JPH08330621A - 光学センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少なくとも光を受光する第１の受光手段、及
び第１の受光手段とは周波数特性が同一若しくはきわめ
て近似した光を受光する第２の受光手段とを有する２つ
の受光手段を備えた光学センサであって、第１の受光手
段あるいは第２の受光手段のいずれか一方の受光する光
を通過させる光学フィルターと、前記第１の受光手段の
検出出力を増幅しその増幅度を可変調整する第１の増幅
度調整手段を有して増幅度を可変調整することができる
第１の増幅手段と、前記第２の受光手段の検出出力を増
幅しその増幅度を可変調整する第２の増幅度調整手段を
有して増幅度を可変調整することができる第２の増幅手
段と、前記第１の増幅手段及び前記第２の増幅手段の出
力を入力して減算処理する減算手段とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学センサに関するも
のであり、特にセンサ特性を容易に設定できる光学セン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特定の波長の光を検出する方法と
しては、例えば図５に示すような特性を有するホトトラ
ンジスタ等の光学センサを使用して行っていた。そし
て、検出したい波長の光に対応するセンサ特性を備える
光学素子を用いるようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ものでは、検出したい波長の光に対してそれに直接対応
する周波数特性を有しているセンサが無い場合には、適
切な検出ができないという問題を有していた。センサ特
性は光学素子の特性で決まるため、検出したい波長の光
に対してそれに直接対応する素子が無いような場合も、
よくあるのが実情であり、このような場合には充分な精
度のよい検出が出来ないという問題を有していた。とこ
ろで、通過する光の中から特定の波長のものを除去する
光学フィルターの場合には、その種類も多く種々ものが
あり、また特定の波長を除去する光学フィルターを作る
ことはさほど困難ではなく、所望の特性の光学フィルタ
ーを得ることは容易であるという実情がある。

【０００４】そこで、本発明は取得の容易な光学フィル
ターをセンサ特性として得ることができ、所望の周波数
特性を設定できる光学センサの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、少なくとも光を受光する第
１の受光手段、及び第１の受光手段とは周波数特性が同
一若しくはきわめて近似した光を受光する第２の受光手
段とを有する２つの受光手段を備えた光学センサであっ
て、第１の受光手段あるいは第２の受光手段のいずれか
一方の受光する光を通過させる光学フィルターと、前記
第１の受光手段の検出出力と、前記第２の受光手段の検
出出力と入力して減算処理する減算手段と、から構成さ
れることを特徴とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、少なくとも光を受
光する第１の受光手段、及び第１の受光手段とは周波数
特性が同一若しくはきわめて近似した光を受光する第２
の受光手段とを有する２つ以上の受光手段を備えた光学
センサであって、第１の受光手段あるいは第２の受光手
段のいずれか一方の受光する光を通過させる光学フィル
ターと、前記第１の受光手段の検出出力を増幅しその増
幅度を可変調整する第１の増幅度調整手段を有して増幅
度を可変調整することができる第１の増幅手段と、前記
第２の受光手段の検出出力を増幅しその増幅度を可変調
整する第２の増幅度調整手段を有して増幅度を可変調整
することができる第２の増幅手段と、前記第１の増幅手
段及び前記第２の増幅手段の出力を入力して減算処理す
る減算手段と、から構成されることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、光を受光するために第１の受
光手段、及び第２の受光手段を設け、第１の受光手段の
受光する波長に対するセンサ特性と第２の受光手段の受
光する波長に対するセンサ特性とは同一若しくはきわめ
て近似したものを用いる。この第１の受光手段あるいは
第２の受光手段のいずれか一方には所望の波長に対応す
る光学フィルターが設けられている。そして、この第１
の受光手段の出力と第２の受光手段の出力とを減算手段
により減算処理する。

【０００８】また、減算手段との間に、第１の受光手段
に対して第１の増幅手段を設け、第２の受光手段に対し
て第２の増幅手段を設けている。そして、第１の増幅手
段に設けられた例えば可変抵抗器からなる帰還抵抗であ
る第１の増幅度調整手段、及び第２の増幅手段に設けら
れた例えば可変抵抗器からなる帰還抵抗である第２の増
幅度調整手段を手動調整する事により光学センサのセン
サ特性を調整する。

