JPWO2019167467A1 - 水分量検出装置 - Google Patents

Abstract

水分量検出装置（１）は、対象物（２）に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部（１０）と、光が対象物（２）で反射された反射光（Ｒ）を受光し、反射光（Ｒ）の強度に応じた強度信号を出力する受光装置（１３０）と、強度信号から所定の周波数の信号を抽出した抽出信号を出力するロックインアンプ（５０）と、受光装置（１３０）から入力された、反射光（Ｒ）の強度に応じた第一の信号と、第一の閾値とから、第一の信号の異常を判定する判定部（７０）とを備える。第一の閾値は、受光装置（１３０）において予め定められた基準電圧（Ｖｒｅｆ）、及び、受光装置（１３０）が反射光（Ｒ）を受光したときに出力する信号である出力電圧の差分の最大値である最大出力電圧幅（ΔＶｍａｘ）と、受光装置（１３０）が第一の信号を出力可能な出力可能電圧幅（Ｖｍａｘ）との差分から決定される。

Description

本発明は、水分量検出装置に関する。

従来、室内空間で干された衣類（対象物）を乾燥させる衣類乾燥装置には、対象物の水分量を検出する水分量検出装置が搭載されたものが知られている。水分量検出装置としては、例えば、対象物の雰囲気の温度及び湿度と、水による赤外線の吸収とから、水分量を算出する装置が知られている。そして、衣類乾燥装置は、対象物の水分量を水分量検出装置で検出し、当該水分量検出装置の検出結果に基づいて除湿強度を調整する。また、水分量検出装置としては、例えば、水分による赤外線の吸収を利用して、水分量を測定する赤外線水分計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１１８９８４号公報

特許文献１に記載の水分量検出装置は、太陽光又は蛍光灯などの外乱光が入射することが考慮されていない。そのため、外乱光が水分量検出装置に入射すると、誤った水分量が検出される場合がある。

そこで、本発明は、外乱光により誤った水分量が検出されることが抑制された水分量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る水分量検出装置は、対象物に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部と、前記光が前記対象物で反射された反射光を受光し、前記反射光の強度に応じた強度信号を出力する受光装置と、前記強度信号が入力され、当該強度信号から前記所定の周波数の信号を抽出した抽出信号を出力するロックインアンプと、前記受光装置から入力された、前記反射光の強度に応じた第一の信号と、第一の閾値とから、前記第一の信号の異常を判定する判定部とを備え、前記第一の閾値は、前記受光装置において予め定められた信号である基準電圧、及び、前記受光装置が前記反射光を受光したときに出力する信号である出力電圧の差分の最大値である最大出力電圧幅と、前記受光装置が前記第一の信号を出力可能な出力可能電圧幅との差分から決定される。

本発明の一態様に係る水分量検出装置によれば、外乱光により誤った水分量が検出されることが抑制される。

図１は、実施の形態１に係る衣類乾燥装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る衣類乾燥装置の制御ブロック図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る水分量検出装置の概略構成と対象物とを示す模式図である。 図３Ｂは、実施の形態１に係る水分量検出装置の詳細構成と対象物とを示す模式図である。 図３Ｃは、実施の形態１に係る水分量検出装置の回路構成を示す模式図である。 図４Ａは、実施の形態１に係る受光部から出力される受光信号を説明するための図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る閾値電圧の値を説明するための図である。 図５は、実施の形態１に係る水分量検出装置における水分量検出の動作を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態１に係る制御部が通過帯域を制御する一例を示す図である。 図７は、実施の形態１に係る制御部におけるゲインの制御動作を示すフローチャートである。 図８Ａは、実施の形態１の変形例に係る水分量検出装置の詳細構成と対象物とを示す模式図である。 図８Ｂは、実施の形態１の変形例に係る水分量検出装置の回路構成を示す模式図である。 図９Ａは、実施の形態１の変形例に係る変換インピーダンス部のインピーダンスを切り替える例を示す図である。 図９Ｂは、実施の形態１の変形例に係る変換インピーダンス部のインピーダンスを切り替えない例を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例に係る水分量検出装置における水分量検出の動作を示すフローチャートである。 図１１Ａは、実施の形態２に係る水分量検出装置の詳細構成と対象物とを示す模式図である。 図１１Ｂは、実施の形態２に係る水分量検出装置の回路構成を示す模式図である。 図１２は、実施の形態２に係る図１１Ｂに示す出力１〜３で取得される信号の一例を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る水分量検出装置における水分量検出の動作を示すフローチャートである。 図１４は、実施の形態２の変形例に係る水分量検出装置の回路構成を示す模式図である。 図１５は、実施の形態２の変形例に係る水分量検出装置における水分量検出の動作を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態に係る水分量検出装置について、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、ステップ、ステップの順序などは、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。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書において、「略」及び「約」とは、製造誤差や寸法公差を含むという意味である。すなわち、例えば数％程度の差異を含むことを意味する。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態に係る水分量検出装置について、図１〜図７を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、一例として水分量検出装置が衣類乾燥装置に搭載されている例について説明する。

［１−１．衣類乾燥装置の構成］
まず、本実施の形態に係る水分量検出装置１を搭載した衣類乾燥装置１００について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、衣類乾燥装置１００は、室内空気を吸い込んで除湿し、再度室内に向けて送風することで、室内に干された対象物２を乾燥させるものである。ここで、対象物２は、特に限定されない場合、例えば衣類などである。衣類以外の対象物２としては、シーツ、枕カバーなどの寝具が挙げられる。

衣類乾燥装置１００は、略直方体形状の本体１０１と、本体１０１の上部で開閉する蓋部１０２とを備えている。本体１０１の上部には、蓋部１０２が開状態になった場合に露出する送風部１０３（図２参照）が設けられている。送風部１０３は、室内の空間３に対して風Ｗを送ることで、当該空間３内に存在する対象物２を乾燥させる。空間３は、衣類乾燥装置１００と対象物２との間の空間（自由空間）である。

また、本体１０１の上部には、蓋部１０２から離れた位置に、外気を取り込む吸込口１０４が設けられている。本体１０１の内部には、吸込口１０４から送風部１０３まで空気を案内する流路が形成されており、その流路に対して、空気を除湿する除湿部１０５（図２参照）が設けられている。また、蓋部１０２には、対象物２の水分量を検出する水分量検出装置１が設けられている。

図２は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の制御ブロック図である。図２に示すように、衣類乾燥装置１００は、除湿部１０５と、送風部１０３と、水分量検出装置１と、乾燥制御部１０６とを備えている。

除湿部１０５は、例えば、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本体１０１の流路を流れる空気を除湿する。送風部１０３は、除湿部１０５によって除湿された空気を空間３に向けて送風する。送風部１０３における送風範囲、風向き、送風の強度（風力）、送風温度などの少なくとも１つの乾燥条件が変更可能となっている。水分量検出装置１の詳細については、後述する。

乾燥制御部１０６は、マイクロコンピュータで構成される。乾燥制御部１０６は、衣類乾燥装置１００の統括的な動作プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

具体的には、乾燥制御部１０６は、水分量検出装置１によって検出された対象物２の水分量に基づいて、送風部１０３の乾燥条件を制御する。これにより、対象物２の水分量に応じて、適切な乾燥条件が選択されることになる。また、図１に示すように複数の対象物２が存在する場合、水分量検出装置１によって検出された複数の対象物２の水分量に応じて、風向きなどを調節することができる。つまり、複数の対象物２から水分量が多い対象物２を重点的に乾燥させることが可能となる。よって、衣類乾燥装置１００は、より効率的な衣類乾燥が可能となる。以下では、衣類乾燥装置１００が備える水分量検出装置１について説明する。

［１−２．水分量検出装置の構成］
次に、水分量検出装置１の各構成要素について、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、外乱光の強度が時間によらず略一定な場合に、誤った水分量が検出されることが抑制される水分量検出装置について説明する。なお、光の強度が時間によらず略一定な外乱光とは、例えば、太陽光などであり、以降においてＤＣ光とも記載する。

図３Ａは、本実施の形態に係る水分量検出装置１の概略構成と対象物２とを示す模式図である。図３Ｂは、本実施の形態に係る水分量検出装置１の詳細構成と対象物２とを示す模式図である。なお、図３Ｂにおいては、便宜上、図３Ａに示す第一の出力部１１０及び第二の出力部１２０のうち、第一の出力部１１０のみを示している。

水分量検出装置１は、対象物２に対して光（照射光Ｌ）を発し、当該対象物２で反射された光（反射光Ｒ）に基づいて対象物２の水分量を検出する水分量検出装置である。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、水分量検出装置１は、空間３を隔てて配置された対象物２に含まれる水分量を検出する。

図３Ａに示すように、水分量検出装置１は、光源部１０と、光源制御部２０と、判定部７０と、信号処理部８０と、第一の出力部１１０と、第二の出力部１２０とを備える。また、図３Ｂに示すように、第一の出力部１１０は、受光装置１３０と、ロックインアンプ５０と、Ａ／Ｄ変換器６０とを備え、受光装置１３０が受光した光に対応した信号を信号処理部８０に出力する。また、本実施の形態では、判定部７０は、受光装置１３０から取得した信号を用いて、当該信号に異常がないかを判定し、当該判定結果を信号処理部８０に出力する。なお、第二の出力部１２０の構成は、第一の出力部１１０の構成と同様であるため説明を省略するが、第二の出力部１２０は、第一の出力部１１０とは異なる波長の光を受光し、受光した光に対応した信号を信号処理部８０に出力する。

［１−２−１．光源部］
光源部１０は、光を出射する半導体発光素子を含み、対象物２に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源ユニットである。光源部１０が対象物２に照射する光の一例は、図３Ａ及び図３Ｂにおいて照射光Ｌに示される。なお、半導体発光素子とは、成長基板上に半導体層が積層され、近赤外光を出射する半導体チップである。また、以降において、半導体発光素子を発光素子とも記載する。

光源部１０は、例えば、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二の波長帯を含む参照光とを出射する。

水は、約１４５０ｎｍの波長の吸収が大きく、約１３００ｎｍの波長の吸収は小さい。このため、検知光をなす第一の波長帯としては、水の吸光度が大きい波長帯を選択し、参照光をなす第二の波長帯としては、第一の波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。例えば、第一の波長帯の中心波長は１４５０ｎｍとし、第二波長帯の中心波長は１３００ｎｍとする。

