JP3702528B2 - 衣類乾燥機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の波長域毎の水分吸収度合いの差や、水分による対象物に対する透過光や反射光の変化を利用して、対象物に含まれる含水量や付着した水分量を測定する乾燥検知方式に関するものであり、衣類乾燥機や食器洗い乾燥機などの乾燥検知や水分量の変化を検知する必要のある製品に幅広く応用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
水分量を検知する技術としては、従来から水分計などで実用化されている方式として、近赤外線の波長による水分吸収特性の差を利用したものがある。この方式の一般的な原理を図３に示す。図３（ａ）は、対象物が或る水分量を含んでいる場合の反射光の波長と吸収率の関係を示したものである。例えば、１９４０ｎｍの波長と１８００ｎｍの波長では、対象物に含まれる水分の吸収により約５０％程度の吸収率の差がでることが判る。また、吸収率の差は、対象物に含まれる水分量が大きくなるに比例して、一層大きくなることが知られている。
【０００３】
図３（ｂ）は、この原理を使って水分量を検出するための水分検知方式のブロック図を示したものである。制御部７４により光源７２から水分を検出したい対象物７６に照射して反射光を、１９４０ｎｍの受光部７１および１８００ｎｍ受光部７３で受光する。両波長域の光量のみを選択するには、特定の波長のみを通過させるバンドパスフィルタ等が使用する。こうした受光出力差と対象物７６の水分量には一定の比例関係が成立するため、水分量判定部７５にて両出力の差を判定すれば、対象物７６の水分量を検知できるものである（参考文献「赤外線水分計」日本たばこ産業、非接触センシングダイジェスト‘９１、センサ技術９１年１２月臨時増刊号）。
【０００４】
衣類乾燥機においても、これと同じ水分による赤外線の吸収原理を用いた乾燥検知方式が知られている。この構成では、複数の波長の光センサやＬＥＤや電球などの受発光素子を使って、これらの光量を比較することにより、対象である衣類の水分量、つまり乾燥率を検知するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの基本原理は一般的には静止した対象物や粉砕して粉状にした対象物を前提としているために、衣類乾燥機などに応用した場合にはセンサと衣類までの距離や対向角度、形状や光沢などの差による影響が現れる。例えば、衣類乾燥機では、運転中に衣類が動き回るため、衣類の角度やセンサから光が反射する時点の衣類までの距離により、出力が大きく変動する。特に、距離に関しては、光量が距離の２乗に反比例して減衰するために、検知を精度良く行う上での大きな障害となっている。また、衣類の色によっても、反射光の波長成分が大きく異なるのに対して、一般的な光センサは、各センサの有する感度波長に依存した出力特性を有するため、同じ光量であっても波長成分により異なる出力が出てしまうため、検知上の誤差要因となっている。
【０００６】
従って、距離や衣類の色による反射光の波長成分が判れば、総光量の減衰量による距離の補正を行ったり、受光素子の波長感度特性と反射光の波長成分の重み付けをして演算する補正方法を取り入れるなどの方法により、距離や色による変動を補正することが可能となる。
【０００７】
本発明では、色または距離を検知するセンサを併用する事により、衣類の動き回りによる距離の変動や検知対象となる衣類の色による検知精度の低下を補正しようとするものである。色や距離を検知するセンサの一例としては、距離センサでは、カメラの自動焦点合わせの測距センサとして使用されているＰＤＳ（位置検出素子）と呼ばれる素子があり、また色や光沢による明るさを検知する色センサとしては、赤青黄の３原色の強度を計測してその混合比率や総光量により、色や明るさの差を測定するセンサが既に実用化されている。
【０００８】
こうした、色や距離による受光素子の光量の変動特性を予め実測などにより測定しておけば、距離センサや色センサで検知した結果から、色や距離による光量の変動分を補正でき、より精度の高い水分量の検知が可能となるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、この発光手段から放射した光が対象物に反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する構成となっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の水分量に応じて減衰することにより、その減衰割合を検出することにより、対象物の水分量を判別することが可能となるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１及び２記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、距離を判別する距離センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記発光手段および受光手段と前記対象物との距離の遠近による光量の増減を補正演算する構成となっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の動き回ることによる距離の変動で増減する影響を、距離センサと予め測定した距離による光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能とするものである。