【０００９】また、減算手段の出力に対してもそれを増
幅する第３の増幅手段も設け、最終的なセンサ特性全体
としてのセンサ感度を周波数特性に対して調整すること
もできる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好ましいの実施例を図面を参
照して説明する。図１が本発明の実施例の具体例を示す
構成図である。

【００１１】まず、本発明の構成について説明する。図
１に示すように、光を受光するために第１の受光手段１
と第２の受光手段２が設けられており、第１の受光手段
１の出力は第１の増幅手段３に入力されており、第２の
受光手段２の出力は第２の増幅手段４に入力されてい
る。ここで、第１の受光手段１には所望の波長の光を除
去する光学フィルター５が設けられている。そして、第
１の増幅手段３の出力及び第２の増幅手段４の出力は減
算手段６に入力されており、この減算手段６は、減算増
幅回路であり増幅機能を有しており、この減算手段６の
出力が最終的に光学センサの検出出力として出力され
る。

【００１２】第１の増幅手段３の増幅度、第２の増幅手
段４及び減算手段６の増幅度は周辺回路によって調整設
定され、光学フィルターのない状態では第１の受光手段
１と第２の受光手段２との波長特性はほぼ等しく調整設
定されることになる。

【００１３】図２及び図３は、光学フィルターを有する
第１の受光手段１、第２の受光手段２、及び光学センサ
全体としてのセンサ特性を示したものである。フィルタ
ー使用の第１のホトトランジスタの特性が第１の受光手
段１の受光する光の波長に対するセンサ特性であり、第
２のホトトランジスタの特性が第２の受光手段２の受光
する光の波長に対するセンサ特性である。第１の受光手
段において光学フィルターにより除去された分が減算手
段により減算された結果、抽出されることになる。その
様子を示したのが図３である。

【００１４】次に、図１の本発明の光学センサを具体的
回路を詳細に説明する。図１に示すように、第１の受光
手段１と第２の受光手段２はホトトランジスタ１、ホト
トランジスタ２で構成されており、これらのホトトラン
ジスタ１、２のコレクタ側は電源電圧Ｖｃｃに接続さ
れ、ホトトランジスタのエミッタ側は各々抵抗Ｒ１，Ｒ
２を通してグランドＧＮＤに接続されている。

【００１５】第１の受光手段１であるホトトランジスタ
１の出力は第１の増幅手段３であるオペアンプ３の非反
転入力端子に入力されており、オペアンプ３の出力は抵
抗Ｒ３側を通して反転入力端子にフィードバックされる
とともに、反転入力端子は抵抗Ｒ４を通してグランドＧ
ＮＤに接続されている。

【００１６】第２の受光手段２であるホトトランジスタ
２の出力は第２の増幅手段４であるオペアンプ４の非反
転入力端子に入力されており、オペアンプ４の出力は抵
抗Ｒ５側を通して反転入力端子にフィードバックされる
とともに、反転入力端子は抵抗６を通してグランドＧＮ
Ｄに接続されている。

【００１７】そして、オペアンプ３の出力は抵抗７を通
して第３の増幅手段であるオペアンプ６の反転入力端子
に入力されていると共に、オペアンプ４の出力も抵抗Ｒ
９を通して第３の増幅手段であるオペアンプ６の非反転
入力端子に入力されている。オペアンプ６の出力は抵抗
Ｒ８側を通して反転入力端子にフィードバックされてい
ると共に、非反転入力端子は抵抗Ｒ１０を通してグラン
ドＧＮＤに接続されている。このオペアンプ６の出力が
光学センサの最終的な出力である。

【００１８】なお、上記実施例において第１の増幅手段
３、第２の増幅手段４及び減算手段６の周辺回路は固定
抵抗を用いているが、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ８
を可変抵抗として、第１の増幅手段３の増幅度、第２の
増幅手段４の増幅度及び減算手段６の減算増幅度を調整
可能とするようにすることもできる。また、抵抗Ｒ３、
抵抗Ｒ５に代えてＲ４、Ｒ６を可変抵抗としてもよい。

【００１９】次に、本発明の光学センサの具体的適用例
を説明する。まず一例としてエアコン等の室内空調器具
がより快適な空調を行うために、体感温度に近い壁等の
輻射熱を検出する場合について説明する。

