JP6238338B2

JP6238338B2 - 光学式センサ及び光学式センサシステム

Info

Publication number: JP6238338B2
Application number: JP2013136515A
Authority: JP
Inventors: 卓也白田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015010934A

Description

本発明は、検出対象となる液体の光吸収特性を検出する光学式センサ及び光学式センサシステムに関する。

従来より、液体を検出対象とし、液体の光吸収特性を検出する装置が既に用いられている。この種の装置の一例として、発光素子及び受光素子の間に油を介在させ、発光素子から出射された光を油に透過させて、油の吸光度の大きさにより汚濁度を測定する装置がある。

上記装置では、油を収容するセル又は検出窓等の光学素子に付着した汚れ等といった、検出値を変動させる各種要因のために、汚濁度の正確な計測が困難になるといった問題があった。

この問題に対し、２つの異なる油膜厚さを通過した光の強度を測定し、測定した強度を比較する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この装置は、発光素子及び受光素子の間に、検出対象の油を収容するための間隙を備えている。またこの装置は、発光素子及び受光素子の少なくとも一方を他方の素子に対して変位させる駆動部を備え、各素子の相対距離を変化させることによって間隙の幅を調整する。この駆動部は、例えば圧電素子や、発光素子を収容し圧電素子の伸縮で変位するプランジャ、圧電素子に直流電圧を印加刷るためのリード線等によって構成される。装置の測定中に駆動部が駆動し、受光素子は、例えば油膜厚さＤａの油を透過した光束を受光した後、油膜厚さＤｂ（＜Ｄａ）の油を透過した光束を受光する。

一方、受光素子で受光される光強度は、指数関数で表され、発光素子又は受光素子に付着した皮膜による光吸収係数、発光素子自体の発光強度の変化係数を関数内に含む。このため油中の光路長が長い状態で測定された光強度Ｉａと、油中の光路長が短い状態で測定された光強度Ｉｂとの比をとることで、それらの光吸収係数、変化係数を消去することができる。

特開平１−１１９７４１号公報

しかし、発光素子及び受光素子の少なくとも一方を変位させるためには、駆動部を設ける必要があるため、センサの構成が複雑化する。さらに上記装置では、圧電素子等の駆動部を駆動するタイミングと、光強度を油膜厚さＤａを透過した光束として検出するタイミング及び光強度を油膜厚さＤｂを透過した光束として検出するタイミングとの同期をとる必要があり、制御も複雑化していた。従って、装置の構成や制御を複雑化することなく、検出値を変動させる各種要因の影響を受けにくい装置が要請されていた。尚、こうした問題は、油を検出対象とする装置に限らず、液体の光吸収特性を検出するセンサ及びシステムにおいては、同様に生じうる問題である。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、構成や制御を複雑化することなく、変動要因の影響を受けにくい光学式センサ及び光学式センサシステムを提供することにある。

上記課題を解決する光学式センサは、液体の光吸収特性を検出する光学式センサにおいて、検出光を出射する発光部と、前記検出光の色成分毎の光強度を検出する複数の受光部と、光透過性を有し、前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を出射する出射面を有する第１光学素子と、光透過性を有し、前記第１光学素子から出射した前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を前記受光部に向かって出射する出射面を有する第２光学素子と、前記第１光学素子及び前記第２光学素子を支持する支持部と、前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の間に設けられ前記液体が浸入可能な間隙とを備え、前記支持部に支持された前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の一方が他方に対して傾斜し、前記第１光学素子の出射面から前記第２光学素子の入射面までの前記間隙内の光路長は、該出射面の位置に応じて異なり、前記各受光部は、前記間隙内の光路長が互いに異なる各光束を、それぞれ受光可能な位置に配置された。

この態様によれば、第１光学素子の出射面から第２光学素子の入射面までの間隙内の光路長は、第１光学素子の出射面の位置に応じて異なる複数の長さであるため、各光学素子の間隙に液体を浸入させた状態にするだけで、各受光部は、同じ液体内を透過し液体内の光路長が受光部によって異なる光束をそれぞれ検出することができる。従って、各受光部によって受光され、指数関数で表される各光束の光強度の比をとることにより、光学素子等に付着した汚れに起因する係数、発光部の温度特性に基づく変化係数等といった変動要因係数を消去することができる。また間隙の光路長は検出光の出射位置に応じて異なるため、間隙の光路長を変化させるための駆動機構が不要である。このため、光学式センサの構成を複雑化させることなく、変動要因が検出値に及ぼす影響を低減することができる。

この光学式センサにおいて、前記第１光学素子は、前記入射面、前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第１プリズムからなり、その出射面は平面であって、前記第２光学素子は、前記入射面、該入射面に対する前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第２プリズムからなり、その入射面は平面であるとともに、前記支持部に支持された前記第１プリズムの前記出射面、及び前記支持部に支持された前記第２プリズムの前記入射面のうち少なくとも一方が、前記支持部からプリズム先端に向かうにつれ、前記間隙の幅が増大する方向に傾斜する。

この態様によれば、第１及び第２光学素子は、プリズムからなるため、間隙内の光路長を変えるための駆動機構や、特殊な形状又は機能を有する光学素子が不要である。また各プリズムは検出光の光路を屈曲させる反射面を有するため、発光部の光軸方向にセンサをコンパクトにすることができる。さらに間隙を区画する出射面及び入射面は平面であるため、汚染物質や粘度が増大した液体の堆積を抑制することができる。さらに間隙は、支持部からプリズム先端に向かうにつれ、連続的に幅が大きくなるため、プリズム先端側から間隙内に液体を取り込みやすくなるとともに、間隙内に固形物や粘度が大きい液体等が残留するのを防ぐことができる。

この光学式センサにおいて、前記検出光の色成分毎の光強度を検出する第１受光部及び第２受光部は、前記第２プリズム側であって、前記第１プリズム及び前記第２プリズムが並ぶ方向に沿って配置され、第２受光部は、該第１プリズムの反射面に対する入射角が小さく、前記間隙内の光路長が短い光束を受光し、第１受光部は、前記第１プリズムの反射面に対する入射角が大きく、前記間隙内の光路長が長い光束を受光する。

