタ30aと第一の受光素子30bとを備えている。   As shown in FIG. 3B, the first light receiving unit 30 includes a first filter 30a and a first light receiving element 30b.

第一のフィルタ30aは、反射光から第一の波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第一のフィルタ30aは、第一の受光素子30bに対して反射光の入射側に配置されており、第一の受光素子30bに入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第一のフィルタ30aは、第一の波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収又は反射する。なお、第一の波長帯の光は、図3Bの反射光R1に示される。   The first filter 30a is a band pass filter that extracts light of a first wavelength band from the reflected light. Specifically, the first filter 30a is disposed on the incident side of the reflected light with respect to the first light receiving element 30b, and provided on the optical path of the reflected light incident on the first light receiving element 30b. There is. Then, the first filter 30a transmits the light of the first wavelength band, and absorbs or reflects the light of the other wavelength bands. The light in the first wavelength band is shown as the reflected light R1 in FIG. 3B.

第一の受光素子30bは、対象物2によって反射され、第一のフィルタ30aを透過した第一の波長帯の光を受光し、第一の電気信号に変換する受光素子である。第一の受光素子30bは、受光した第一の波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量(すなわち、強度)に応じた第一の電気信号を生成し、出力する。第一の受光素子30b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、第一の受光素子30b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、第一の受光素子30bが生成し出力する第一の電気信号は、検知信号の一例である。   The first light receiving element 30 b is a light receiving element that receives the light of the first wavelength band that is reflected by the object 2 and transmitted through the first filter 30 a and converts the light into a first electric signal. The first light receiving element 30 b photoelectrically converts the received light of the first wavelength band to generate and output a first electric signal according to the amount of light received (that is, the intensity) of the light. The first light receiving element 30b is, for example, a photodiode, but is not limited thereto. For example, the first light receiving element 30b may be a phototransistor or an image sensor. The first electric signal generated and output by the first light receiving element 30b is an example of a detection signal.

また、第一の受光部30は、反射光を第一の受光素子30bに集光するための集光レンズ(図示しない)を有していてもよい。レンズは、例えば、焦点が第一の受光素子30bの受光面に位置するように固定されている。レンズは、第一のフィルタ30aの反射光の入射側に配置されており、例えば、衣類乾燥装置100の筐体に固定されている。レンズは、例えば樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。   In addition, the first light receiving unit 30 may have a condensing lens (not shown) for condensing the reflected light on the first light receiving element 30b. The lens is, for example, fixed so that the focal point is located on the light receiving surface of the first light receiving element 30b. A lens is arrange | positioned at the incident side of the reflected light of the 1st filter 30a, and is being fixed to the housing | casing of the clothes dryer 100, for example. Although a lens is a resin-made convex lens, for example, it is not restricted to this.

上記のように、第一の受光部30は、対象物2によって反射された検知光を受光し、第一の電気信号に変換する光電変換部である。   As described above, the first light receiving unit 30 is a photoelectric conversion unit that receives the detection light reflected by the object 2 and converts the light into a first electric signal.

図3Bに示すように、第二の受光部31は、第二のフィルタ31aと第二の受光素子31bとを備えている。   As shown in FIG. 3B, the second light receiving unit 31 includes a second filter 31a and a second light receiving element 31b.

第二のフィルタ31aは、反射光から第二の波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第二のフィルタ31aは、第二の受光素子31bに対して反射光の入射側に配置されており、第二の受光素子31bに入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第二のフィルタ31aは、第二の波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収又は反射する。なお、第二の波長帯の光は、図3Bの反射光R2に示される。   The second filter 31a is a band pass filter that extracts light of a second wavelength band from the reflected light. Specifically, the second filter 31a is disposed on the incident side of the reflected light with respect to the second light receiving element 31b, and is provided on the optical path of the reflected light incident on the second light receiving element 31b. There is. Then, the second filter 31a transmits the light of the second wavelength band, and absorbs or reflects the light of the other wavelength bands. The light in the second wavelength band is shown as the reflected light R2 in FIG. 3B.

第二の受光素子31bは、対象物2によって反射され、第二のフィルタ31aを透過した第二の波長帯の光を受光し、第二の電気信号に変換する受光素子である。第二の受光素子31bは、受光した第二の波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量(すなわち、強度)に応じた第二の電気信号を生成し、出力する。第二の受光素子31bは、第一の受光素子30bと同形の受光素子である。つまり、第一の受光素子30bがフォトダイオードである場合には、第二の受光素子31bもフォトダイオードである。また、第一の受光素子30bと第二の受光素子31bとは、同一の受光感度特性を有する受光素子であってもよい。この場合、同一の受光感度特性とは、受光感度特性が実質的に同一と認められるものを含む意図である。なお、第二の受光素子31bが生成し出力する第二の電気信号は、参照信号の一例である。   The second light receiving element 31 b is a light receiving element that receives the light of the second wavelength band reflected by the object 2 and transmitted through the second filter 31 a and converts the light into a second electric signal. The second light receiving element 31 b photoelectrically converts the received light of the second wavelength band to generate and output a second electric signal according to the amount (ie, intensity) of light received. The second light receiving element 31 b is a light receiving element having the same shape as the first light receiving element 30 b. That is, when the first light receiving element 30b is a photodiode, the second light receiving element 31b is also a photodiode. The first light receiving element 30b and the second light receiving element 31b may be light receiving elements having the same light receiving sensitivity characteristic. In this case, the same light receiving sensitivity characteristics are intended to include those in which the light receiving sensitivity characteristics are regarded as substantially the same. The second electric signal generated and output by the second light receiving element 31 b is an example of a reference signal.

