JP4171708B2 - 光電式ほこりセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電式ほこりセンサ装置に関し、例えば、ほこりやタバコの煙等の異物を検出して自動運転する空気清浄機、空気清浄機能付きエアコン、あるいは、電池式電源の火災警報器等に適用されれば好適な光電式ほこりセンサ装置に関する。

従来、光電式ほこりセンサ装置は、マイコン等によってパルス駆動されたＬＥＤ（発光ダイオード）からの光を、ほこりやタバコの煙粒子等の異物に反射させて、その反射光を受光素子で捉えて電気信号に代え、この電気信号を増幅してパルス出力するようになっている。そして、上記増幅された信号をマイコン等で受けて、異物の濃度を算出するようになっている。従来の光電式ほこりセンサ装置では、定められた周期および定められたパルス幅を有するパルスによってＬＥＤを駆動すると共に、定められたサンプリングタイミングにて受光素子からの出力パルスを読み込んで、異物の濃度を算出するようになっている。

図６は、従来のＬＥＤ駆動の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図であり、マイコンが出力したＬＥＤ駆動電流パルスと、そのＬＥＤ駆動電流パルスに対応して受光素子から増幅器を介してマイコンに出力された出力パルスとのタイミングチャートを示す図である。

図６において横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示している。

図６に８１で示す波形は、ＬＥＤ駆動電流の入力電流波形であり、９１で示す波形は、受光素子から出力されて増幅されてマイコンに出力された出力電圧波形である。

図６に示すように、ＬＥＤ駆動電流波形は、周期が一定のＴ１で、パルス幅ＰＷが一定のＴ２で、電流振幅がＡのパルスになっている。この光電式ほこりセンサ装置は、電流がハイの状態（今の場合Ａ）になっている期間、ＬＥＤが駆動されて、ＬＥＤが発光するようになっている一方、電圧がロウの状態になっている期間、ＬＥＤが消灯するようになっている。

また、図６に示すように、上記出力信号の電圧波形は、ＬＥＤ駆動電圧がロウ
の状態からハイの状態になった瞬間から徐々に上昇してピークに達した後、徐々に降下する丘形状の局所波形を有している。出力信号の電圧波形９１において、丘形状の局所波形９３は、異物が検出されていない状態を示し、丘形状の局所波形９４は、異物が検出された状態の一例を示している。上記局所波形９３の存在でもわかるように、タバコの煙やほこり等の異物が無い時においても出力レベルが存在するが、これは、ＬＥＤから出射されてケースの壁面で反射して受光素子に到達する不要光に起因するものである。

図６に示すように、異物が検出された場合の丘形状の局所波形９４の出力値は、異物が検出されていない場合の丘形状の局所波形９３の出力値よりも大きくなっている。

上記従来の光電式ほこりセンサ装置では、異物の検出の有無に拘わらず、発光素子であるＬＥＤを駆動するパルス信号の周期Ｔ１と、パルス幅Ｔ２（一周期中の発光素子が駆動されている時間）が常に一定で、時間的に固定されている。そして、出力信号の電圧波形のサンプリングタイミングも、上記事実に対応して、異物の検出の有無に拘わらず、一定で時間的に固定されている。

このことから、上記従来の光電式ほこりセンサ装置では、異物の検出の有無に拘わらず、上記ＬＥＤの発光素子を駆動するパルス信号の周期Ｔ１と、パルス幅Ｔ２が常に一定で、時間的に固定されているので、異物が検出されない場合でも、固定されている所定の一定期間毎に、ＬＥＤ駆動電流が頻繁にロウからハイになってＬＥＤが駆動されるため、大きな電力を消費するという問題がある。このため、上記従来の光電式ほこりセンサ装置では、電池駆動が不可能であるという問題がある。
特開平８−６２１３６号公報

