JP5915921B1 - 粒子検出センサ、ダストセンサ、煙感知器、空気清浄機、換気扇及びエアコン - Google Patents
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Abstract
検知領域(DA)に集光するように光を出力する投光系(120)と、検知領域(DA)における粒子(2)による投光系(120)からの光の散乱光を受光する受光系(130)と、検知領域(DA)を介して受光系(130)と対向する位置に設けられた光トラップ(50A)とを備え、光トラップ(50A)は、検知領域(DA)に向かって開口した開口部(52A)が設けられた閉空間(51A)と、閉空間(51A)に設けられた複数の楔形突出部(115)とを有し、複数の楔形突出部(115)は、検知領域(DA)から遠い程、楔形の先端と底辺との距離が短い。
Description
本発明は、粒子検出センサ、並びに、粒子検出センサを備えるダストセンサ、煙感知器、空気清浄機、換気扇及びエアコンなどの機器に関する。
従来、大気中に浮遊する粒子(エアロゾル)によって散乱された光(散乱光)を検知することで、粒子を検出する光散乱式粒子検出センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の光散乱式粒子検出センサは、筐体(光学室)内に投光素子と受光素子とを備える光電式粒子検出センサである。当該センサは、測定対象の気体を筐体内に取り込んで、取り込んだ気体に投光素子からの光を照射し、その散乱光によって気体に含まれる粒子の有無を検出する。例えば、大気中に浮遊するホコリ、花粉、煙、PM2.5(微小粒子状物質)などの粒子を検出することができる。
ところで、光散乱式粒子検出センサでは、粒子による散乱光以外の光(迷光)が受光素子に入射されると誤検出を起こす。したがって、迷光が受光素子に入射されないようにすることで、粒子の検出精度を向上させることが要望されている。
そこで、本発明は、粒子の検出精度を向上させることができる粒子検出センサなどを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子検出センサは、検知領域に集光するように光を出力する投光系と、前記検知領域における粒子による前記投光系からの光の散乱光を受光する受光系と、前記検知領域を介して前記受光系と対向する位置に設けられた第1光トラップとを備え、前記第1光トラップは、前記検知領域に向かって開口した第1開口部が設けられた第1閉空間と、前記第1閉空間に設けられた複数の楔形突出部とを有し、前記複数の楔形突出部は、前記検知領域から遠い程、楔形の先端と底辺との距離が短い。
また、本発明の一態様に係るダストセンサは、前記粒子検出センサを備える。
また、本発明の一態様に係る煙感知器は、前記粒子検出センサを備える。
また、本発明の一態様に係る空気清浄機は、前記粒子検出センサを備える。
また、本発明の一態様に係る換気扇は、前記粒子検出センサを備える。
また、本発明の一態様に係るエアコンは、前記粒子検出センサを備える。
本発明に係る粒子検出センサによれば、粒子の検出精度を向上させることができる。
以下では、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサなどについて、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。
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。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
(実施の形態)
[粒子検出センサ]
まず、本実施の形態に係る粒子検出センサの概要について、図1〜図6を用いて説明する。
[粒子検出センサ]
まず、本実施の形態に係る粒子検出センサの概要について、図1〜図6を用いて説明する。
図1〜図3はそれぞれ、本実施の形態に係る粒子検出センサ1を示す概観斜視図、分解斜視図、六面図である。具体的には、図3の(a)は粒子検出センサ1の正面図、(b)は背面図、(c)は下面図、(d)は上面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図である。
図4は、本実施の形態に係る粒子検出センサ1の筐体10の内部を示す断面図であり、具体的には、図3の(c)のIV−IV線における断面を示している。図5及び図6はそれぞれ、本実施の形態に係る背面カバー110及び前面カバー100の内部構造を示す概観斜視図である。
粒子検出センサ1は、流入口101が下方、流出口102が上方になるように配置される。具体的には、粒子検出センサ1は、図1に示すY軸方向が鉛直上向きになるように配置される。なお、粒子検出センサ1は、扁平な略直方体状であり、互いに直交する2つの辺に沿った方向をそれぞれX軸方向及びY軸方向とする。また、粒子検出センサ1の厚さ方向をZ軸方向とする。本実施の形態では、粒子検出センサ1は、例えば、X:52mm×Y:45mm×Z:22mmに収まる範囲の大きさである。
粒子検出センサ1は、図1及び図4に示すように、筐体10と、筐体10の内部に配置された光学系20とを備える光電式粒子検出センサである。本実施の形態では、粒子検出センサ1は、光散乱式粒子検出センサである。具体的には、粒子検出センサ1は、光学系20が筐体10内の検知領域DAに光を照射し、検知領域DAを通過する粒子2(エアロゾル)による光の散乱光を受光することで、粒子2の有無を検出する。また、粒子検出センサ1は、粒子2の有無に限らず、粒子2の個数及び大きさなどを検出してもよい。なお、粒子検出センサ1が検出の対象とする粒子2は、例えば、2μm以下の微小なホコリ、花粉、煙、PM2.5などの微粒子である。
筐体10は、光学系20及び検知領域DAを覆う筐体(ケース)である。筐体10は、光学系20及び検知領域DAに外光が照射されないように、光学系20及び検知領域DAを覆っている。
筐体10は、内部に粒子2が流入するための流入口101と、内部に流入した粒子2が外部に流出するための流出口102とを有する。本実施の形態では、図4の太点線の矢印で示すように、粒子2を含む気体が流入口101から流入し、筐体10の内部(例えば、検知領域DA)を通って流出口102から流出する。筐体10の詳細な構成については、後で説明する。
光学系20は、流入口101を介して筐体10内に流入し、かつ、筐体10に覆われた検知領域DAを通過する粒子2を光学的に検出する。本実施の形態では、図4に示すように、光学系20は、筐体10に覆われた検知領域DAに互いの光軸(光軸P及び光軸Q)が交差するように配置された投光系120及び受光系130を有し、検知領域DAを通過する粒子2を、投光系120が出力する光を用いて検出する。投光系120は、投光素子121と、投光レンズ122とを備える。受光系130は、受光素子131と、受光レンズ132とを備える。光学系20の詳細な構成については、後で説明する。
なお、検知領域(光散乱部)DAは、測定対象の気体に含まれる粒子2を検知するための領域であるエアロゾル検知領域(エアロゾル測定部)である。本実施の形態では、検知領域DAは、投光系120の光軸Pと受光系130の光軸Qとが交差する交点を含む領域である。検知領域DAは、例えば、φ2mmである。測定対象の気体は、筐体10の流入口101から流入し、検知領域DAに誘導された後、流出口102から流出する。
粒子検出センサ1は、図1、図2及び図4に示すように、さらに、ホコリ抑制壁30と、光トラップ(第2光トラップ)40と、光トラップ(第1光トラップ)50と、加熱装置60と、回路基板70と、コネクタ80と、シールドカバー90と、シールドカバー91とを備える。
ホコリ抑制壁30は、流入口101と検知領域DAとの間に設けられた壁であって、粒子2より大きいホコリが検知領域DAに進入するのを抑制する。ここで、検知領域DAへの進入を抑制すべき対象となるホコリ(塵埃)は、例えば、2μm以上の粒子である。
また、ホコリ抑制壁30は、流入口101と光トラップ40との間に設けられた壁であって、気体が光トラップ40に進入しないように気体を誘導する気体誘導壁である。ホコリ抑制壁30の詳細な構成については、後で説明する。
光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光をトラップする。具体的には、光トラップ40は、内部に一旦入射した光が外部に出射しないように吸収する。本実施の形態では、光トラップ40は、ラビリンス構造として楔形の閉空間を有する。