このように、発光素子が、第一の波長帯と第二の波長帯とを連続して含む光を照射するので、対象物２には、水による吸収が大きな第一の波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一の波長帯よりも小さい第二の波長帯を含む参照光とが照射される。

本実施の形態では、光源部１０は、半導体発光素子の一例として、第一の波長帯を含む検知光と第二の波長帯を含む参照光とを出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を有する。

なお、光源部１０は、発光素子が発した光を対象物２に対して集光するレンズ（図示しない）などを有していてもよい。例えば、レンズは樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。また、光源部１０は、発光素子が発した光を所望の位置に照射するための走査部（図示しない）を有していてもよい。例えば、光源部１０は、走査部として、半導体発光素子の姿勢を調整することで光を走査する（スキャンする）構造を有していてもよいし、その他の構造であってもよい。例えば、走査部は、光源制御部２０によって制御される。つまり、光源部１０は、対象物２に光を走査しながら照射してもよい。

なお、光源部１０から対象物２に照射される光は、例えば発光素子から出射されリフレクタなどで反射された光であってもよい。

［１−２−２．光源制御部］
光源制御部２０は、光源部１０を制御し、光源部１０から対象物２に向けて光を照射させる制御装置である。光源制御部２０は、発光素子の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、発光素子を制御する。すなわち、光源制御部２０は、光源部１０を所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）で明滅させる制御を行う。具体的には、光源制御部２０は、所定の周波数のパルス信号を発光素子に出力することで、発光素子を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。また、光源制御部２０は、パルス信号を参照信号としてロックインアンプ５０にも出力する。なお、パルス信号は、光源制御部２０が光源部１０の発光を制御する制御信号の一例である。また、以降では、光源部１０を明滅させる所定の周波数を、発光周波数とも記載する。

また、光源制御部２０は、例えば、対象物２に向けて光を走査しながら照射させてもよい。光源制御部２０は、例えば、走査部を制御し発光素子の姿勢を変更することで、発光素子からの光を走査する。

光源制御部２０は、駆動回路及びマイクロコンピュータを有する。光源制御部２０は、発光素子及び走査部の制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

［１−２−３．受光装置］
受光装置１３０は、照射光Ｌが対象物２で反射された反射光Ｒを受光し、反射光Ｒの強度に応じた強度信号をロックインアンプ５０に出力する。受光装置１３０は、受光部３０と信号増幅部４０とを有する。

受光部３０は、反射光Ｒを受光し、電気信号に変換する受光素子（図３Ｃに示す受光素子３１）を有する。受光部３０は、受光した波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、信号増幅部４０に出力される。ここで、受光部３０の回路構成について、図３Ｃを参照しながら説明する。

図３Ｃは、本実施の形態に係る水分量検出装置１の回路構成を示す模式図である。具体的には、図３Ｃは、受光装置１３０及び判定部７０の回路構成を示す。

図３Ｃに示すように、受光部３０は、受光素子３１と、ＩＶ変換部３２(電流―電圧変換回路)とを有する。

受光素子３１は、入射した光の強度に応じた電気信号（光電流の一例）をＩＶ変換部３２に出力する。受光素子３１は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、受光素子３１は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。

受光素子３１のカソードは、電源に接続されている。電源の電圧は、例えば、＋３．３Ｖである。つまり、受光素子３１には、逆バイアス電圧が印加されている。

ＩＶ変換部３２は、受光素子３１から入力された光電流をＩＶ変換して、受光信号を出力する。すなわち、ＩＶ変換部３２は、光電流を電圧に変換して出力する。なお、本実施の形態において、受光信号は、判定部７０に入力される第一の信号の一例である。

ＩＶ変換部３２は、オペアンプ３３と、インピーダンス３４とを有する。

オペアンプ３３は、光電流を電圧に変換する回路である。オペアンプ３３の＋側の入力端子は、電源と接続されており、所定の電圧が入力される。所定の電圧とは、予め定められた電圧であり、以降においては基準電圧Ｖｒｅｆとも記載する。オペアンプ３３の−側の入力端子は、受光素子３１のカソード側に接続されており、光電流が入力される。つまり、本実施の形態に係るＩＶ変換部３２は、反転型のＩＶ変換回路（反転増幅回路）である。なお、ＩＶ変換部３２は、正転型のＩＶ変換部（非反転増幅回路）であってもよい。

インピーダンス３４は、ＩＶ変換部３２から出力される受光信号（電圧信号）の電圧の調整に用いられる。インピーダンス３４のインピーダンス値は、受光信号の所望の電圧値に応じて適宜決定される。インピーダンス３４は、例えば、帰還抵抗である。

このような受光装置１３０から出力される受光信号について、図４Ａを参照しながら説明する。

図４Ａは、本実施の形態に係る受光部３０から出力される受光信号を説明するための図である。図４Ａでは、受光素子３１が受光する反射光Ｒの受光量が異なる場合の受光信号を示しており、受光信号Ｓ１〜Ｓ３となるにつれ、受光量が大きい例を示している。

受光信号Ｓ１は、受光素子３１が受光する反射光Ｒの受光量が小さい場合の信号を示している。期間Ｔ１は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力される信号（電圧信号）を示しており、本実施の形態では、基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。期間Ｔ２は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される信号（電圧信号）を示しており、基準電圧Ｖｒｅｆより低い出力電圧Ｖｏｕｔ１が出力される。これは、ＩＶ変換部３２が反転増幅回路により構成されているためである。ＩＶ変換部３２が非反転増幅回路により構成されている場合は、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される信号は、基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧が出力される。

受光信号Ｓ２は、受光信号Ｓ１のときより、反射光Ｒの受光量が大きくなった場合の信号を示している。期間Ｔ３は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される信号を示しており、出力電圧Ｖｏｕｔ１より低い出力電圧Ｖｏｕｔ２が出力される。なお、期間Ｔ４は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力される信号を示しており、受光信号Ｓ１と同様、基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。

受光信号Ｓ３は、受光信号Ｓ２のときより、反射光Ｒの受光量が大きくなった場合であり、受光素子３１が最大の受光量となる反射光Ｒを受光したときの信号を示している。期間Ｔ５は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される信号を示しており、出力電圧Ｖｏｕｔ２より低い出力電圧Ｖｏｕｔ３が出力される。なお、期間Ｔ６は、明滅する反射光Ｒのうち、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力される信号を示しており、受光信号Ｓ１及びＳ２と同様、基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。

受光信号Ｓ３の状態では、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される信号と、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力される信号との差分（電圧差）が最大となる。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔ３との差分が最大となる。この差分の最大値を最大出力電圧幅ΔＶｍａｘ（ダイナミックレンジ）とする。

なお、出力電圧Ｖｏｕｔ３は、照射光Ｌの照射量、及び、水分量検出装置１と対象物２との距離の最小値などにより、予め設定される値である。つまり、最大出力電圧幅ΔＶｍａｘは、予め設定される値である。

また、図４Ａに示す出力可能電圧幅Ｖｍａｘは、受光部３０が出力可能な受光信号の電圧幅であり、ＩＶ変換部３２の仕様などにより予め設定される。出力可能電圧幅Ｖｍａｘは、基準電圧Ｖｒｅｆに対する電圧幅である。

図３Ｂ及び図３Ｃを再び参照して、受光部３０から出力される受光信号は、信号増幅部４０及び判定部７０に入力される。

受光部３０が有する受光素子３１は、光源部１０から照射され対象物２で反射された第一の波長帯の光を受光する。例えば、受光部３０は、受光素子３１に対して反射光Ｒの入射側に配置されており、受光素子３１に入射する反射光Ｒの光路上に設けられるフィルタを有していてもよい。そして、当該フィルタは、第一の波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収又は反射する。これにより、受光部３０が有する受光素子３１は、当該フィルタを透過した第一の波長帯の光を受光できる。なお、第二の出力部１２０の受光部は、例えば第二の波長帯の光を透過し、かつそれ以外の波長帯の光を吸収又は反射するフィルタを有しており、当該受光部が有する受光素子は、当該フィルタを透過した第二の波長帯の光を受光する。

なお、受光部３０は、反射光Ｒに加えて、屋内環境に起因して発生するノイズとなる光も受光する。ノイズとは、例えば、太陽光などの外乱光によるノイズである。そのため、受光信号にも、ノイズとなる光の受光量に応じた成分が含まれる。

受光部３０が受光するノイズとなる光の強度は光源部１０と対象物２との距離に依存しないが、受光部３０が受光する反射光Ｒの強度は光源部１０と対象物２との距離に依存して変化する。光源部１０と対象物２との距離が大きくなるに従って、受信する反射光Ｒの強度は小さくなる。受光部３０は、略一定の強度のＤＣ光をノイズとして受光する。

また、光源制御部２０が光源部１０を制御し、光を対象物２に走査しながら照射させる場合、受光部３０は、走査に同期して対象物２で反射された光を受光する。つまり、受光部３０は、光源部１０からの光が照射された対象物２の位置ごとに、当該対象物２で反射された光を受光する。これにより、水分量検出装置１は、より広い領域での水分量を検出することができる。例えば、対象物２における複数の範囲又は複数の対象物２のそれぞれにおいて、水分量を検出することができる。なお、光源制御部２０は、例えば、発光素子の姿勢から、現在水分量を検出している対象物２の位置（例えば、衣類乾燥装置１００からみた対象物２が位置する方向）を特定可能である。これにより、乾燥制御部１０６は、送風部１０３における送風範囲又は風向きなどの乾燥条件を変更可能である。水分量の検出については、後述する。

信号増幅部４０は、受光部３０により出力された受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号をロックインアンプ５０に出力する。具体的には、信号増幅部４０は、受光信号を増幅するオペアンプ４１を有する。なお、増幅信号は、受光装置１３０から出力される強度信号の一例である。

［１−２−４．判定部］
判定部７０は、受光部３０から入力された受光信号と、予め定められた第一の閾値とから、受光信号の異常を判定する。ここで、受光信号の異常とは、外乱光の影響により受光信号から正確な水分量が検出できないことを意味する。具体的には、外乱光の影響により受光信号が出力飽和していることを意味する。

