JPH1194741A - 感度補正機能付きほこりセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な回路構成にて、長期的な発光出力の低下
の補正機能を実現する。 【解決手段】反射光及び回路上の原因によって発生する
無塵芥時の出力電圧と、回路上の原因によって発生する
発光ダイオード５３ａのオフ時の出力電圧との差を初期
値として記憶するメモリ３２と、反射光及び回路上の原
因によって発生する無塵芥時の出力電圧と、回路上の原
因によって発生する発光ダイオード５３ａオフ時の出力
電圧との差を定期的に測定する測定手段（第１の増幅回
路１〜第４の増幅回路４及び積分回路５）と、メモリ３
２に記憶されている初期値と測定手段によって定期的に
測定される測定値とを比較することによって、補正値と
して必要な出力電圧のみを抽出するマイコン３１とを備
え、マイコン３１は、抽出した補正値に基づき、発光ダ
イオード５３ａの光量変化を補正し、又は検出感度の判
定レベルを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードか
らの光をほこりや煙粒子に反射させ、その反射光を受光
素子で受光する光電方式のほこりセンサ装置に関し、ほ
こりやたばこの煙等を検出して自動運転する空気清浄機
等に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来のほこりセンサ装置のセンサ部の構
造を図４に示す。すなわち、外装ケース８１の天面８２
の左右両側の位置に、発光部８３と受光部８４とが、そ
れぞれ天面８２に対して傾斜して配置されており、発光
部８３及び受光部８４のそれぞれの光軸の交わる領域が
ほこりや煙粒子の検出領域８５となっている。

【０００３】このようなセンサ部構造のほこりセンサ装
置において、発光部８３を構成する発光ダイオード８３
ａの長期的な発光出力の低下をモニタする方法として、
従来は、発光部８３の光軸上に、受光部８３とは別にも
う一つの受光素子８６を設けていた。そして、この受光
素子８６にて発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）８
３ａの光をモニタし、その出力変化に応じてＬＥＤ８３
ａに流れる電流を変えるといった感度補正を行ってい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな感度補正の方法では、受光部８３とは別にモニタ用
の受光素子８６が必要であるため、部品点数が増加し、
製造コストも増大するといった問題があった。

【０００５】本発明は係る問題点を解決すべく創案され
たもので、その目的は、モニタ用の受光素子を使用する
ことなく、簡単な回路構成にて、長期的な発光出力の低
下の補正機能を実現した感度補正機能付きほこりセンサ
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載の感度補正機能付きほこりセ
ンサ装置は、発光ダイオードからの光をほこりや煙粒子
に反射させ、その反射光を受光素子で受光する光電方式
のほこりセンサ装置において、前記反射光及び回路上の
原因によって発生する無塵芥時の出力電圧と、回路上の
原因によって発生する前記発光ダイオード非動作時の出
力電圧との差を初期値として記憶する記憶手段と、前記
反射光及び回路上の原因によって発生する無塵芥時の出
力電圧と、回路上の原因によって発生する前記発光ダイ
オード非動作時の出力電圧との差を定期的に測定する測
定手段と、前記記憶手段に記憶されている初期値と前記
測定手段によって定期的に測定される測定値とを比較す
ることによって、補正値として必要な出力電圧のみを抽
出する抽出手段とを備え、この抽出手段によって抽出し
た補正値に基づき、前記発光ダイオードの光量変化を補
正し、又は検出感度の判定レベルを補正するものであ
る。

【０００７】また、本発明の請求項２記載の感度補正機
能付きほこりセンサ装置は、請求項１記載のものにおい
て、回路上の原因によって発生する前記発光ダイオード
非動作時の出力電圧を除去する除去手段を備えたもので
ある。すなわち、除去手段によって前記発光ダイオード
非動作時の出力電圧を除去した後の、無塵芥時の出力電
圧のみにて補正を行うように構成したものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【０００９】図２は、本発明の感度補正機能付きほこり
センサ装置のセンサ部の構造を示している。