そこで、本発明の課題は、発光素子の消費電力を低減できて電池駆動が可能な光電式ほこりセンサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光電式ほこりセンサ装置は、
発光素子と、
上記発光素子から出射されて異物が検出される異物検出領域で反射あるいは上記異物検出領域を透過した光を受光する受光素子と、
上記発光素子の駆動を制御する駆動制御手段と、
上記受光素子からの信号に基づいて異物の濃度を算出する濃度算出手段とを備え、
上記駆動制御手段は、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度に基づいて、上記発光素子の駆動時間を変化させる駆動時間調整部を備え、
上記駆動時間調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子の駆動時間を変化させ、
上記駆動時間調整部は、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を調整する一周期駆動時間調整部を備え、
上記一周期駆動時間調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を変化させ、
上記駆動制御手段は、上記発光素子が駆動された時間から第１所定時間後において、上記受光信号からの信号の出力レベルが、上記異物の濃度が実質的に０であることを示す所定値以下かそうでないかを判定し、上記出力レベルが上記所定値以下である場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を第２所定時間に調整する一方、上記出力レベルが上記所定値を上回っており、かつ、上記第１所定時間後の時点から第３所定時間後における上記受光信号からの信号の出力レベルも、上記所定値を上回っている場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を上記第２所定時間よりも長い第４所定時間に調整し、また、上記出力レベルが上記所定値を上回っており、かつ、上記第１所定時間後の時点から第３所定時間後における上記受光信号からの信号の出力レベルが、上記所定値以下の場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を上記第２所定時間に調整することを特徴としている。

上記発明によれば、上記駆動制御手段は、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度に基づいて、上記発光素子の駆動時間を変化させる駆動時間調整部を備えるので、例えば、全く異物が検出されなかった場合に、上記駆動時間調整部で、発光素子を駆動する信号を早めに遮断したり、発光素子を駆動する信号が周期性を有する場合には、この周期を長くしたり、一周期中における発光素子を駆動している時間を短くしたりして、発光素子を駆動する時間を短くすることができる。または、例えば、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度が上昇するにしたがって、上記駆動時間制御部で発光素子を駆動する時間を長くすることができて、特に、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度が低い場合に、発光素子を駆動している時間を従来よりも短くすることができる。したがって、発光素子の消費電力を格段に低減することができて、電池による駆動を実現することができる。

また、一実施形態の光電式ほこりセンサ装置は、上記濃度算出手段が、異物の検出中の上記受光素子からの信号と、上記発光素子が駆動中で、かつ、異物が存在しないときの上記受光素子からの信号とに基づいて、異物の濃度を算出することを特徴としている。

上記実施形態によれば、上記濃度算出手段が、上記発光素子が駆動中で、かつ、異物が存在しないときの上記受光素子からの信号を利用するので、この信号に基づいて、発光素子から出射されて、異物でなくて異物検出領域の周囲（例えば、異物検出領域がケースの内部である場合、ケースの壁面）で反射して、受光素子に入射するノイズ光（不要光）の光量を正確に算定できる。したがって、異物の濃度を正確に算出できる。

また、本発明によれば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記駆動時間調整部が、上記発光素子の駆動時間を変化させるので、例えば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出した場合には、発光素子の駆動時間を小さくして消費電力を低減する一方、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出しなかった場合には、発光素子の駆動時間を大きくして発光素子を頻繁に駆動することによって、異物の精密な測定を実現することができる。したがって、異物が存在しない場合には、発光素子の消費電力を低減でき、異物が存在する場合には、異物の存在量や異物の種類によらず、常に異物の濃度を精密に算出することができる。

また、一実施形態の光電式ほこりセンサ装置は、上記駆動時間調整部が、上記発光素子を駆動する信号の周期を調整する駆動周期調整部を備え、上記駆動周期調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子の駆動周期を変化させることを特徴としている。