この態様によれば、各受光部は、第２プリズム側であって、第１プリズム及び第２プリズムが並ぶ方向に沿って配置される。検出光は、第１プリズムの反射面に対する入射角に応じて、第２プリズムの出射面から出射する位置が相違する。第１プリズムの入射面から反射面に到る際の光路が長い光束は、該入射角が大きく、第２プリズムの出射面のうち第１プリズムに近い位置から出射される。第１プリズムの入射面から反射面に到る光路が短い光束は、該入射角が小さく、出射面のうち第１プリズムから遠い位置から出射される。このため第１受光部は、第２受光部に比べ、反射面に対する入射角が大きく間隙の光路長が長い光束を受光し、第２受光部は、反射面に対する入射角が小さく間隙の光路長が短い光束を受光する。このため第１受光部及び第２受光部は、同じ液体内を通過し、且つ液体内の光路長がそれぞれ異なる光束を受光することができる。

この光学式センサにおいて、前記発光部の光軸は、前記第１プリズムの入射面に対して垂直であって、第１受光部は、前記検出光のうち、前記第１プリズムの反射面に対する入射角度が最小である光線を受光し、第２受光部は、前記検出光のうち、前記第１プリズムの反射面に対する入射角が最大である光線を受光する。

この態様によれば、第１プリズムの反射面に対する入射角度が最小である光線は第１受光部に受光され、第１プリズムの反射面に対する入射角が最大である光線は第２受光部に受光されるので、発光部から出射される検出光の殆どは、第１受光部の位置から第２受光部の位置までの領域に出射される。このため光学式センサの受光効率を高めることができる。

上記課題を解決する光学式センサシステムは、光学式センサ及び特性演算部を備え、測定対象の液体の光吸収特性を検出する光学式センサシステムにおいて、前記光学式センサは、検出光を出射する発光部と、前記検出光の色成分毎の光強度を検出する複数の受光部と、光透過性を有し、前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を出射する出射面を有する第１光学素子と、光透過性を有し、前記第１光学素子から出射した前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を前記受光部に向かって出射する出射面を有する第２光学素子と、前記第１光学素子及び前記第２光学素子を支持する支持部と、前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の間に設けられ前記液体が浸入可能な間隙とを備え、前記支持部に支持された前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の一方が他方に対して傾斜し、前記第１光学素子の出射面から前記第２光学素子の入射面までの前記間隙内の光路長は、該出射面の位置に応じて異なり、前記各受光部は、前記間隙内の光路長が互いに異なる各光束を、それぞれ受光可能な位置に配置され、前記特性演算部は、前記各光学素子により検出された色成分毎の光強度の比を算出し、光強度の比を前記色成分毎の属性値とするとともに、前記属性値に基づいて前記液体の光吸収特性を計測する。

この態様によれば、第１光学素子の出射面から第２光学素子の入射面までの間隙内の光路長は、第１光学素子の出射面の位置に応じて異なる複数の長さであるため、光学式センサを間隙に液体を浸入させた状態にするだけで、各受光部は、同じ液体内を透過し、且つ液体内の光路長が受光部によって異なる光束をそれぞれ検出することができる。特性演算部は、指数関数で表される各光束の光強度の比をとることにより、光学素子等に付着した汚れに起因する係数、発光部の温度特性に基づく変化係数等といった変動要因係数を消去する。また発光部から出射された検出光が光学素子に入射する際の入射角に応じて間隙内の光路長が変わるため、間隙内の光路長を変化させるための駆動機構が不要である。このため、光学式センサの構成を複雑化させることなく、変動要因が検出値に及ぼす影響を低減し、計測結果の精度を向上できる。

本発明の光学式センサ及び光学式センサシステムによれば、構成や制御を複雑化することなく、変動要因の影響を受けにくくすることができる。

光学式センサの一実施形態における油劣化検出センサの正面図。同油劣化検出センサの断面図。同油劣化検出センサを構成するホルダの平面図。同油劣化検出センサを構成するホルダの底面図。同油劣化検出センサを構成するプリズムの斜視図。同油劣化検出センサを構成するプリズムの正面図。プリズムの配置の好ましくない例を説明する正面図。同油劣化検出センサを含む油劣化判定システムのブロック図。同油劣化判定システムが格納する劣化判定マップの模式図。同油劣化検出センサの作用を説明する要部断面図。変形例における油劣化検出センサを構成するプリズムの正面図。変形例における油劣化検出センサを構成するプリズムの正面図。変形例における油劣化検出センサを構成するプリズムの正面図。変形例における油劣化検出センサの要部断面図。変形例における油劣化検出センサの要部断面図。

以下、光学式センサ及び光学式センサシステムの一実施形態を説明する。本実施形態では、光学式センサ及び光学式センサシステムを、機械に使用される潤滑剤である油の劣化を判定するセンサ及びシステムに例示して説明する。

図１に示すように光学式センサとしての油劣化検出センサ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の上部を覆うカバー１２と、ハウジング１１の下部に収容されるホルダ１３とを備えている。ハウジング１１、カバー１２及びホルダ１３は、アルミニウム合金等の金属、又は樹脂からなる。カバー１２及びホルダ１３は、ハウジング１１に対しネジによってそれぞれ固定されている。ホルダ１３には、第１プリズム２１及び第２プリズム２２が間隙２０を介して対向した状態で支持されている。これらのハウジング１１及びホルダ１３は支持部に相当する。

図２に示すように油劣化検出センサ１０は、機械５０の壁部５１に装着されるタイプのセンサである。壁部５１の内側には判定対象の油５５が収容されている。壁部５１には、油劣化検出センサ１０を挿入するための取付孔５２が形成され、取付孔５２の内周面には被螺合部が形成されている。油劣化検出センサ１０のハウジング１１の外周には、螺合部１１ｆが形成されている。油劣化検出センサ１０は、螺合部１１ｆを、取付孔５２の被螺合部に螺合することにより壁部５１に固定される。

ハウジング１１は、上側収容部１１ａ及び下側収容部１１ｂを備えている。上側収容部１１ａはカバー１２によって覆われている。ハウジング１１及びカバー１２によって区画される空間には、回路基板１５が収容されている。回路基板１５の底面には、１つの発光部１６と、２つの受光部１７，１８とが実装されている。またハウジング１１には、発光部１６をホルダ１３側へ貫挿する貫挿孔１１ｃ、及び各受光部１７，１８をホルダ１３側へ貫挿する貫挿孔１１ｄ，１１ｅが形成されている。

発光部１６は、白色の光を出射する光源であって、本実施形態ではＬＥＤから構成される。発光部１６は、検出光を、ホルダ１３に支持された第１プリズム２１に出射可能な向きで回路基板１５に固定されている。発光部１６から出射される検出光の光軸は、第１プリズム２１の入射面に対し垂直である。

各受光部１７，１８は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）といった色成分毎に検出光の強度を検出するセンサであって、フォトダイオードやカラーフィルタを備えている。各受光部１７，１８は、第２プリズム２２側から出射される検出光を受光可能な位置にそれぞれ固定されている。