【００１１】
また本発明の請求項３及び４記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段とを有し、前記発光手段および前記受光手段の指向性による重複範囲が一定距離範囲内になるように設定すると共に、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、予め決めた閾値を越える前記受光手段の出力のみを使って演算を行うようにした構成となっており、対象物が動き回ることによる距離の変動を、発光素子および受光素子の指向性により、一定距離範囲で対象物に反射した光のみが強く受光されるような構成にすることにより、予め設定した閾値以下の出力を一定距離範囲以外で対象物に反射した出力として除去できるため、距離の変動によるばらつきを受けたデータを使用する事無く、対象物の水分量を更に正確に判別することが可能となるものである。
【００１２】
さらに本発明の請求項５から７記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、前記反射光または前記透過光の波長成分を検知する色センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記反射光および透過光の波長成分の差による前記受光手段による出力の増減を補正演算する構成になっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の色や光沢の変動で増減する影響を、色センサと予め測定した色センサの出力と光量の関係を使って補正を行うことにより、更に精度の高い対象物の水分量を検知を可能とするものである。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例について図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の衣類からの反射光を利用する場合の原理を表すブロック図、図２は本発明の取り付け例として説明する、ドラム型の温風送風方式の衣類乾燥機の構成を示す図である。
【００１５】
図１は、図２のドラム型に温風衣類乾燥機の場合の例を示しており、１０および１１は衣類に赤外線を放射するＬＥＤや豆電球などの発光手段、１２および１３は発光手段１０および１１から発光されて衣類に反射または透過した光を受光する受光手段、１５は衣類までの距離や衣類の色などの検知を行う距離センサや色センサなどの補正センサ、２４は衣類を撹拌して温風を均一に吹きかけるための回転ドラム、２２は衣類乾燥機内の衣類のモデル図である。
【００１６】
図２は、一般の家庭用衣類乾燥機で代表的なドラム型の衣類乾燥機の構成を示しており、２１は衣類を投入するための前面扉、２２は衣類のモデル図、２４は衣類２２を撹拌するためのドラム、２３は温風をドラム内に吹き込むためのバッフルであり、複数箇所に設けられる場合もある。２５はドラム２４の回転を支える回転軸、２６は空気の吸気および排気を行う換気口、２７は熱交換用の冷却ファンである。２８は、衣類乾燥機全体を制御するためのコントロール基板であり、乾燥検知センサおよび補正センサは本コントロール基板２８に設置する。
【００１７】
図３に水分量検知の原理について簡単に説明する。水分などの物質は、その物質の分子振動の波長に応じた赤外線を吸収することが知られている。図３（ａ）は、ある一定量の水分が対象物に含まれる場合について、反射光の近赤外線領域の波長と水分による吸収率の関係を示したものである。水分による吸収特性としては、図３（ａ）の様に、特に１９４０ｎｍ付近に大きな吸収のピークを持つと共に、この吸収度合いは光が通過する水分の厚みに対数的に比例して大きくなる事が知られている。従って、図３（ｂ）に示す様に、衣類などの対象物に光を投射した反射光の内、参照光として水に吸収されにくい１８００ｎｍの光量成分と、検出光として水の吸収が大きい１９４０ｎｍの光量成分を検知して、両者の吸収度合いの差を見れば、対象となる物質に含まれる水分量を知ることが可能となるものである。厳密に言えば、対象物の反射箇所における形状などの差による反射光量の変動は、２波長の光量変化を比率演算することで補正が可能である。
【００１８】
ところが、対象物が静止している場合に比べ、衣類乾燥機の衣類の様に、乾燥する対象物の色や材質などが限定されない上、検知の対象となるものが動き回ったり、混在された衣類のどの位置に光が反射するかにより色や光沢などが時々刻々変化する場合には、検知距離や対象物の有する反射率の度合いが非常に大きく変動するため、２波長の比率演算による補正だけでは検知精度が下がってしまう。例えば、反射率は一般的に波長ごとに少しづつ異なるため、参照光１８００ｎｍや検出光１９４０ｎｍの様に比較的近接した波長でも対象物の色や材質による波長毎の反射率の差が利いてくる他、距離の変動についても、光源の照射面の光密度が均一でないことによる反射位置の差や、衣類の皺などで反射した場合に参照光および検出光を受光する手段までの光路差が発生する事に起因した光量の減衰差などの影響が大きくなる。
【００１９】