光トラップ40は、第2光トラップの一例であり、検知領域DAを介して投光系120と対向する位置に設けられている。具体的には、光トラップ40は、複数の開口部42及び44を有し、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を、複数の開口部42及び44の各々を通過するように分割してからトラップする。光トラップ40の詳細な構成については、後で説明する。
光トラップ50は、光トラップ40にトラップされない光をトラップする。例えば、光トラップ50は、投光系120から出力されて検知領域DAを通らない光(漏れ光)、及び、光トラップ40に一旦入射したものの再び光トラップ40から出射された光などをトラップする。
光トラップ50は、第1光トラップの一例であり、検知領域DAを介して受光系130と対向する位置に設けられている。光トラップ50は、例えば、複数の楔形突出部115が設けられたラビリンス構造である。光トラップ50の詳細な構成については、後で説明する。
加熱装置60は、流入口101から流入した粒子2を含む気体を、検知領域DAを通るように流すことで、筐体10内に気流を生成する気流生成部の一例である。本実施の形態では、加熱装置60は、筐体10の下部に配置されて、大気を加熱するヒータである。具体的には、加熱装置60は、粒子2を含む気体を加熱することで、図4に示すように、筐体10内に上昇気流(Y軸正方向への気体の流れ)を生成し、検知領域DAに粒子2を含む気体を誘導する。加熱装置60は、例えば、低コストのヒータ抵抗である。なお、図4では、太点線の矢印で気流の一例を示している。
回路基板70は、粒子検出センサ1の制御回路が形成されたプリント配線基板である。制御回路は、例えば、投光系120による光の出力、受光系130によって受光した光信号に基づく電気信号の処理、加熱装置60による気体の加熱などの処理を制御する。例えば、制御回路は、粒子2の有無、大きさ及び個数などを検出し、コネクタ80を介して外部に検出結果を出力する。
回路基板70は、例えば、矩形の平板であり、一方の主面(表面)に筐体10が固定されている。他方の主面(裏面)には、制御回路を構成する1つ又は複数の回路素子(回路部品)が実装されている。なお、投光素子121、受光素子131及び加熱装置60(ヒータ抵抗)の各々の電極端子は、筐体10の背面カバー110及び回路基板70を貫通し、回路基板70の裏面にはんだ付けされている。これにより、投光素子121、受光素子131及び加熱装置60(ヒータ抵抗)の各々は、制御回路に電気的に接続されて、制御回路によって動作が制御される。
複数の回路素子は、例えば、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード又はトランジスタなどを含む。複数の回路素子の1つである電解コンデンサ71は、図4及び図5に示すように、回路基板70の表面に設けられ、筐体10内に配置されている。
このように、筐体10内の空間を有効に利用することで、回路基板70の裏面側に配置する回路素子を少なくすることができる。これにより、回路基板70の裏面側の回路素子用の空間を小さくすることができ、シールドカバー90を小さくすることができる。したがって、粒子検出センサ1を小型化することができる。
コネクタ80は、粒子検出センサ1の制御回路(回路基板70)と、外部の制御回路又は電源回路とを接続するためのコネクタである。コネクタ80は、回路基板70の裏面に実装されている。例えば、粒子検出センサ1は、コネクタ80を介して外部から電力が供給されて動作する。
シールドカバー90は、外部ノイズから制御回路を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー90は、回路基板70の裏面側に取り付けられている。
シールドカバー91は、外部ノイズから受光系130の受光素子131を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー91は、図3の(a)、(d)及び(e)に示すように、筐体10の前面、上面及び左側面の一部であって、内部に受光素子131が配置された部分を覆っている。
なお、シールドカバー90及びシールドカバー91は、例えば、半田付けなどで容易に接続ができるブリキなどから構成される。
以下では、粒子検出センサ1が備える各構成要素について、詳細に説明する。
[筐体]
筐体10は、粒子検出センサ1の本体部であり、内部には、検知領域DA、光学系20、ホコリ抑制壁30、光トラップ40、光トラップ50及び加熱装置60が設けられている。本実施の形態では、筐体10は、前面カバー100と、背面カバー110との2つの部材によって構成される。
筐体10は、粒子検出センサ1の本体部であり、内部には、検知領域DA、光学系20、ホコリ抑制壁30、光トラップ40、光トラップ50及び加熱装置60が設けられている。本実施の形態では、筐体10は、前面カバー100と、背面カバー110との2つの部材によって構成される。
筐体10は、遮光性を有する。例えば、筐体10は、迷光を吸収させるように、少なくとも内面が黒色である。具体的には、筐体10の内面は、光の吸収率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体10の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。
ここで、迷光は、粒子2による散乱光以外の光であり、具体的には、投光系120が出力する光のうち検知領域DAにおいて粒子2に散乱されることなく、筐体10内を進行する光である。また、迷光は、粒子2によって散乱されなかった光だけでなく、投光系120のレンズ表面での反射光、及び、検知領域DAを通過しない光(例えば、投光系120から略直下に出射された光)なども含む。また、迷光は、筐体10の外部から流入口101又は流出口102を介して筐体10の内部に進入した外光も含む。
筐体10は、例えば、ABS樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。具体的には、前面カバー100及び背面カバー110の各々が、樹脂材料を用いた射出成形により形成された後、互いに組み合わされることで筐体10を構成する。このとき、例えば、黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体10の内面を黒色面にすることができる。あるいは、射出成形後に内面に黒色塗料を塗布することで、筐体10の内面を黒色面にすることができる。また、筐体10の内面にシボ加工などの表面処理を行うことによって、迷光を吸収させてもよい。
筐体10は、図1〜図3に示すように、扁平な多面体であり、前面部10aと、背面部10bと、下面部10cと、上面部10dと、左側面部10eと、右側面部10fとを有する。具体的には、図3の(a)に示すように、筐体10は、矩形の4つの角のうち右上及び左上の角が斜めになった略七角形を底面とする角柱形状である。
前面部10a、背面部10b、下面部10c、上面部10d、左側面部10e及び右側面部10fはそれぞれ、筐体10の前面(正面)、背面、下面、上面、左側面及び右側面を形成する。前面部10aは、前面カバー100の底部であり、背面部10bは、背面カバー110の底部である。下面部10c、上面部10d、左側面部10e及び右側面部10fは、前面カバー100の側周部と背面カバー110の側周部とが組み合わされて形成される。
前面部10a及び背面部10bは、互いに略同じ形状であり、具体的には、図3の(a)に示すように、略七角形の平板部である。下面部10cは、前面部10a及び背面部10bに垂直に設けられた略矩形の平板部である。上面部10d、左側面部10e及び右側面部10fは、前面部10a及び背面部10bに垂直に設けられ、図3の(a)に示すように、平面視において筐体10の内方に向かって屈曲した板状部である。
なお、筐体10の形状は一例であって、これに限らない。例えば、筐体10は、底面(前面部10a及び背面部10b)が矩形の直方体でもよく、あるいは、底面が円形の円柱でもよい。
筐体10の側面には、図1に示すように、流入口101と、流出口102とが設けられている。具体的には、筐体10の前面部10aに、流入口101と、流出口102とが設けられている。
流入口101は、筐体10の側面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子2を含む気体が筐体10の内部に流入する。流入口101は、例えば、5.5mm×12mmの略矩形の開口であるが、流入口101の形状はこれに限らない。例えば、流入口101は、円形又は楕円形などの開口でもよい。
本実施の形態では、流入口101は、図4に示すように、検知領域DAの直下方向には設けられておらず、前面カバー100の下部の隅に設けられている。これにより、流入口101から進入する外光が検知領域DAに照射されにくくなり、また、迷光として受光素子131に入射されるのを抑制することができる。