また回路基板１５の上面には、信号線及び電源線が束ねられた信号・電源線１９が接続されている。各受光部１７，１８が検出した色成分毎の光強度は、例えば回路基板１５に設けられた変換回路によって電圧信号等に変換されて信号・電源線１９を介して外部に送信される。

ホルダ１３は、その上面に発光部１６を収容する発光部収容孔１３ａを備えている。またホルダ１３の底面には、プリズム収容部１３ｃが設けられている。発光部収容孔１３ａ及びプリズム収容部１３ｃは入射側通過孔１３ｂで連通されている。発光部１６から出射された検出光は、入射側通過孔１３ｂを介してプリズム収容部１３ｃへ導かれる。プリズム収容部１３ｃの内周面のうち入射側通過孔１３ｂの出口が設けられた底面には、第１プリズム２１が、入射側通過孔１３ｂの出口を閉塞する位置に固定されている。第１プリズム２１は、プリズム収容部１３ｃの底面に対し接着剤で固定されている。

またホルダ１３には、プリズム収容部１３ｃの底面からホルダ１３の上面に向かって直線状に延びる１対の出射側通過孔１３ｄ，１３ｅが貫通形成されている。第２プリズム２２は、各出射側通過孔１３ｄ，１３ｅの入口を閉塞する位置であって、第１プリズム２１に対して間隙２０が介した位置に接着剤等によって固定されている。各出射側通過孔１３ｄ，１３ｅの出口には、各受光部１７，１８が、出射側通過孔１３ｄ，１３ｅを通過した検出光を受光可能に設けられている。

図３に示すように、発光部収容孔１３ａ及び入射側通過孔１３ｂは、同じ中心軸を有している。入射側通過孔１３ｂ、出射側通過孔１３ｄ，１３ｅは、プリズム２１，２２が並べられた方向と同じ幅方向（図中ｘ方向）に沿って並んでいる。出射側通過孔１３ｄ，１３ｅは、第２プリズム２２の幅ｗにおける中心に対して左右対称に設けられている。

図４に示すように、プリズム収容部１３ｃの底面には、各プリズム２１，２２を支持及び位置決めするための１対の支持壁１３ｈ，１３ｉが設けられている。各支持壁１３ｈ、１３ｉは向かい合わせに配置され、各プリズム２１，２２を間隙２０を介在させた状態で挟持する。これらの支持壁１３ｈ，１３ｉの内側に各プリズム２１，２２を収容することで、各プリズム２１，２２を、入射側通過孔１３ｂ、及び出射側通過孔１３ｄ，１３ｅにそれぞれ対応する位置に固定することができる。

次に図５を参照して、第１プリズム２１及び第２プリズム２２について説明する。各プリズム２１，２２は、石英又はガラス等の透光性材料からなる。各プリズム２１，２２は、同じ形状に形成され、角度が最も大きい最大頂角２１ｇ、２２ｇが向かいあった状態で、プリズム収容部１３ｃの底面に配置されている。

第１プリズム２１は、発光部１６から出射される検出光ＩＬが入射する入射面２１ａと、入射面２１ａから入射した検出光ＩＬが反射される反射面２１ｂと、反射面２１ｂによって反射された検出光ＩＬが出射する出射面２１ｃとを有している。入射面２１ａ、反射面２１ｂ及び出射面２１ｃは平面状に形成され、入射面２１ａは、ホルダ１３のプリズム収容部１３ｃにおける底面に固定される。

図６に示すように、正面視において、入射面２１ａ及び反射面２１ｂで形成される頂角２１ｈの角度θ１は、４５°である。また入射面２１ａ及び出射面２１ｃで形成される最大頂角２２ｇの角度θ２は、９０°未満である。即ち出射面２１ｃは、入射面２１ａの法線方向（図中ｙ方向）に対し、傾斜角θ３を有している。

反射面２１ｂには、反射膜２１ｆが設けられている。反射膜２１ｆは、金属蒸着膜及び保護膜から構成される（いずれも図示略）。金属蒸着膜は、例えばアルミニウム等の薄膜であって、透光性材料の外側に成膜されている。保護膜は、例えばＳｉＯ_２薄膜、ＭｇＦ_２薄膜であって、金属蒸着膜の外側に設けられて金属蒸着膜を保護している。また入射面２１ａ及び出射面２１ｃは光学研磨され、油に直接接触する出射面２１ｃは、油の中の汚染物質等の付着を抑制するために撥油処理が施されている。反射膜２１ｆの厚さは実際には非常に薄く、例えば数百ｎｍ〜数μｍであるが、便宜上、図６では実際よりも厚い膜を図示している。

図５に示すように、第２プリズム２２は、間隙２０に満たされた油を透過した検出光ＩＬが入射する入射面２２ａと、入射面２２ａから入射した検出光ＩＬが反射される反射面２２ｂと、反射面２２ｂによって反射された検出光ＩＬが出射する出射面２２ｃを有している。第１プリズム２１と同様に、入射面２２ａ、反射面２２ｂ、及び出射面２２ｃは平面状に形成されている。出射面２２ｃは、ホルダ１３のプリズム収容部１３ｃにおける底面に固定される。入射面２２ａ及び出射面２２ｃは化学研磨され、油に直接接触する入射面２２ａは、油の中の汚染物質等の付着を抑制するために撥油処理が施されている。

図６に示すように、第２プリズム２２の反射面２２ｂには、反射膜２２ｆが形成されている。第２プリズム２２の出射面２２ｃ及び反射面２２ｂで形成される頂角の角度θ１、入射面２２ａ及び出射面２２ｃで形成される最大頂角の角度θ２、入射面２２ａの傾斜角θ３は、第１プリズム２１の角度θ１〜θ２及び傾斜角θ３と同じ値である。

第１プリズム２１の出射面２１ｃ及び第２プリズム２２の入射面２２ａを向かい合わせてホルダ１３に配設すると、出射面２１ｃ及び入射面２２ａは平行ではなく、プリズム収容部１３ｃの底面の法線方向（ｙ方向）に対して互いに異なる方向に傾斜する。その結果、第１プリズム２１及び第２プリズム２２の間に設けられる間隙２０の幅（ｘ方向の長さ）は、プリズム収容部１３ｃの底面から各プリズム２１，２２の先端に向かう深さ方向（ｙ方向）に増大する。