また、第二の受光部31は、第一の受光部30と同様に集光レンズ(図示しない)を有していてもよい。   In addition, the second light receiving unit 31 may have a condensing lens (not shown) as the first light receiving unit 30 does.

上記のように、第二の受光部31は、対象物2によって反射された参照光を受光し、第二の電気信号に変換する光電変換部である。   As described above, the second light receiving unit 31 is a photoelectric conversion unit that receives the reference light reflected by the object 2 and converts the light into a second electric signal.

このような構成により、水分量検出装置1は、水分量の検出において、水分量を検出する空間3の環境の影響など、対象物2の水分量以外の要因の影響を受けにくくなる。例えば、空間3の温度が変化した場合、対象物2の水分量が一定であっても、受光素子が受光する光の受光量は変化する。例えば、空間3の温度が変化した場合、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bが受光する受光量は同じように変化する。そのため、第一の受光素子30bが生成した第一の電気信号と、及び第二の受光素子31bが生成した第二の電気信号との差分又は比を算出することで、空間3の温度変化による影響を抑制することができる。つまり、水分量検出装置1が検知する水分量の精度が向上する。   With such a configuration, the water content detection device 1 is less susceptible to factors other than the water content of the object 2, such as the influence of the environment of the space 3 for detecting the water content, in the detection of the water content. For example, when the temperature of the space 3 changes, the amount of light received by the light receiving element changes even if the amount of moisture of the object 2 is constant. For example, when the temperature of the space 3 changes, the amount of light received by the first light receiving element 30 b and the second light receiving element 31 b changes in the same manner. Therefore, the temperature change of the space 3 is calculated by calculating the difference or ratio between the first electric signal generated by the first light receiving element 30b and the second electric signal generated by the second light receiving element 31b. The influence can be suppressed. That is, the accuracy of the water content detected by the water content detector 1 is improved.

ここで、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bの接続関係について説明する。図3Bに示すように、第一の受光素子30bと第二の受光素子31bとは、直列に接続されている。具体的には、第一の受光素子30bのアノードと第二の受光素子31bのカソードとが接続されている。そして、第一の受光素子30bのカソードは電源のプラス側に接続されており、第二の受光素子31bのアノードは電源のマイナス側に接続されている。つまり、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bには、逆バイアス電圧が印可されている。   Here, the connection relationship between the first light receiving element 30 b and the second light receiving element 31 b will be described. As shown to FIG. 3B, the 1st light receiving element 30b and the 2nd light receiving element 31b are connected in series. Specifically, the anode of the first light receiving element 30b and the cathode of the second light receiving element 31b are connected. The cathode of the first light receiving element 30b is connected to the positive side of the power supply, and the anode of the second light receiving element 31b is connected to the negative side of the power supply. That is, a reverse bias voltage is applied to the first light receiving element 30b and the second light receiving element 31b.

上記のように接続された第一の受光素子30bに第一の波長帯の光が入射すると、電源のプラス側から第二の受光素子31b側に向けて第一の電流i1が流れる。第一の電流i1は、第一の電気信号の一例である。また、第二の受光素子31bに第二の波長帯の光が入射すると、第一の受光素子30bから電源のマイナス側に向けて第二の電流i2が流れる。第二の電流i2は、第二の電気信号の一例である。   When light in the first wavelength band is incident on the first light receiving element 30b connected as described above, a first current i1 flows from the positive side of the power supply toward the second light receiving element 31b. The first current i1 is an example of a first electrical signal. When light in the second wavelength band is incident on the second light receiving element 31b, a second current i2 flows from the first light receiving element 30b toward the negative side of the power supply. The second current i2 is an example of a second electrical signal.

なお、第一の受光素子30bのアノードと第二の受光素子31bのカソードとを直列に接続する接続線と、ロックインアンプ50との間には、信号増幅部40が接続されている。このような構成とすることで、信号増幅部40には、第一の受光素子30bで生成された第一の電流i1と第二の受光素子31bで生成された第二の電流i2との差分の電流が出力される。本発明は、信号増幅部40に差分の電流が出力される点に特徴を有する。なお、以降において、第一の電流i1と第二の電流i2との差分の電流を差分電流とも記載する。差分電流は、図3Bのi1−i2に示される。また、差分電流は、信号増幅部40に入力される差分信号の一例である。   A signal amplifier 40 is connected between the lock-in amplifier 50 and a connection line connecting the anode of the first light receiving element 30 b and the cathode of the second light receiving element 31 b in series. With such a configuration, in the signal amplification unit 40, the difference between the first current i1 generated by the first light receiving element 30b and the second current i2 generated by the second light receiving element 31b. Current is output. The present invention is characterized in that a current of a difference is output to the signal amplification unit 40. In the following, the current of the difference between the first current i1 and the second current i2 is also referred to as a difference current. The differential current is shown at i1-i2 in FIG. 3B. The differential current is an example of a differential signal input to the signal amplification unit 40.