このような事から、２波長の比率演算する方法だけで補正を行う構成を取る場合には、反射率の補正として特定の波長のみを通過させる光学的なバンドパスフィルタを使って１８００ｎｍと１９００ｎｍよりも更に近接した２波長を使ったり、光路を厳密に合わせるための補正として５０％づつの光量を通過、反射するハーフミラーなどを使って同一光路の光を分割するなどの設計が必要となる。
【００２０】
現状では、こうした動き回る衣類を対象とした場合の検知精度の課題や、この課題を解決するためのフィルタやハーフミラーなどの光学部品は比較的高価であることから、水分計器などで用いられている方式が、そのまま衣類乾燥機などのセンサとして実用化できない一因となっている。
【００２１】
ところが本発明では、以下に説明する様に、色や距離などの補正用のセンサを併用することで高価な光学部品をしない構成にできることや、参照光と検出光の波長が離れる構成が採れるため、参照光１８００ｎｍの代わりに一般家庭機器のリモコンなどに使用されて安価に利用できる光センサが使用できる８００ｎｍ〜９００ｎｍを参照光の波長として選択する構成ができることで、衣類乾燥機などに応用できる乾燥検知センサを提供することが可能となる。
【００２２】
以下に本発明の一実施例での方式について説明する。まず、異なる色の衣類からの反射光により出力の変化が起こる例を図６を使って説明する。反射光は一般的に対象物の色によりピーク特性が異なり、可視光の領域では、赤色の物質からの反射光は赤色にピーク波長を持ち、同様に黄色の物質からの反射光は黄色にピークを持つことが知られている。図６の（ａ）及び（ｂ）は異なる色の衣類からの反射光を同一の受光感度特性を有する光センサで受光した場合の例を示している。図６の８１および８３はそれぞれλ１、λ２にピーク波長を有する反射光の波長特性、８２はλ３にピーク受光感度を有する受光素子の波長感度特性を示す。この場合、反射光８１、８３の総光量は、山の面積に相当し、これらはほぼ同レベルであるが、これらの反射光を８２の感度特性の光センサで受光した場合の受光量は、斜線部で示した両特性の重なり部分となる。従って、（ａ）（ｂ）で斜線部の面積が異なる事に示すように、同じ総光量の光でもピーク波長の差により出力が大きく異なることになる。
【００２３】
次に、色や距離の変化が、検知精度に不都合な例を図４および図７に示す。図４の（ａ）は距離及び水分量の変化とセンサ出力の関係を示し、（ｂ）はある一定条件化での水分量とセンサ出力の関係を示している。また、図７の（ａ）は衣類の色や光沢、すなわち反射率の変化及び水分量の変化とセンサ出力の関係を示しており、（ｂ）は同じく一定条件下での水分量とセンサ出力の関係を表している。
【００２４】
図４（ｂ）や図７（ｂ）に示す様に、距離や対象物の色などが変化しない場合には、センサ出力と水分量には、１対１の関係が成立するため、例えばセンサ出力がＶ１の場合には水分量がＷ１といったように、センサ出力から水分量が判定できる。しかし、図４（ａ）や図７（ｂ）の様に、水分量と同時に色や距離が変化する場合には、センサ出力が変動しても水分量の変化によるものか、距離や色の変化によるものかが検知できない。例えば、図４（ａ）のＤ点及びＥ点に示すように、同一のセンサ出力Ｖ１が、水分量や距離の変動など複数の条件の組み合わせで現れる。
【００２５】
これを解決する手段として、色や距離を検知するためのセンサを並列して取付け、これらの出力により距離や色の変化を検出して補正する。一般に光量は、距離の２乗に比例して減衰することが知られており、例えば、図４（ａ）のＷ１〜Ｗ３に示す様に、予めこれらの変動特性を測定して光量変動特性を調べておき、これらの特性を使って補正すれば、水分量をより正確に検知することが可能となる。
【００２６】
以上の補正用のセンサとして考えられるセンサについては、距離センサとしては、カメラの自動焦点機構に使用されているような三角測量の原理を使ったＰＤＳと呼ばれる光センサや、超音波センサなどのセンサが既に実用化されており、これらのセンサを使って距離を計測することが可能となる。
【００２７】
また、距離を検知する以外に受発光手段の指向性を利用して、小さい距離範囲のデータのみを検知する様な設計が可能である。この概略構成を図５に示す。図５の５１は電球などの発光手段、５２は光センサなどの受光手段、５３はこれらを保護固定する樹脂材料である。図５の（ａ）に示す様に、電球や光センサは反射板やレンズをはめた構成や半導体素子の保護ケースなどを使って前面に３０度から６０度程度の指向性を持たせたものが一般的であり、この素子自体の指向性を利用することができる他、樹脂などを使ってピンホールなどにより指向性を持つ光路を成形するなどの方法により、受発光素子の指向性を限定すれば、両者の交点となる一定距離範囲で対象物に反射したある方向の反射光のみを受光することが可能になる。図５の（ａ）では、波線で示す受発光素子の交わる範囲である斜線部分がこれに相当し、Ｄ１〜Ｄ２の距離範囲のみ検知する設計にできる。図５の（ｂ）に、こうした設計の受発光素子のセンサ出力と対象物までの距離の関係を示す。図５（ａ）のような指向性の場合は距離Ｄ１〜Ｄ２以外では急激に出力が低下する。従って、５５に示す様に、適当な閾値を設定して、このレベル以下の出力を検知データとして利用しない様にすれば、一定距離範囲で衣類に反射した距離変動の少ないセンサ出力のみを使って水分量の判定ができる。
【００２８】