従って検出光ＩＬの間隙２０内の光路長は、第１プリズム２１の出射面２１ｃにおける出射位置に応じて異なる長さとなる。出射位置が最大頂角２１ｇに近づくにつれて光路長は短くなり、第１プリズム２１の先端側に近づくにつれて光路長は長くなる。尚、間隙２０における光路長は実際には数ｍｍ程度であり、図面の便宜上、プリズム２１，２２の大きさ及び間隙２０の比は実際と異なる場合もある。

傾斜角θ３は、間隙２０における最大の光路長Ｌａと、最小の光路長Ｌｂとの比（Ｌａ／Ｌｂ）が大きくとれるように設定されていることが好ましい。光路長Ｌａ，Ｌｂの比は、傾斜角θ３の他、間隙２０の最小の幅によっても変化する。例えば間隙２０の最小の幅、即ち各プリズム２１，２２の最大頂角２１ｇ，２２ｇの相対距離が０．５ｍｍで傾斜角θ３が２°である場合と、最大頂角２１ｇ，２２ｇの相対距離が１．０ｍｍで傾斜角θ３が２°である場合とでは、比（Ｌａ／Ｌｂ）は同一にならず、後者のほうが小さくなる。このため、傾斜角θ３は、各プリズム２１，２２の最大頂角２１ｇ，２２ｇが干渉しないこと、及び第１プリズム２１に入射した検出光ＩＬが反射面２１ｂによって反射されることを条件に、光路長Ｌａ，Ｌｂの比（Ｌａ／Ｌｂ）が大きくなるように設定される。

図７に示すように、第１プリズム２１に入射した検出光ＩＬが反射面２１ｂによって反射されない場合としては、検出光ＩＬの入射位置に対して最大頂角２１ｇ，２２ｇの相対距離が大きく、検出光ＩＬの一部が、反射面２１ｂを介さずに出射面２１ｃから出射されてしまう場合がある。

次に図８を参照して光学式センサシステムとしての劣化判定システムについて説明する。劣化判定システムは、上述した油劣化検出センサ１０と、特性演算部としての劣化判定装置３０とを備えている。劣化判定装置３０は、油劣化検出センサ１０から出力される検出信号である光強度を受信可能に接続される。劣化判定装置３０は、劣化判定が行われない場合に油劣化検出センサ１０との接続を解除可能である。

劣化判定装置３０は、制御部３１、判定データ記憶部３２、入力部３４及び出力部３５を備えている。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等から構成され、ＲＯＭ等に格納された油劣化判定プログラムに基づき、劣化判定処理を行う。入力部３４は、油劣化検出センサ１０に対してオン／オフ操作が可能な公知の装置であって、キーボード、マウス又は専用の操作スイッチ等から構成される。出力部３５は判定結果を出力する公知の装置であって、ディスプレイ等から構成される。

判定データ記憶部３２には、油の劣化を判定するための劣化判定マップ３３が格納されている。劣化判定マップ３３は、油の種類毎に、油を複数の要因により劣化させる試験等を通じて作製されている。

図９を参照して、劣化判定マップ３３について説明する。劣化判定マップ３３の縦軸は、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値の差分のうち最大となる色成分最大差を示す。色成分差は｜Ｒ−Ｇ｜、｜Ｇ−Ｂ｜、｜Ｒ−Ｂ｜で表される絶対値であって、これらの色成分差のうち最大となる値が色成分最大差Ｄとされる。Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値のうち最小値はＢ値であることが多く、最大値はＲ値であることが多いため、色成分最大差として｜Ｒ−Ｂ｜のみを演算してもよい。

劣化判定マップ３３の縦軸上の値は、判定対象の油がとりうる色成分最大差の最大値Ｄｍａｘを「１」とし、色成分最大差の最小値Ｄｍｉｎを「０」としたときの色成分最大差の相対値Ｙである。尚、色成分最大差の最小値及び最大値は、試験又は計算等によって求められている。

また劣化判定マップ３３の横軸は、油の明度Ｌである。明度Ｌは、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値を用いた下記の式（１）であらわされる。

横軸上の値Ｘは、判定対象の油がとりうる明度Ｌのうち、最大値Ｌｍａｘを「１」、明度Ｌの最小値Ｌｍｉｎを「０」としたときの明度Ｌの相対値である。尚、明度Ｌの最小値及び最大値は、試験又は計算等によって求められている。

劣化判定マップ３３は、色成分最大差及び明度のバランスに応じて油の劣化状態を示す複数の領域に分けられ、本実施形態では８つの領域に分けられている。これらの領域は、例えば判定対象の油を所定の使用条件で長時間使用することにより劣化させる試験、及び熱・酸化・不純物混入によって劣化させる試験を通じて設定されている。

第１の領域Ｚ１は、明度相対値Ｘが比較的高く、色成分最大差の相対値Ｙが比較的低い領域に設定されており、判定対象の油の劣化が無いと判定される領域である。第２の領域Ｚ２は、明度相対値Ｘが、第１の領域Ｚ１よりも低いものの全体的にみると比較的高い領域であって、油の劣化が低いと判定される領域である。第３の領域Ｚ３は、明度相対値Ｘが第２の領域Ｚ２よりも低く、色成分最大差の相対値Ｙが中程度〜高い領域であって、該領域は油の劣化が中程度と判定される領域である。第４の領域Ｚ４は、第１の領域Ｚ１〜第３の領域Ｚ３のうち最も明度相対値Ｘが低い領域であって、油の劣化が高いと判定される領域である。熱劣化、酸化劣化等がなく、通常の状態で油が使用された場合、油の色成分最大差及び明度は、第１の領域Ｚ１〜第４の領域Ｚ４を順番に辿る。

第５の領域Ｚ５及び第６の領域Ｚ６は、第１の領域Ｚ１に比べ色成分最大差の相対値Ｙが高い領域であって、酸化により油が劣化していると判定される領域である。第７の領域Ｚ７は、第５の領域Ｚ５よりも色成分最大差の相対値Ｙが高く、色成分最大差及び明度のバランスから酸化劣化の度合いが高いと判定される領域である。第８の領域Ｚ８は、明度相対値Ｘが比較的低く、色成分最大差の相対値Ｙが比較的低い領域であって、摩耗粉等の不純物が混入することによって劣化がみられると判定される領域である。これらの領域のうち油の交換が必要と判定される領域は適宜設定できるが、本実施形態では第４の領域Ｚ４、第７の領域Ｚ７及び第８の領域Ｚ８とする。

各領域Ｚ１〜Ｚ８の境界又は大きさは、判定対象の油に含まれる着色剤、ベースオイル等の化合物の種類、各化合物の組成等により変化する。
次に図１０を参照して、油劣化検出センサ１０の作用及び劣化判定装置３０の動作について説明する。