上記実施形態によれば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記駆動周期調整部が、上記発光素子の駆動周期を変化させるようにしているので、例えば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出した場合に、上記駆動周期調整部が、上記発光素子を駆動する周期を大きくして頻繁に発光素子を駆動させないようにして消費電力を低減する一方、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出しなかった場合に、上記駆動周期調整部が、上記発光素子を駆動する周期を小さくして発光素子を頻繁に駆動するようにして、異物の測定を精密に行うようにすることができる。したがって、簡単な方法で、発光素子の消費電力を格段に低減することができると共に、異物の濃度も精密に算出できる。

また、本発明によれば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記一周期駆動時間調整部が、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を変化させるようにしているので、例えば、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出した場合に、上記一周期駆動時間調整部が、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を小さくして発光素子を駆動させる時間を小さくして消費電力を低減する一方、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出しなかった場合に、上記一周期駆動時間調整部が、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を大きくして発光素子を駆動させる時間を大きくして異物の測定を精密に行うようにすることができる。したがって、簡単な方法で、発光素子の消費電力を格段に低減することができると共に、異物の濃度も精密に算出できる。

また、一実施形態では、上記第２所定時間は、上記第１所定時間である。
また、一実施形態では、上記出力レベルが上記所定値以下である場合に、上記駆動周期調整部によって調整された上記発光素子の駆動周期は、上記出力レベルが上記所定値を上回っている場合に、上記駆動周期調整部によって調整された上記発光素子の駆動周期よりも大きい。

本発明の光電式ほこりセンサ装置によれば、例えば、全く異物が検出されなかった場合に、上記駆動時間調整部で、発光素子を駆動する信号を早めに遮断したり、また、発光素子を駆動する信号が周期性を有する場合には、この周期を長くしたり、一周期中における発光素子を駆動している時間を短くしたりして、発光素子を駆動する時間を短くすることができる。または、例えば、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度が上昇するにしたがって、上記駆動時間制御部で発光素子を駆動する時間を長くすることができて、特に、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度が低い場合に、発光素子を駆動している時間を従来よりも短くすることができる。したがって、発光素子の消費電力を格段に低減することができて、電池による駆動を実現することができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施形態の光電式ほこりセンサ装置の異物検出領域の周辺図である。

この光電式ほこりセンサ装置は、発光素子の一例としての発光ダイオード（Light Emitting Diode : ＬＥＤ）１と、受光素子の一例としてのフォトダイオード２と、異物検出領域の一例としての略直方体のケース５の内部領域３とを備える。

上記ＬＥＤ１は、その発光面の法線がケース５の一面１２と所定角度（＜９０°）をなすと共に、その発光面がケース５の略中央部を向くように、ケース５の角部（二つの面が交わる部分）の近傍に配置されている。また、上記フォトダイオード２は、その受光面の法線がケース５の一面１２と上記所定角度と略同じ所定角度（＜９０°）をなすと共に、その受光面がケース５の略中央部を向くように、ケース５におけるＬＥＤ１が配置されている角部に対向する角部に配置されている。

上記ＬＥＤ１の発光面の前面には、光のビーム径を検出に最適なビーム径に絞るためのレンズ７が配置され、フォトダイオード２の受光面の前面には、光のビーム径を検出に最適なビーム径に絞るためのレンズ８が配置されている。

また、上記発光面の法線方向にはスリット１５が形成され、ＬＥＤ１からの出射された光のうちでスリット１５を通過した光のみがケース５の内部領域３に放射されるようになっている。また、同様に、上記受光面の法線方向にはスリット１６が形成され、このスリット１６を通過した光のみが受光面に到達できるようになっている。

この光電式ほこりセンサ装置は、このようにスリット１５,１６を活用することで、ビームの広がりを狭窄させて、ケース５の内部領域３に放射されてケース５の壁面で反射して受光面に到達するノイズ光としての不要光を遮断し、ほこりやタバコの煙等の異物が無い時でも、フォトダイオード２の出力レベルが大きくなる事を防止している。