流出口102は、筐体10の側面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子2を含む気体が筐体10の外部に流出する。流出口102は、例えば、5mm×12mmの略矩形の開口であるが、流出口102の形状はこれに限らない。例えば、流出口102は、円形又は楕円形などの開口でもよい。流出口102の大きさは、例えば、流入口101と略同じである。
本実施の形態では、流出口102は、図4に示すように、検知領域DAの直上方向であって、前面カバー100の上部の中央に設けられている。これにより、加熱装置60によって生成された気流をスムーズに流出口102から外部に放出することができる。
なお、流入口101及び流出口102は、筐体10の前面部10aに設けたが、これに限らない。例えば、流入口101は、筐体10の背面部10b、下面部10c、左側面部10e又は右側面部10fに設けてもよい。また、流出口102は、筐体10の背面部10b、上面部10d、左側面部10e又は右側面部10fに設けてもよい。
筐体10には、ホコリ抑制壁30、光トラップ40及び光トラップ50の各々を構成するための内部構造(例えば、所定形状のリブなど)が設けられている。具体的には、図6に示すように、前面カバー100は、内面100aから立設した壁103を有する。また、図5に示すように、背面カバー110は、内面110aから立設した壁111を有する。壁103と壁111とは、ホコリ抑制壁30を形成する。ホコリ抑制壁30の詳細な構成については、後で説明する。
背面カバー110は、さらに、内面110aから立設した光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115を有する。光反射壁112は、壁111とともに光トラップ40を形成する。光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115は、光トラップ50を形成する。それぞれの詳細については後で説明する。
また、前面カバー100は、投光系保持部104と、受光系保持部105とを有する。同様に、背面カバー110は、投光系保持部116と、受光系保持部117とを有する。投光系保持部104及び投光系保持部116は、前面カバー100と背面カバー110とが組み合わされた場合に、投光系120を保持する。受光系保持部105及び受光系保持部117は、前面カバー100と背面カバー110とが組み合わされた場合に、受光系130を保持する。これにより、投光系120及び受光系130は、予め定められた場所に検知領域DAを形成することができる。
前面カバー100は、図6に示すように、係止部106及び係止部107を有する。また、背面カバー110は、図4及び図5に示すように、被係止部118及び被係止部119を有する。前面カバー100と背面カバー110とを組み合わせることで、係止部106が被係止部118に係止し、係止部107が被係止部119に係止する。これにより、前面カバー100と背面カバー110とは固定される。なお、係止部106及び係止部107並びに被係止部118及び被係止部119の設ける位置、個数及び形状などは、いかなるものでもよい。
筐体10の前面部10aには、さらに、掃除窓108が設けられている。具体的には、掃除窓108は、前面カバー100の中央部に設けられた台形状の貫通孔である。掃除窓108は、投光レンズ122、受光レンズ132及び筐体10の内部に付着した汚れ又はホコリを取り除くために設けられている。例えば、掃除窓108から綿棒などを筐体10の内部に挿入することで、内部の掃除を行うことができる。掃除窓108は、粒子検出センサ1を動作させる際には、掃除窓108を介して外光が検知領域DAに照射されないように、図示しないカバー部材によって蓋がされる。
本実施の形態では、壁103、投光系保持部104、受光系保持部105、係止部106及び係止部107は、前面カバー100と一体に形成されている。また、壁111、光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114、複数の楔形突出部115、投光系保持部116、受光系保持部117、被係止部118及び被係止部119は、背面カバー110と一体に形成されている。
[光学系]
光学系20は、図5に示すように、筐体10の背面カバー110に配置されて、前面カバー100によって挟まれることで、筐体10の内部に収納されている。投光系120と受光系130とは、図4に示すように、各々の光軸(光軸P及び光軸Q)が交差するように配置されている。
光学系20は、図5に示すように、筐体10の背面カバー110に配置されて、前面カバー100によって挟まれることで、筐体10の内部に収納されている。投光系120と受光系130とは、図4に示すように、各々の光軸(光軸P及び光軸Q)が交差するように配置されている。
投光系120は、検知領域DAに集光するように光を出力する。投光系120は、投光素子121と、投光レンズ122とを備える。
投光素子121は、所定の波長の光を発する光源(発光部)であり、例えば、LED(Light Emitting Diode)又は半導体レーザなどの固体発光素子である。投光素子121の光軸は、投光系120の光軸Pに一致し、例えば、検知領域DAを通過する。
投光素子121としては、紫外光、青色光、緑色光、赤色光又は赤外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子121は、2波長以上の混合波を発するように構成されてもよい。本実施の形態では、粒子2による光の散乱強度に鑑みて、投光素子121として、例えば、600nm〜800nmの波長の光を出力する砲弾型のLEDを用いる。
なお、投光素子121の発光波長が短い程、粒径の小さな粒子を検出しやすくなる。また、投光素子121の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子121から出射する光は、DC駆動による連続光又はパルス光などでもよい。また、投光素子121の出力の大きさ(光の強度)は、時間的に変化させてもよい。
投光レンズ122は、投光素子121の前方に配置されており、投光素子121から出射する光(投光ビーム)を検知領域DAに向けて進行させるように構成されている。つまり、投光素子121から出射する光は、投光レンズ122を介して検知領域DAを通過する。検知領域DAを通過する粒子2が投光素子121からの光を散乱させる。
投光レンズ122は、例えば、投光素子121から出射する光を検知領域DAに集束(集光)させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート(PC)などの透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、投光レンズ122の焦点は、検知領域DAに存在する。
なお、本実施の形態では、粒子検出センサ1の小型化を実現するため、投光系120と検知領域DAとの距離が短くなる。したがって、投光レンズ122としては、焦点距離の短いレンズを利用する。焦点距離が短いレンズによって強く収束された光は、大きな広がり角をもって広がる。このため、本実施の形態では、広がった光を受光系130に入射させることなく吸収するために、光トラップ(具体的には、光を多重反射させるための閉空間)を適切に設計することが求められる。詳細については、後で説明する。
受光系130は、検知領域DAにおける粒子2による投光系120からの光の散乱光を受光する。なお、図4では、太実線の矢印で光の経路の一例を示している。受光系130は、受光素子131と、受光レンズ132とを備える。
受光素子131は、検知領域DAにおける粒子2による投光素子121からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子131は、具体的には、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、フォトダイオード、フォトICダイオード、フォトトランジスタ又は光電子増倍管などである。受光素子131の光軸は、受光系130の光軸Qに一致し、例えば、検知領域DAを通過する。
受光レンズ132は、受光素子131と検知領域DAとの間に配置されており、検知領域DA側から入射する光を受光素子131に集光するように構成されている。具体的には、受光レンズ132は、検知領域DAにおいて粒子2による散乱光を、受光素子131に集束させる集光レンズであり、例えば、PCなどの透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、受光レンズ132の焦点は、検知領域DA及び受光素子131の表面に存在する。