入力部３４が操作されること等によって油劣化検出センサ１０が起動されると、発光部１６が駆動して白色の検出光ＩＬを出射する。発光部１６の光軸は、第１プリズム２１の入射面２１ａに対し垂直であって、発光部１６から出射された検出光ＩＬは、光軸を中心とした周囲であって、幅方向（ｘ方向及び反ｘ方向）及び奥行き方向（紙面に対して垂直方向）に広がりを有する。

検出光ＩＬは、第１プリズム２１内で屈折されて反射面２１ｂに到達する。この検出光ＩＬのうち、光軸に対して最大の広がり角φ１０を有し、入射面２１ａ及び反射面２１ｂで形成される頂角２１ｈ寄りに入射する光線は、反射面２１ｂに対する入射角度が最も小さい最小入射角度φ１で入射する。この光線は、最小入射角度φ１と同じ反射角度の方向に反射され、出射面２１ｃから出射し、間隙２０を通過して、第２プリズム２２の入射面２２ａに入射する。さらにその光線は、第２プリズム２２の反射面２２ｂによって反射され、出射面２２ｃから出射して第２受光部１８に受光される。

検出光ＩＬのうち、光軸に対して最大の広がり角φ１０を有し、第１プリズム２１の最大頂角２１ｇ寄りに入射する光線は、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対し最大入射角度φ２で入射する。この光線は、最大入射角度φ２と同じ反射角度の方向に反射され、出射面２１ｃから出射し、間隙２０を通過して、第２プリズム２２の入射面２２ａに入射する。さらにその光線は、第２プリズム２２の反射面２２ｂによって反射され、出射面２２ｃから出射して第１受光部１７に受光される。

また検出光ＩＬのうち、光軸に対する広がり角が「φ１０」未満の光束の多くは、第１プリズム２１、間隙２０、及び第２プリズム２２を介して、第１受光部１７又は第２受光部１８に受光される。即ち第１受光部１７は、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角度が比較的大きい光束を受光し、第２受光部１８は反射面２１ｂに対する入射角度が比較的小さい光束を受光する。このように、検出光ＩＬは、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角が増大するにつれて、第２プリズム２２の出射面２２ｃからの出射位置が、第２プリズム２２の最大頂角２２ｇから頂角２２ｈ側にシフトする。

また検出光ＩＬがとりうる間隙２０内の光路長は、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角が増大するに伴い長くなる。即ち間隙２０内の光路長は、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対して最小入射角度φ１で入射する光線の光路長Ｌｂ以上、反射面２１ｂに対して最大入射角度φ２で入射する光の光路長Ｌａ以下である（Ｌｂ＜Ｌａ）。間隙２０内の光路長が比較的大きい光束は、第１受光部１７によって受光され、間隙２０内の光路長が比較的小さい光束は、第２受光部１８によって受光される。

第１受光部１７によって受光された検出光ＩＬの光強度Ｉａは、Lambert‐Beerの法則により下記の式（２）で表される。尚、第１受光部１７によって受光される光束は、間隙２０内の光路長が比較的大きい光束であるものの一定ではないため、便宜的に、式（２）では間隙２０内の光路長が最大となる光線の強度を表している。Ｉ_０は新しい油を透過したときのバックグラウンドの光強度、Ｂはプリズム２１，２２に付着した汚れ等に起因する減衰係数、Ｃは発光部１６の温度特性に基づく変化係数、ｋは実験的に決定される定数である。またαは、油の色を示す吸光係数、Ｌａは、間隙２０内の検出光の光路長であって、検出光ＩＬがとりうる光路長のうち最大の長さである。

減衰係数Ｂは正の値であって、プリズム２１，２２へ付着した汚れの堆積量が大きい場合等には減衰係数Ｂの値は小さくなり、光強度Ｉａも小さくなる。また係数Ｃも正の値であって、発光部１６は温度が上昇すると発光強度が低下するため、温度が高い場合には係数Ｃは小さくなり、検出値である光強度Ｉａも小さくなる。

第２受光部１８によって受光される光は、式（２）と同じように、下記の式（３）で表される。Ｉｂは光強度、バックグラウンドの光強度Ｉ_０、減衰係数Ｂ、係数Ｃ、定数ｋは式（３）と同じ値である。尚、第２受光部１８によって受光される光束は、間隙２０内の光路長が比較的小さい光束であるものの一定ではないため、便宜的に、式（３）では間隙２０内の光路長が最小となる光線の強度を表している。

制御部３１は、第１受光部１７及び第２受光部１８から光強度Ｉａ，Ｉｂを検出信号として受信する。さらに制御部３１は、光強度Ｉａ及び光強度Ｉｂの比をとり、さらに自然対数化して、式（４）に示すように、吸光係数αを算出する。

光強度Ｉａ及び光強度Ｉｂの比をとることで、吸光係数αは、バックグラウンドの光強度Ｉ_０、減衰係数Ｂ、係数Ｃ、及び定数ｋが消去され、油の吸光度（光透過率）を示す。従って制御部３１は、光強度Ｉａ，Ｉｂの比を算出し、自然対数化する演算処理を行うのみで、実際に係数Ｂ，Ｃ、及び定数ｋを算出することはない。このように算出された吸光係数αは、各係数Ｂ，Ｃ及び定数ｋが消去された値であるため、プリズム２１，２２に付着した汚れ、光源の温度特性や、劣化の影響を受けていない。この吸光係数αをＲＧＢ毎に求めることで、赤色（Ｒ）の吸光係数α_Ｒ、緑色（Ｇ）の吸光係数α_Ｇ、青色（Ｂ）の吸光係数α_Ｂが得られる。これらの吸光係数α_Ｒ，α_Ｇ，α_Ｂは、上述したＲ値、Ｇ値、Ｂ値として扱われる。

ＲＧＢ値を算出すると、制御部３１は、判定データ記憶部３２から劣化判定マップ３３を抽出し、劣化判定マップ３３を用いて劣化判定を行う。制御部３１は、Ｒ値、Ｇ値及びＢ値の各々の差を算出し、そのなかから最大値となる色成分最大差Ｄを選択する。さらに制御部３１は、色成分最大差Ｄに基づきＹ軸上の相対値Ｙを算出する。また制御部３１は、Ｒ値、Ｇ値及びＢ値から明度Ｌを演算し、Ｘ軸上の明度相対値Ｘを算出する。そして制御部３１は、劣化判定マップ３３の各領域のうち、算出した色成分最大差の相対値Ｙ及び明度相対値Ｘで特定される座標点が含まれる領域を判定する。