図３Ｃに示すように、判定部７０は、受光部３０と信号増幅部４０との間を接続する接続線と接続されている。判定部７０は、コンパレータ７１（コンパレータ回路）を有する。コンパレータ７１の入力端子には、受光信号と、閾値電圧Ｖｒｏとが入力される。閾値電圧Ｖｒｏは、電源（例えば、＋３．３Ｖ）から供給される電源電圧を２つの抵抗で分割して生成された電圧である。また、判定部７０は、判定結果を信号処理部８０に出力する。判定部７０は、例えば、閾値電圧Ｖｒｏより低い電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号であり、以降において、異常信号とも記載する）を出力する。また、判定部７０は、例えば、閾値電圧Ｖｒｏ以上の電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、異常信号よりも電圧値が低いＬｏｗレベルの信号）を出力する。

ここで、閾値電圧Ｖｒｏの値について、図４Ｂを参照しながら説明する。

図４Ｂは、本実施の形態に係る閾値電圧Ｖｒｏの値を説明するための図である。図４Ｂでは、図４Ａに示す受光信号Ｓ３における信号を図示している。なお、図４Ｂにおいて、便宜上、図４Ａとは縦軸の縮尺を変更して示している。

図４Ｂの（ａ）は、外乱光（ＤＣ光）を受光しておらず、かつ反射光Ｒを受光したときの受光信号を示している。

図４Ｂの（ｂ）は、ＤＣ光及び反射光Ｒを受光したときの受光信号を示している。図４Ｂの（ｂ）に示すように、ＤＣ光を受光すると、受光信号の電圧値が全体的に下がっていることがわかる。期間Ｔ７は、受光信号のうち、反射光Ｒを受光していないタイミングを示している。つまり、期間Ｔ７は、ＤＣ光のみを受光している期間であり、出力電圧Ｖｏｕｔ４は、ＤＣ光の受光量に応じて出力される電圧である。期間Ｔ８は、受光信号のうち、反射光Ｒを受光しているタイミングを示している。つまり、期間Ｔ８は、ＤＣ光及び反射光Ｒを受光している期間であり、出力電圧Ｖｏｕｔ５は、ＤＣ光及び反射光Ｒの受光量に応じて出力される電圧である。図４Ｂの（ｂ）では、出力電圧Ｖｏｕｔ５が、出力可能電圧幅Ｖｍａｘの下限電圧（例えば、０Ｖ）と等しい例を示している。図４Ｂの（ｂ）の状態では、受光信号が出力可能電圧幅Ｖｍａｘ内にあるので、受光部３０からは図４Ｂの（ｂ）に示す受光信号が出力される。

図４Ｂの（ｃ）は、図４Ｂの（ｂ）の状態からさらにＤＣ光の強度が強くなったときの受光信号を示している。期間Ｔ９は、ＤＣ光のみを受光している期間であり、出力電圧Ｖｏｕｔ６は、ＤＣ光の受光量に応じて出力される電圧である。出力電圧Ｖｏｕｔ６は、閾値電圧Ｖｒｏより小さい。期間Ｔ１０は、ＤＣ光及び反射光Ｒを受光している期間であり、出力電圧Ｖｏｕｔ７は、ＤＣ光及び反射光Ｒの受光量に応じて出力される電圧である。出力電圧Ｖｏｕｔ７は、出力可能電圧幅Ｖｍａｘの下限電圧より小さい。

一点鎖線部分は、受光信号のうち受光部３０の出力可能電圧幅Ｖｍａｘの下限電圧より低い部分を示している。一点鎖線部分は、受光部３０の出力可能電圧幅Ｖｍａｘ外なので、受光部３０から信号増幅部４０に出力される受光信号には含まれない。つまり、受光信号は、出力飽和している状態である。図４Ｂの（ｃ）の状態では、受光部３０が出力する受光信号から正確な水分量が検出できない。そこで、判定部７０は、図４Ｂの（ｃ）の状態を異常として判定する。

判定部７０が異常と判定するための閾値電圧Ｖｒｏは、最大出力電圧幅ΔＶｍａｘと、出力可能電圧幅Ｖｍａｘとの差分から決定される。図４Ｂの（ｂ）に示す状態における出力電圧Ｖｏｕｔ４の電圧値が閾値電圧Ｖｒｏとして設定される。なお、ＩＶ変換部３２が非反転増幅回路である場合、出力電圧Ｖｏｕｔ４は基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧となるので、閾値電圧Ｖｒｏも基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧として設定される。

判定部７０は、出力電圧（例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ４）が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にないときに、異常信号を出力する。本実施の形態では、判定部７０は、出力電圧の電圧値が閾値電圧Ｖｒｏより低くなったときに、異常信号を出力する。判定部７０は、例えば、期間Ｔ７においては、異常信号ではない信号（異常ではないことを示す信号であり、例えばＬｏｗレベルの信号）を信号処理部８０に出力し、期間Ｔ８においては、異常信号（異常であることを示す信号であり、例えばＨｉｇｈレベルの信号）を信号処理部８０に出力する。つまり、判定部７０は、図４Ｂの（ｂ）に示す状態では、異常信号と異常信号ではない信号とを繰り返し出力する。また、判定部７０は、例えば、期間Ｔ９及びＴ１０においては、異常信号を信号処理部８０に出力する。判定部７０が異常信号のみを継続して出力することは、判定部７０が受光信号を異常として判定する一例である。これにより、図４Ｂの（ｃ）に示すような出力飽和した受光信号を用いて水分量が検出されることを抑制することができる。なお、閾値電圧Ｖｒｏは、第一の閾値の一例である。また、図４Ｂの（ａ）〜（ｃ）に示す反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧（例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ４、Ｖｏｕｔ６など）は、第一の出力電圧の一例である。

なお、判定部７０は、第一の出力部１１０及び第二の出力部１２０の少なくとも一方が出力する第一の信号（本実施の形態では、受光信号）に対して、上記の判定を行ってもよい。判定部７０は、例えば、第一の出力部１１０及び第ニの出力部１２０のうち、外乱光又は反射光Ｒの受光量が多い出力部のみに対して、上記の判定を行ってもよい。判定部７０は、例えば、第一の出力部１１０及び第二の出力部１２０から出力された２つの受光信号のうち、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧の低い受光信号のみを判定することで、外乱光の受光量が多い出力部のみに対して上記の判定を行ってもよい。これにより、判定部７０は、受光信号の出力飽和が起こりやすい出力部の判定を優先して行うことができる。

なお、図４Ｂの（ｂ）において、基準電圧Ｖｒｅｆに対する閾値電圧Ｖｒｏの値（つまり、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの電位差）は、出力可能電圧幅Ｖｍａｘと最大出力電圧幅ΔＶｍａｘとの差分から決定される例を示したが、これに限定されない。例えば、図４Ａに示す期間Ｔ２及Ｔ５を比べると、期間Ｔ２の方がＤＣ光を受光しても出力飽和しにくい。すなわち、期間Ｔ２の方が期間Ｔ５に比べて、より強度が高いＤＣ光を許容することができる。このため、閾値電圧Ｖｒｏは、出力可能電圧幅Ｖｍａｘの下限電圧（例えば、図４Ａの例では、基準電圧Ｖｒｅｆから出力可能電圧幅Ｖｍａｘ低い電圧であり、例えば、０Ｖ）として決定されてもよい。判定部７０は、当該閾値電圧Ｖｒｏと受光信号とから、受光信号の異常の判定を行ってもよい。判定部７０は、最大出力電圧幅ΔＶｍａｘを用いずに決定された閾値電圧Ｖｒｏにより受光信号の異常の判定を行うことで、光源部１０の点滅の状態を不問とした判定を行ってもよい。

［１−２−５．ロックインアンプ］
図３Ｂを再び参照して、ロックインアンプ５０は、信号増幅部４０により出力された増幅信号が入力され、当該増幅信号から所定の周波数（例えば、発光周波数）の信号を抽出した抽出信号をＡ／Ｄ変換器６０に出力する回路である。図３Ｂに示すように、ロックインアンプ５０は、バンドパスフィルタ５１、ミキサ５２、及び、第一のローパスフィルタ５３を有する。

バンドパスフィルタ５１は、増幅信号に含まれるノイズ成分を抑制するためのフィルタである。バンドパスフィルタ５１を信号増幅部４０とミキサ５２との間に配置することで、バンドパスフィルタ５１の通過帯域外のノイズ成分が抑制された増幅信号をミキサ５２に入力することができる。バンドパスフィルタ５１は、例えば、ＲＬＣ回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。

ミキサ５２は、バンドパスフィルタ５１を通過した増幅信号と、光源制御部２０からミキサ５２に出力されるパルス信号とから２つの信号の同期する信号成分を取り出す回路である。ミキサ５２により、ノイズを含む増幅信号からパルス信号と同期する信号成分、言い換えると同位相の信号成分を取り出すことができる。つまり、ミキサ５２によりさらに増幅信号に含まれるノイズを抑制することができる。

第一のローパスフィルタ５３は、ミキサ５２により取り出された信号成分から交流成分を除去するためのフィルタである。第一のローパスフィルタ５３は、例えば、ＲＣ回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。

上記のようなロックインアンプ５０による処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、増幅信号に含まれる外乱光などのノイズ成分を抑制することができる。つまり、ロックインアンプ５０を設けることで、ノイズを含む受光信号から高Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の信号を抽出することができる。また、Ａ／Ｄ変換器６０に信号が入力される前に、ノイズ成分を抑制することができるので、Ａ／Ｄ変換器６０に入力される信号がＡ／Ｄ変換器６０のダイナミックレンジを超えてしまうことを抑制することができる。ロックインアンプ５０は、受光した信号から特定の周波数を取り出す（例えば、光源部１０から照射される光の点灯及び消灯の周波数成分のみを取り出す）狭帯域のバンドパスフィルタと類似した機能を有する。

なお、第一のローパスフィルタ５３の通過帯域は、固定された帯域である。例えば、第一のローパスフィルタ５３のカットオフ周波数は、光源部１０から照射される光の点灯及び消灯の周波数（例えば、１ｋＨｚ）を中心周波数とする信号において、当該中心周波数と当該信号を通過させる帯域幅とに応じて適宜決定される。