【００１０】このほこりセンサ装置のセンサ部は、外装
ケース５１の天面５２の左右両側の位置に、発光部５３
と受光部５４とが、それぞれ天面５２に対して傾斜して
配置されており、発光部５３及び受光部５４のそれぞれ
の光軸の交わる領域がほこりや煙粒子の検出領域５５と
なっている。また、発光部５３と受光部５４との間に
は、発光部５３からの光が検出領域５５のほこりや煙粒
子によって散乱された散乱光以外の光（主に、発光部５
３からの直射光）が受光部５４にて受光されないよう
に、遮光板５６が設けられている。

【００１１】発光部５３には、例えばＧａＡｌＡｓやＧ
ａＡｓ等の発光ダイオード（ＬＥＤ）５３ａが設けられ
ており、受光部５４には、フォトダイオード５４ａが設
けられている。

【００１２】図１は、上記構造のセンサ部を有する感度
補正機能付きほこりセンサ装置の電気的構成を示すブロ
ック図である。

【００１３】このほこりセンサ装置の発光回路系は、Ｌ
ＥＤ５３ａと、このＬＥＤ５３ａを駆動する駆動回路４
１とで構成されており、受光回路系は、フォトダイオー
ド５４ａと、第１の増幅回路１と、第２の増幅回路２
と、第３の増幅回路３と、積分回路５と、第４の増幅回
路４とで構成されている。また、駆動回路４１は、ほこ
りセンサ装置全体を制御するマイコン３１によって制御
されており、第４の増幅回路４の出力は、マイコン３１
に入力されている。

【００１４】また、マイコン３１は、反射光及び回路上
の原因によって発生する無塵芥時の出力電圧と、回路上
の原因によって発生するＬＥＤ５３ａのオフ時の出力電
圧との差を初期値として記憶するメモリ（例えば、Ｅ²
ＰＲＯＭ）３２を備えている。

【００１５】第１の増幅回路１は、オペアンプ１１、ダ
イオード１２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２によって構成されてい
る。すなわち、フォトダイオード５４ａのカソード端子
は、オペアンプ１１のプラス入力端子に接続されている
とともに、このプラス入力端子には、カソード端子がア
ース電位に接続され、アノード端子が抵抗Ｒ１を介して
電源電圧Ｖcc（５ｖ）に接続されたダイオード１２のア
ノード端子が接続されている。また、フォトダイオード
５４ａのアノード端子は、オペアンプ１１のマイナス入
力端子に接続されているとともに、抵抗Ｒ２を介してオ
ペアンプ１１の出力側に接続されている。

【００１６】第２の増幅回路２は、オペアンプ１３、抵
抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によって構成されている。すなわ
ち、オペアンプ１１の出力が、コンデンサＣ１及び抵抗
Ｒ３を介してオペアンプ１３のプラス入力端子に接続さ
れている。また、オペアンプ１３のマイナス入力端子
は、抵抗Ｒ４を介してアース電位に接続されているとと
もに、抵抗Ｒ５を介してオペアンプ１３の出力側に接続
されている。

【００１７】第３の増幅回路３は、オペアンプ１４、抵
抗Ｒ６〜抵抗Ｒ１０、及び可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２によ
って構成されている。すなわち、オペアンプ１３の出力
が、コンデンサＣ２、及び抵抗Ｒ６，Ｒ７を介してオペ
アンプ１４のプラス入力端子に接続されている。また、
オペアンプ１４のマイナス入力端子は、可変抵抗ＶＲ１
を介してアース電位に接続されているとともに、電源電
圧Ｖcc（５Ｖ）を抵抗Ｒ８と可変抵抗ＶＲ２とで分圧し
た電圧が、抵抗Ｒ９を介して入力されている。また、オ
ペアンプ１４のマイナス入力端子は、抵抗Ｒ１０を介し
て出力側に接続されている。可変抵抗ＶＲ１が感度調整
用ボリューム、可変抵抗ＶＲ２がオフセット電圧をキャ
ンセルするためのオフセット電圧キャンセル調整用ボリ
ュームである。