さらに制御部３１は、色成分最大差の相対値Ｙ及び明度相対値Ｘで特定される座標点が含まれる領域に基づいて、判定結果を出力する。例えば算出した相対値Ｙ及び明度相対値Ｘの座標点が第１の領域Ｚ１に含まれる場合には、劣化なし等の判定結果を出力する。また例えば算出した相対値Ｙ及び明度相対値Ｘの座標点が、第２の領域Ｚ２〜第３の領域Ｚ３の領域に含まれる場合には各領域に応じた劣化の度合いを出力し、第４の領域Ｚ４に含まれる場合には、劣化が大きい等の判定結果を出力する。また算出した相対値Ｙ及び明度相対値Ｘの座標点が第５の領域Ｚ５又は第６の領域Ｚ６に含まれる場合には、酸化が進んでいる等の判定結果を出力する。さらに算出した相対値Ｙ及び明度相対値Ｘの座標点が第７の領域Ｚ７に含まれる場合には、酸化による劣化が大きい等の判定結果を出力する。また算出した相対値Ｙ及び明度相対値Ｘの座標点が第８の領域Ｚ８に含まれる場合には、不純物の混入による劣化等の判定結果を出力する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）油劣化検出センサ１０は、第１プリズム２１の出射面２１ｃ及び第２プリズム２２の入射面２２ａによって形成される間隙２０を有している。出射面２１ｃ及び入射面２２ａは平行ではなく、ホルダ１３に支持された状態で互いに異なる方向に傾斜しているため、間隙２０内の幅が深さ方向に異なっている。このため油劣化検出センサ１０を間隙２０に油を浸入させた状態にするだけで、各受光部１７，１８において、同じ油内を透過し、且つ油内の光路長がそれぞれ異なる光束を受光することができる。そして指数関数で表される各光束の光強度Ｉａ，Ｉｂの比をとることにより、プリズム２１，２２等に付着した汚れに起因する減衰係数Ｂ、発光部１６の温度特性に基づく変化係数Ｃ等といった変動要因係数を消去することができる。このため、変動要因が検出値に及ぼす影響を低減することができる。また第１プリズム２１に入射する際の入射角によって間隙２０内の光路長が変わるため、間隙２０内の光路長を変化させるための駆動機構が不要である。またダブルビーム式のセンサのように、油を浸入させる間隙２０を２つ設けたり、光源を２つ設けるか又はビームスプリッタ等の光学系を設ける必要もなく、センサの構成の複雑化を抑制し、コンパクトにすることができる。さらにプリズム２１，２２はホルダ１３に固定されているため、駆動機構の動作の精度、駆動機構の機械要素の劣化に基づく変化等がなく、間隙２０の容量や形状は変化がない。このため検出される光強度Ｉａ，Ｉｂの精度を高く保つことができる。

（２）検出光の光路を変える光学素子は、プリズム２１，２２からなるため、間隙２０内の光路長を変えるための駆動機構や、特殊な形状又は機能を有する光学素子が不要である。また間隙２０を区画する出射面２１ｃ及び入射面２２ａは平面であるため、汚染物質や粘度が増大した油の堆積を抑制することができる。さらに間隙２０は、ホルダ１３側からプリズム先端に向かうにつれ、幅が連続的に大きくなるため、プリズム先端側から間隙２０内に油を取り込みやすくなるとともに、間隙内に固形物や粘度が大きい油等が残留するのを防ぐことができる。

（３）各受光部１７，１８は、第２プリズム２２側であって、第１プリズム２１及び第２プリズム２２が並ぶ方向に沿って配置される。検出光ＩＬは、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角に応じて、第２プリズム２２の出射面２２ｃから出射する位置が相違する。第１プリズム２１の入射面２１ａから反射面２１ｂに至る光路が長い光束は、該入射角が大きく、出射面２２ｃのうち第１プリズム２１に近い位置から出射される。入射面２１ａから反射面２１ｂに至る光路が短い光束は、該入射角が小さく、出射面２２ｃのうち第２プリズム２２の頂角２２ｈ寄りの位置から出射される。このため第１受光部１７は、第２受光部１８に比べ、反射面２１ｂに対する入射角が大きく間隙２０内の光路長が長い光束を受光し、第２受光部１８は、反射面２１ｂに対する入射角が小さく間隙２０の光路長が短い光束を受光する。このため第１受光部１７及び第２受光部１８は、同じ油内を通過し、且つ油内の光路長がそれぞれ異なる光束を受光することができる。

（４）第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角度が最大となる光線は第１受光部１７に受光され、第１プリズム２１の反射面２１ｂに対する入射角が最小となる光線は第２受光部１８に受光される。このため、反射面２１ｂに対する入射角が最大値及び最小値の間である検出光ＩＬの多くは、第１受光部１７又は第２受光部１８に受光される。このため油劣化検出センサ１０の受光効率を高めることができる。

（５）劣化判定装置３０は、各受光部１７，１８から受光し、指数関数で表される光強度Ｉａ，Ｉｂの比をとり、且つ自然対数化して、吸光係数α_Ｒ、α_Ｇ、α_Ｂを算出する。このため、指数関数に含まれる係数である減衰係数Ｂ、発光部１６の温度特性に基づく変化係数Ｃを消去することができる。またこれらの吸光係数α_Ｒ、α_Ｇ、α_ＢをＲＧＢ値とし、ＲＧＢ値及び劣化判定マップ３３を用いて油の劣化判定を行う。劣化判定マップ３３は、色成分最大差及び明度の組み合わせに応じて油の劣化状態を分けているため、該マップを用いた判定結果に基づけば、油の劣化状態を、劣化状態別に的確に判断できる。

尚、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・図１１に示すように、第１プリズム２１を、正面視において直角二等辺三角形の形状をなすプリズム、第２プリズム２２を、最大の頂角が９０°未満のプリズムから構成してもよい。このとき第１プリズム２１の入射面２１ａ及び反射面２１ｂで形成される頂角の角度θ５は４５°、入射面２１ａ及び出射面２１ｃで形成される頂角の角度θ６は９０°である。また第２プリズム２２の入射面２２ａ及び出射面２２ｃで形成される頂角の角度θ７は、８６°（傾斜角θ１０＝４°）である。この場合でも、間隙２０内の光路長は、プリズム先端に向かうにつれて大きくなる。このように第１プリズム２１の出射面２１ｃ及び第２プリズム２２の入射面２２ａのうち少なくとも一方を傾斜させればよい。