［１−２−６．Ａ／Ｄ変換器］
Ａ／Ｄ変換器６０は、ロックインアンプ５０でロックインアンプ処理が施された抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を信号処理部８０に出力する回路である。なお、信号処理部８０に出力されるデジタル信号には、水分量検出装置１が備える各種回路に起因するノイズが含まれる。各種回路とは、例えば信号増幅部４０、ロックインアンプ５０及びＡ／Ｄ変換器６０などである。また、ノイズとは、例えば１／ｆノイズなどである。

［１−２−７．信号処理部］
信号処理部８０は、Ａ／Ｄ変換器６０で変換されたデジタル信号、及び、判定部７０からの異常信号が入力され、当該デジタル信号及び異常信号に対して所定の処理を行う処理装置である。図３Ｂに示すように、信号処理部８０は、制御部８１と、第二のローパスフィルタ８２（図中のＬＰＦ２）と、処理部８３とを有する。つまり、水分量検出装置１は、Ａ／Ｄ変換器６０によりＡ／Ｄ変換されたデジタル信号において、さらにローパスフィルタによる通過帯域の制限が行われる構成となっている。第二のローパスフィルタ８２は通過帯域を変更することが可能であり、当該通過帯域は制御部８１によって制御される。なお、第二のローパスフィルタ８２は、ローパスフィルタの一例である。

制御部８１は、判定部７０から異常信号が入力されると、受光信号が異常であることを示す信号を出力する。本実施の形態では、制御部８１は水分量検出装置１が備える報知部９０に異常であることを示す信号を出力する。なお、制御部８１は、水分量検出装置１の外部の機器に受光信号が異常であることを示す信号を出力してもよい。制御部８１は、例えば、無線通信モジュール（図示しない）を介して、スマートフォンなどの携帯端末に受光信号が異常であることを示す信号を送信してもよい。

また、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度に応じて、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を適宜変更する制御を行う。制御部８１は、例えば、デジタル信号が示す信号強度が大きい程、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を広くする制御を行う。また、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が小さい程、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を狭くする制御を行う。制御部８１が行う第二のローパスフィルタ８２の通過帯域の制御は、第一の制御の一例である。制御部８１が行う第一の制御の詳細は、後述する。

さらに、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度に応じて信号増幅部４０のゲインを変更する制御を行う。例えば、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が大きくなる程、信号増幅部４０のゲインを小さくし、デジタル信号が示す信号強度が小さくなる程、信号増幅部４０のゲインを大きくする制御を行う。制御部８１が行う信号増幅部４０のゲインの制御は、第二の制御の一例である。制御部８１が行う第二の制御の詳細は、後述する。

なお、デジタル信号が示す信号強度とは、例えば、デジタル信号が示すピーク強度であってもよいし、デジタル信号が示す平均強度であってもよいし、デジタル信号が示すエネルギー量であってもよい。

第二のローパスフィルタ８２は、入力されたデジタル信号から所定帯域（通過帯域）の周波数の信号を通過させるカットオフ周波数が変更可能なデジタルフィルタである。これにより、例えばデジタル信号に含まれるＡ／Ｄ変換器６０に起因するノイズなどを抑制することができる。第二のローパスフィルタ８２の通過帯域とは、制御部８１により制御されたカットオフ周波数以下の周波数帯域のことである。

処理部８３は、第二のローパスフィルタ８２を通過したデジタル信号から、対象物２が含む成分を検出する処理装置である。具体的には、処理部８３は、デジタル信号が示す信号強度に基づいて、対象物２が含む水分量を検出する。例えば、処理部８３は、第一の出力部１１０から入力されたデジタル信号が第二のローパスフィルタ８２を通過して生成された第一のデジタル信号と、第二の出力部１２０から入力されたデジタル信号が第二のローパスフィルタ８２を通過して生成された第ニのデジタル信号との除算に基づく値に所定の定数を演算することで、デジタル信号を水分量に変換する。例えば、所定の定数とは、光源部１０が発する、検知光をなす第一の波長帯の光及び参照光をなす第二の波長帯の光が示す信号強度と、受光部３０が有するフィルタ及び第二の出力部１２０の受光部が有するフィルタの透過率特性と、受光部３０が有する受光素子及び第二の出力部１２０の受光部が有する受光素子の受光特性との中の少なくとも１つを用いて予め定められる定数である。また、演算では、加算、減算、乗算及び除算の中から少なくとも１つが行われる。

信号処理部８０が有する各構成要素は、マイクロコンピュータで構成される。信号処理部８０は、デジタル信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。不揮発性メモリが格納するデジタル信号に対する処理プログラムには、上記の所定の定数が含まれる。なお、所定の定数は、複数格納されていてもよい。

［１−２−８．報知部］
報知部９０は、信号処理部８０からの信号に応じて、所定の報知を行う報知装置である。報知部９０は、例えば、所定の光を発する発光装置であってもよいし、所定の表示を行う液晶ディスプレイなどの表示装置であってもよい。報知部９０が発光装置である場合、受光信号が異常であることを示す信号を信号処理部８０から取得すると、所定の色の光を発する。

上記のように、本実施の形態に係る水分量検出装置１は、光を出射する半導体発光素子を含み、対象物２に向けて発光周波数で明滅する光を照射する光源部１０と、対象物２で反射された反射光Ｒを含む光を受光し、受光した光に応じた信号を生成する受光部３０と、受光部３０から出力される受光信号のうち、反射光Ｒを受光していないタイミングで出力される出力電圧（例えば、図４Ｂの（ｂ）に示す出力電圧Ｖｏｕｔ４）が閾値電圧Ｖｒｏより低くなったときを異常と判定する判定部７０を備える。

［１−３．水分量検出装置の動作］
続いて、水分量検出装置１の動作について、図５を参照しながら説明する。

図５は、本実施の形態に係る水分量検出装置１における水分量検出の動作を示すフローチャートである。

まず、光源制御部２０は、光源部１０を制御して対象物２に向けて光を照射させる。つまり、光源制御部２０は、光源部１０の発光を開始させる（Ｓ１１）。具体的には、光源制御部２０は、所定の周波数のパルス信号を発光素子に出力し、光を出射させる。

そして、受光部３０は、ステップＳ１１で光源部１０から照射され、対象物２で反射された反射光Ｒを受光する（Ｓ１２）。受光部３０は、反射光Ｒとして、例えば光源部１０から照射され対象物２で反射された光のうち、第一の波長帯の光を受光する。なお、受光部３０は、反射光Ｒに加えて、太陽光などのノイズとなるＤＣ光も受光する。受光部３０は、受光した反射光Ｒ及びＤＣ光の受光量に応じた受光信号を生成する。生成された受光信号は、信号増幅部４０及び判定部７０に出力される。

そして、判定部７０は、受光信号が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にあるか否かを判定する。具体的には、受光信号のうち反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧（例えば、図４Ｂの（ｂ）に示す出力電圧Ｖｏｕｔ４）が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にあるか否かを判定する。本実施の形態では、判定部７０は、取得した受光信号が閾値電圧Ｖｒｏ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。判定部７０は、異常信号を継続して出力するか否かで当該判定を行ってもよい。信号処理部８０は、判定部７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏより低いと判定すると（Ｓ１３でＮо）、異常を示す信号を出力する（Ｓ１４）。本実施の形態では、信号処理部８０は報知部９０に異常を示す信号を出力し、報知部９０に異常であることを示す報知を行わせる。そして、ステップＳ１２に戻る。なお、判定部７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏより低いと判定すると、その判定を行った受光信号に対しては、水分量は検出されなくてもよい。

また、判定部７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏ以上であると判定すると（Ｓ１３でＹｅｓ）、信号増幅部４０及びロックインアンプ５０による受光信号（アナログ信号）の処理が行われる（Ｓ１５）。具体的には、信号増幅部４０により受光信号が所定のゲインで増幅された増幅信号が生成され、ロックインアンプ５０により当該増幅信号から発光周波数の信号を抽出した抽出信号が生成される。生成された抽出信号は、Ａ／Ｄ変換器６０に出力される。

Ａ／Ｄ変換器６０は、入力された抽出信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行う（Ｓ１６）。そして、Ａ／Ｄ変換器６０は、デジタル信号を信号処理部８０に出力する。

なお、ステップＳ１２〜Ｓ１６までは、第一の出力部１１０及び第二の出力部１２０のそれぞれにおいて行われる。例えば、第一の出力部１１０及び第二の出力部１２０において、ステップＳ１２〜Ｓ１６は並行して行われてもよい。

信号処理部８０は、入力されたデジタル信号に所定の信号処理を施す。制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度と予め定められた第一の基準値（第一の基準強度）とに応じて、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を制御する。例えば、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第一の基準値より大きい場合には（Ｓ１７でＹｅｓ）、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を第一の通過帯域より通過帯域が広い第二の通過帯域に制御する（Ｓ１８）。また、例えば、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第一の基準値以下である場合には（Ｓ１７でＮｏ）、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を第一の通過帯域に制御する（Ｓ１９）。ステップＳ１７〜Ｓ１９の処理は、第一の制御の一例である。なお、第一の基準値は、例えば、予め信号処理部８０が有する不揮発性メモリ（図示しない）に格納されている。

また、ステップＳ１７〜Ｓ１９に示す処理は、第一の出力部１１０から入力されたデジタル信号及び第二の出力部１２０から入力されたデジタル信号のそれぞれに対して行われる。

ここで、制御部８１が行う第一の制御について、図６を参照しながら説明する。

図６は、本実施の形態に係る制御部８１が通過帯域を制御する一例を示す図である。具体的には、図６の（ａ）は、制御部８１がステップＳ１８で行う処理を示しており、図６の（ｂ）は、制御部８１がステップＳ１９で行う処理を示している。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）に示す実線は、デジタル信号を示す。

