JP2020088399A - 微粒子検出センサおよび微粒子検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(2)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、前記受光視野範囲へ照射される前記出力光のビーム径が、前記反射面の形成幅以下である微粒子検出センサ。
(3)また、本発明のある実施形態は、上記(2)の構成に加え、前記反射面は、前記出力光のビーム径を絞って該出力光を前記受光視野範囲へ向けて反射する微粒子検出センサ。
(4)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(3)の構成に加え、前記受光視野範囲の視野方向と前記反射面で反射された前記出力光の光軸方向とが、略90度の角度をなす微粒子検出センサ。
(5)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(4)の構成に加え、前記反射面で反射された前記出力光の強度分布の半値の強度幅と1/e2の強度幅との比が、ガウス分布の比よりも大きい微粒子検出センサ。
(6)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(5)の構成に加え、前記出力光が赤外光であり、前記受光素子が赤外波長領域に感度を有し、前記透光樹脂が可視光を透過せず、前記赤外光を透過する樹脂である微粒子検出センサ。
(7)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(6)の構成に加え、前記発光素子が、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)である微粒子検出センサ。
(8)また、本発明のある実施形態は、上記(7)の構成に加え、前記反射面が平面である微粒子検出センサ。
(9)また、本発明のある実施形態は、上記(8)の構成に加え、前記発光素子は、前記出力光を出力する発光点を複数有する微粒子検出センサ。
(10)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(9)の構成に加え、前記反射面に、金属薄膜が蒸着されている微粒子検出センサ。
(11)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(10)の構成に加え、前記受光視野範囲内の前記透光樹脂に受光レンズが設けられる微粒子検出センサ。
(12)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(11)の構成に加え、前記発光素子と前記受光素子とは、互いに分離された前記透光樹脂により封止される微粒子検出センサ。
(13)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(12)の構成に加え、前記受光視野範囲を除く部分に遮光樹脂が設けられる微粒子検出センサ。
(14)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(12)の構成に加え、前記受光視野範囲を除く部分に金属シールドが設けられる微粒子検出センサ。
(15)また、本発明のある実施形態は、上記(1)〜(14)の微粒子検出センサと、前記微粒子検出センサが配設される筐体と、を備え、前記微粒子を取り込むためのファンが前記筐体内に設けられる微粒子検出装置。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本実施形態に係る微粒子検出センサ1の基本構成の断面を示す概略図である。図2は図1に示す微粒子検出センサ1の基本構成の上面を示す概略図である。図3は図1に示す微粒子検出センサ1の基本構成の概略を示す斜視図である。
次に、微粒子検出センサ1の回路構成、平均濃度方式の微粒子検出センサ1の動作、およびパーティクルカウント方式の微粒子検出センサ1の動作について説明する。
図5は平均濃度方式の微粒子検出センサ1の動作の概略を示す図である。図5の上段は発光素子3の駆動電流の時間的変化である。下段は増幅回路部の出力電圧の例である。
図6はパーティクルカウント方式の微粒子検出センサ1の動作の概略を示す図である。図6の上段は発光素子3の駆動電流の時間的変化である。下段は増幅回路部26の出力電圧の例である。
上記実施形態では、主に前記パーティクルカウント方式に好適な構成例を示した。すなわち、発光素子3の出力光8を受光素子6の受光視野範囲10内でできるだけ小さくなるようにビーム径を絞る構成例を示した。一方、平均濃度方式に好適な構成にするには、発光素子3の出力光8を受光素子6の受光視野範囲10内に広く照射できるように反射面7の形状を変更することにより、容易に好適化することが可能である。
また、発光素子3には、例としてLED(light emitting diode)やVCSELが挙げられる。上記実施形態で説明したとおり、パーティクルカウント方式に好適化するには、発光素子3から出力された出力光8のビーム径をより小さく絞り、かつ強度を上げる必要がある。
図12に発光素子3bがVCSELの場合でかつ発光素子3bの発光点が複数の場合の構成例の概念図を示す。前述のとおり、VCSELは出射角を小さくすることができるので反射面7aを平面にすることができる。反射面7aが平面の場合、複数の発光点がある発光素子3bを用いることで、受光視野範囲10へ複数の出力光8dのビームを容易に照射することが可能になる。
上記実施形態における反射面7に関し、金属の薄膜を蒸着し、蒸着面15を設けることにより、反射率を上げることが可能である。これにより、微粒子11の散乱光13の強度を上げることができ、出力が安定した微粒子検出センサ1eを実現できる。