・図１２に示すように、第１プリズム２１の出射面２１ｃ、及び第２プリズム２２の入射面２２ａを、段差面にしてもよい。出射面２１ｃは、プリズム先端側を切り欠いた形状をなし、出射面２１ｃ側からみて、第１の面２１ｄと、この第１の面２１ｄよりも低い第２の面２１ｅとを有する。第１の面２１ｄ及び第２の面２１ｅはそれぞれ平面状に形成されている。また、入射面２２ａも同様に、第１の面２２ｄ及び第２の面２２ｅを有する。第１プリズム２１及び第２プリズム２２を、出射面２１ｃ及び入射面２２ａを向かい合わせた状態で配置すると、間隙２０は、２つの異なる幅を有し、光路長としては、２つの光路長Ｌｃ，Ｌｄとなる（Ｌｄ＜Ｌｃ）。第１プリズム２１の入射面２１ａに対する入射角に応じて、検出光ＩＬを構成する光線の油内の光路長は、２つの光路長Ｌｃ，Ｌｄのいずれかとなる。また第１受光部１７を、光路長Ｌｃの光路をとった光束を受光可能な位置に配置し、第２受光部１８を、光路長Ｌｄの光路をとった光束を受光可能な位置に配置すればよい。また、上記段差面を、第１プリズム２１の出射面２１ｃ及び第２プリズム２２の入射面２２ａのどちらか一方に設けてもよい。

・図１３に示すように、第１プリズム２１及び第２プリズム２２は、出射面２１ｃ及び入射面２２ａが、ホルダ１３からプリズム先端に向かうにつれ、間隙２０の幅が縮小する方向に傾斜していてもよい。この場合各プリズム２１，２２の最大頂角の角度θ１１は、９０°よりも大きい。

・図１４に示すように、受光部は３つ以上であってもよい。３つの受光部４１〜４３が設けられる場合には、第２プリズム２２によって閉塞される３つの出射側通過孔４４をホルダ１３に貫通形成し、第２プリズム２２から出射される検出光を、各受光部４１〜４３まで導く。各受光部４１〜４３は、プリズム２１，２２が並ぶ方向に沿って配置される。各受光部４１〜４３によって受光される光束は、間隙２０内の光路長がそれぞれ異なるため、各受光部４１〜４３が検出した光強度のうち、２つを用いて比をとることで、減衰係数Ｂ等を消去することができる。このとき検出された各光強度Ｉａ〜Ｉｃのうち、２つからなる３つの組み合わせ（例えば、Ｉａ及びＩｂ、Ｉａ及びＩｃ、Ｉｂ及びＩｃ）から吸光係数αをそれぞれ求め、各吸光係数αに基づき、ＲＧＢ値を決定してもよい。例えば組み合わせによって得られた３つの吸光係数αのうち、他の２つから乖離する吸光係数αがある場合には、その吸光係数αを削除し、残りの吸光係数αの中央値や平均値をＲＧＢ値としてもよいし、３つの吸光係数αの中央値又は平均値をＲＧＢ値としてもよい。

・図１５に示すように、油劣化検出センサ１０は、プリズム２１，２２によって光路を曲げる構成を備えるセンサでなくてもよい。例えば、油劣化検出センサ１０は、ハウジング６０内に収容された発光部１６と、発光部１６の光出射口に設けられた検出窓６２とを備える。検出窓６２は正面視において台形の形状をなす。また油劣化検出センサ１０は、ハウジング６１内に収容された1対の受光部１７，１８と、受光部１７，１８の光入射口に設けられた検出窓６３とを備える。検出窓６３は、検出窓６２と同じ形状である。検出窓６２，６３の間には、油５５を浸入させるための間隙が設けられる。各検出窓６２，６３は石英等の透光性材料から構成される。検出窓６２の出射面、及び検出窓６３の入射面は、平行ではなく、互いに異なる方向に傾斜しているので、間隙の幅は、その深さ方向に連続的に異なる。受光部１７，１８は、間隙の深さ方向に沿って並び、間隙内の光路長が異なる光束を受光する。各受光部１７，１８が検出した光強度の比をとり、自然対数化することで吸光係数αが求められる。この場合でも、油内の光路長を変えるための駆動部が不要である。尚、検出窓６２，６３は、特許請求の範囲の第１光学素子及び第２光学素子に対応する。

・発光部１６は、白色ＬＥＤ以外の発光素子であってもよい。例えば、ハロゲンランプ、蛍光ランプ、白熱電球等、ハウジング１１に収容される大きさであって、光量が確保できれば、ＬＥＤ以外の光源であってもよく、白色以外の検出光を出射する光源であってもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２の光学素子をプリズムから構成したが、ミラー等の他の光学素子によって構成してもよい。
・上記実施形態では、受光部１７，１８として３色を識別可能なＲＧＢセンサを設けたが、発光部として赤色光源、緑色光源、青色光源を備え、色検出部として各色に対応する単色検出センサを３つ設けてもよい。

・上記実施形態では、受光部１７，１８としてＲ値、Ｇ値、及びＢ値を識別可能なＲＧＢセンサを設けたが、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系のＬ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値、Ｌ^＊Ｃ^＊ｈ^＊表色系のＬ^＊値、Ｃ^＊値、ｈ^＊値、Ｙｘｙ表色系のＹ値、ｘｙ値等、他の表色系の値を検出してもよい。この場合でも、例えばＲＧＢ空間の各値を、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の各値に換算したマップを判定データ記憶部３２に格納すればよい。

・上記各実施形態では、油劣化検出センサ１０を、光強度を外部に出力する構成としたが、回路基板１５に、光強度Ｉａ，Ｉｂから吸光係数αを算出する演算回路、色成分最大差及び明度を演算する演算回路を備える構成としてもよい。

・上記実施形態では、劣化判定装置３０は、色成分最大差及び明度に応じて劣化状態を分けた劣化判定マップ３３を用いて判定を行ったが、これ以外の方法で劣化判定を行うようにしてもよい。例えば、油劣化検出センサ１０が検出する色成分毎の光強度に基づき、色の属性値（色相、明度、彩度）を演算し、属性値と、劣化状態に対して予め設定された閾値とを順次比較することにより劣化判定を行うようにしてもよい。

・支持部に相当するハウジング１１、カバー１２、及びホルダ１３の形状は、上述した形状に限定されない。例えばハウジング１１とホルダ１３を一体化してもよい。またプリズム２１，２２は、それらの全周面が露出された状態でハウジング１１又はホルダ１３に固定してもよい。

・上記実施形態では、油劣化検出センサを、機械５０に装着するタイプのセンサとして例示したが、機械５０に装着されず、作業者によって、油にプリズム２１，２２を浸すタイプのセンサに具体化してもよい。