図６の（ａ）に示すように、制御部８１は、ステップＳ１７でＹｅｓであった場合、デジタル信号が示す信号強度が第一の基準値より大きいので、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を第一の通過帯域よりも広い第二の通過帯域とする制御を行う。デジタル信号が示す信号強度が大きいので通過帯域を広げてもＳ／Ｎ比への影響が小さい。また、第二のローパスフィルタ８２は、通過帯域が広い程、言い換えるとカットオフ周波数が高いほど、高い周波数までデジタル信号を通過させる。第二のローパスフィルタ８２が移動平均法を採用した構成である場合、カットオフ周波数が高い程、移動平均の対象サンプル数を減らすことができる。つまり、カットオフ周波数が高いと第二のローパスフィルタ８２における処理量を減らすことができるので、第二のローパスフィルタ８２における処理を高速化することができる。よって、水分量検出装置１は、デジタル信号が示す信号強度が第一の基準値より大きい場合に第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を広げることで、ロックインアンプ５０による高Ｓ／Ｎ比の信号を維持しながら、かつ信号処理部８０における信号処理時間を短縮することができる。なお、第二のローパスフィルタ８２は、移動平均法以外の方法を採用した構成でもよい。

また、図６の（ｂ）に示すように、制御部８１は、ステップＳ１７でＮｏであった場合、デジタル信号が示す信号強度が第一の基準値以下であるので、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域を第二の通過帯域より狭い第一の通過帯域とする。デジタル信号が示す信号強度が小さいので通過帯域を狭くすることで、第二のローパスフィルタ８２を通過する信号に含まれるノイズ成分を抑制することができる。つまり、第二のローパスフィルタ８２は、デジタル信号が示す信号強度が小さい場合であっても高Ｓ／Ｎ比の信号を抽出することができる。

図５を再び参照して、処理部８３は、ステップＳ１８又はＳ１９で通過帯域が制御された第二のローパスフィルタ８２を通過したデジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで、対象物２に含まれる水分量の検出を行う（Ｓ２０）。処理部８３は、例えば、第一の出力部１１０から入力されたデジタル信号が示す信号強度と、第二の出力部１２０から入力されたデジタル信号が示す信号強度との比に所定の定数を演算して、水分量を検出する。そして、信号処理部８０は、検出した水分量を乾燥制御部１０６に出力する。ステップＳ２０が終了すると、ステップＳ１２に戻り水分量検出の処理が継続される。

次に、制御部８１による信号増幅部４０のゲインの制御について、図７を参照しながら説明する。

図７は、本実施の形態に係る制御部８１におけるゲインの制御動作を示すフローチャートである。なお、図７では、ステップＳ１６においてＡ／Ｄ変換処理が行われた後の制御部８１における処理を示す。

信号処理部８０は、入力されたデジタル信号に所定の信号処理を施す。制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度と予め定められた第二の基準値（第二の基準強度）とに応じて、信号増幅部４０のゲインを制御する。例えば、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第二の基準値より大きい場合には（Ｓ３１でＹｅｓ）、信号増幅部４０のゲインを高い増幅率（ゲイン）及び低い増幅率（ゲイン）のうち低いゲインに制御する（Ｓ３２）。つまり、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第二の基準値より大きい場合、信号増幅部４０のゲインを下げる制御を行う。これにより、例えば光源部１０と対象物２との距離が近く受光部３０が受光する反射光の強度が大きい場合であっても、Ａ／Ｄ変換器６０に入力される信号がＡ／Ｄ変換器６０のダイナミックレンジを超えることを抑制することができる。よって、水分量検出装置１は、光源部１０から対象物２までの距離が近い場合、つまり受光部３０が受光する光の受光量が多い場合であっても、Ａ／Ｄ変換器６０のダイナミックレンジを超えることなく、水分量の検出が可能となる。なお、制御部８１は、Ａ／Ｄ変換器６０に入力される信号がＡ／Ｄ変換器６０のダイナミックレンジを超えないように信号増幅部４０のゲインを制御すればよい。

また、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第二の基準値以下である場合には（Ｓ３１でＮｏ）、信号増幅部４０のゲインを高いゲイン及び低いゲインのうち高いゲインに制御する（Ｓ３３）。つまり、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度が第二の基準値以下である場合、ステップＳ３１でＹｅｓのときに比べ信号増幅部４０のゲインを高くする制御を行う。

上記のステップＳ３１〜Ｓ３３の処理は、制御部８１が行う第二の制御の一例である。また、第二の基準値は、例えば、予め信号処理部８０が有する不揮発性メモリに格納されている。

［１−４．効果など］
本実施の形態に係る水分量検出装置１は、対象物２に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部１０と、光が対象物２で反射された反射光Ｒを受光し、反射光Ｒの強度に応じた強度信号を出力する受光装置１３０と、強度信号が入力され、当該強度信号から所定の周波数の信号を抽出した抽出信号を出力するロックインアンプ５０と、受光装置１３０から入力された、反射光Ｒの強度に応じた受光信号と、閾値電圧Ｖｒｏとから、受光信号の異常を判定する判定部７０とを備える。閾値電圧Ｖｒｏは、受光装置１３０において予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆ、及び、受光装置１３０が反射光Ｒを受光したときに出力する信号である出力電圧の差分の最大値である最大出力電圧幅ΔＶｍａｘと、受光装置１３０が受光信号を出力可能な出力可能電圧幅Ｖｍａｘとの差分から決定される。

これにより、閾値電圧Ｖｒｏは、受光装置１３０が外乱光を受光しても出力飽和しない電圧として決定される。つまり、閾値電圧Ｖｒｏを閾値として受光装置１３０から入力された第一の信号を判定することにより、強度信号が出力飽和しているか否かを判定することができる。また、強度信号のうち、受光装置１３０が反射光Ｒを受光していないタイミング、つまり外乱光のみを受光しているタイミングで出力された出力電圧と閾値電圧Ｖｒｏとを用いて判定する場合、外乱光の影響を正確に判定することができる。よって、本実施の形態に係る水分量検出装置１は、外乱光により誤った水分量が検出されることを抑制することができる。

また、受光装置１３０は、反射光Ｒを受光し、受光信号を出力する受光部３０を有し、第一の信号は、受光信号である。最大出力電圧幅ΔＶｍａｘは、受光部３０において予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆと、受光部３０が反射光Ｒを受光したときに出力する出力電圧との差分の最大値である。出力可能電圧幅Ｖｍａｘは、受光部３０における基準電圧Ｖｒｅｆからの電圧幅である。閾値電圧Ｖｒｏは、最大出力電圧幅ΔＶｍａｘと出力可能電圧幅Ｖｍａｘとの差分と、基準電圧Ｖｒｅｆとから決定される。そして、判定部７０は、受光信号が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にないときに、受光信号が異常であると判定する。

これにより、ＤＣ光などの外乱光による受光信号の出力飽和を検出することができる。よって、本実施の形態に係る水分量検出装置１は、外乱光（ＤＣ光）により誤った水分量が検出されることをさらに抑制することができる。

また、制御部８１は、さらに、判定部７０が受光信号を異常であると判定すると、異常であることを示す信号を出力する。

これにより、異常であることを示す信号を報知部９０が取得した場合、報知部９０は、判定部７０が受光信号を異常であると判定したことを報知することができる。

また、さらに、抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器６０と、通過帯域が可変であり、デジタル信号が入力され、当該デジタル信号から通過帯域の周波数の信号を通過させる第二のローパスフィルタ８２とを備える。そして、制御部８１は、デジタル信号が示す信号強度に応じて、通過帯域を変更する。

これにより、第二のローパスフィルタ８２の通過帯域をデジタル信号が示す信号強度に応じて変更することができる。例えば、制御部８１が通過帯域を広げる制御を行うことで、水分量を検出する処理を行うときの処理速度を高速化することができる。よって、水分量検出装置１は、第二のローパスフィルタ８２を備えていない水分量検出装置に比べ、水分量を検出する処理を高速化することができる。

また、光源部１０は、光を走査しながら照射する。

これにより、対象物２における複数の範囲、又は、複数の対象物２において水分量を検出することができる。よって、乾燥制御部１０６が乾燥条件を制御する場合、当該検出結果から水分量が多い位置を重点的に乾燥するなど、効率的に乾燥が行える。また、光を走査しながら対象物２における水分量の検出を行う場合、つまり連続して水分量の検出を行う場合に、上記のような信号処理部８０における処理の高速化は、より効果を奏する。

また、光源部１０は、照射光Ｌを出射するＬＥＤ素子を有する。

これにより、光源制御部２０が制御する点灯及び消灯の発光周期に対応した点灯及び消灯が可能なＬＥＤ素子を用いて水分量検出装置１を実現できる。

（実施の形態１の変形例）
以下、本変形例に係る水分量検出装置１ａについて、図８Ａ〜図１０を参照しながら説明する。なお、本変形例では、実施の形態１と異なる点について説明し、実施の形態１と同様の構成については説明を省略又は簡略化する場合がある。

まずは、本変形例に係る水分量検出装置１ａの構成について、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、説明する。

図８Ａは、本変形例に係る水分量検出装置１ａの詳細構成と対象物２とを示す模式図である。図８Ｂは、本変形例に係る水分量検出装置１ａの回路構成を示す模式図である。具体的には、図８Ｂは、受光装置１３０ａ及び判定部７０ａの回路構成を示す。

図８Ａに示すように、本変形例に係る水分量検出装置１ａは、実施の形態１に係る受光装置１３０及び判定部７０に替えて受光装置１３０ａ及び判定部７０ａを備える。

受光装置１３０ａは、受光部３０ａと信号増幅部４０ａとを有する。

図８Ｂに示すように、受光部３０ａは、受光素子３１と、ＩＶ変換部３２ａ(電流―電圧変換回路)とを有する。本変形例では、ＩＶ変換部３２ａが変換インピーダンス部３４ａを有しており、ＩＶ変換部３２ａのインピーダンス値が可変である点に特徴を有する。

変換インピーダンス部３４ａは、複数のインピーダンスを有し、インピーダンス値が変化可能に構成される。具体的には、変換インピーダンス部３４ａは複数のインピーダンス（例えば、インピーダンスＺ１〜Ｚ３）と、複数のスイッチ（例えば、ＳＷ１〜ＳＷ３）とを有する。なお、変換インピーダンス部３４ａが有するインピーダンスの数は２以上であれば特に限定されない。変換インピーダンス部３４ａが有するインピーダンスの数は、例えば、２つでもよいし、５つでもよい。