図１において、紙面の垂直方向のケース５の二つの面には、夫々の面の中央部分に、ケース５の内外を連通させるほこり通過穴１０が形成されている。そして、異物の汚染源からの異物がこのほこり通過穴１０を介して異物検出領域であるケース５の内部領域３に浸入できるようになっている。

この光電式ほこりセンサ装置は、ＬＥＤ１から出射されてケース５の中央部付近に浮遊している異物で反射してフォトダイオード２に入射した光の光量に基づいて、ケース５内の異物の濃度を算出するようになっている。

図２は、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の全体の構成を示す図である。

上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置は、マイクロコンピュータ（以下マイコンという）３０と、駆動回路３１と、ＬＥＤ１と、フォトダイオード２と、第１の増幅回路３７と、第２の増幅回路３９と、第３の増幅回路４５とを備える。

上記マイコン３０は、駆動時間調整部２１とＡ／Ｄ変換部（アナログデジタル変換部）２４とを備え、駆動時間調整部２１は、駆動周期調整部２２と一周期駆動時間調整部２３とを備える。上記マイコン３０は、駆動回路３１にパルス信号を出力するようになっており、駆動回路３１は、マイコン３０からのパルス信号を受けて、ＬＥＤ１の駆動や停止の制御を行っている。また、３段の増幅回路構成を形成している第１の増幅回路３７、第２の増幅回路３９および第３の増幅回路４５は、フォトダイオード２が出力した非常に小さなアナログ信号を、マイコン３０が読み取れる迄増幅して、この増幅されたアナログ信号をマイコン３０に出力するようになっている。また、上記マイコン３０は、増幅されたアナログ信号を受けると、このアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換部２４でデジタル信号に変換して、このデジタル信号に基づいて異物の濃度を算出するようになっている。上記駆動周期調整部２２は、マイコン３０から出力されてＬＥＤ１を駆動するパルス信号の周期を調整し、一周期駆動時間調整部２３は、マイコン３０から出力されるパルス信号の一周期中におけるＬＥＤ１の駆動時間（パルス幅に相当する）を調整している。

図２において、４６は収納容器を示し、４７は異物を示している。また、図２において、４２は抵抗を示し、４３はコンデンサを示し、４０は可変抵抗を示している。上記抵抗４２とコンデンサ４３は、マイコン３０のグランドＧＮＤと電位ＶＣＣとの間に、コンデンサ３０がグランドＧＮＤ側になるように、直列に配置されている。また、コンデンサ４３の両端の端子の夫々は、駆動回路３１に接続されている。上記抵抗４２とコンデンサ４３は、駆動回路３１に印加する電圧を調整する役割を担っている。また、上記可変抵抗４０は、第２の増幅回路３９とグランドとの間に配置されて、マイコン３０に出力する増幅信号の大きさを調整する役割を担っている。

上記マイコン３０および駆動回路３１は、駆動制御手段を構成している。また、上記第１の増幅回路３７、第２の増幅回路３９、第３の増幅回路４５、可変抵抗４０およびマイコン３０は、濃度算出手段を構成している。

図３は、上記実施形態のＬＥＤ駆動の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図である。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は入力電流および出力電圧を示している。

図３に４１で示す波形は、マイコン３０から駆動回路３１に入力された駆動信号の入力電流波形であり、５１で示す波形は、フォトダイオード２から出力されて増幅された後、マイコン３０に出力された出力電圧波形である。

この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、異物が所定の時間の間中絶え間なく検出されつづけられた場合以外は、上記ＬＥＤ１は、図３に示すように、マイコン３０によって、あらかじめ定められた周期Ｔ３にてパルス駆動されるようになっている。また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置においては、ＬＥＤ１の駆動時間ｔ１において、駆動手段がＬＥＤ１を駆動すると、マイコン３０は、上記ｔ１から所定の極短い時間後の時間ｔ２の信号の出力レベルが、事前に設定されている異物が検出されなかった場合の最大の出力レベルの値ａ以下か、この出力レベルの値ａを上回っているかを判定するようになっている。