【００１８】そして、オペアンプ１４の出力は、積分回
路５を介して低ゲインである第４の増幅回路４に入力さ
れており、第４の増幅回路４の出力が、ほこりや煙粒子
の測定値としてマイコン３１に入力されている。

【００１９】上記構成において、第１の増幅回路１及び
第２の増幅回路２はパルス増幅であって、各段はコンデ
ンサ結合となっており、オフセット電圧によるＤＣ電圧
は次段に出力されないようになっている。また、高ゲイ
ンである第３の増幅回路３及び低ゲインである第４の増
幅回路４は、マイコン３１の読み取り易さ及び検出の応
答性より、ＤＣ結合になっており、オフセット電圧が出
力される構成となっている。

【００２０】次に、上記構成のほこりセンサ装置におけ
る感度補正方法について説明する。ＬＥＤ５３ａからの
光は、発光部５３のレンズ５３ｂ、スリット５３ｃを通
過して適当なビームに絞られ、検出領域５５に向けて照
射される。一方、フォトダイオード５４ａは、レンズ５
４ｂやスリット５４ｃにより、検出領域５５にあるほこ
りや煙粒子により散乱された光を受光している。

【００２１】ほこりセンサ装置は、このほこりや煙粒子
の濃度（粉塵濃度）にほぼ比例した電圧を、第４の増幅
回路４からマイコン３１に出力する。

【００２２】図３は、粉塵濃度と出力電圧との関係（粉
塵濃度特性）を示すグラフである。図中、実線で示す特
性がＬＥＤ５３ａの初期特性、一点鎖線で示す特性がＬ
ＥＤ５３ａの出力低下時の特性である。

【００２３】この特性例において、粉塵濃度が０ｍｇ／
ｍ³ のときの出力電圧（第４の増幅回路４の出力電圧）
が無塵芥時の出力電圧である。また、粉塵濃度に対する
出力電圧の傾きが検出感度であり、その式は、

【００２４】

【数１】 検出感度＝出力電圧／粉塵濃度 ・・・（１） である。

【００２５】無塵芥時の出力電圧は、主に外装ケース５
１の内部での反射光及び回路上でのオペアンプ１４のオ
フセット電圧による。すなわち、フォトダイオード５４
ａは、基本的には検出領域５５に入ってくるほこりや煙
粒子を検出するが、外装ケース５１内部の反射光（図２
中、符号５７により示す）も受光する。

【００２６】フォトダイオード５４ａの出力電流は、オ
ペアンプ１１において電流−電圧変換され、この後電圧
増幅されるが、ＬＥＤ５３ａの発光出力とフォトダイオ
ード５４ａの出力電流とは比例関係にあるため、ＬＥＤ
５３ａの発光出力は、フォトダイオード５４ａの出力電
圧とも比例関係にある。また、検出感度も、発光出力と
比例関係にあり、従ってＬＥＤ５３ａの発光出力が低下
すると、検出感度も低下することになる。ＬＥＤ５３ａ
は、長期的には発光出力が低下するので、長期的な使用
においては補正が必要となる。この補正方法としては、
外装ケース５１の内部の反射光が、ＬＥＤ５３ａの発光
出力と比例関係にあるため、この反射光をモニタすれば
ＬＥＤ５３ａの発光光量の補正が可能となる。

【００２７】また、ほこりセンサ装置では、ほこりやた
ばこの煙粒子等の微小光を検出するため、高い回路ゲイ
ンが必要となる。ここで、オペアンプ１４を使用した場
合に問題となるのはオフセット電圧で、例えばオフセッ
ト電圧が５ｍＶでゲインを１００倍とすると、出力電圧
は０．５Ｖとなる。反射光のみの出力電圧が０．５Ｖで
あったとすると、全体の出力電圧は１Ｖとなり、５０％
はオフセット電圧によるものである。このオフセット電
圧は経年変化ではほとんど変化しない。