【００２０】第１の受光手段１及び第２の受光手段２に
より検出した光信号を増幅し、さらに減算手段６で、そ
れらの差動増幅する。その際任意の光源に於いて、Ｒ３
〜Ｒ１０を調整することにより差動増幅器の出力Ｖｏｕ
ｔをゼロにする。そのように設定された検出回路に対し
て、室内光及び輻射を照射すると、可視光はＳ２（λ）
−Ｓ１（λ）によつて無視される。ここに、Ｓ１（λ）
は第１の受光素子の検出出力であり、Ｓ２（λ）は第２
の受光素子の検出出力である。そして、光学フィルター
を備え付け、この光学フィルター５は除去する波長が８
５０〜１２００ｎｍ付近のものを使用するようにする
と、波長が８５０〜１２００ｎｍ付近の赤外光を検出す
ることになる。従って、壁等の輻射熱が高い場合、出力
電圧Ｖ０は高く、輻射熱が低い場合は出力電圧Ｖ０は低
くなる。

【００２１】壁等の輻射熱が高い場合、出力電圧Ｖ０は
高く輻射熱が低い場合は出力電圧Ｖ０は低くなる。これ
により、室内の壁等の温度をより正確に検出することが
できる。

【００２２】次に、給湯器等の燃焼機器の炎の状態を検
出する場合について説明する。第１の受光手段１のフォ
トトランジスタの分光感度を波長λの関数でＰＴ１
（λ）と表し、同様にして第２の受光手段２のフォトト
ランジスタの分光感度を波長λの関数でＰＴ２（λ）と
表す。図１のＡ点及びＢ点の出力は数（１）及び数
（２）のように表せる。

【００２３】数（１） ここで、ＫＡは定数、φ（λ）は図４に示すような炎の
発光強度である。

【００２４】数（２） ここで、ＫＢは定数である。

【００２５】そこで、Ｒ３〜Ｒ１０を適当な値にするこ
とにより、演算増幅回路の出力電圧Ｖ０は、数（３）で
表せる。 数（３） ここで、Ｋは定数である。

【００２６】従って、炎の有無は、φ（λ）の値に、
又、炎の波長はＰＴ２（λ）−ＰＴ１（λ）によって分
別することができ、特定波長域の炎光の検出をすること
が可能になる。

【００２７】検出したい炎の波長に対応して、その波長
を除去するフィルターを用いるのみで炎の状態をより正
確に判別することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、検出し
たい波長の光に対してそれに直接対応する周波数特性を
有しているセンサが無い場合でも、光学フィルターを用
いて、センサ全体として検出したい波長の光に対してそ
れに直接対応する周波数特性を持つ光学センサを得るこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明するためのブロック構成図
である。

【図２】センサ特性を説明するための説明図である。

【図３】光学センサ全体のセンサ特性を説明するための
説明図である。

【図４】炎の発光強度を説明する説明図である。

【図５】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１ 第１の受光手段 ２ 第２の受光手段 ３ 第１の増幅手段 ４ 第２の増幅手段 ５ 光学フィルター ６ 減算手段

【数１】

【数２】

【数３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも光を受光する第１の受光手
   段、及び第１の受光手段とは周波数特性が同一若しくは
   きわめて近似した光を受光する第２の受光手段とを有す
   る２つの受光手段を備えた光学センサであって、 第１の受光手段あるいは第２の受光手段のいずれか一方
   の受光する光を通過させる光学フィルターと、前記第１
   の受光手段の検出出力と、前記第２の受光手段の検出出
   力とを入力して減算処理する減算手段と、 を具備したことを特徴とする光学センサ。
2. 【請求項２】 少なくとも光を受光する第１の受光手
   段、及び第１の受光手段とは周波数特性が同一若しくは
   きわめて近似した光を受光する第２の受光手段とを有す
   る２つの受光手段を備えた光学センサであって、 第１の受光手段あるいは第２の受光手段のいずれか一方
   の受光する光を通過させる光学フィルターと、前記第１
   の受光手段の検出出力を増幅しその増幅度を可変調整す
   る第１の増幅度調整手段を有して増幅度を可変調整する
   ことができる第１の増幅手段と、前記第２の受光手段の
   検出出力を増幅しその増幅度を可変調整する第２の増幅
   度調整手段を有して増幅度を可変調整することができる
   第２の増幅手段と、前記第１の増幅手段及び前記第２の
   増幅手段の出力を入力して減算処理する減算手段と、 を具備したことを特徴とする光学センサ。