[ホコリ抑制壁]
図7は、本実施の形態に係るホコリ抑制壁30の構造を示す断面図であり、具体的には、図3の(a)に示すVII−VII線における断面を示している。図8は、本実施の形態に係るホコリ抑制壁30及び光トラップ(第2光トラップ)40の構造を示す断面図であり、具体的には、図7に示すVIII−VIII線における断面を示している。
図7は、本実施の形態に係るホコリ抑制壁30の構造を示す断面図であり、具体的には、図3の(a)に示すVII−VII線における断面を示している。図8は、本実施の形態に係るホコリ抑制壁30及び光トラップ(第2光トラップ)40の構造を示す断面図であり、具体的には、図7に示すVIII−VIII線における断面を示している。
ホコリ抑制壁30は、図4に示すように、筐体10の内部において、加熱装置60より流入口101に近い位置に設けられている。具体的には、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、流入口101の縁に沿って設けられている。本実施の形態では、流入口101は略矩形の開口であり、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、当該開口に沿って設けられている。
また、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、加熱装置60が生成する気流に交差する方向と平行に設けられている。加熱装置60は気体を加熱することで上昇気流を生成するので、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、上昇気流に直交する方向(すなわち、水平方向)に平行に設けられている。
また、ホコリ抑制壁30は、流入口101の幅より長い。ここで、流入口101の幅は、気体が流れる方向に交差する方向における幅である。具体的には、流入口101の幅は、加熱装置60によって生成される上昇気流に交差する方向における幅であり、例えば、水平方向(X軸方向)における幅である。これにより、流入口101から進入する外光が検知領域DAを照射するのを抑制することができる。なお、ホコリ抑制壁30は、遮光性を有する。
また、ホコリ抑制壁30は、光トラップ40の幅より長い。これにより、ホコリ抑制壁30は、気体が光トラップ40に進入するのを抑制することができる。光トラップ40の幅は、ホコリ抑制壁30の主面に平行な方向において、光トラップ40の開口から奥までの距離である。例えば、光トラップ40の幅は、左側面部10eと光反射壁112の先端との距離である。
本実施の形態では、ホコリ抑制壁30は、内面100aから立設した壁103と、内面110aから立設した壁111とを有する。壁103と壁111とは、図7に示すように、互いに重なっている。好ましくは、壁103と壁111とは、互いに接している。具体的には、壁103及び壁111は、正面視した場合(Y軸方向に見た場合)に、重なっている。好ましくは、壁103と壁111とは、XZ面で互いに接している。なお、内面100a及び内面110aは、筐体10が有する内面であって、互いに対向する2つの内面である。具体的には、内面100aは、前面部10aの内側の面であり、内面110aは、背面部10bの内側の面である。
壁103は、図8に示すように、流入口101の縁に沿って設けられている。本実施の形態では、流入口101は略矩形の開口であるので、壁103は、L字形状を有する。具体的には、壁103は、平板状の長辺部103aと、平板状の短辺部103bとを有する。
長辺部103aは、下面部10cに平行に設けられている。また、長辺部103aは、左側面部10eから垂直に立設している。短辺部103bは、左側面部10eに平行に設けられている。また、短辺部103bは、下面部10cから垂直に立設している。長辺部103a及び短辺部103bの高さ(Z軸方向の長さ)は、図7に示すように、前面カバー100の側周部(下面部10cの一部)より短い。
壁111は、図8に示すように、流入口101の近傍に設けられている。具体的には、壁111は、壁103の長辺部103aに沿って設けられており、直線形状を有する。本実施の形態では、壁111は、背面部10b(内面110a)及び左側面部10eの各々から垂直に立設した平板状の壁である。言い換えると、壁111は、X軸方向において、一方の端部は左側面部10eに接続され、他方の端部は、筐体10のいずれの内面にも接続されていない。
このとき、壁111は、図4に示すように、流入口101の幅より長い。具体的には、壁111は、図8に示すように、長辺部103aの幅より長い。
ホコリ抑制壁30は、筐体10の互いに対向する2つの内面を接続している。図7に示すように、壁103と壁111とが互いに重なることで、内面100aと内面110aとを接続している。具体的には、壁103及び壁111は、正面視した場合(Y軸方向に見た場合)に、内面100aとの間、及び、内面110aとの間の各々に隙間が形成されないように設けられている。
本実施の形態では、前面カバー100と背面カバー110とを組み合わせた際に、壁111の立設方向(Z軸方向)における先端が前面カバー100の内面100aに当接し、隙間が形成されないように設計されている。しかしながら、隙間を完全になくすことは難しい。
これに対して、前面カバー100の内面100aから立設した壁103と背面カバー110の内面110aから立設した壁111とが重なることで、壁103及び壁111を正面視したときに隙間をなくすことができる。これにより、ホコリ抑制壁30は、ホコリ及び外光が検知領域DAに進入するのを抑制することができる。
[光トラップ(第2光トラップ)]
光トラップ40は、図4に示すように、複数の閉空間41及び43と、複数の開口部42及び44と、光反射壁112と、ホコリ抑制壁30とを有する。光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を、光反射壁112で分割する。
光トラップ40は、図4に示すように、複数の閉空間41及び43と、複数の開口部42及び44と、光反射壁112と、ホコリ抑制壁30とを有する。光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を、光反射壁112で分割する。
ここで、複数の開口部42及び44は、第2開口部の一例であり、検知領域DAに向かって開口しており、投光系120から出力された光が直接通過する。具体的には、投光系120から出力されて検知領域DAを通過した後に広がった光の略全ては、筐体10の内面及び内部構造などに反射されることなく、開口部42及び44を通過する。開口部42には、光軸Pが通過している。
閉空間41は、第2閉空間の一例であり、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間41には、迷光が入射するための開口部42が設けられている。なお、図8に示すように、光反射壁112(具体的には、反射部112a)の端部と受光系保持部105及び117との間が開口部42に相当する。
開口部42を介して、閉空間41と検知領域DAとは連通している。つまり、検知領域DAを通過した光の一部は、開口部42を介して閉空間41へ進入する。進入した光は、閉空間41内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
本実施の形態では、閉空間41は、図8に示すように、光反射壁112と、左側面部10eと、受光系保持部105及び117と、前面部10a(内面100a)と、背面部10b(内面110a)とによって囲まれた空間である。閉空間41の奥部は、楔形状を有する。
なお、楔形とは、具体的にはV字型であり、所定の方向に見たときの形状が三角形になる形状である。楔形の閉空間(及び後述する楔形突出部)は、例えば、三角錐状又は三角柱状の空間(及び突出部)である。
本実施の形態では、閉空間41の奥部は、前面部10a及び背面部10bが底面及び上面を形成し、左側面部10eと受光系保持部105及び117とが2つの側面を形成する三角柱状の空間である。つまり、左側面部10eと受光系保持部105及び117との接続部分が、閉空間41の最奥であり、楔形の先端に相当する。
なお、残りの側面は、楔形の底辺に相当する面であり、楔形の先端よりも開口部42に近い位置に位置している。開口部42を通過した光は、当該残りの側面を通って楔形の先端方向へ進行する。
閉空間43は、第2閉空間の一例であり、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間43には、迷光が入射するための開口部44が設けられている。なお、図8に示すように、光反射壁112(具体的には、反射部112a)の端部とホコリ抑制壁30(壁111)の端部との間が開口部44に相当する。