ここで、差分電流について、図4を参照しながら説明する。   Here, the differential current will be described with reference to FIG.

図4は、電流値と水分量との関係の一例を示す図である。図4の一点鎖線は第一の電流i1を示しており、破線は第二の電流i2を示しており、実線は差分電流を示している。また、図4の縦軸は電流の大きさ(電流値)を示しており、横軸は対象物2に含まれる水分量を示している。   FIG. 4 is a view showing an example of the relationship between the current value and the water content. The alternate long and short dash line in FIG. 4 indicates the first current i1, the broken line indicates the second current i2, and the solid line indicates the differential current. The vertical axis in FIG. 4 indicates the magnitude of the current (current value), and the horizontal axis indicates the amount of water contained in the object 2.

図4に示すように、第一の電流i1は対象物2に含まれる水分量が多くなるにつれて電流値が小さくなる。これは、対象物2に含まれる水分量が多いほど、第一の波長帯の光が水により吸収されるためである。一方、第二の電流i2は対象物2に含まれる水分量に関わらず、電流値は略一定である。これは、第二の波長帯の光は、水に吸収されにくいためである。つまり、対象物2に含まれる水分量の違いにより、第一の電流i1と第二の電流i2との差分である差分電流の電流値にも違いが生じる。よって、対象物2に含まれる水分量に応じて、信号増幅部40に出力される信号が異なる。   As shown in FIG. 4, as the amount of water contained in the object 2 increases, the current value of the first current i1 decreases. This is because the light of the first wavelength band is absorbed by water as the amount of water contained in the object 2 increases. On the other hand, regardless of the amount of water contained in the object 2, the second current i2 has a substantially constant current value. This is because light in the second wavelength band is difficult to be absorbed by water. That is, due to the difference in the amount of water contained in the object 2, a difference also occurs in the current value of the difference current which is the difference between the first current i1 and the second current i2. Therefore, depending on the amount of water contained in the object 2, the signal output to the signal amplification unit 40 is different.

なお、図3Bでは、第一の波長帯の光を受光する第一の受光素子30bが電源のプラス側に接続され、第二の波長帯の光を受光する第二の受光素子31bが電源のマイナス側に接続されている例について示しているが、接続関係はこれに限定されない。例えば、第一の波長帯の光を受光する第一の受光素子30bが電源のマイナス側に接続されており、第二の波長帯の光を受光する第二の受光素子31bが電源のプラス側に接続されていてよい。つまり、電源のマイナス側に第一の受光部30が接続されており、電源のプラス側に第二の受光部31が接続されていてもよい。   In FIG. 3B, the first light receiving element 30b that receives light in the first wavelength band is connected to the positive side of the power supply, and the second light receiving element 31b that receives light in the second wavelength band is the power supply. Although an example of connection on the negative side is shown, the connection relationship is not limited to this. For example, the first light receiving element 30b that receives light in the first wavelength band is connected to the negative side of the power supply, and the second light receiving element 31b that receives light in the second wavelength band is the positive side of the power supply It may be connected to That is, the first light receiving unit 30 may be connected to the negative side of the power supply, and the second light receiving unit 31 may be connected to the positive side of the power supply.

また、光源制御部20が光源部10を制御し、光を対象物2に走査しながら照射させる場合、第一の受光部30及び第二の受光部31は、走査に同期して対象物2で反射された光を受光する。つまり、第一の受光部30及び第二の受光部31は、光源部10からの光が照射された対象物2の位置ごとに、当該対象物2で反射された光を受光する。これにより、水分量検出装置1は、より広い領域での水分量を検出することができる。例えば、対象物2における複数の範囲又は複数の対象物2のそれぞれにおいて、水分量を検出することができる。なお、光源制御部20は、例えば発光素子の姿勢から、現在水分量を検出している対象物2の位置(例えば、衣類乾燥装置100からみた対象物2が位置する方向)を特定可能である。これにより、送風部103における送風範囲又は風向きなどの乾燥条件を変更可能である。水分量の検出については、後述する。   In addition, when the light source control unit 20 controls the light source unit 10 to irradiate light while scanning the object 2, the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 synchronize with the scanning to detect the object 2. Receive the light reflected by. That is, the first light receiving unit 30 and the second light receiving unit 31 receive the light reflected by the object 2 for each position of the object 2 irradiated with the light from the light source unit 10. Thus, the water content detection device 1 can detect the water content in a wider area. For example, the amount of water can be detected in each of a plurality of ranges or a plurality of objects 2 in the object 2. The light source control unit 20 can specify, for example, the position of the object 2 currently detecting the amount of water (for example, the direction in which the object 2 is viewed from the clothes drying apparatus 100) from the posture of the light emitting element. . Thereby, the drying condition such as the blowing range or the wind direction in the blowing unit 103 can be changed. The detection of the water content will be described later.