受光素子6と発光素子3とを透光樹脂5で封止する際、透光樹脂5を分離して、発光素子3と受光素子6とを封止してもよい。
上記変形例6において、さらに受光素子6を封止した透光樹脂5bの周囲に、受光素子6の受光視野範囲10を遮らない範囲で遮光樹脂18を設けてもよい。
上記変形例6において、さらに受光素子6を封止した透光樹脂5bの周囲に受光素子6の受光視野範囲10を遮らない範囲で金属シールド19を設けてもよい。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図19に本実施形態発明を搭載した機器50の例の概略図を示す。また、図20には図19の概略図のA−A‘の断面を示す。
微粒子検出センサ1とファン55とを、配置スペース56を省略したより小型の筐体51aに搭載することで、微粒子検出装置50aを構成することも可能である。図21に微粒子検出センサ1とファン55と搭載した微粒子検出装置50aの概略図を示す。また、図22に微粒子検出装置50aのA−A‘の断面を示す。
本発明の態様1に係る微粒子検出センサは、出力光を出力する発光素子と、受光視野範囲内の微粒子に前記出力光が照射されることにより生じる散乱光を検出する受光素子と、前記発光素子および前記受光素子を封止する透光樹脂と、前記透光樹脂に設けられ、前記発光素子から出射される前記出力光を前記受光視野範囲へ向けて反射する反射面と、を備える。
2 基板
3、3a、3b 発光素子
5、5a、5b 透光樹脂
6 受光素子
7、7a 反射面
8、8a、8b 出力光
10 受光視野範囲
11 微粒子
13 散乱光
14 受光レンズ
15 蒸着面
16 迷光
18 遮光樹脂
19 金属シールド
23 信号電流
25 電流電圧変換回路
26 増幅回路部
27 発光素子駆動回路
28 結合容量
29 演算処理部
30 A/D変換回路
31 シリアル出力回路
32 演算処理回路
50 機器
50a 微粒子検出装置
51 筐体
52 吸気穴
53 排気穴
55 ファン
Claims (15)
- 出力光を出力する発光素子と、
受光視野範囲内の微粒子に前記出力光が照射されることにより生じる散乱光を検出する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子を封止する透光樹脂と、
前記透光樹脂に設けられ、前記発光素子から出射される前記出力光を前記受光視野範囲へ向けて反射する反射面と、
を備えることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1に記載の微粒子検出センサであって、
前記受光視野範囲へ照射される前記出力光のビーム径が、前記反射面の形成幅以下であることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項2に記載の微粒子検出センサであって、
前記反射面は、前記出力光のビーム径を絞って該出力光を前記受光視野範囲へ向けて反射することを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1に記載の微粒子検出センサであって、
前記受光視野範囲の視野方向と前記反射面で反射された前記出力光の光軸方向とが、略90度の角度をなすことを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1に記載の微粒子検出センサであって、
前記反射面で反射された前記出力光の強度分布の半値の強度幅と1/e2の強度幅との比が、ガウス分布の比よりも大きいことを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記出力光が赤外光であり、
前記受光素子が赤外波長領域に感度を有し、
前記透光樹脂が可視光を透過せず、前記赤外光を透過する樹脂であることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記発光素子が、VCSELであることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項7に記載の微粒子検出センサであって、
前記反射面が平面であることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項8に記載の微粒子検出センサであって、
前記発光素子は、前記出力光を出力する発光点を複数有することを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記反射面に、金属薄膜が蒸着されていることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記受光視野範囲内の前記透光樹脂に受光レンズが設けられることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記発光素子と前記受光素子とは、互いに分離された前記透光樹脂により封止されることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項12に記載の微粒子検出センサであって、
前記受光視野範囲を除く部分に遮光樹脂が設けられることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサであって、
前記受光視野範囲を除く部分に金属シールドが設けられることを特徴とする微粒子検出センサ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粒子検出センサと、
前記微粒子検出センサが配設される筐体と、を備え、
前記微粒子を取り込むためのファンが前記筐体内に設けられることを特徴とする微粒子検出装置。
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