開口部44を介して、閉空間43と検知領域DAとは連通している。つまり、検知領域DAを通過した光の一部は、開口部44を介して閉空間43へ進入する。入射した光は、閉空間43内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
本実施の形態では、閉空間43は、図8に示すように、光反射壁112と、左側面部10eと、ホコリ抑制壁30(壁111)と、前面部10a(内面100a)と、背面部10b(内面110a)とによって囲まれた空間である。閉空間43の奥部は、楔形状を有する。
具体的には、閉空間43の奥部は、前面部10a及び背面部10bが底面及び上面を形成し、左側面部10e及び反射部112bが2つの側面を形成する三角柱状の空間である。つまり、左側面部10eと光反射壁112との接続部分が、閉空間43の最奥であり、楔形の先端に相当する。
なお、残りの側面は、楔形の底辺に相当する面であり、楔形の先端よりも開口部44に近い位置に位置している。開口部42を通過した光は、当該残りの側面を通って楔形の先端方向へ進行する。
光反射壁112は、第1光反射壁の一例であり、開口部42を通過した光を反射することで、当該光を閉空間41の奥部に進行させる。さらに、光反射壁112は、開口部44を通過した光を反射することで、当該光を閉空間43に進行させる。
光反射壁112は、屈曲した壁である。具体的には、図8に示すように、光反射壁112は、平板状の反射部112aと、平板状の反射部112bとを有する。
反射部112aは、第1反射部の一例であり、投光系120の光軸Pに交差するように設けられている。具体的には、反射部112aは、投光系120から出力された光のうち、光軸P上を進行する光を反射し、その反射光が反射部112bでさらに反射されるように配置されている。本実施の形態では、反射部112aは、下面部10cと平行に配置されている。
反射部112bは、第2反射部の一例であり、反射部112aに対して傾斜して設けられている。具体的には、反射部112bは、光軸P上を進行する光の、反射部112aによる反射光を、閉空間41の楔形の先端方向に向けて反射するように配置されている。
本実施の形態では、反射部112bは、反射部112a及び左側面部10eのそれぞれに対して所定の角度をなすように配置されている。反射部112bと左側面部10eとは、鋭角をなし、当該鋭角が閉空間43の楔形の先端に相当する。
以上の構成により、投光系120から出力されて検知領域DAを通過した光(出射光)の一部は、開口部42を通過し、光反射壁112(並びに、左側面部10e、受光系保持部105及び117)によって反射されて閉空間41に進行する。また、出射光の別の一部は、開口部44を通過し、ホコリ抑制壁30(並びに、光反射壁112及び左側面部10e)によって反射されて閉空間43に進行する。閉空間41及び43に進行した光は、反射の度に壁面に吸収されて減衰する。
[光トラップ(第1光トラップ)]
図9は、本実施の形態に係る光トラップ(第1光トラップ)50の構成を示す断面図であり、具体的には、図4に示す断面の拡大図である。
図9は、本実施の形態に係る光トラップ(第1光トラップ)50の構成を示す断面図であり、具体的には、図4に示す断面の拡大図である。
光トラップ50は、図9に示すように、閉空間51と、開口部52と、光反射壁113と、光反射壁114と、複数の楔形突出部115とを有するラビリンス構造である。
閉空間51は、第1閉空間の一例であり、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間51には、検知領域DAに向かって開口した開口部52が設けられている。開口部52は、第1開口部の一例であり、受光系130の光軸Qと交差している。図9に示すように、光反射壁113の端部と光反射壁114(具体的には、反射部114a)の端部との間が開口部52に相当する。
具体的には、閉空間51は、図9に示すように、光反射壁113と、光反射壁114と、下面部10cと、右側面部10fと、前面部10a(内面100a)と、背面部10b(内面110a)とによって囲まれた空間である。
開口部52を介して、閉空間51と検知領域DAとは連通している。つまり、閉空間51から開口部52を介して光が出射された場合、検知領域DAを通って受光系130に到達する可能性がある。このため、光トラップ50は、開口部52を介して閉空間51に進入した光が、再び開口部52を介して出射されないように形成されている。
光反射壁113は、第2光反射壁の一例であり、複数の楔形突出部115の突出方向に交差し、かつ、受光系130の光軸Qと略平行に配置されている。光反射壁113は、例えば平板状の壁であり、背面部10b(内面110a)及び右側面部10fの各々から立設している。光反射壁113は、投光系120から出力されて筐体10の内面で反射された光を、複数の楔形突出部115に向けて反射する。例えば、光反射壁113は、開口部52を略水平方向に通過する光を、複数の楔形突出部115に向けて反射する。
光反射壁114は、投光系120から出射されて光トラップ40にトラップされなかった光(迷光)を反射する。光反射壁114は、所定の方向(Y軸方向)における一方の端部が下面部10cに接続され、他方の端部が筐体10のいずれの内面にも接続されていない。当該他方の端部が検知領域DAに向かうように、光反射壁114は設けられている。本実施の形態では、光反射壁114は、屈曲した壁である。具体的には、図9に示すように、光反射壁114は、平板状の反射部114aと、平板状の反射部114bとを有する。
反射部114aは、その壁面の延長線上に検知領域DAが位置するように配置されている。反射部114aは、例えば、開口部52を通過した迷光を閉空間51側の面で反射して、反射部114aと楔形突出部115aとの間の空間で吸収する。また、反射部114aは、例えば、加熱装置60側の面で、下面部10cで反射された光を光トラップ40に向けて反射する。
反射部114bは、背面部10b(内面110a)及び下面部10cの各々に垂直に立設している。反射部114bは、例えば、下面部10cで反射された光を光トラップ40に向けて反射する。
また、光反射壁114は、ホコリ抑制壁30(気体誘導壁)によって誘導された気体を検知領域DAに向けて誘導する気体誘導壁である。また、光反射壁114は、流入口101と光トラップ50との間に設けられた壁であり、ホコリ抑制壁30によって誘導された気体が光トラップ50に進入しないように誘導する。このとき、反射部114aが検知領域DAを指すように配置されているので、気体を検知領域DAに向けて効率良く誘導することができる。
複数の楔形突出部115は、閉空間51に設けられ、筐体10の側面から内方に向かって突出した楔形の壁である。複数の楔形突出部115は、閉空間51内において、背面カバー110の内面110aから立設している。
本実施の形態では、図9に示すように、下面部10cから所定の方向に突出するように、6つの楔形突出部115a〜115fが設けられている。6つの楔形突出部115a〜115fの各々の突出方向は、受光系130の光軸Qに交差している。なお、図9では、楔形突出部の突出方向を一点鎖線で示している。突出方向は、例えば、楔形(三角形)の先端から底辺(下面部10c)への中線の方向である。
6つの楔形突出部115a〜115fは、検知領域DAから遠い程、検知領域DAから遠ざかる方向に突出している。例えば、図9に示すように、6つの楔形突出部115a〜115fは、この順で検知領域DA(又は、開口部52)からの距離が大きくなるように配置されている。このとき、楔形突出部115a及び115bの突出方向は、下面部10cに略垂直な方向であるのに対して、楔形突出部115c〜115fは、各々の突出方向と下面部10cとのなす角度θ1〜θ6が、順に小さくなっている。角度θ1〜θ6は、θ1≧θ2≧θ3≧θ4≧θ5≧θ6の関係を満たしている。
本実施の形態では、複数の楔形突出部115a〜115fの各々は、上方に向かって突出している。例えば、楔形突出部115a及び115bは、略鉛直上方に向かって突出している。楔形突出部115c〜115fは、斜め上方に向かって突出している。
また、6つの楔形突出部115a〜115fは、検知領域DAから遠い程、楔形の先端と底辺との距離h1〜h6が短くなる。本実施の形態では、6つの楔形突出部115a〜115fの各々の底辺は、下面部10cに相当する。したがって、距離h1〜h6はそれぞれ、楔形突出部115a〜115fの各々の先端と下面部10cとの距離である。図9に示すように、距離h1〜h6は、h1≧h2≧h3≧h4≧h5≧h6の関係を満たしている。
[効果など]