[1−5.信号増幅部]
再び、図3Bを参照して、信号増幅部40は、入力された電気信号を所定の増幅率で増幅したアンプ信号をロックインアンプ50に出力するアンプである。例えば、信号増幅部40は、抵抗41及びオペアンプ42を有する電流−電圧変換回路である。例えば、信号増幅部40は、差分電流に対応する信号をロックインアンプ50に出力する。差分電流に対応する信号とは、例えば、差分電流に対応する電圧であってもよいし、差分電流を増幅した信号であってもよい。なお、所定の増幅率は、予め定められた増幅率である。
[1-5. Signal amplification unit]
Again referring to FIG. 3B, the signal amplification unit 40 is an amplifier that outputs an amplification signal obtained by amplifying the input electric signal at a predetermined amplification rate to the lock-in amplifier 50. For example, the signal amplification unit 40 is a current-voltage conversion circuit having a resistor 41 and an operational amplifier 42. For example, the signal amplification unit 40 outputs a signal corresponding to the difference current to the lock-in amplifier 50. The signal corresponding to the differential current may be, for example, a voltage corresponding to the differential current or a signal obtained by amplifying the differential current. The predetermined amplification factor is a predetermined amplification factor.

信号増幅部40は、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bの接続点Cに接続されている。具体的には、信号増幅部40の一端は第一の受光素子30bのアノードと第二の受光素子31bのカソードとを接続する接続線に接続され、他端はロックインアンプ50に接続されている。このような構成により、信号増幅部40には、第一の電流i1と第二の電流i2との差分である差分電流が入力される。信号増幅部40は、接続点Cから入力された差分電流を増幅してロックインアンプ50に出力する。   The signal amplification unit 40 is connected to a connection point C of the first light receiving element 30 b and the second light receiving element 31 b. Specifically, one end of the signal amplification unit 40 is connected to a connection line connecting the anode of the first light receiving element 30b and the cathode of the second light receiving element 31b, and the other end is connected to the lock-in amplifier 50 There is. With such a configuration, a differential current that is the difference between the first current i1 and the second current i2 is input to the signal amplification unit 40. The signal amplification unit 40 amplifies the differential current input from the connection point C and outputs the amplified current to the lock-in amplifier 50.

上記でも記載したように、信号増幅部40には、差分電流が入力される。例えば、信号増幅部40には、第一の電流i1のみが流入したときに比べ、小さい電流が入力される。具体的には、信号増幅部40が有する抵抗41に流れる電流が小さくなる。抵抗41を流れる電流が小さいと、抵抗41の抵抗値を大きく設定することができる。   As described above, the differential current is input to the signal amplification unit 40. For example, a smaller current is input to the signal amplification unit 40 than when only the first current i1 flows. Specifically, the current flowing through the resistor 41 of the signal amplification unit 40 is reduced. When the current flowing through the resistor 41 is small, the resistance value of the resistor 41 can be set large.

また、抵抗41に起因するノイズとして、熱雑音がある。熱雑音の大きさは、以下の式で示される熱雑音電流inに基づいて決まる。熱雑音電流inは、kをボルツマン定数、Tを絶対温度、抵抗41の抵抗値をRfとすると、   Further, as noise caused by the resistor 41, there is thermal noise. The magnitude of the thermal noise is determined based on the thermal noise current in expressed by the following equation. The thermal noise current in, where k is a Boltzmann constant, T is an absolute temperature, and the resistance value of the resistor 41 is Rf,

Figure 2019045186
で求められる。式1に示すように、抵抗41の抵抗値Rfを大きくすることで、熱雑音電流inを小さくすることができる。上記に示すように、信号増幅部40には差分電流が流れるので、抵抗41の抵抗値を大きく設定することができ、それにより式1に示すように熱雑音電流inの値を小さくすることができる。これにより、熱雑音が少ない、つまりノイズの少ない高S/Nの信号を実現することができる。また、信号増幅部40に入力される差分電流は、例えば第一の受光素子30bで生成された第一の電流i1より小さい電流である。そのため、第一の受光素子30bで生成された第一の電流i1が信号増幅部40に入力されている場合に比べ、水分量検出装置1は高ダイナミックレンジを実現することができる。
Figure 2019045186
It is determined by As shown in Equation 1, the thermal noise current in can be reduced by increasing the resistance value Rf of the resistor 41. As described above, since the differential current flows in the signal amplification unit 40, the resistance value of the resistor 41 can be set large, whereby the value of the thermal noise current in can be reduced as shown in equation 1. it can. This makes it possible to realize a high S / N signal with less thermal noise, that is, less noise. The differential current input to the signal amplification unit 40 is, for example, a current smaller than the first current i1 generated by the first light receiving element 30b. Therefore, as compared with the case where the first current i1 generated by the first light receiving element 30b is input to the signal amplification unit 40, the moisture content detection device 1 can realize a high dynamic range.

[1−6.ロックインアンプ]
再び、図3Aを参照して、ロックインアンプ50は、信号増幅部40により出力されたアンプ信号が入力され、当該アンプ信号から所定の周波数(例えば、発光周波数)の信号を抽出した抽出信号をA/D変換器60に出力する回路である。図3Aに示すように、ロックインアンプ50は、バンドパスフィルタ51、ミキサ52、及び、ローパスフィルタ53を有する。
[1-6. Lock-in amplifier]
Referring again to FIG. 3A, lock-in amplifier 50 receives the amplification signal output from signal amplification unit 40, and extracts an extraction signal obtained by extracting a signal of a predetermined frequency (for example, light emission frequency) from the amplification signal. This is a circuit that outputs to the A / D converter 60. As shown in FIG. 3A, the lock-in amplifier 50 includes a band pass filter 51, a mixer 52, and a low pass filter 53.