【００２８】そのため、無塵芥時の出力電圧をそのまま
モニタし、この出力電圧を基にして補正を行うと、オフ
セット電圧の割合分だけ誤差がでてくる。そこで、この
オフセット電圧分を除き、反射光のみの出力電圧を抽出
すれば正確な補正が可能となる。

【００２９】この反射光のみの出力電圧を抽出する一つ
の手段として、ＬＥＤ５３ａをオフにすることが考えら
れる。ＬＥＤ５３ａをオフにすれば反射光は無くなるた
め、第４の増幅回路４の出力には、回路上のオフセット
電圧のみが出力されることになる。そのため、この電圧
を測定し、次にＬＥＤ５３ａを発光したときの出力電圧
を測定する。ＬＥＤ５３ａを発光したときは反射光によ
る電圧とオフセット電圧とが加算されて出力されるの
で、この差を初期値としてメモリ（Ｅ² ＰＲＯＭ）３２
に記憶する。その後、定期的にこれらの電圧を測定し、
測定値とメモリ３２に記憶している初期値との差を読み
取って補正を行う。

【００３０】このときの補正方法は、補正係数を下式、

【００３１】

【数２】 補正係数＝現在（ＬＥＤ発光時の出力電圧−ＬＥＤを発光しない時の出力電圧 ）／初期値（ＬＥＤ発光時の出力電圧−ＬＥＤを発光しない時の出 力電圧） ・・・（２） によって求め、この補正係数に基づいて、〔１〕ＬＥＤ
５３ａの電流を補正する、〔２〕検出感度の判定値を補
正する、といった２種類の補正方法のいずれかを実行す
る。

【００３２】すなわち、 〔１〕ＬＥＤ５３ａの電流を補正する場合 この場合、補正係数＝１のときは補正を行わず（必要な
し）、補正係数＜１のとき、ＬＥＤ５３ａの電流を増加
する補正を行う。

【００３３】〔２〕検出感度の判定値を補正する場合 この場合、補正係数＝１のときは補正を行わず（必要な
し）、補正係数＜１のとき、可変抵抗ＶＲ１を下げて、
検出感度の判定値を下げる。

【００３４】これにより、ほこりや煙粒子の濃度に対
し、常に高い検出精度を保つことができる。

【００３５】次に、別の感度補正方法について説明す
る。別の感度補正方法とは、初期の段階でオフセット電
圧をキャンセルしておく方法である。

【００３６】オフセット電圧は経年変化がほとんど無
く、そのため初期において回路上キャンセルしておけ
ば、、後は無塵芥時の出力電圧を測定するだけで、その
出力電圧を基に補正が可能となる。

【００３７】すなわち、オフセット電圧は（−）もある
ため、単一電源で回路を駆動した場合、オフセット電圧
が（−）のときは電圧は出力されない。そのため、設計
上電圧を上げておく。このときの電圧をＶ₀ とする。こ
の電圧Ｖ₀ は、オフセット電圧も反射光による電圧も無
いときの出力電圧である。

【００３８】次に、ＬＥＤ５３ａをオフしたときの出力
電圧Ｖ_off （Ｖ₀ ＋オフセット電圧）がＶ₀ となるよう
に、可変抵抗ＶＲ２を調整して、オフセット電圧をキャ
ンセルする。こうすれば、ＬＥＤ５３ａをオンしたと
き、反射光による出力電圧は常にＶ₀ となる。このＶ₀
は予め分かっている電圧であり、このＶ₀ を引けば反射
光による出力電圧のみとなる。従って、補正係数は、