なお、本発明では水分の吸収による反射光の減衰を前提として説明してきたが、実際には吸収以外にも水分による繊維状態の変化の要因によって反射光が減少することが知られており、こうした要因による反射光の減衰による検知にもこの補正方法が適用できる。
【００２９】
更に、本発明では、本一実施例としてドラム型の回転式の乾燥機で説明したが、乾燥機の乾燥方式や機構設計は本構成に限定されるものではなく、浴槽に設置されるタイプの乾燥機や、ハンガー型の吊り下げ型の乾燥機でも適用可能なものである。特に、本方式は衣類に光を放射して反射光または透過光で検出する直接検知手法であるため、従来の乾燥機の庫内の容量に対する温度変化を検知する間接手法と異なり、本体の大きさや、送風用バッフルの設置位置や数、大きさなどの設計変更の影響を受け難く、特にモデルチェンジなど設計変更の頻繁な家電製品については特にこの効果が大きい。
【００３０】
この他、検出光に用いる波長は、１９００ｎｍや１４００ｎｍなどが水分による吸収率の大きい波長とされており、参照光はこれに隣接した１８００ｎｍや１３００ｎｍ付近が選択されることが多い。しかし、水吸収の大きい波長はこれ以外にも多く存在しており本波長に限定されるものではなく、発光手段や受光手段の特性に応じて適正に選択することが可能である（参考文献：久野治義「赤外線工学」、社団法人電子情報通信学会）。特に、距離センサや色センサには、本実施例で説明した受光素子である光センサと同じ原理、組成のセンサを用いたものもあり、検知用の波長の選択方法によっては、反射光の受光素子とこれらの補正用のセンサを共通化して同一のものを使用する構成も可能である。
【００３１】
最後に、取り付け位置は、ドラム外側の下側位置で説明したが、設置位置は本位置に限定されるものではなく、ドラムの下部などの送風の吹き出し口は送風による温度低下の外乱の影響が考えられるため、この場所を避けて、ドラムの回転中心軸方向に対面させて取り付ける方法も有効である。特に、ドラムの軸に対して垂直な位置に光の光路を設定すれば、衣類の重量でドラムの下部に衣類が落下するため、高い精度で衣類に光を照射することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の請求項１及び２記載の発明は、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の動き回ることによる距離の変動で増減する影響を、距離センサと予め測定した距離による光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【００３３】
また本発明の請求項３及び４記載の発明は、対象物が動き回ることによる距離の変動を、発光素子および受光素子の指向性により、一定距離範囲で対象物に反射した光のみが強く受光されるような構成にすることにより、距離の変動した検知データを除去でき、対象物の水分量を更に正確に判別することが可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【００３４】
さらに本発明の請求項５から７記載の発明は、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の色や光沢の変動で増減する影響を、色センサと予め測定した色センサの出力と光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図
【図２】衣類乾燥機の構成を示す図
【図３】（ａ）本発明の水分検知の原理を表す特性図（ｂ）本発明の水分検知の原理を示すブロック図
【図４】本発明の一実施例における距離および水分量とセンサ出力の相関を表す特性図
【図５】（ａ）本発明の一実施例のセンサ構成を示すブロック図（ｂ）本発明の一実施例のセンサの特性図
【図６】（ａ）ある色の反射光による受光素子の出力変化を表す特性図（ｂ）別の色の反射光による受光素子の出力変化を表す特性図
【図７】本発明の一実施例における距離および水分量とセンサ出力の相関を表す特性図
【符号の説明】
４・・・制御手段
１０・・・発光手段
１２・・・受光手段
１５・・・補正センサ
２２・・・乾燥機ドラム
２４・・・衣類
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の波長域毎の水分吸収度合いの差や、水分による対象物に対する透過光や反射光の変化を利用して、対象物に含まれる含水量や付着した水分量を測定する乾燥検知方式に関するものであり、衣類乾燥機や食器洗い乾燥機などの乾燥検知や水分量の変化を検知する必要のある製品に幅広く応用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
水分量を検知する技術としては、従来から水分計などで実用化されている方式として、近赤外線の波長による水分吸収特性の差を利用したものがある。この方式の一般的な原理を図３に示す。図３（ａ）は、対象物が或る水分量を含んでいる場合の反射光の波長と吸収率の関係を示したものである。例えば、１９４０ｎｍの波長と１８００ｎｍの波長では、対象物に含まれる水分の吸収により約５０％程度の吸収率の差がでることが判る。また、吸収率の差は、対象物に含まれる水分量が大きくなるに比例して、一層大きくなることが知られている。
【０００３】