バンドパスフィルタ51は、アンプ信号に含まれるノイズ成分を抑制するためのフィルタである。バンドパスフィルタ51を信号増幅部40とミキサ52との間に配置することで、バンドパスフィルタ51の通過帯域外のノイズ成分が抑制されたアンプ信号がミキサ52に入力される。バンドパスフィルタ51は、例えば、RLC回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。なお、ノイズとは、例えば、照明光などの外乱光によるノイズである。   The band pass filter 51 is a filter for suppressing the noise component contained in the amplifier signal. By arranging the band pass filter 51 between the signal amplification unit 40 and the mixer 52, an amplifier signal in which noise components outside the pass band of the band pass filter 51 are suppressed is input to the mixer 52. The band pass filter 51 is realized by, for example, a circuit using an RLC circuit or an operational amplifier. The noise is, for example, noise due to disturbance light such as illumination light.

ミキサ52は、バンドパスフィルタ51を通過したアンプ信号と、光源制御部20からミキサ52に出力されるパルス信号とから2つの信号の同期する信号成分を取り出す回路である。ミキサ52により、ノイズを含むアンプ信号からパルス信号と同期する信号成分、言い換えると同位相の信号成分を取り出すことができる。つまり、ミキサ52によりさらにアンプ信号に含まれるノイズを抑制することができる。   The mixer 52 is a circuit that extracts synchronized signal components of two signals from the amplifier signal that has passed through the band pass filter 51 and the pulse signal that is output from the light source control unit 20 to the mixer 52. The mixer 52 can extract a signal component synchronized with the pulse signal, that is, a signal component in the same phase, from the amplifier signal including noise. That is, the mixer 52 can further suppress the noise included in the amplifier signal.

ローパスフィルタ53は、ミキサ52により取り出された信号成分から交流成分を除去するためのフィルタである。ローパスフィルタ53は、例えば、RC回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。   The low pass filter 53 is a filter for removing an AC component from the signal component extracted by the mixer 52. The low pass filter 53 is realized by, for example, a circuit using an RC circuit or an operational amplifier.

上記のようなロックインアンプ50による処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、信号増幅部40で増幅されたアンプ信号に含まれる外乱光などのノイズ成分を抑制することができる。つまり、ロックインアンプ50を設けることで、ノイズを含む電気信号から高S/N比(Signal−to−noise ratio)の信号を抽出することができる。また、A/D変換器60に信号が入力される前に、ノイズ成分を抑制することができるので、A/D変換器60に入力される信号がA/D変換器60のダイナミックレンジを超えてしまうことを抑制することができる。ロックインアンプ50は、受光した信号から特定の周波数を取り出す(光源部10から照射される光の点灯及び消灯の周波数成分のみを取り出す)狭帯域のバンドパスフィルタと類似した機能を有する。   The process by the lock-in amplifier 50 as described above is a so-called lock-in amplifier process. Thereby, noise components such as disturbance light included in the amplifier signal amplified by the signal amplifier 40 can be suppressed. That is, by providing the lock-in amplifier 50, it is possible to extract a signal of high signal-to-noise ratio from the electric signal including noise. Also, since noise components can be suppressed before the signal is input to A / D converter 60, the signal input to A / D converter 60 exceeds the dynamic range of A / D converter 60. Can be suppressed. The lock-in amplifier 50 has a function similar to that of a narrow-band band pass filter that extracts a specific frequency from the received light signal (extracts only the frequency components of light on and off of the light emitted from the light source unit 10).

なお、ローパスフィルタ53の通過帯域は、固定された帯域である。例えば、ローパスフィルタ53のカットオフ周波数は、光源部10から照射される光の点灯及び消灯の周波数(例えば、1kHz)を中心周波数とする信号において、当該中心周波数と当該信号を通過させる帯域幅とに応じて適宜決定される。   The pass band of the low pass filter 53 is a fixed band. For example, the cutoff frequency of the low-pass filter 53 is the center frequency of the signal whose center frequency is the light ON / OFF frequency (for example, 1 kHz) of the light emitted from the light source unit 10 and the bandwidth for passing the signal. It is decided appropriately according to

[1−7.A/D変換器]
A/D変換器60は、ロックインアンプ50でロックインアンプ処理が施された抽出信号が入力され、当該抽出信号をA/D変換してデジタル信号を信号処理部70に出力する回路である。
[1-7. A / D converter]
The A / D converter 60 is a circuit that receives the extraction signal lock-in-amplified by the lock-in amplifier 50, A / D converts the extraction signal, and outputs a digital signal to the signal processing unit 70. .

[1−8.信号処理部]
信号処理部70は、A/D変換器60で変換されたデジタル信号が入力され、当該デジタル信号に対して信号処理を行う処理部である。信号処理部70は、デジタル信号に対する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。
[1-8. Signal processing unit]
The signal processing unit 70 is a processing unit that receives the digital signal converted by the A / D converter 60 and performs signal processing on the digital signal. The signal processing unit 70 has a non-volatile memory in which a processing program for digital signals is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor for executing the program, and the like.