そして、上記極短い時間後の時間ｔ２の信号の出力レベルが、上記ａ以下になっている場合には、図３の４６に示すように、マイコン３０の一周期駆動時間調整部２３が、一周期中におけるＬＥＤ１の駆動時間に相当するパルス信号のパルス幅を、Ｔ４（Ｔ４＝ｔ２−ｔ１）に調整して、ＭＡＸと定めたパルス幅Ｔ５よりも小さくするようになっており、駆動回路３１にＬＥＤ１を駆動する電流は、時刻ｔ２に遮断されるようになっている。

尚、この実施形態では、上記極短い時間後の時間ｔ２の信号の出力レベルが、事前に設定されている出力レベルの値ａ以下になっている場合でも、マイコン３０の駆動周期調整部２２によってパルス信号の周期はＴ３に調整されたままであるが、この発明では、上記極短い時間後の時間ｔ２の信号の出力レベルが、事前に設定されている出力レベルの値ａ以下になっている場合に、マイコン３０の駆動周期調整部２２によってパルス信号の周期をＴ３よりも大きくしても良く、こうすると、消費電力を更に削減できる。

一方、上記極短い時間後の時間ｔ２の信号の出力レベルが、事前に設定されている出力レベルａを上回っている場合には、駆動制御手段は、ＬＥＤ１を駆動する電流を遮断せずＬＥＤ１を駆動する電流を流し続けるようになっており、マイコン３０は、所定のタイミングにて出力レベルを読み取るようになっている。そして、マイコン３０に、出力される出力信号のレベルが落ちない場合には、一周期駆動時間調整部２３が、ＬＥＤ１を駆動するパルス信号のパルス幅を、予めＭＡＸと定められたパルス幅であるＴ５に調整するようになっている。

図４は、上記ＬＥＤ１を駆動する電流が、予めＭＡＸと定められたパルス幅Ｔ５の期間中、流し続けられた後の、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は出力電流または出力電圧を示している。

この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、上記ＭＡＸと定めた期間になっても検出出力が落ちない場合には、図４に示すように、更に、駆動周期調整部２２が、パルス信号の周期をＴ６に調整して、マイコン３０が、Ｔ６の周期を有するパルス信号にてＬＥＤ１を駆動して、間欠検出を行うようになっている。ここで間欠動作にする理由は、ＬＥＤ１を駆動する電流を抑えるためである。尚、この実施形態では、駆動周期調整部２２によって調整される周期Ｔ６は、Ｔ３と同程度に調整されているが、駆動周期調整部２２によって調整される周期Ｔ６は、Ｔ３よりも短くても良い。また、この実施形態では、パルス信号のパルス幅Ｔ７は上記Ｔ５と同じ値に設定されているが、これより大きな値であっても小さな値であっても良い。

図４に６１で示す局所波形は、異物が検出されているときの局所波形の一例である。また、図４に６２で示す局所波形は、異物が検出されていないときの局所波形である。上記局所波形６２の存在でもわかるように、タバコの煙やほこり等の異物が無い時においても出力レベルが存在するが、これはケース内部における不要光に起因するものである。

異物が存在するときの、局所波形６１の振幅としての高さ（パルスの波高値）は、ほこりや、タバコの煙等の異物の反射光量に比例し、粉塵濃度やほこりの大きさが大きい程レベルが高くなる。この実施形態の光電式ほこりセンサ装置は、この性質を利用して、異物の種類の特定と、異物の濃度の算出を行っている。