本実施の形態に係る粒子検出センサ1は、様々な機器に適用するために小型化されている。以下では、まず、粒子検出センサ1を小型化した場合に生じる問題について、図10を用いて説明する。
本実施の形態に係る粒子検出センサ1は、様々な機器に適用するために小型化されている。以下では、まず、粒子検出センサ1を小型化した場合に生じる問題について、図10を用いて説明する。
図10は、本実施の形態に係る粒子検出センサ1の投光系120から出射される光の経路を示す図である。
筐体10が小型化されると、投光系120と検知領域DAとの距離が短くなる。このため、投光レンズ122は、焦点距離の短いレンズが必要となる。焦点距離が短いレンズによって強く集束された光は、大きな広がり角をもって広がる。具体的には、図10に示すように、検知領域DAを通過する際に粒子2によって散乱されなかった光は、大きな広がり角を持って広がる。なお、図10では、投光系120から出射された光の通過する領域をドットのハッチングで示している。
粒子2による散乱光以外の光(具体的には、迷光)は、ノイズの要因になるため、受光系130に入射されないように筐体10内で吸収させることが要求される。しかしながら、図10に示すように、検知領域DAを通過した後に大きく広がった迷光を吸収することは難しい。
これに対して、本実施の形態に係る粒子検出センサ1は、検知領域DAに集光するように光を出力する投光系120と、検知領域DAにおける粒子2による投光系120からの光の散乱光を受光する受光系130と、検知領域DAを介して投光系120と対向する位置に設けられた光トラップ40とを備え、光トラップ40は、複数の開口部42及び44を有し、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を、複数の開口部42及び44の各々を通過するように分割してからトラップする。
このように、検知領域DAを通過して大きく広がった迷光は、図10の白抜きの矢印で示すように、光反射壁112によって分割される。分割された光はそれぞれ、開口部42及び44を通過して、閉空間41及び43に進行し、多重反射されて吸収される。これにより、大きく広がった迷光を複数の開口部42及び44の各々を通過するように分割することで、効率良くトラップすることができる。
例えば、迷光を分割してトラップすることで、迷光をトラップするための閉空間の設計の自由度が高くなる。例えば、様々な方向に進行する迷光を1つの閉空間でトラップするためには、複雑な構造が必要となるのに対して、迷光を分割して複数の閉空間でトラップすることで、複数の閉空間の各々の構成を簡易に、かつ、適した形状に設計することができる。これにより、簡易な構成で効果的に迷光をトラップすることができる。
以下では、本実施の形態に係る粒子検出センサ1が迷光を効率良くトラップできることを、迷光の例を挙げながら、図11〜図13を用いて説明する。
図11及び図12は、本実施の形態に係る光トラップ40にトラップされる光の経路を示す図である。具体的には、図11は、分割された光のうち、開口部42を通過した光を閉空間41でトラップする場合を示している。図12は、分割された光のうち、開口部44を通過した光を閉空間43でトラップする場合を示している。
例えば、投光系120の光軸P上を進行する光は、図11の太実線の矢印で示すように、光反射壁112によって反射される。具体的には、まず、反射部112aによって反射された後、反射部112bによってさらに反射される。つまり、光反射壁112は、光軸P上を進行する光を少なくとも2回反射できるように配置されている。
反射部112bによって反射された光は、左側面部10eによって反射され、さらに、受光系保持部117(及び受光系保持部105)によって反射される。このように、開口部42を通過した光は、閉空間41内で多重反射されて、閉空間41の奥部(楔形の先端方向)へ進行する。光は、反射される度に壁面に吸収されて減衰するので、最終的に、当該光を壁面で略完全に吸収することができる。
このとき、光軸P上を進行する光は、特に光エネルギーが強い。したがって、光軸P上を進行する光を多重反射させることで、効率良く光を吸収させることができる。光軸P上を進行する光が、閉空間41から検知領域DA側に再び出射されないようにすることで、粒子の検出精度を高めることができる。
また、図12の太実線の矢印で示すように、開口部44を通過した光は、壁111によって反射される。以降、反射部112a、ホコリ抑制壁30、左側面部10eの順に反射されて閉空間43の奥部(楔形の先端方向)へ進行する。
これにより、開口部44を通過した光は、反射される度に壁面に吸収されて減衰するので、最終的に、当該光を壁面で略完全に吸収することができる。
以上のように、例えば、本実施の形態に係る粒子検出センサ1では、光トラップ40は、さらに、複数の開口部のうち一の開口部42が設けられた閉空間41と、開口部42を通過した光を反射することで、当該光を閉空間41の奥部に進行させる、屈曲した光反射壁112とを有する。また、例えば、光反射壁112は、投光系120の光軸Pに交差するように設けられた平板状の反射部112aと、反射部112aに対して傾斜して設けられた平板状の反射部112bとを有し、投光系120から出力された光のうち、投光系120の光軸P上を進行する光は、反射部112aと反射部112bとによって、この順で反射されて閉空間41の奥部に進行する。
これにより、屈曲した光反射壁112によって迷光を効率良く閉空間41に進行させることができる。特に、光エネルギーの強い光軸P上を進行する光を閉空間41に進行させることができ、反射を繰り返すことで、効率良く減衰させることができる。したがって、受光系130に入射する迷光を減らすことができるので、粒子検出のS/N比を向上させることができる。このように、粒子の検出精度を向上させることができる。
また、例えば、閉空間41の奥部は、楔形状を有する。
これにより、光は、楔形の奥部に向かう程、何度も多重反射されるので、光を効率良く減衰させることができる。
また、例えば、光トラップ40は、光反射壁112によって、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を分割する。
これにより、光を分割する機能と、分割した光を反射する機能とを1つの壁によって実現することができるので、筐体10の内部を簡易な構成にすることができる。したがって、筐体10の内部で不必要な光の反射などが起きにくくなり、迷光が受光系130に照射されるのを抑制することができる。よって、粒子の検出精度を向上させることができる。
また、一方で、図11の太破線の矢印で示すように、投光系120から出射された光のうち、開口部42及び開口部44を通過せず、反射部112aの端部によって反射される光も存在する。当該光は、図11に示すように、下面部10c及び光反射壁114によって順に反射され、開口部42を通過して閉空間41に進行する。
このように、光反射壁114は、開口部42及び開口部44を通過しなかった光を反射することで、当該光を光トラップ40に進行させることができる。これにより、受光系130に入射する迷光を減らすことができるので、S/N比を向上させることができる。
上述したように、大部分の迷光は光トラップ40によってトラップされる。しかしながら、一部の迷光は、光トラップ40に一旦入射したものの、再び出射される。あるいは、光トラップ40に入射しない迷光も存在する。光トラップ50は、これらの光(漏れ光)をトラップする。
図13は、本実施の形態に係る光トラップ50にトラップされる光の経路を示す図である。
図13の太実線の矢印で示すように、投光レンズ122の一番外側を通って投光系120から出射された光は、略水平に進み、開口部42を通過して光トラップ40に入射するものの、左側面部10eによって反射されて、再び開口部42から出射される。当該光は、光トラップ50の開口部52を通過し、光反射壁113によって複数の楔形突出部115に向けて反射される。そして、隣り合う楔形突出部115の間で多重反射されて吸収される。
また、図13の太破線の矢印で示すように、投光系120から略直下に出射された光は、検知領域DAを通過することなく、直接開口部52を通過して光反射壁114に反射される。当該光は、反射部114aと楔形突出部115との間で多重反射されて吸収される。
以上のように、例えば、本実施の形態に係る粒子検出センサ1は、さらに、検知領域DAを介して受光系130と対向する位置に設けられて、光トラップ40にトラップされない光をトラップする光トラップ50を備え、光トラップ50は、検知領域DAに向かって開口した開口部52が設けられた閉空間51と、閉空間51に設けられた複数の楔形突出部115とを有する。