インピーダンスＺ１〜Ｚ３は、所定のインピーダンス値を有し、それぞれ並列に接続されている。一例として、インピーダンスＺ１のインピーダンス値は１６ＭΩ、インピーダンスＺ２のインピーダンス値は４ＭΩ、インピーダンスＺ３のインピーダンス値は１ＭΩである。なお、インピーダンスＺ１〜Ｚ３のインピーダンス値は、上記に限定されない。また、インピーダンスＺ３、Ｚ２、及び、Ｚ１は、この順に４倍ずつインピーダンス値が大きくなっているが、これに限定されない。また、例えば、インピーダンスＺ１〜Ｚ３の少なくとも２つは同じインピーダンス値であってもよい。

スイッチＳＷ１は、インピーダンスＺ１と直列に接続され、インピーダンスＺ１の導通及び非導通を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ２は、インピーダンスＺ２と直列に接続され、インピーダンスＺ２の導通及び非導通を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ３は、インピーダンスＺ３と直列に接続され、インピーダンスＺ３の導通及び非導通を切り替えるスイッチである。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のそれぞれは、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチ素子であるが、リレー素子などであってもよい。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、信号処理部８０により導通及び非導通が制御される。信号処理部８０は、例えば、受光信号における、反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧に応じて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の少なくとも１つをオンにする。

このような受光部３０ａにおいて、インピーダンス値と当該インピーダンス値において出力される受光信号とについて、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら説明する。なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、外乱光は受光部３０ａに入射していないものとして説明する。

まずは、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値が切り替えられる例について、図９Ａを参照しながら説明する。

図９Ａは、本変形例に係る変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を切り替える例を示す図である。なお、図９Ａに示すように、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを切り替えるための閾値電圧である切替電圧Ｖｒｃが設定される。切替電圧Ｖｒｃは、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間に設定される。また、切替電圧Ｖｒｃは、変換インピーダンス部３４ａに設定されているインピーダンス値により決定されてもよい。例えば、（基準電圧Ｖｒｅｆ−切替電圧Ｖｒｃ）：（基準電圧Ｖｒｅｆ−閾値電圧Ｖｒｏ）の比が所定の値となるように設定されてもよい。例えば、切替電圧Ｖｒｃは、（基準電圧Ｖｒｅｆ−切替電圧Ｖｒｃ）：（基準電圧Ｖｒｅｆ−閾値電圧Ｖｒｏ）＝１：４となるように設定される。本実施の形態では、基準電圧Ｖｒｅｆは１．６５Ｖ、切替電圧Ｖｒｃは１．２７５Ｖ、閾値電圧Ｖｒｏは０．１５Ｖである。なお、切替電圧Ｖｒｃは、判定部７０ａが行う受光信号が異常であるか否かの判定には用いられない。また、切替電圧Ｖｒｃは、第二の閾値の一例である。

図９Ａの（ａ）は、受光信号が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にある例を示している。具体的には、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧Ｖｏｕｔ８が、基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にある例を示している。なお、出力電圧Ｖｏｕｔ８は、第二の出力電圧の一例である。また、図９Ａの（ａ）では、スイッチＳＷ２が導通されている例を示している。つまり、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値は、インピーダンスＺ２の４ＭΩである。

図９Ａの（ｂ）は、図９Ａの（ａ）の状態で、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２（４ＭΩ）からインピーダンスＺ１（１６ＭΩ）に切り替えた後の受光信号を示している。変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を高くすることで、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される出力電圧Ｖｏｕｔ９の値を低くすることができる。本実施の形態では、受光信号のうち反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧（図９Ａに示す基準電圧Ｖｒｅｆ）と出力電圧Ｖｏｕｔ９との電位差は、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔ８との電位差の約４倍となる。

図９Ａの（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ８が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるときに変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を高くする（４ＭΩ→１６ＭΩ）変更を行っても、出力電圧Ｖｏｕｔ９は、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にある。言い換えると、出力電圧Ｖｏｕｔ９の電圧値は、閾値電圧Ｖｒｏの電圧値以上である。これにより、Ａ／Ｄ変換するときのビット分解能が向上するので、より精度よく水分量を検出することができる。

また、変換インピーダンスのジョンソンノイズは２倍になるが信号は４倍になるため、この部分のＳ／Ｎ比は理想的には２倍になり検出分解能も向上する。

次に、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを切り替えない例について、図９Ｂを参照しながら説明する。

図９Ｂは、本変形例に係る変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを切り替えない例を示す図である。

図９Ｂの（ａ）は、受光信号の一部が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間からはみ出している例を示している。具体的には、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧Ｖｏｕｔ１０が、基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にない例を示している。また、図９Ｂの（ａ）では、スイッチＳＷ２が導通されている例を示している。つまり、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値は、インピーダンスＺ２の４ＭΩである。

図９Ｂの（ｂ）は、図９Ｂの（ａ）の状態で、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２（４ＭΩ）からインピーダンスＺ１（１６ＭΩ）に切り替えた後の受光信号を示している。変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を高くすることで、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１１の値を低くすることができる。本実施の形態では、受光信号のうち反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧（図９Ｂに示す基準電圧Ｖｒｅｆ）と出力電圧Ｖｏｕｔ１１との電位差は、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔ１０との電位差の約４倍となる。

図９Ｂの（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ１０が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にないときに変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を高くする（４ＭΩ→１６ＭΩ）変更を行うと、出力電圧Ｖｏｕｔ１１は、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にない。本実施の形態では、出力電圧Ｖｏｕｔ１１の電圧値は、閾値電圧Ｖｒｏの電圧値より低くなる。この場合、外乱光の影響などにより出力飽和しやすいので、インピーダンスの変更を行わない。これにより、受光信号の出力飽和を抑制しつつ、かつ大まかな水分量を検出することができる。

なお、図９Ｂの（ｂ）に示す状態となった場合、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２（４ＭΩ）からインピーダンスＺ３（１ＭΩ）に下げるとよい。

なお、本変形例において、出力可能電圧幅Ｖｍａｘの下限電圧に決定された閾値電圧Ｖｒｏを用いてもよい。この場合においても、上記と同様の判定を行うことで、受光信号の出力飽和を抑制することができる。

図８Ｂを再び参照して、信号増幅部４０ａは、ハイパスフィルタ４１ａとオペアンプ４２ａとを有する。

ハイパスフィルタ４１ａは、受光部３０ａと接続され受光部３０ａから出力された受光信号のＤＣ成分を除去するフィルタである。ハイパスフィルタ４１ａは、例えば、ＲＣ回路などにより実現される。

オペアンプ４２ａは、ハイパスフィルタ４１ａから出力された受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号をロックインアンプ５０に出力する。本変形例では、オペアンプ４２ａは、ゲインを変更可能に構成される。オペアンプ４２ａは、例えば、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａ及び変換インピーダンス部３４ａを構成するインピーダンスのそれぞれに直列に接続されたスイッチを有する構成であってもよい。オペアンプ４２ａのゲインは、例えば、制御部８１により制御される。なお、オペアンプ４２ａは、ゲインが固定であってもよい。

判定部７０ａは、受光部３０ａから入力された受光信号と、予め定められた第一の閾値とから、受光信号の異常を判定する。判定部７０ａは、さらに、受光部３０ａから入力された受光信号と、予め定められた第二の閾値とから、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを変更するか否かを判定する。

判定部７０ａは、実施の形態１に係るコンパレータ７１に加え、さらにコンパレータ７１ａを有する。

コンパレータ７１ａは、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を変更するか否かを判定するために用いられる。コンパレータ７１ａの入力端子には、受光信号と、切替電圧Ｖｒｃとが入力される。切替電圧Ｖｒｃは、電源（例えば、＋３．３Ｖ）から供給される電源電圧を２つの抵抗で分割して生成された電圧である。また、判定部７０ａは、受光信号の異常の判定結果に加え、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値の変更の判定結果を信号処理部８０に出力する。コンパレータ７１ａは、例えば、切替電圧Ｖｒｃより低い電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号）を出力する。また、コンパレータ７１ａは、例えば、切替電圧Ｖｒｃより高い電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号よりも電圧値が低いＬｏｗレベルの信号であり、以降では切替信号とも記載する）を出力する。

制御部８１は、コンパレータ７１及び７１ａから入力される信号に応じて、所定の処理を行う。制御部８１が行うコンパレータ７１から入力される信号に応じた処理は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

制御部８１は、コンパレータ７１から異常信号が入力されておらず、かつコンパレータ７１ａから切替信号が入力されると、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるので、ＩＶ変換部３２ａのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の導通及び非導通を制御し、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を上げる制御を行う。また、制御部８１は、コンパレータ７１からから異常信号が入力されておらず、かつコンパレータ７１ａから切替信号が入力されていないと、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧が切替電圧Ｖｒｃと閾値電圧Ｖｒｏとの間にあるので、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを変更しない。また、制御部８１は、コンパレータ７１から異常信号が入力されており、かつコンパレータ７１ａから切替信号が入力されていないと、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧が閾値電圧Ｖｒｏより低いので、ＩＶ変換部３２ａのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の導通及び非導通を制御し、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを下げる制御を行う。

続いて、水分量検出装置１ａの動作について、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、本変形例に係る水分量検出装置１ａにおける水分量検出の動作を示すフローチャートである。なお、本変形例では、実施の形態１に水分量検出装置１における水分検出の動作（図５参照）に、さらに、ステップＳ２１〜Ｓ２４が追加されている。ステップＳ１１〜Ｓ２０までの動作は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

判定部７０ａは、受光信号が閾値電圧Ｖｒｏ以上であった場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、さらに、受光信号が切替電圧Ｖｒｃ以上であるか否かの判定を行う（Ｓ２１）。判定部７０ａは、受光信号が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるか否かを判定する。判定部７０ａは、受光信号のうち反射光Ｒを受光していないタイミングで出力された出力電圧（例えば、図９Ａに示す出力電圧Ｖｏｕｔ８）が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるか否かを判定する。判定部７０ａは、受光信号が切替電圧Ｖｒｃ以上である場合（Ｓ２１でＹｅｓ）、切替信号を制御部８１に出力し、かつ異常信号を出力しないことで当該判定を行ってもよい。なお、判定部７０がステップＳ１３及びＳ２１でＹｅｓと判定することは、第一の判定の一例である。