詳細には、この光電式ほこりセンサ装置は、先ず、異物が存在しない状態で、ＬＥＤ１を駆動して、不要光の検出をおこないマイコンで不要光のレベルを算出する。次に、異物の測定をおこない、マイコンで光のレベルの算出を行う。その後、後者の光のレベルから、前者不要光のレベルを差し引いて、キャリブレーションを行って、キャリブレーションが行われた後の波形の最高高さに基づいて異物の濃度を算出するようにしている（上記最高高さの値が大きい程濃度が高くなる）。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置は、所定の一定時間内において、異物の検出が見られるパルスの数と、上記キャリブレーション後の波形の最高高さを算出するようになっている。そして、この算出した上記パルスの数および上記波形の最高高さを、予めマイコンに入力されている異物の種類毎のパルスの数とキャリブレーション後の波形の最高高さのデータ、例えば、タバコの煙粒子のパルスの数とキャリブレーション後の波形の最高高さのデータや、ほこりのパルスの数とキャリブレーション後の波形の最高高さのデータ等、様々な異物（他には、例えば花粉等）のパルスの数とキャリブレーション後の波形の最高高さのデータと比較して、異物の種類を特定するようになっている。

尚、例えば、図３に示すように、マイコン３０に出力される出力波形がなまっているのは増幅回路の応答性、負荷に挿入しているコンデンサ（ノイズを遮断するフィルターの役目）、結合コンデンサによるものである。立ち上がりを早くする事は技術的には可能であるが、応答性の速いＩＣ、複雑なフィルター回路、大きな容量のコンデンサ等を必要とし、装置の製造コストの増大を招くことになる。

図５は、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の動作のフローチャートを示す図である。

以下に、図５を用いて、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の動作のおおまかな流れの説明を行うことにする。

先ず、ステップＳ１で、ＬＥＤ１を駆動させるためにマイコン３０から出力されるパルス信号の周期を、マイコン３０の駆動周期調整部２２で調整すると共に、パルス信号のパルス幅を、マイコン３０の一周期駆動時間調整部２３で調整する。次に、ステップＳ２で、ステップＳ１で決定された周期およびパルス幅を有するパルス信号を用いて、ＬＥＤ１を駆動して、更に、ステップＳ３で、マイコン３０で、フォトダイオード２の出力を読み込む。

次のステップＳ４では、ＬＥＤ１が駆動された時間から所定時間後のフォトダイオード２の出力が、設定値以下かそうでないかを判定し、設定値以下になっている場合には、ＬＥＤ１の駆動電流を遮断してＬＥＤ１をオフにして、ステップＳ１に戻るようになっている。一方、ＬＥＤ１が駆動された時間から所定時間後のフォトダイオード２の出力が、設定値を上回っている場合には、ステップＳ５に移って、フォトダイオード２の出力が所定時間内に、所定の値以下まで低下するかそうでないかを判定するようになっている。そして、フォトダイオード２の出力が所定時間内に、所定の値以下まで低下した場合には、ＬＥＤ１をオフにして、ステップＳ１に戻る一方、フォトダイオード２の出力が所定時間内に、所定の値以下まで低下しなかった場合には、異物の間欠検出を行うべく、ステップＳ１に戻って、パルス信号の周期とパルス幅を調整し直すようになっている。

上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置によれば、マイコン３０が異物を検出しなかった場合に、上記駆動制御手段が、ＬＥＤ１を駆動する電流信号を早めに遮断するので、ＬＥＤ１を駆動する時間を短くできる。したがって、装置の運転コストを大幅に低減できて、装置の電池駆動を実現できる。

また、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置によれば、濃度算出手段が、ＬＥＤ１が駆動中で、かつ、異物が存在しないときのフォトダイオード２からの信号に基づいて、ＬＥＤ１に入射するノイズ光の光量を正確に算定するので、異物の濃度を正確に算出できる。

また、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置によれば、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出した場合に、ＬＥＤ１の駆動時間を小さくしているので、消費電力を低減できる。また、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出しなかった場合に、ＬＥＤ１の駆動時間を大きくしてＬＥＤ１を頻繁に駆動しているので、異物の精密な測定を実現することができる。したがって、異物が存在しない場合には、ＬＥＤ１の消費電力を低減でき、異物が存在する場合には、異物の存在量や異物の種類によらず、異物の濃度を精密に算出することができる。