信号処理部70は、例えば、デジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで、デジタル信号を水分量に変換する。例えば、所定の定数とは、光源部10が発する、検知光をなす第一の波長帯の光及び参照光をなす第二の波長帯の光が示す信号強度、第一のフィルタ30a及び第二のフィルタ31aの透過率特性、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bの受光特性などにより予め定められる定数である。また、演算では、加算、減算、乗算及び除算の中から少なくとも1つが行われる。また、不揮発性メモリが格納するデジタル信号に対する処理プログラムには、上記の所定の定数が含まれる。なお、所定の定数は、複数格納されていてもよい。   The signal processing unit 70 converts the digital signal into the amount of water, for example, by calculating a predetermined constant for the signal intensity indicated by the digital signal. For example, the predetermined constant means the signal intensity indicated by the light of the first wavelength band forming the detection light and the light of the second wavelength band forming the reference light emitted by the light source unit 10, the first filter 30a and the second Of the first filter 31a and the light receiving characteristics of the first light receiving element 30b and the second light receiving element 31b. In addition, at least one of addition, subtraction, multiplication and division is performed in the operation. Further, the processing program for the digital signal stored in the non-volatile memory includes the above-mentioned predetermined constant. A plurality of predetermined constants may be stored.

ここで、比較例として、第一の電流に基づくデジタル信号と第二の電流に基づくデジタル信号とがそれぞれ信号処理部に入力されている場合、信号処理部は、当該2つのデジタル信号を用いて信号処理を行う必要がある。例えば、信号処理部は、2つのデジタル信号の差分又は比を算出する信号処理を行う必要がある。一方、本発明では、信号処理部70に入力されるデジタル信号は、差分電流に基づいて生成された信号である。そのため、信号処理部70において、上記のような差分又は比を算出する信号処理を行う必要がない。つまり、水分量検出装置1は、信号処理部70が行う信号処理の処理量を低減することができる。   Here, as a comparative example, when the digital signal based on the first current and the digital signal based on the second current are respectively input to the signal processing unit, the signal processing unit uses the two digital signals. It is necessary to perform signal processing. For example, the signal processing unit needs to perform signal processing to calculate the difference or ratio between two digital signals. On the other hand, in the present invention, the digital signal input to the signal processing unit 70 is a signal generated based on the differential current. Therefore, the signal processing unit 70 does not need to perform the signal processing for calculating the difference or the ratio as described above. That is, the moisture content detection device 1 can reduce the processing amount of the signal processing performed by the signal processing unit 70.

[2.効果]
本実施の形態に係る水分量検出装置1は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物2に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部10と、対象物2で反射された光に含まれる第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタ30aと、第一のフィルタ30aを透過した第1の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子30bと、対象物2で反射された光に含まれる第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタ31aと、第一の受光素子30bと直列に接続されており、第二のフィルタ31aを透過した第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子31bと、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bの接続点に接続され、当該接続点Cから入力される信号を増幅したアンプ信号を出力する信号増幅部40と、アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプ50と、抽出信号が入力され、当該抽出信号をA/D変換してデジタル信号を出力するA/D変換器60とを備える。
[2. effect]
The water content detection device 1 according to the present embodiment emits light including a first wavelength band in which the absorption by water is larger than a predetermined value, and a second wavelength band in which the absorption by water is smaller than the predetermined value. And a light source unit 10 for emitting light flickering at a predetermined frequency toward the object 2, and transmitting light of a first wavelength band included in the light reflected by the object 2 It is included in the first filter 30a and the first light receiving element 30b that receives the light of the first wavelength band transmitted through the first filter 30a and outputs a detection signal, and the light reflected by the object 2 The second filter 31a that transmits the light of the second wavelength band and the first light receiving element 30b are connected in series, and receive the light of the second wavelength band transmitted through the second filter 31a, A second light receiving element 31b for outputting a reference signal, a first light receiving element 30b, and A signal amplification unit 40 is connected to a connection point of the second light receiving element 31b and outputs an amplification signal obtained by amplifying the signal input from the connection point C, and an amplification signal is input. A lock-in amplifier 50 that extracts a signal and outputs an extraction signal, and an A / D converter 60 that receives the extraction signal, A / D converts the extraction signal, and outputs a digital signal.

これにより、第一の受光素子30b及び第二の受光素子31bの2つの受光素子を備えていても、信号増幅部40には1つの信号(具体的には、差分電流)が出力される。つまり、水分量検出装置1は、波長帯ごと又は受光素子ごとにロックインアンプ50などの回路を備える必要がない。よって、本実施の形態に係る水分量検出装置1は、受光素子を2つ備える場合であっても小型化することができる。また、ロックインアンプ50の数を減らすことができるので、水分量検出装置1の低コスト化を実現できる。   As a result, even if the two light receiving elements of the first light receiving element 30 b and the second light receiving element 31 b are provided, one signal (specifically, a differential current) is output to the signal amplification unit 40. That is, the moisture content detection device 1 does not have to include a circuit such as the lock-in amplifier 50 for each wavelength band or each light receiving element. Therefore, the water content detection device 1 according to the present embodiment can be miniaturized even when two light receiving elements are provided. Further, since the number of lock-in amplifiers 50 can be reduced, cost reduction of the water content detection device 1 can be realized.

また、第一の受光素子30bと第二の受光素子31bとは、同一の受光感度特性を有する受光素子である。   The first light receiving element 30b and the second light receiving element 31b are light receiving elements having the same light receiving sensitivity characteristic.