図３（ｂ）は、この原理を使って水分量を検出するための水分検知方式のブロック図を示したものである。制御部７４により光源７２から水分を検出したい対象物７６に照射して反射光を、１９４０ｎｍの受光部７１および１８００ｎｍ受光部７３で受光する。両波長域の光量のみを選択するには、特定の波長のみを通過させるバンドパスフィルタ等が使用する。こうした受光出力差と対象物７６の水分量には一定の比例関係が成立するため、水分量判定部７５にて両出力の差を判定すれば、対象物７６の水分量を検知できるものである（参考文献「赤外線水分計」日本たばこ産業、非接触センシングダイジェスト‘９１、センサ技術９１年１２月臨時増刊号）。
【０００４】
衣類乾燥機においても、これと同じ水分による赤外線の吸収原理を用いた乾燥検知方式が知られている。この構成では、複数の波長の光センサやＬＥＤや電球などの受発光素子を使って、これらの光量を比較することにより、対象である衣類の水分量、つまり乾燥率を検知するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの基本原理は一般的には静止した対象物や粉砕して粉状にした対象物を前提としているために、衣類乾燥機などに応用した場合にはセンサと衣類までの距離や対向角度、形状や光沢などの差による影響が現れる。例えば、衣類乾燥機では、運転中に衣類が動き回るため、衣類の角度やセンサから光が反射する時点の衣類までの距離により、出力が大きく変動する。特に、距離に関しては、光量が距離の２乗に反比例して減衰するために、検知を精度良く行う上での大きな障害となっている。また、衣類の色によっても、反射光の波長成分が大きく異なるのに対して、一般的な光センサは、各センサの有する感度波長に依存した出力特性を有するため、同じ光量であっても波長成分により異なる出力が出てしまうため、検知上の誤差要因となっている。
【０００６】
従って、距離や衣類の色による反射光の波長成分が判れば、総光量の減衰量による距離の補正を行ったり、受光素子の波長感度特性と反射光の波長成分の重み付けをして演算する補正方法を取り入れるなどの方法により、距離や色による変動を補正することが可能となる。
【０００７】
本発明では、色または距離を検知するセンサを併用する事により、衣類の動き回りによる距離の変動や検知対象となる衣類の色による検知精度の低下を補正しようとするものである。色や距離を検知するセンサの一例としては、距離センサでは、カメラの自動焦点合わせの測距センサとして使用されているＰＤＳ（位置検出素子）と呼ばれる素子があり、また色や光沢による明るさを検知する色センサとしては、赤青黄の３原色の強度を計測してその混合比率や総光量により、色や明るさの差を測定するセンサが既に実用化されている。
【０００８】
こうした、色や距離による受光素子の光量の変動特性を予め実測などにより測定しておけば、距離センサや色センサで検知した結果から、色や距離による光量の変動分を補正でき、より精度の高い水分量の検知が可能となるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、この発光手段から放射した光が対象物に反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する構成となっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の水分量に応じて減衰することにより、その減衰割合を検出することにより、対象物の水分量を判別することが可能となるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１及び２記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、距離を判別する距離センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記発光手段および受光手段と前記対象物との距離の遠近による光量の増減を補正演算する構成となっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の動き回ることによる距離の変動で増減する影響を、距離センサと予め測定した距離による光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能とするものである。
【００１１】
また本発明の請求項３及び４記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段とを有し、前記発光手段および前記受光手段の指向性による重複範囲が一定距離範囲内になるように設定すると共に、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、予め決めた閾値を越える前記受光手段の出力のみを使って演算を行うようにした構成となっており、対象物が動き回ることによる距離の変動を、発光素子および受光素子の指向性により、一定距離範囲で対象物に反射した光のみが強く受光されるような構成にすることにより、予め設定した閾値以下の出力を一定距離範囲以外で対象物に反射した出力として除去できるため、距離の変動によるばらつきを受けたデータを使用する事無く、対象物の水分量を更に正確に判別することが可能となるものである。
【００１２】