また、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置によれば、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出した場合に、一周期駆動時間調整部２３が、ＬＥＤ１を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を小さくしてＬＥＤ１を駆動させる時間を小さくしているので、消費電力を低減できる。また、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出しなかった場合に、一周期駆動時間調整部２３が、ＬＥＤ１を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を大きくしてＬＥＤ１を駆動させる時間を大きくしているので、異物の測定を精密に行うことができる。したがって、簡単な方法で、ＬＥＤ１の消費電力を格段に低減することができると共に、異物の濃度も精密に算出できる。

また、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置によれば、濃度算出手段が、フォトダイオード２から受けた信号が表わす受光した光の出力レベルと、所定時間内における異物の検出回数とに基づいて、異物の種類を判別するので、検出を目的とする異物のみをピックアップすることができる。

尚、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出するか否かに拘わらず、駆動周期調整部２２が、パルス信号の周期Ｔ３（＝Ｔ６）を一定の値に調整したが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出した場合に、駆動周期調整部が、発光素子を駆動する周期を長くして頻繁に発光素子を駆動させないようにして消費電力を低減しても良く、また、濃度算出手段が、異物の濃度を０と算出しなかった場合に、駆動周期調整部が、発光素子を駆動する周期を小さくして発光素子を頻繁に駆動するようにして、異物の測定を精密に行うようにしても良い。このようにすると、簡単な方法で、発光素子の消費電力を格段に低減することができると共に、異物の濃度も精密に算出できる。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、増幅回路構成は、３段になっているが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、増幅回路構成が、３段以外の複数段であっても良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、時間ｔ２における信号の出力レベルで、異物の有無を判定したが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、例えば、ある時間ｔ１において、駆動手段が、ＬＥＤを駆動すると、その瞬間に、マイコンが、マイコンに出力された出力波形の立ち上がりの傾きを算出し、上記算出した傾きの値が、事前に設定されている異物が検出されなかった場合の傾きの範囲に収まっているか否かによって、異物の有無を判定するようにしても良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、上記時間ｔ２の信号の出力レベルが、異物が検出されなかった場合の最大の出力レベルａ以下か、ａを上回るかで、異物の有無を正確に判断したが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、上記ｔ１における粗読みのみで、検出物の有無を判断しても良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、異物の検出の有無で、ＬＥＤ１の駆動時間を変化させたが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、例えば、濃度算出手段が算出した異物の濃度が、上昇するにしたがって、駆動制御手段で発光素子を駆動する時間を徐々に長くしても良い。このように、この発明では、異物の検出の有無を必ずしも発光素子の駆動時間の判断基準にする必要はなく、検出対象や、要求される検出レベルに対応して、濃度算出手段が算出した上記異物の濃度に基づいて、駆動制御手段が、発光素子の駆動時間を変化させるようにすれば良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）１を用いたが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、半導体レーザ等のＬＥＤ以外の発光素子を用いても良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、ＬＥＤ１を駆動する電流信号として周期性を有するパルス信号を用いたが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、発光素子を駆動する電流信号として、正弦波（サイン波）や３角波やのこぎり波等のパルス波以外の周期性を有する電流信号を用いても良い。また、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、周期性を有さない電流信号を用いても良い。

また、この実施形態の光電式ほこりセンサ装置では、ＬＥＤ１から出射されて異物検出領域としてのケース５の内部領域３で反射してフォトダイオード２に到達した光に基づいて、異物の濃度を検出し、異物の濃度が高くなるに従ってフォトダイオード２に到達する光の光量が増大するようにしたが、この発明の光電式ほこりセンサ装置では、発光素子と受光素子を、異物検出領域をまたいで略直線上に配置して、発光素子から出射されて異物検出領域を透過して受光素子に到達した光に基づいて、異物の濃度を検出するようにしても良い。この場合、異物の濃度が高くになるに従って異物検出領域を透過する光が減少することから、異物の濃度が高くなるに従って受光素子に到達する光の光量が減少することは勿論である。