これにより、光トラップ50によって、光トラップ40から出射された光、及び、光トラップ40に入射されなかった光などの漏れ光をトラップすることができる。したがって、受光系130に入射する漏れ光を減少させて、S/N比を向上させることができ、粒子の検出精度をさらに向上させることができる。
また、例えば、光トラップ50は、さらに、複数の楔形突出部115の突出方向に交差し、かつ、受光系130の光軸Qと略平行に配置された光反射壁113を有する。
これにより、光反射壁113によって複数の楔形突出部115に向けて反射することができる。例えば、光反射壁113は、筐体10内を略水平方向に進行する漏れ光を反射することができる。したがって、受光系130に入射する漏れ光を減少させて、S/N比を向上させることができ、粒子の検出精度をさらに向上させることができる。
また、例えば、複数の楔形突出部115の各々の突出方向は、受光系130の光軸Qに交差している。
これにより、光反射壁113によって反射された光が、隣り合う楔形突出部115の間に進行しやすくなる。言い換えると、当該光は、隣り合う楔形突出部115の間で多重反射されやすくなる。したがって、受光系130に入射する漏れ光を減少させて、S/N比を向上させることができ、粒子の検出精度をさらに向上させることができる。
また、例えば、複数の楔形突出部115は、検知領域DAから遠い程、楔形の先端と底辺との距離が短い。
これにより、楔形突出部115の先端で反射された光が受光系130に向かうのを抑制することができる。例えば、最も短い楔形突出部115fの先端で光が受光系130に向かって反射された場合、隣の楔形突出部115eによって再び反射される。したがって、受光系130に入射する漏れ光を減少させて、S/N比を向上させることができ、粒子の検出精度をさらに向上させることができる。
また、例えば、複数の楔形突出部115は、検知領域DAから遠い程、検知領域DAから遠ざかる方向に突出している。
これにより、光反射壁113によって反射された光が、隣り合う楔形突出部115の間に進行しやすくなる。言い換えると、当該光は、隣り合う楔形突出部115の間で多重反射されやすくなる。したがって、受光系130に入射する漏れ光を減少させて、S/N比を向上させることができ、粒子の検出精度をさらに向上させることができる。
また、例えば、複数の楔形突出部115の各々は、上方に向かって突出している。
これにより、光トラップ50内にホコリが侵入した場合、ホコリは複数の楔形突出部115の間に堆積する。このため、迷光が光トラップ50内に侵入してホコリによって拡散反射されたとしても、その反射光は、隣り合う楔形突出部115の間で多重反射されやすい。多重反射により反射光が減衰するので、反射光が光トラップ50から受光系130に向けて出射されるのを抑制することができる。なお、これは、光トラップ50に入射する迷光を複数の楔形突出部115によってトラップする原理を、逆に応用することができることを意味している。
このように、複数の楔形突出部115の間にホコリが堆積したとしても、複数の楔形突出部115が設けられていない場合に比べて、ホコリによる反射光が受光系130に入射するのを抑制することができる。したがって、粒子検出センサ1による粒子の検出精度を一層向上させることができる。
(変形例)
続いて、上記実施の形態に係る粒子検出センサ1の変形例について、図14を用いて説明する。以下では、上記実施の形態と異なる点を中心に説明し、同じ点については説明を省略又は簡略化する。
続いて、上記実施の形態に係る粒子検出センサ1の変形例について、図14を用いて説明する。以下では、上記実施の形態と異なる点を中心に説明し、同じ点については説明を省略又は簡略化する。
図14は、本変形例に係る粒子検出センサ1Aの筐体内部を示す断面図である。図14に示す断面は、図4と同様に、図3の(c)のIV−IV線における断面に相当する。
本変形例に係る粒子検出センサ1Aは、図4に示す粒子検出センサ1と比較して、光反射壁112、光反射壁113及び光反射壁114を備えない点が異なっている。具体的には、粒子検出センサ1Aは、光トラップ40及び光トラップ50の代わりに、光トラップ40A及び光トラップ50Aを備える。
光トラップ40Aは、光反射壁112を備えない。具体的には、光トラップ40Aは、1つのみの閉空間41Aを有する。閉空間41Aには、1つのみの開口部42Aが設けられている。閉空間41Aは、ホコリ抑制壁30(壁111)と、左側面部10eと、受光系保持部105及び117と、前面部10a(内面100a)と、背面部10b(内面110a)とによって囲まれた空間である。ホコリ抑制壁30の端部と受光系保持部105及び117の端部との間が、開口部42Aに相当する。
閉空間41Aの奥部、すなわち、左側面部10eと受光系保持部105及び117との接続部分は、楔形状を有する。光が楔形の奥部に向かう程、何度も多重反射されるので、迷光を効率良く減衰させることができる。
光トラップ50Aは、光反射壁113及び光反射壁114を備えない。具体的には、光トラップ50Aは、1つのみの閉空間51Aを有する。閉空間51Aには、1つのみの開口部52Aが設けられている。閉空間51Aは、下面部10cと、右側面部10fと、投光系保持部104及び116と、楔形突出部115aとによって囲まれた空間である。最も検知領域DA側に位置する楔形突出部115aの先端と投光系保持部104及び116の端部との間が、開口部52Aに相当する。
以上のように、本変形例に係る粒子検出センサ1Aによれば、複数の楔形突出部115を利用して迷光を効果的にトラップすることができる。なお、上記実施の形態に係る粒子検出センサ1の方が筐体内部の構造が複雑であるため、迷光のトラップ効果が高い。これに対して、本変形例に係る粒子検出センサ1Aは、粒子検出センサ1よりもトラップ効果は低いものの、十分に高い精度で粒子を検出することができる。
例えば、本変形例に係る粒子検出センサ1Aでは、光トラップ50Aには複数の楔形突出部115が設けられている。このため、光反射壁113及び光反射壁114が設けられていなくても、複数の楔形突出部115の間で光が多重反射するので、迷光を充分に減衰させることができる。
さらに、本変形例では、複数の楔形突出部115は、検知領域DAから離れる程、短くなるように形成されている。したがって、光反射壁113及び114が設けられていなくても、光がより奥側の(すなわち、検知領域DAからより離れた)楔形突出部115の間に入射されやすくなる。このため、迷光が光トラップ50Aから受光系130へ向けて漏れ出ることを、より一層抑制することができる。
また、本変形例に係る粒子検出センサ1Aによれば、筐体10の内部の構造が簡素化されているので、内部に溜まったホコリを取り除くなどのメンテナンスが容易になる。また、筐体10を形成するのに使用する材料の量を削減することができるので、粒子検出センサ1Aを低コストで製造することができる。
(その他)
以上、本発明に係る粒子検出センサについて、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
以上、本発明に係る粒子検出センサについて、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態では、ホコリ抑制壁30が壁103と壁111とから構成される例について示したが、これに限らない。ホコリ抑制壁30は、例えば、壁103のみ又は壁111のみから構成されてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、ホコリ抑制壁30が流入口101の縁に沿って下面部10cに平行に設けられたが、これに限らない。ホコリ抑制壁30は、下面部10cに対して傾斜して設けられてもよい。例えば、ホコリ抑制壁30は、流入口101と検知領域DAとを結ぶ線に直交するように設けられてもよい。また、ホコリ抑制壁30は、平板ではなく、湾曲した板でもよい。