さらに本発明の請求項５から７記載の発明は、対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、前記反射光または前記透過光の波長成分を検知する色センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記反射光および透過光の波長成分の差による前記受光手段による出力の増減を補正演算する構成になっており、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の色や光沢の変動で増減する影響を、色センサと予め測定した色センサの出力と光量の関係を使って補正を行うことにより、更に精度の高い対象物の水分量を検知を可能とするものである。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例について図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の衣類からの反射光を利用する場合の原理を表すブロック図、図２は本発明の取り付け例として説明する、ドラム型の温風送風方式の衣類乾燥機の構成を示す図である。
【００１５】
図１は、図２のドラム型に温風衣類乾燥機の場合の例を示しており、１０および１１は衣類に赤外線を放射するＬＥＤや豆電球などの発光手段、１２および１３は発光手段１０および１１から発光されて衣類に反射または透過した光を受光する受光手段、１５は衣類までの距離や衣類の色などの検知を行う距離センサや色センサなどの補正センサ、２４は衣類を撹拌して温風を均一に吹きかけるための回転ドラム、２２は衣類乾燥機内の衣類のモデル図である。
【００１６】
図２は、一般の家庭用衣類乾燥機で代表的なドラム型の衣類乾燥機の構成を示しており、２１は衣類を投入するための前面扉、２２は衣類のモデル図、２４は衣類２２を撹拌するためのドラム、２３は温風をドラム内に吹き込むためのバッフルであり、複数箇所に設けられる場合もある。２５はドラム２４の回転を支える回転軸、２６は空気の吸気および排気を行う換気口、２７は熱交換用の冷却ファンである。２８は、衣類乾燥機全体を制御するためのコントロール基板であり、乾燥検知センサおよび補正センサは本コントロール基板２８に設置する。
【００１７】
図３に水分量検知の原理について簡単に説明する。水分などの物質は、その物質の分子振動の波長に応じた赤外線を吸収することが知られている。図３（ａ）は、ある一定量の水分が対象物に含まれる場合について、反射光の近赤外線領域の波長と水分による吸収率の関係を示したものである。水分による吸収特性としては、図３（ａ）の様に、特に１９４０ｎｍ付近に大きな吸収のピークを持つと共に、この吸収度合いは光が通過する水分の厚みに対数的に比例して大きくなる事が知られている。従って、図３（ｂ）に示す様に、衣類などの対象物に光を投射した反射光の内、参照光として水に吸収されにくい１８００ｎｍの光量成分と、検出光として水の吸収が大きい１９４０ｎｍの光量成分を検知して、両者の吸収度合いの差を見れば、対象となる物質に含まれる水分量を知ることが可能となるものである。厳密に言えば、対象物の反射箇所における形状などの差による反射光量の変動は、２波長の光量変化を比率演算することで補正が可能である。
【００１８】
ところが、対象物が静止している場合に比べ、衣類乾燥機の衣類の様に、乾燥する対象物の色や材質などが限定されない上、検知の対象となるものが動き回ったり、混在された衣類のどの位置に光が反射するかにより色や光沢などが時々刻々変化する場合には、検知距離や対象物の有する反射率の度合いが非常に大きく変動するため、２波長の比率演算による補正だけでは検知精度が下がってしまう。例えば、反射率は一般的に波長ごとに少しづつ異なるため、参照光１８００ｎｍや検出光１９４０ｎｍの様に比較的近接した波長でも対象物の色や材質による波長毎の反射率の差が利いてくる他、距離の変動についても、光源の照射面の光密度が均一でないことによる反射位置の差や、衣類の皺などで反射した場合に参照光および検出光を受光する手段までの光路差が発生する事に起因した光量の減衰差などの影響が大きくなる。
【００１９】
このような事から、２波長の比率演算する方法だけで補正を行う構成を取る場合には、反射率の補正として特定の波長のみを通過させる光学的なバンドパスフィルタを使って１８００ｎｍと１９００ｎｍよりも更に近接した２波長を使ったり、光路を厳密に合わせるための補正として５０％づつの光量を通過、反射するハーフミラーなどを使って同一光路の光を分割するなどの設計が必要となる。
【００２０】
現状では、こうした動き回る衣類を対象とした場合の検知精度の課題や、この課題を解決するためのフィルタやハーフミラーなどの光学部品は比較的高価であることから、水分計器などで用いられている方式が、そのまま衣類乾燥機などのセンサとして実用化できない一因となっている。
【００２１】
ところが本発明では、以下に説明する様に、色や距離などの補正用のセンサを併用することで高価な光学部品をしない構成にできることや、参照光と検出光の波長が離れる構成が採れるため、参照光１８００ｎｍの代わりに一般家庭機器のリモコンなどに使用されて安価に利用できる光センサが使用できる８００ｎｍ〜９００ｎｍを参照光の波長として選択する構成ができることで、衣類乾燥機などに応用できる乾燥検知センサを提供することが可能となる。
【００２２】