これにより、同一の受光感度特性を有する2つの受光素子を用いて、水分量検出装置1を実現することができる。   Thereby, the moisture content detection device 1 can be realized using two light receiving elements having the same light receiving sensitivity characteristic.

また、光源部10は、光を走査しながら照射する。   In addition, the light source unit 10 irradiates light while scanning.

これにより、対象物2の複数の範囲、又は、複数の対象物2において水分量を検出することができる。よって、乾燥制御部106は、当該検出結果から水分量が多い位置を重点的に乾燥するなど、効率的に乾燥が行え得る。   Thereby, the water content can be detected in a plurality of ranges of the object 2 or a plurality of objects 2. Therefore, the drying control unit 106 can efficiently perform drying, such as drying mainly at a position where the amount of water is large, based on the detection result.

また、半導体発光素子は、LED素子である。   In addition, the semiconductor light emitting element is an LED element.

これにより、光源制御部20が制御する点灯及び消灯の発光周期に対応した点灯及び消灯が可能なLED素子を用いて水分量検出装置1を実現できる。   Thereby, the moisture content detection device 1 can be realized using the LED elements that can be turned on and off corresponding to the light emission cycle of lighting and off controlled by the light source control unit 20.

(その他の実施の形態)
以上、本発明に係る水分量検出装置1について、上記の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。
(Other embodiments)
As mentioned above, although the moisture content detection apparatus 1 which concerns on this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment.

例えば、上記実施の形態では、一例として水分量検出装置1が衣類乾燥装置100に搭載されている例について説明したが、水分量検出装置1は衣類乾燥装置100以外の電気機器に搭載されていてもよい。例えば、屋内環境で使用される電気機器に使用されてもよい。例えば、浴室乾燥装置など送風して対象物(例えば、浴室の床など)を乾かす用途に用いられる装置に使用されてもよい。   For example, in the above embodiment, an example in which the water content detection device 1 is mounted on the clothes drying device 100 has been described as an example, but the water content detection device 1 is mounted on electrical devices other than the clothes drying device 100 It is also good. For example, it may be used for an electrical device used in an indoor environment. For example, the apparatus may be used in an apparatus used for blowing air to dry an object (e.g., a floor of a bathroom) such as a bathroom dryer.

また、上記実施の形態では、光源部10がLED素子を有する例について説明したが、光源制御部20が制御する発光周期で点灯及び消灯が可能であれば、光源部10はLED素子以外の光源を有していてもよい。例えば、光源部10は、半導体レーザ素子又は有機EL素子などを有していてもよい。   In the above embodiment, although the example in which the light source unit 10 includes the LED element has been described, the light source unit 10 is a light source other than the LED element if it can be turned on and off in the light emission cycle controlled by the light source control unit 20 May be included. For example, the light source unit 10 may have a semiconductor laser element or an organic EL element.

また、上記実施の形態では、光源制御部20は発光素子を点灯及び消灯させる発光周期、及び、発光素子の姿勢を制御する例について制御したが、光源制御部20による制御はこれに限定されない。例えば、光源制御部20は、発光素子に供給される電流量を制御することで、発光素子が発する光の強度を制御してもよい。   In the above embodiment, the light source control unit 20 controls the light emission cycle for turning on and off the light emitting element and an example of controlling the attitude of the light emitting element, but the control by the light source control unit 20 is not limited thereto. For example, the light source control unit 20 may control the intensity of light emitted from the light emitting element by controlling the amount of current supplied to the light emitting element.

また、上記実施の形態では、水分量検出装置1が衣類乾燥装置100に一体的に搭載されている例を説明したが、水分量検出装置は専用の機器であり、衣類乾燥装置100に後付けで取付可能な構成であってもよい。   Further, in the above embodiment, an example in which the moisture content detection device 1 is integrally mounted on the clothes drying device 100 has been described, but the moisture content detection device is a dedicated device. It may be an attachable configuration.

また、上記実施の形態では、水分量検出装置1は対象物2で反射した光を受光し、水分量を検出している例について説明したが、対象物2を透過した光を受光し、水分量を検出してもよい。   In the above embodiment, the water content detection device 1 receives the light reflected by the object 2 and detects the water content. However, the light transmitted through the object 2 is received, and the water content is detected. The amount may be detected.

また、上記実施の形態では、光源部10は1種類の発光素子で構成されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、光源部10は、第一の波長帯の光を発する第一の発光素子と、第二の波長帯の光を発する第二の発光素子とを有していてもよい。さらに、第一の発光素子から出射され対象物2で反射された光を第一の受光素子のみが受光し、第二の発光素子から出射され対象物2で反射された光を第二の受光素子のみが受光する構造を有する場合、水分量検出装置1は第一のフィルタ30a及び第二のフィルタ31aを備えていなくてもよい。   Moreover, although the light source part 10 demonstrated the example comprised with one type of light emitting element in the said embodiment, it is not limited to this. For example, the light source unit 10 may have a first light emitting element that emits light of a first wavelength band and a second light emitting element that emits light of a second wavelength band. Furthermore, only the first light receiving element receives the light emitted from the first light emitting element and reflected by the object 2, and the light emitted from the second light emitting element and reflected by the object 2 is received from the second light receiving element When only the element has a structure for receiving light, the moisture content detection device 1 may not include the first filter 30a and the second filter 31a.