また、例えば、ホコリ抑制壁30は、加熱装置60と検知領域DAとの間に設けられてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、2つの開口部42及び44によって検知領域DAを通過した光を分割する例について説明したが、これに限らない。開口部は3つ以上でもよい。例えば、光トラップ40として、複数の平行平板状の光トラップ構造を用いてもよい。つまり、複数の平行平板のそれぞれの間が、複数の開口部に相当する。平行平板の先端はテーパを有してもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、筐体10が前面カバー100と背面カバー110とに分割可能な例について示したが、これに限らない。筐体10は、樹脂材料と金型とを用いた射出成形などにより、一体に形成されてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115を背面カバー110と一体に形成したが、これに限らない。光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115の少なくとも1つは、前面カバー100と一体に形成してもよく、あるいは、前面カバー100及び背面カバー110のいずれとも別体で形成してもよい。また、光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115の少なくとも1つは、ホコリ抑制壁30と同様に、前面カバー100と背面カバー110との各々に形成された壁が組み合わされて形成されてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、壁111は平板状の壁である例について示したが、これに限らない。例えば、壁111は、左側面部10eから筐体10の内方に突出した楔形の壁(楔形突出部)でもよい。言い換えると、壁111の端部であって、筐体10のいずれの側面にも接続されていない端部は、テーパを有してもよい。なお、光反射壁112、光反射壁113及び光反射壁114についても同様である。
また、例えば、前面カバー100及び背面カバー110に設けられた各構成要素の配置は、上述した例に限らない。例えば、上記の実施の形態では、投光系120と受光系130とが水平方向に並んで配置されているが、上下方向に並んで配置されてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、投光素子121からの光を集光する部材及び受光素子131へ光を集光する部材として、投光レンズ122及び受光レンズ132を示したが、集光ミラーなどの反射部材を利用してもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、粒子検出センサ1が光散乱式の粒子検出センサである例について説明したが、これに限らない。粒子検出センサ1は、光電式の粒子検出センサであればよく、例えば、投光系120と受光系130とが互いに対向するように配置された場合、粒子2が検知領域DAを通過した際に、投光系120からの光を遮ることで、受光系130に入射する光量が減少する。したがって、粒子検出センサは、光量の変化量(減少量)を検出することで、粒子を検出することができる。
また、例えば、上記の実施の形態では、粒子を含む媒体(流体)が気体(大気)である例について示したが、水などの液体でもよい。
なお、上記の実施の形態に係る粒子検出センサ1は、様々な機器に利用することができる。例えば、本発明の一態様は、粒子検出センサ1を備えるダストセンサとして実現することもできる。ダストセンサは、例えば掃除機などに利用することができる。
また、例えば、本発明の一態様は、図15に示すような煙感知器としても実現することができる。図15は、本変形例に係る煙感知器の外観図である。図15に示す煙感知器は、例えば、粒子検出センサ1を備える。
また、例えば、本発明の一態様は、図16に示すような空気清浄機としても実現することができる。図16は、本変形例に係る空気清浄機の外観図である。図16に示す空気清浄機は、例えば、粒子検出センサ1を備える。
また、例えば、本発明の一態様は、図17に示すような換気扇としても実現することができる。図17は、本変形例に係る換気扇の外観図である。図17に示す換気扇は、例えば、粒子検出センサ1を備える。
また、例えば、本発明の一態様は、図18に示すようなエアコンとしても実現することができる。図18は、本変形例に係るエアコンの外観図である。図18に示すエアコンは、例えば、粒子検出センサ1を備える。
上述したような掃除機、煙感知器、空気清浄機、換気扇又はエアコンは、内蔵する粒子検出センサ1によって粒子2を検出した場合、単に粒子2を検知したことを提示(例えば、表示部に表示、又は、アラーム音などの出力)してもよい。あるいは、ファンの起動、ファンの回転速度の変更などのファンの制御を行ってもよい。
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。
1、1A 粒子検出センサ
2 粒子
40、40A 光トラップ(第2光トラップ)
41、41A、43 閉空間(第2閉空間)
42、42A、44 開口部(第2開口部)
50、50A 光トラップ(第1光トラップ)
51、51A 閉空間(第1閉空間)
52、52A 開口部(第1開口部)
112 光反射壁(第1光反射壁)
112a 反射部(第1反射部)
112b 反射部(第2反射部)
113 光反射壁(第2光反射壁)
115、115a、115b、115c、115d、115e、115f 楔形突出部
120 投光系
130 受光系
DA 検知領域
2 粒子
40、40A 光トラップ(第2光トラップ)
41、41A、43 閉空間(第2閉空間)
42、42A、44 開口部(第2開口部)
50、50A 光トラップ(第1光トラップ)
51、51A 閉空間(第1閉空間)
52、52A 開口部(第1開口部)
112 光反射壁(第1光反射壁)
112a 反射部(第1反射部)
112b 反射部(第2反射部)
113 光反射壁(第2光反射壁)
115、115a、115b、115c、115d、115e、115f 楔形突出部
120 投光系
130 受光系
DA 検知領域
Claims (14)
- 検知領域に集光するように光を出力する投光系と、
前記検知領域における粒子による前記投光系からの光の散乱光を受光する受光系と、
前記検知領域を介して前記受光系と対向する位置に設けられた第1光トラップとを備え、
前記第1光トラップは、
前記検知領域に向かって開口した第1開口部が設けられた第1閉空間と、
前記第1閉空間に設けられた複数の楔形突出部とを有し、
前記複数の楔形突出部は、前記検知領域から遠い程、楔形の先端と底辺との距離が短く、かつ、前記検知領域から遠い程、前記検知領域から遠ざかる方向に向かって突出している
粒子検出センサ。 - 前記複数の楔形突出部の各々の突出方向は、前記受光系の光軸に交差している
請求項1に記載の粒子検出センサ。 - 前記複数の楔形突出部の各々は、上方に向かって突出している
請求項1又は2に記載の粒子検出センサ。 - さらに、
前記検知領域を介して前記投光系と対向する位置に設けられる第2光トラップを備え、
前記第2光トラップは、複数の第2開口部を有し、前記投光系から出力されて前記検知領域を通った光を、前記複数の第2開口部の各々を通過するように分割してからトラップする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子検出センサ。 - 前記第2光トラップは、さらに、
前記複数の第2開口部のうち一の第2開口部が設けられた第2閉空間と、
前記一の第2開口部を通過した光を反射することで、当該光を前記第2閉空間の奥部に進行させる、屈曲した第1光反射壁とを有する
請求項4に記載の粒子検出センサ。 - 前記第2閉空間の奥部は、楔形状を有する
請求項5に記載の粒子検出センサ。 - 前記第2光トラップは、前記投光系から出力されて前記検知領域を通った光を、前記第1光反射壁で分割する
請求項5又は6に記載の粒子検出センサ。 - 前記第1光反射壁は、
前記投光系の光軸に交差するように設けられた平板状の第1反射部と、
前記第1反射部に対して傾斜して設けられた平板状の第2反射部とを有し、
前記投光系から出力された光のうち、前記投光系の光軸上を進行する光は、前記第1反射部と前記第2反射部とによって、この順で反射されて前記第2閉空間の奥部に進行する
請求項5〜7のいずれか1項に記載の粒子検出センサ。 - 前記第1光トラップは、さらに、前記複数の楔形突出部の突出方向に交差し、かつ、前記受光系の光軸と略平行に配置された第2光反射壁を有する
請求項1〜8のいずれか1項に記載の粒子検出センサ。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子検出センサを備えるダストセンサ。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子検出センサを備える煙感知器。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子検出センサを備える空気清浄機。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子検出センサを備える換気扇。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子検出センサを備えるエアコン。
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