この発明の一実施形態の光電式ほこりセンサ装置の異物検出領域の周辺図である。 上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の全体の構成を示す図である。 上記実施形態のＬＥＤ駆動の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図である。 ＬＥＤを駆動する電流が、予めＭＡＸと定められた期間迄、流し続けられた後の、上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図である。 上記実施形態の光電式ほこりセンサ装置のおおまかな動作のフローチャートを示す図である。 従来のＬＥＤ駆動の光電式ほこりセンサ装置の動作タイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ フォトダイオード
３ 内部領域
２１ 駆動時間調整部
２２ 駆動周期調整部
２３ 一周期駆動時間調整部
３０ マイコン
３１ 駆動回路
３７,３９,４５ 増幅回路
４７ 異物
Ｔ３,Ｔ６ パルス波の周期
Ｔ４,Ｔ５,Ｔ７ パルス波のパルス幅

Claims (5)

1. 発光素子と、
   上記発光素子から出射されて異物が検出される異物検出領域で反射あるいは上記異物検出領域を透過した光を受光する受光素子と、
   上記発光素子の駆動を制御する駆動制御手段と、
   上記受光素子からの信号に基づいて異物の濃度を算出する濃度算出手段とを備え、
   上記駆動制御手段は、上記濃度算出手段が算出した上記異物の濃度に基づいて、上記発光素子の駆動時間を変化させる駆動時間調整部を備え、
   上記駆動時間調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子の駆動時間を変化させ、
   上記駆動時間調整部は、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を調整する一周期駆動時間調整部を備え、
   上記一周期駆動時間調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子を駆動する周期信号の一周期中における駆動時間を変化させ、
   上記駆動制御手段は、上記発光素子が駆動された時間から第１所定時間後において、上記受光信号からの信号の出力レベルが、上記異物の濃度が実質的に０であることを示す所定値以下かそうでないかを判定し、上記出力レベルが上記所定値以下である場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を第２所定時間に調整する一方、上記出力レベルが上記所定値を上回っており、かつ、上記第１所定時間後の時点から第３所定時間後における上記受光信号からの信号の出力レベルも、上記所定値を上回っている場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を上記第２所定時間よりも長い第４所定時間に調整し、また、上記出力レベルが上記所定値を上回っており、かつ、上記第１所定時間後の時点から第３所定時間後における上記受光信号からの信号の出力レベルが、上記所定値以下の場合、上記一周期駆動時間調整部が、一周期中における上記発光素子の駆動時間を上記第２所定時間に調整することを特徴とする光電式ほこりセンサ装置。
2. 請求項１に記載の光電式ほこりセンサ装置において、
   上記濃度算出手段は、異物の検出中の上記受光素子からの信号と、上記発光素子が駆動中で、かつ、異物が存在しないときの上記受光素子からの信号とに基づいて、異物の濃度を算出することを特徴とする光電式ほこりセンサ装置。
3. 請求項１または２に記載の光電式ほこりセンサ装置において、
   上記駆動時間調整部は、上記発光素子を駆動する信号の周期を調整する駆動周期調整部を備え、
   上記駆動周期調整部は、上記濃度算出手段が、異物の濃度を実質的に０と算出するか否かで、上記発光素子の駆動周期を変化させることを特徴とする光電式ほこりセンサ装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の光電式ほこりセンサ装置において、
   上記第２所定時間は、上記第１所定時間であることを特徴とする光電式ほこりセンサ装置。
5. 請求項３に記載の光電式ほこりセンサ装置において、
   上記出力レベルが上記所定値以下である場合に、上記駆動周期調整部によって調整された上記発光素子の駆動周期は、上記出力レベルが上記所定値を上回っている場合に、上記駆動周期調整部によって調整された上記発光素子の駆動周期よりも大きいことを特徴とする光電式ほこりセンサ装置。

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