【００３９】

【数３】 補正係数＝（無塵芥時の出力電圧−Ｖ₀ ）／ （初期の無塵芥時の出力電圧−Ｖ₀ ）・・・（３） となる。この補正係数に基づいて、前記〔１〕，〔２〕
と同様に補正を行う。これにより、ほこりや煙粒子の濃
度に対し、常に高い検出精度を保つことができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の感度補正機能付
きほこりセンサ装置は、発光ダイオードからの光をほこ
りや煙粒子に反射させ、その反射光を受光素子で受光す
る光電方式のほこりセンサ装置において、反射光及び回
路上の原因によって発生する無塵芥時の出力電圧と、回
路上の原因によって発生する発光ダイオード非動作時の
出力電圧との差を初期値として記憶する記憶手段と、反
射光及び回路上の原因によって発生する無塵芥時の出力
電圧と、回路上の原因によって発生する発光ダイオード
非動作時の出力電圧との差を定期的に測定する測定手段
と、記憶手段に記憶されている初期値と測定手段によっ
て定期的に測定される測定値とを比較することによっ
て、補正値として必要な出力電圧のみを抽出する抽出手
段とを備えた構成としている。すなわち、抽出手段によ
って抽出した補正値に基づいて、発光ダイオードの光量
変化を補正し又は検出感度の判定レベルを補正するよう
に構成したので、簡単な回路構成にて感度補正機能を実
現できるとともに、ほこりや煙粒子の濃度に対して常に
高い検出精度を保つことができる。

【００４１】また、本発明の請求項２記載の感度補正機
能付きほこりセンサ装置は、請求項１記載のものにおい
て、回路上の原因によって発生する前記発光ダイオード
非動作時の出力電圧を除去する除去手段を備えた構成と
している。すなわち、除去手段によって発光ダイオード
非動作時の出力電圧を除去した後の、無塵芥時の出力電
圧のみにて補正を行うように構成したので、より簡単な
回路構成にて感度補正機能を実現できるとともに、ほこ
りや煙粒子の濃度に対して常に高い検出精度を保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の感度補正機能付きほこりセンサ装置の
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の感度補正機能付きほこりセンサ装置の
センサ部の構造を示す断面図である。

【図３】粉塵濃度と出力電圧との関係（粉塵濃度特性）
を示すグラフである。

【図４】従来のほこりセンサ装置のセンサ部の構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の増幅回路 ２ 第２の増幅回路 ３ 第３の増幅回路 ４ 第４の増幅回路 ５ 積分回路 １１，１３，１４ オペアンプ ＶＲ１ 可変抵抗（感度調整用ボリューム） ＶＲ２ 可変抵抗（オフセット電圧キャンセル調整用ボ
リューム） ３１ マイコン（抽出手段） ３２ メモリ（記憶手段） ５３ａ 発光ダイオード（ＬＥＤ） ５４ａ フォトダイオード（受光素子）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光ダイオードからの光をほこりや煙粒
   子に反射させ、その反射光を受光素子で受光する光電方
   式のほこりセンサ装置において、 前記反射光及び回路上の原因によって発生する無塵芥時
   の出力電圧と、回路上の原因によって発生する前記発光
   ダイオード非動作時の出力電圧との差を初期値として記
   憶する記憶手段と、 前記反射光及び回路上の原因によって発生する無塵芥時
   の出力電圧と、回路上の原因によって発生する前記発光
   ダイオード非動作時の出力電圧との差を定期的に測定す
   る測定手段と、 前記記憶手段に記憶されている初期値と前記測定手段に
   よって定期的に測定される測定値とを比較することによ
   って、補正値として必要な出力電圧のみを抽出する抽出
   手段とを備え、 この抽出手段によって抽出した補正値に基づき、前記発
   光ダイオードの光量変化を補正し、又は検出感度の判定
   レベルを補正することを特徴とする感度補正機能付きほ
   こりセンサ装置。
2. 【請求項２】 回路上の原因によって発生する前記発光
   ダイオード非動作時の出力電圧を除去する除去手段を備
   えたことを特徴とする請求項１に記載の感度補正機能付
   きほこりセンサ装置。