・油劣化検出センサが装着される「機械」は、限定されない。例えば、「機械」は、車両のエンジン、変速機、差動装置、ターボチャージャ、船舶等のエンジンでもよい。また「機械」は、鉄道車両等の圧縮空気を生成する空気圧縮装置、建築機械用走行モータ等の各種モータ、建築機械用バルブ等の各種バルブ、航空機の飛行姿勢を制御するフライトコントロールアクチュエータ、風車、真空ポンプ等の各種ポンプ、産業ロボット等に用いられる減速機であってもよい。そして「油」をそれらの機械の潤滑剤としての油としてもよい。また、「機械」を工作機械とし、「油」を該工作機械の切削油としてもよい。

・油劣化検出センサの検出対象となる「油」は、機械に使用される潤滑剤としての油に限られない。食用の油、燃料としての油、洗浄油、防錆油、原料油、絶縁油等、その他の用途の油の劣化状態を検出してもよい。

・上記実施形態では、光学式センサ及び光学式センサシステムを油の劣化判定に用いたが、油以外の液体を対象とし、劣化度以外の光吸収特性を検出するために用いてもよい。ここでいう「液体」は、上述した間隙２０に流入可能な媒体であればよく、高粘度の液状体や、コロイド等もふくむ。光学式センサが適応可能な「液体」としては、例えばジュース、ビール、しょうゆ、飲料水等の液状食品、川や海の環境水、川や海へ排出される廃液、化粧品、化学薬品、インク等の液状の化学物質、メッキに使用する水溶性金属化合物浴等が挙げられる。

・上記実施形態では、光学式センサは、液体の光吸収特性に属する値を計測するセンサであればよく、吸光係数以外を検出するセンサであってもよい。例えば吸光度(光透過率)を測定するセンサでもよい。また光学式センサは、分光器を備え、吸収スペクトルを測定するセンサであってもよい。検出する属性値に応じて、センサシステムに格納されるプログラムを変更すればよい。

１０…油劣化検出センサ、１１…支持部としてのハウジング、１３…支持部としてのホルダ、１６…発光部、１７，１８，４１〜４３…受光部、２０…間隙、２１…第１光学素子としての第１プリズム、２２…第２光学素子としての第２プリズム、２１ａ，２２ａ…入射面、２１ｂ、２２ｂ…反射面、２１ｃ，２２ｃ…出射面、３０…光学式センサシステム及び特性演算部としての油劣化判定装置、３１…劣化判定部としての制御部、５５…油、６２…第１光学素子としての検出窓、６３…第２光学素子としての検出窓、ＩＬ…検出光。

Claims

液体の光吸収特性を検出する光学式センサにおいて、
検出光を出射する単一の発光部と、
各々が前記検出光の色成分毎の光強度を検出する複数の受光部と、
光透過性を有し、前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を出射する出射面を有する前記複数の受光部に共通する単一の第１光学素子と、
光透過性を有し、前記第１光学素子から出射した前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を前記受光部に向かって出射する出射面を有する前記複数の受光部に共通する単一の第２光学素子と、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子を支持する支持部と、
前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の間に設けられ前記液体が浸入可能な間隙とを備え、
前記第１光学素子の出射面から前記第２光学素子の入射面までの前記間隙内の光路長は、該出射面の位置に応じて異なり、
前記各受光部は、前記間隙内の光路長が他の前記受光部とは異なる光束であって各色成分を含む光束を受光可能な位置に配置され、
前記第１光学素子は、前記入射面、前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第１プリズムからなり、
前記第２光学素子は、前記入射面、該入射面に対する前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第２プリズムからなり、
前記支持部は、前記第２プリズムの前記出射面と対向する位置に開口した複数の通過孔を備え、前記各通過孔は、該通過孔と対向する前記第２プリズムの前記出射面の前記通過孔ごとの位置から出射される光を前記各通過孔に１つずつの前記受光部に通過させる
光学式センサ。
前記検出光の色成分毎の光強度を検出する第１受光部及び第２受光部は、前記第２プリズム側であって、前記第１プリズム及び前記第２プリズムが並ぶ方向に沿って配置され、
前記第２受光部は、該第１プリズムの反射面に対する入射角が小さく、前記間隙内の光路長が短い光束を受光し、第１受光部は、前記第１プリズムの反射面に対する入射角が大きく、前記間隙内の光路長が長い光束を受光する請求項１に記載の光学式センサ。
前記発光部の光軸は、前記第１プリズムの入射面に対して垂直であって、
第１受光部は、前記検出光のうち、前記第１プリズムの反射面に対する入射角度が最大である光線を受光し、
第２受光部は、前記検出光のうち、前記第１プリズムの反射面に対する入射角が最小である光線を受光する請求項１又は２に記載の光学式センサ。
光学式センサ及び特性演算部を備え、測定対象の液体の光吸収特性を検出する光学式センサシステムにおいて、
前記光学式センサは、
検出光を出射する単一の発光部と、
各々が前記検出光の色成分毎の光強度を検出する複数の受光部と、
光透過性を有し、前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を出射する出射面を有する前記複数の受光部に共通する単一の第１光学素子と、
光透過性を有し、前記第１光学素子から出射した前記検出光が入射する入射面、及び前記検出光を前記受光部に向かって出射する出射面を有する前記複数の受光部に共通する単一の第２光学素子と、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子を支持する支持部と、
前記第１光学素子の出射面及び前記第２光学素子の入射面の間に設けられ前記液体が浸入可能な間隙とを備え、
前記第１光学素子の出射面から前記第２光学素子の入射面までの前記間隙内の光路長は、該出射面の位置に応じて異なり、
前記各受光部は、前記間隙内の光路長が他の前記受光部とは異なる光束であって各色成分を含む光束を受光可能な位置に配置され、
前記第１光学素子は、前記入射面、前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第１プリズムからなり、
前記第２光学素子は、前記入射面、該入射面に対する前記検出光の入射方向に対して傾斜し前記検出光を反射する反射面、及び前記出射面を有する第２プリズムからなり、
前記支持部は、前記第２プリズムの前記出射面と対向する位置に開口した複数の通過孔を備え、前記各通過孔は、該通過孔と対向する前記第２プリズムの前記出射面の前記通過孔ごとの位置から出射される光を前記各通過孔に１つずつの前記受光部に通過させ、
前記特性演算部は、
前記各光学素子により検出された色成分毎の光強度の比を算出し、光強度の比を前記色成分毎の属性値とするとともに、前記属性値に基づいて前記液体の光吸収特性を計測する光学式センサシステム。