以下に本発明の一実施例での方式について説明する。まず、異なる色の衣類からの反射光により出力の変化が起こる例を図６を使って説明する。反射光は一般的に対象物の色によりピーク特性が異なり、可視光の領域では、赤色の物質からの反射光は赤色にピーク波長を持ち、同様に黄色の物質からの反射光は黄色にピークを持つことが知られている。図６の（ａ）及び（ｂ）は異なる色の衣類からの反射光を同一の受光感度特性を有する光センサで受光した場合の例を示している。図６の８１および８３はそれぞれλ１、λ２にピーク波長を有する反射光の波長特性、８２はλ３にピーク受光感度を有する受光素子の波長感度特性を示す。この場合、反射光８１、８３の総光量は、山の面積に相当し、これらはほぼ同レベルであるが、これらの反射光を８２の感度特性の光センサで受光した場合の受光量は、斜線部で示した両特性の重なり部分となる。従って、（ａ）（ｂ）で斜線部の面積が異なる事に示すように、同じ総光量の光でもピーク波長の差により出力が大きく異なることになる。
【００２３】
次に、色や距離の変化が、検知精度に不都合な例を図４および図７に示す。図４の（ａ）は距離及び水分量の変化とセンサ出力の関係を示し、（ｂ）はある一定条件化での水分量とセンサ出力の関係を示している。また、図７の（ａ）は衣類の色や光沢、すなわち反射率の変化及び水分量の変化とセンサ出力の関係を示しており、（ｂ）は同じく一定条件下での水分量とセンサ出力の関係を表している。
【００２４】
図４（ｂ）や図７（ｂ）に示す様に、距離や対象物の色などが変化しない場合には、センサ出力と水分量には、１対１の関係が成立するため、例えばセンサ出力がＶ１の場合には水分量がＷ１といったように、センサ出力から水分量が判定できる。しかし、図４（ａ）や図７（ｂ）の様に、水分量と同時に色や距離が変化する場合には、センサ出力が変動しても水分量の変化によるものか、距離や色の変化によるものかが検知できない。例えば、図４（ａ）のＤ点及びＥ点に示すように、同一のセンサ出力Ｖ１が、水分量や距離の変動など複数の条件の組み合わせで現れる。
【００２５】
これを解決する手段として、色や距離を検知するためのセンサを並列して取付け、これらの出力により距離や色の変化を検出して補正する。一般に光量は、距離の２乗に比例して減衰することが知られており、例えば、図４（ａ）のＷ１〜Ｗ３に示す様に、予めこれらの変動特性を測定して光量変動特性を調べておき、これらの特性を使って補正すれば、水分量をより正確に検知することが可能となる。
【００２６】
以上の補正用のセンサとして考えられるセンサについては、距離センサとしては、カメラの自動焦点機構に使用されているような三角測量の原理を使ったＰＤＳと呼ばれる光センサや、超音波センサなどのセンサが既に実用化されており、これらのセンサを使って距離を計測することが可能となる。
【００２７】
また、距離を検知する以外に受発光手段の指向性を利用して、小さい距離範囲のデータのみを検知する様な設計が可能である。この概略構成を図５に示す。図５の５１は電球などの発光手段、５２は光センサなどの受光手段、５３はこれらを保護固定する樹脂材料である。図５の（ａ）に示す様に、電球や光センサは反射板やレンズをはめた構成や半導体素子の保護ケースなどを使って前面に３０度から６０度程度の指向性を持たせたものが一般的であり、この素子自体の指向性を利用することができる他、樹脂などを使ってピンホールなどにより指向性を持つ光路を成形するなどの方法により、受発光素子の指向性を限定すれば、両者の交点となる一定距離範囲で対象物に反射したある方向の反射光のみを受光することが可能になる。図５の（ａ）では、波線で示す受発光素子の交わる範囲である斜線部分がこれに相当し、Ｄ１〜Ｄ２の距離範囲のみ検知する設計にできる。図５の（ｂ）に、こうした設計の受発光素子のセンサ出力と対象物までの距離の関係を示す。図５（ａ）のような指向性の場合は距離Ｄ１〜Ｄ２以外では急激に出力が低下する。従って、５５に示す様に、適当な閾値を設定して、このレベル以下の出力を検知データとして利用しない様にすれば、一定距離範囲で衣類に反射した距離変動の少ないセンサ出力のみを使って水分量の判定ができる。
【００２８】
なお、本発明では水分の吸収による反射光の減衰を前提として説明してきたが、実際には吸収以外にも水分による繊維状態の変化の要因によって反射光が減少することが知られており、こうした要因による反射光の減衰による検知にもこの補正方法が適用できる。
【００２９】
更に、本発明では、本一実施例としてドラム型の回転式の乾燥機で説明したが、乾燥機の乾燥方式や機構設計は本構成に限定されるものではなく、浴槽に設置されるタイプの乾燥機や、ハンガー型の吊り下げ型の乾燥機でも適用可能なものである。特に、本方式は衣類に光を放射して反射光または透過光で検出する直接検知手法であるため、従来の乾燥機の庫内の容量に対する温度変化を検知する間接手法と異なり、本体の大きさや、送風用バッフルの設置位置や数、大きさなどの設計変更の影響を受け難く、特にモデルチェンジなど設計変更の頻繁な家電製品については特にこの効果が大きい。
【００３０】
この他、検出光に用いる波長は、１９００ｎｍや１４００ｎｍなどが水分による吸収率の大きい波長とされており、参照光はこれに隣接した１８００ｎｍや１３００ｎｍ付近が選択されることが多い。しかし、水吸収の大きい波長はこれ以外にも多く存在しており本波長に限定されるものではなく、発光手段や受光手段の特性に応じて適正に選択することが可能である（参考文献：久野治義「赤外線工学」、社団法人電子情報通信学会）。特に、距離センサや色センサには、本実施例で説明した受光素子である光センサと同じ原理、組成のセンサを用いたものもあり、検知用の波長の選択方法によっては、反射光の受光素子とこれらの補正用のセンサを共通化して同一のものを使用する構成も可能である。