制御部８１は、判定部７０ａが第一の判定を行うと、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を増加させ、かつ、信号増幅部４０ａのゲインを減少させる制御を行う（Ｓ２２）。なお、ステップＳ２２では、少なくともインピーダンス値の変更が行われればよい。

制御部８１は、例えば、変換インピーダンス部３４ａがインピーダンスＺ２のインピーダンス値である場合（つまり、スイッチＳＷ２が導通している場合）に、ステップＳ２１でＹｅｓと判定されると、インピーダンスＺ２を非導通とし、かつインピーダンスＺ２よりインピーダンス値が大きいインピーダンスＺ１が導通するようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。なお、インピーダンスＺ２は第一のインピーダンスの一例であり、インピーダンスＺ１は第二のインピーダンスの一例である。

制御部８１は、さらに、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を増加させた場合に、信号増幅部４０ａのゲインをインピーダンスＺ２のインピーダンス値であったときの第一のゲインから、当該第一のゲインより増幅率が小さい第二のゲインに変更する制御を行う。

制御部８１は、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を変更する前後において、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値と信号増幅部４０ａのゲインとの積が一定となるように第二のゲインを決定するとよい。つまり、信号増幅部４０のゲインは、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値に応じて予め設定されるとよい。本実施の形態では、インピーダンスＺ１：Ｚ２：Ｚ３のインピーダンス値は１６：４：１であるので、予め設定されるゲインの比は、１：４：１６であるとよい。

ステップＳ２２でインピーダンス及びゲインが変更されると、ステップＳ１２に戻り、反射光Ｒの受光から、処理が進められる。

また、受光信号が切替電圧Ｖｒｃより小さい場合（ステップＳ２１でＮｏ）、判定部７０ａは、受光信号の一部が閾値電圧Ｖｒｏより小さいか否かの判定を行う（Ｓ２３）。判定部７０ａは、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧（例えば、図９Ｂの（ｂ）に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１１）が閾値電圧Ｖｒｏより小さいか否かを判定する。判定部７０ａは、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧が閾値電圧Ｖｒｏより小さい場合（Ｓ２３でＹｅｓ）、切替信号を制御部８１に出力せず、かつ異常信号を出力することで当該判定を行ってもよい。なお、判定部７０ａがステップＳ１３、Ｓ２１及びＳ２３でＹｅｓと判定することは第二の判定の一例である。

制御部８１は、例えば、変換インピーダンス部３４ａがインピーダンスＺ２のインピーダンス値である場合（つまり、スイッチＳＷ２が導通している場合）に、ステップＳ２３でＹｅｓと判定されると、インピーダンスＺ２を非導通とし、かつインピーダンスＺ２よりインピーダンス値が小さいインピーダンスＺ３が導通するようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。なお、インピーダンスＺ３は第三のインピーダンス値の一例である。

制御部８１は、さらに、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を減少させた場合に、信号増幅部４０ａのゲインをインピーダンスＺ２であったときの第一のゲインから、当該第一のゲインより増幅率が大きい第三のゲインに変更する制御を行う。

制御部８１は、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを変更する前後において、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値と信号増幅部４０ａのゲインとの積が一定となるように第三のゲインを決定するとよい。ステップＳ２４でインピーダンス及びゲインが変更されると、ステップＳ１２に戻り、反射光Ｒの受光から、処理が進められる。

なお、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された出力電圧が閾値電圧Ｖｒｏ以上である場合（ステップＳ２３でＮｏ）、インピーダンス及びゲインは変更されずステップＳ１５に進み、以降のステップが行われる。なお、ステップＳ１３、Ｓ２１及びＳ２３の処理は、並行して行われてもよい。

なお、上記では、制御部８１は、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を増加させる制御（Ｓ２２）、及び、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を減少させる制御（Ｓ２４）の両方を行う例について説明したが、これに限定されない。制御部８１は、例えば、ステップＳ２２及びＳ２４のうちの少なくとも一方の制御を行えばよい。例えば、ステップＳ２４において変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値の変更が行われない場合に、判定部７０ａがステップＳ２３でＹｅｓと判定したとき、ステップＳ１２に戻ってもよい。また、ステップＳ２３における処理は、行われなくてもよい。なお、制御部８１が変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を変更しない場合、信号増幅部４０ａのゲインも変更されない。

本変形例に係る水分量検出装置１ａは、制御部８１をさらに備える。受光部３０ａは、反射光Ｒを受光し、光電流を出力する受光素子３１と、光電流をＩＶ変換して受光信号を出力するＩＶ変換部３２ａとを有し、ＩＶ変換部３２ａは、光電流が入力されるオペアンプ３３と、インピーダンス値が変化可能な変換インピーダンス部３４ａとを有する。そして、判定部７０ａは、さらに、受光信号のうち反射光Ｒを受光しているタイミングで出力された第二の出力電圧が、閾値電圧Ｖｒｏ及び基準電圧Ｖｒｅｆの間の切替電圧Ｖｒｃと、基準電圧Ｖｒｅｆとの間にある場合は第一の判定をし、第二の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ及び閾値電圧Ｖｒｏの間にない場合は第二の判定をする。制御部８１は、判定部７０ａが第一の判定をした場合に、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２から当該インピーダンスＺ２よりインピーダンス値が大きいインピーダンスＺ１に変更する制御、及び、判定部７０ａが第二の判定をした場合に、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２から当該インピーダンスＺ２よりインピーダンス値が小さいインピーダンスＺ３に変更する制御の少なくとも一方を行う。

これにより、ＩＶ変換部３２ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値を太陽光などの外乱光の受光量に応じた適切な値に変更することができる。例えば、太陽光などの外乱光の受光量が多い場合には、ＩＶ変換部３２ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値が小さくなるように変更されるので、受光部３０ａから出力される受光信号が出力飽和することを抑制することができる。また、太陽光などの外乱光の受光量が少ない場合にはＩＶ変換部３２ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンス値が大きくなるように変更されるので、高い検出分解能を維持することができる。よって、本変形例に係る水分量検出装置１ａは、さらに外乱光により誤った水分量が検出されることが抑制され、かつ高い検出分解能を維持することができる。

また、受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号を強度信号としてロックインアンプ５０に出力する信号増幅部４０ａであって、ゲインが可変である信号増幅部４０ａをさらに備える。そして、制御部８１は、さらに、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２からインピーダンスＺ１に変更した場合に、信号増幅部４０ａのゲインを第一のゲインから第一のゲインより小さい第二のゲインに変更し、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２からインピーダンスＺ３に変更した場合に、信号増幅部４０ａのゲインを第一のゲインから第一のゲインより大きい第三のゲインに変更する。

これにより、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスが変更されても、信号増幅部４０ａのゲインを変更することによって、Ａ／Ｄ分解能が変化することを抑制することができる。例えば、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスをインピーダンスＺ２からインピーダンスＺ１に変更した場合に、信号増幅部４０ａのゲインを第一のゲインから第二のゲインに変更することで、信号増幅部４０ａのゲインを変更しない場合に比べ、Ａ／Ｄ分解能が向上する。

また、制御部８１は、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスを変更する前後において、変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスと信号増幅部４０ａのゲインとの積が一定となるように第二のゲイン及び第三のゲインを決定する。

これにより、受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａのインピーダンスが変更されても、信号増幅部４０ａのゲインを変更することによって、一定の出力が得られるので、同じＡ／Ｄ分解能で水分量を検出することができる。

（実施の形態２）
以下、本実施の形態に係る水分量検出装置について、図１１Ａ〜図１３を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と異なる点について説明し、実施の形態１と同様の構成については説明を省略又は簡略化する場合がある。

［２−１．水分量検出装置の構成］
まず、水分量検出装置２０１の各構成要素について、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、外乱光が光の強度が時間に依存して変化する場合に、誤った水分量が検出されることが抑制される水分量検出装置について説明する。光の強度が時間に依存して変化する外乱光とは、例えば、蛍光灯の光などであり、以降においてＡＣ光とも記載する。

図１１Ａは、本実施の形態に係る水分量検出装置２０１の詳細構成と対象物２とを示す模式図である。図１１Ｂは、本実施の形態に係る水分量検出装置２０１の回路構成を示す模式図である。具体的には、図１１Ｂは、受光装置２３０及び判定部２７０の回路構成を示す。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施の形態に係る水分量検出装置２０１は、光源部１０と、光源制御部２０と、判定部２７０と、信号処理部８０と、第一の出力部１１０と、第二の出力部（図示しない）とを備える。また、第一の出力部１１０は、受光装置２３０と、ロックインアンプ５０と、Ａ／Ｄ変換器６０とを備え、受光装置２３０が受光した光に対応した信号を信号処理部８０に出力する。さらに、本実施の形態では、判定部２７０は、受光装置２３０から取得した信号を用いて、当該信号に異常がないかを判定し、当該判定結果を信号処理部８０に出力する。本実施の形態に係る判定部２７０は、信号増幅部２４０が出力する増幅信号を入力として、所定の判定を行う点に特徴を有する。なお、光源部１０、光源制御部２０、受光部３０、ロックインアンプ５０、Ａ／Ｄ変換器６０、信号処理部８０、及び、報知部９０の構成は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

信号増幅部２４０は、受光部３０により出力された受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号を強度信号としてロックインアンプ５０に出力する。具体的には、信号増幅部２４０は、ハイパスフィルタ２４１とオペアンプ２４２とを有する。信号増幅部２４０は、例えば、実施の形態１の変形例に係る信号増幅部４０ａと同様の構成を有する。なお、信号増幅部２４０は第一の信号増幅部の一例であり、信号増幅部２４０が出力する増幅信号は、第一の増幅信号の一例である。また、増幅信号は、判定部２７０に入力される第一の信号の一例である。

判定部２７０は、信号増幅部２４０から入力された増幅信号と、予め定められた第一の閾値とから、増幅信号の異常を判定する。ここで、増幅信号の異常とは、外乱光の影響により増幅信号から正確な水分量が検出できないことを意味する。具体的には、外乱光の影響により増幅信号が出力飽和していることを意味する。