また、上記実施の形態では、信号処理部70は、デジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで水分量を検出する例について説明したが、水分量の検出はこれに限定されない。例えば、信号処理部70の不揮発性メモリには、デジタル信号が示す信号強度と水分量とが対応付けられたテーブルが格納されており、信号処理部70は、当該テーブルを不揮発性メモリから読み出して水分量を検出してもよい。例えば、不揮発性メモリは、図4に示すグラフに対応するテーブルを格納していてもよい。例えば、信号処理部70に入力される電気信号と水分量とが対応するテーブルを格納していてもよい。信号処理部70に差分電流に対応する電圧に基づく信号が入力される場合、不揮発性メモリには電圧に基づく信号と水分量とが対応するテーブルが格納されていてもよい。   Moreover, although the signal processing part 70 demonstrated the example which detects a moisture content by computing a predetermined constant to the signal intensity which a digital signal shows in the said embodiment, detection of a moisture content is not limited to this. For example, the non-volatile memory of the signal processing unit 70 stores a table in which the signal intensity indicated by the digital signal and the moisture content are associated, and the signal processing unit 70 reads the table from the non-volatile memory The amount of water may be detected. For example, the non-volatile memory may store a table corresponding to the graph shown in FIG. For example, a table may be stored in which the electric signal and the amount of moisture input to the signal processing unit 70 correspond to each other. When a signal based on a voltage corresponding to the differential current is input to the signal processing unit 70, a table in which the signal based on the voltage and the amount of moisture correspond may be stored in the non-volatile memory.

また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、プロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。プロセッサは、半導体集積回路(IC)、又はLSI(Large scale integration)を含む一つ又は複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、一つのチップに集積されていてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよし、複数の装置に備えられていてもよい。   Further, in the above embodiment, each component may be configured by dedicated hardware or implemented by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. The processor is configured of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integration (LSI). The plurality of electronic circuits may be integrated on one chip or may be provided on a plurality of chips. The plurality of chips may be integrated into one device or may be provided to a plurality of devices.

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 present invention can be realized by arbitrarily combining components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention or embodiments obtained by applying various modifications that those skilled in the art may think to each embodiment. The form is also included in the present invention.

1 水分量検出装置
2 対象物
10 光源部
30a 第一のフィルタ
30b 第一の受光素子
31a 第二のフィルタ
31b 第二の受光素子
40 信号増幅部(アンプ)
50 ロックインアンプ
60 A/D変換器
C 接続点
i1 第一の電流(検知信号)
i2 第二の電流(参照信号)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 water content detection apparatus 2 object 10 light source part 30a 1st filter 30b 1st light receiving element 31a 2nd filter 31b 2nd light receiving element 40 signal amplification part (amplifier)
50 lock-in amplifier 60 A / D converter C connection point i1 first current (detection signal)
i2 second current (reference signal)

Claims (4)

水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物に向けて所定の周波数で明滅する前記光を照射する光源部と、
前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタと、
前記第一のフィルタを透過した前記第一の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子と、
前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタと、
前記第一の受光素子と直列に接続されており、前記第二のフィルタを透過した前記第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子と、
前記第一の受光素子及び前記第二の受光素子の接続点に接続され、前記接続点から入力される信号を増幅したアンプ信号を出力するアンプと、
前記アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から前記所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプと、
前記抽出信号が入力され、当該抽出信号をA/D変換してデジタル信号を出力するA/D変換器とを備える
水分量検出装置。
A semiconductor light emitting device emitting light including a first wavelength band in which the absorption by water is larger than a predetermined value and a second wavelength band in which the absorption by water is equal to or less than the predetermined value; A light source unit that emits the light that flickers at a predetermined frequency;
A first filter for transmitting the light of the first wavelength band included in the light reflected by the object;
A first light receiving element that receives the light of the first wavelength band transmitted through the first filter and outputs a detection signal;
A second filter that transmits the light of the second wavelength band included in the light reflected by the object;
A second light receiving element connected in series to the first light receiving element, receiving the light of the second wavelength band transmitted through the second filter, and outputting a reference signal;
An amplifier connected to a connection point of the first light receiving element and the second light receiving element and outputting an amplifier signal obtained by amplifying a signal input from the connection point;
A lock-in amplifier that receives the amplification signal, extracts a signal of the predetermined frequency from the amplification signal, and outputs an extraction signal;
An A / D converter that receives the extraction signal, A / D converts the extraction signal, and outputs a digital signal.
前記第一の受光素子と前記第二の受光素子とは、同一の受光感度特性を有する受光素子である
請求項1に記載の水分量検出装置。
The water content detection device according to claim 1, wherein the first light receiving element and the second light receiving element are light receiving elements having the same light receiving sensitivity characteristic.
前記光源部は、前記光を走査しながら照射する
請求項1又は2に記載の水分量検出装置。
The moisture content detection device according to claim 1, wherein the light source unit irradiates while scanning the light.
前記半導体発光素子は、LED素子である
請求項1〜3のいずれか1項に記載の水分量検出装置。
The moisture content detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor light emitting element is an LED element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021060175A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Blower

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