【００３１】
最後に、取り付け位置は、ドラム外側の下側位置で説明したが、設置位置は本位置に限定されるものではなく、ドラムの下部などの送風の吹き出し口は送風による温度低下の外乱の影響が考えられるため、この場所を避けて、ドラムの回転中心軸方向に対面させて取り付ける方法も有効である。特に、ドラムの軸に対して垂直な位置に光の光路を設定すれば、衣類の重量でドラムの下部に衣類が落下するため、高い精度で衣類に光を照射することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の請求項１及び２記載の発明は、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の動き回ることによる距離の変動で増減する影響を、距離センサと予め測定した距離による光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【００３３】
また本発明の請求項３及び４記載の発明は、対象物が動き回ることによる距離の変動を、発光素子および受光素子の指向性により、一定距離範囲で対象物に反射した光のみが強く受光されるような構成にすることにより、距離の変動した検知データを除去でき、対象物の水分量を更に正確に判別することが可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【００３４】
さらに本発明の請求項５から７記載の発明は、対象物で反射した反射光または対象物を透過した透過光の光量が対象物の色や光沢の変動で増減する影響を、色センサと予め測定した色センサの出力と光量の関係を使って補正を行うことにより、より精度の高い対象物の水分量を検知を可能となり、衣類乾燥機などの乾燥検知センサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図
【図２】衣類乾燥機の構成を示す図
【図３】（ａ）本発明の水分検知の原理を表す特性図（ｂ）本発明の水分検知の原理を示すブロック図
【図４】本発明の一実施例における距離および水分量とセンサ出力の相関を表す特性図
【図５】（ａ）本発明の一実施例のセンサ構成を示すブロック図（ｂ）本発明の一実施例のセンサの特性図
【図６】（ａ）ある色の反射光による受光素子の出力変化を表す特性図（ｂ）別の色の反射光による受光素子の出力変化を表す特性図
【図７】本発明の一実施例における距離および水分量とセンサ出力の相関を表す特性図
【符号の説明】
４・・・制御手段
１０・・・発光手段
１２・・・受光手段
１５・・・補正センサ
２２・・・乾燥機ドラム
２４・・・衣類
Claims (7)
- 対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、距離を判別する距離センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記距離センサの出力に応じて前記発光手段および受光手段と前記対象物との距離の遠近による光量の増減を補正演算する乾燥検知センサを有する衣類乾燥機。
- 距離センサが、光の受光位置に応じた出力を出す光センサから構成され、同一の発光手段からの反射光または透過光を、受光手段および距離センサにて受光する請求項１記載の衣類乾燥機。
- 対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段とを有し、前記発光手段および前記受光手段の指向性による重複範囲が一定距離範囲内になるように設定すると共に、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、予め決めた閾値を越える前記受光手段の出力のみを使って演算を行うようにした乾燥検知センサを有する衣類乾燥機。
- 発光手段および受光手段の指向性の設定を、集光レンズなどの光学部品または樹脂などで成形した通光路などにより設定する請求項３記載の衣類乾燥機。
- 対象物に対して光を放射する発光手段と、前記発光手段から前記対象物で反射した反射光または前記対象物を透過した透過光の光量に応じた出力を行う受光手段と、前記発光手段の点灯や消灯の制御および前記受光手段の出力を検知する制御手段と、前記反射光または前記透過光の波長成分を検知する色センサとを備え、前記制御手段が前記受光手段の出力の変化により前記対象物の水分量を判別する際に、前記色センサの出力に応じて前記反射光および透過光の波長成分の差による前記受光手段による出力の増減を補正演算する乾燥検知センサを有する衣類乾燥機。
- 色センサが、それぞれ異なる波長域に感度を有する光センサ群で構成され、前記光センサ群で検知した前記波長域の光量比により、反射光または透過光の波長成分および総光量を検知する請求項５記載の衣類乾燥機。
- 色センサが、それぞれ異なる波長域の光成分を通過させる光学フィルターを光路中に配置した光センサ群で構成され、前記光センサ群で検知した前記波長域の光量比により、反射光または透過光の波長成分および総光量を検知する請求項５記載の衣類乾燥機。
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