図１１Ｂに示すように、判定部２７０は、信号増幅部２４０とロックインアンプ５０との間を接続する接続線と接続されている。判定部２７０は、コンパレータ２７１（コンパレータ回路）を有する。コンパレータ２７１の入力端子には、増幅信号と、閾値電圧Ｖｒｏとが入力される。閾値電圧Ｖｒｏは、電源（例えば、＋３．３Ｖ）から供給される電源電圧を２つの抵抗で分割して生成された電圧である。判定部２７０は、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの差分より、基準電圧Ｖｒｅｆと入力される電圧との差分が大きくなると異常であると判定する。判定部２７０は、例えば、閾値電圧Ｖｒｏが基準電圧Ｖｒｅｆより低い電圧であった場合、増幅信号の電圧が閾値電圧Ｖｒｏより低いときに異常であると判定する。また、判定部２７０は、判定結果を信号処理部８０に出力する。判定部２７０は、閾値電圧Ｖｒｏより低い電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号であり、以降において、異常信号とも記載する）を出力する。また、判定部２７０は、例えば、閾値電圧Ｖｒｏと基準電圧Ｖｒｅｆとの間にある（例えば、閾値電圧Ｖｒｏより高い）電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、異常信号よりも電圧値が低いＬｏｗレベルの信号）を出力する。

ここで、図１１Ｂに示す出力１、２及び３のぞれぞれで取得される信号の波形について、図１２を参照しながら説明する。

図１２は、本実施の形態に係る図１１Ｂに示す出力１〜３で取得される信号の一例を示す図である。なお、出力１は、受光部３０から信号増幅部２４０へ出力される受光信号を示す。出力２は、信号増幅部２４０において、ハイパスフィルタ２４１からオペアンプ２４２に出力される信号を示す。出力３は、信号増幅部２４０からロックインアンプ５０及び判定部２７０に入力される増幅信号を示す。

図１２では、ＡＣ光の強度が小さい場合（図１２に示す、ＡＣ光ノイズが小さい場合）と、ＡＣ光の強度が大きい場合（図１２に示すＡＣ光ノイズが大きい場合）とを図示している。

まず、ＡＣ光の強度が小さい場合について、説明する。

出力１に示すように、受光信号は、ＡＣ光の影響により、波打った形状の信号となる。受光信号は、ＡＣ光が蛍光灯である場合、例えば、１００〜１２０Ｈｚ程度の周波数（周期８〜１０ｍｓ）の正弦波形状となる。なお、ＡＣ光の強度が小さいので、ＡＣ光の強度が大きい場合に比べ、受光信号の振幅は小さい。

出力２に示すように、受光信号は、ハイパスフィルタ２４１により、直流成分のノイズ（例えば、ＤＣ光によるノイズ）が除去され、基準電圧Ｖｒｅｆである１．６５Ｖを略中心に正弦波形状の信号となる。

出力３に示すように、受光信号は、オペアンプ２４２により所定のゲインで増幅された増幅信号となる。このとき、受光信号に含まれるＡＣ光の成分も所定のゲインで増幅され、出力２のときの信号に比べ、振幅が大きくなる。

なお、出力３の図に示す閾値電圧Ｖｒｏは、実施の形態１と同様に決定される。閾値電圧Ｖｒｏは、最大出力電圧幅と、出力可能電圧幅Ｖｍａｘ（ダイナミックレンジ）との差分から決定される。

本実施の形態における最大出力電圧幅とは、信号増幅部２４０において予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆ（１．６５Ｖ）と、受光部３０が反射光Ｒを受光したときにオペアンプ２４２が出力する出力電圧との差分の最大値で定義される。最大出力電圧幅は、例えば、信号増幅部２４０の基準電圧Ｖｒｅｆと、例えば図４Ｂの（ａ）に示すＶｏｕｔ３をゲイン倍した電圧とから決定される。

出力可能電圧幅は、信号増幅部２４０が基準電圧Ｖｒｅｆからの出力可能な電圧幅であり、出力３を示す図において、一例として０Ｖ〜＋１．６５Ｖ、又は、１．６５Ｖ〜３．３Ｖまでの電圧幅となる。なお、閾値電圧Ｖｒｏは、第一の閾値の一例である。

なお、出力３に示す図において、閾値電圧Ｖｒｏは、基準電圧Ｖｒｅｆより低い電圧に設定されている例を示しているが、これに限定されない。閾値電圧Ｖｒｏは、基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧及び低い電圧の少なくとも一方に設定されていればよい。

次に、ＡＣ光の強度が大きい場合について、説明する。

出力１に示すように、受光信号は、ＡＣ光の影響により、波打った形状の信号となる。なお、ＡＣ光の強度が小さい場合に比べ、受光信号の振幅は大きくなる。

出力２に示すように、受光信号は、ハイパスフィルタ２４１により、直流成分のノイズ（例えば、ＤＣ光によるノイズ）が除去される。その後、出力３に示すように、受光信号は、オペアンプ２４２により所定のゲインで増幅された増幅信号となる。このとき、受光信号に含まれるＡＣ光の成分も所定のゲインで増幅され、出力２のときの信号に比べ、振幅が大きくなる。

出力３に示すように、ＡＣ光の強度が大きい場合の増幅信号は、信号増幅部２４０の出力可能電圧幅を越えてゆらいでいる。信号増幅部２４０の出力可能電圧幅Ｖｍａｘを越えた部分は、信号増幅部２４０からロックインアンプ５０に出力される増幅信号には含まれない。つまり、増幅信号は、出力飽和している状態である。図１２のＡＣ光ノイズが大きい場合の出力３の状態では、信号増幅部２４０が出力する増幅信号から正確な水分量が検出できない。そこで、判定部２７０は、出力３の状態を異常として判定する。

判定部２７０は、増幅信号の振幅の最大値である出力電圧（例えば、図１２に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１２）が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にないときに、増幅信号が異常であると判定する。つまり、判定部２７０は、受光信号が異常であると判定する。本実施の形態では、判定部２７０は、出力電圧Ｖｏｕｔ１２の電圧値が閾値電圧Ｖｒｏより低くなった場合を異常と判定することで、出力飽和した増幅信号を用いて水分量が検出されることを抑制することができる。図１２に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１２は第一の出力電圧の一例である。

［２−２．水分量検出装置の動作］
続いて、水分量検出装置２０１の動作について、図１３を参照しながら説明する。

図１３は、本実施の形態に係る水分量検出装置２０１における水分量検出の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１及びＳ１０２は、図５に示すステップＳ１１及びＳ１２と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ１０２の次に、信号増幅部２４０において、受光部３０から出力された受光信号を所定のゲインで増幅させて増幅信号を生成する信号増幅処理が行われる（Ｓ１０３）。増幅信号は、判定部２７０及びロックインアンプ５０に入力される。

そして、判定部２７０は、増幅信号の振幅の最大値である出力電圧（例えば、図１２のＡＣ光ノイズが小さい場合の出力３の図に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１２）が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にあるか否かを判定する。本実施の形態では、判定部２７０は、取得した増幅信号が閾値電圧Ｖｒｏ以上か否かを判定する（Ｓ１０４）。判定部２７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏより低いと判定すると（Ｓ１０４でＮо）、信号処理部８０は、異常を示す信号を出力する（Ｓ１０５）。本実施の形態では、信号処理部８０は報知部９０に異常を示す信号を出力し、報知部９０に異常であることを示す報知を行わせる。そして、ステップＳ１０２に戻る。なお、判定部２７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏより低いと判定すると、その判定を行った増幅信号に対しては、水分量は検出されなくてもよい。

また、判定部２７０が出力電圧を閾値電圧Ｖｒｏ以上であると判定すると（Ｓ１０４でＹｅｓ）、ロックインアンプ５０による増幅信号の処理（いわゆるロックインアンプ処理）が行われる（Ｓ１０６）。具体的には、ロックインアンプ５０により当該増幅信号から発光周波数の信号を抽出した抽出信号が生成される。生成された抽出信号は、Ａ／Ｄ変換器６０に出力される。なお、以降の処理は、図５に示すステップＳ１６以降と同様であり、説明を省略する。

［２−３．効果など］
本実施の形態に係る水分量検出装置２０１の受光装置２３０は、反射光Ｒを受光し、受光信号を出力する受光部３０と、受光信号が入力され、当該受光信号を所定の増幅率で増幅した増幅信号（第一の信号の一例）を強度信号として出力する信号増幅部２４０とを有する。最大出力電圧幅は、信号増幅部２４０において予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆと、受光部３０が反射光Ｒを受光したときに信号増幅部２４０が出力する出力電圧との差分の最大値であり、出力可能電圧幅Ｖｍａｘは、信号増幅部２４０が出力可能な信号増幅部２４０の基準電圧Ｖｒｅｆからの電圧幅である。閾値電圧Ｖｒｏは、最大出力電圧幅と出力可能電圧幅Ｖｍａｘとの差分と、基準電圧Ｖｒｅｆとから決定される。そして、判定部２７０は、増幅信号の振幅の最大値が基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間にないときに、受光信号が異常であると判定する。

これにより、ＡＣ光などの外乱光による増幅信号の出力飽和を検出することができる。よって、本実施の形態に係る水分量検出装置２０１は、外乱光（ＡＣ光）により誤った水分量が検出されることがさらに抑制される。

また、制御部８１は、さらに、判定部２７０が増幅信号を異常であると判定すると、異常であることを示す信号を出力する。

これにより、異常であることを示す信号を報知部９０が取得した場合、判定部２７０が増幅信号を異常であると判定したことを報知することができる。

（実施の形態２の変形例）
以下、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａについて、図１４及び図１５を参照しながら説明する。なお、本変形例では、実施の形態２と異なる点について説明し、実施の形態２と同様の構成については説明を省略又は簡略化する場合がある。

まずは、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａの構成について、図１４を参照しながら、説明する。

図１４、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａの回路構成を示す模式図である。具体的には、図１４は、受光装置２３０ａ、ロックインアンプ２５０ａ、及び、判定部２７０ａの回路構成を示す。

図１４に示すように、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａは、実施の形態２に係る受光装置２３０、ロックインアンプ５０、及び、判定部２７０に替えて受光装置２３０ａ、ロックインアンプ２５０ａ、及び、判定部２７０ａを備える。

受光装置２３０ａは、受光部３０と信号増幅部２４０ａとを有する。受光部３０は、実施の形態２と同様であり説明を省略する。

信号増幅部２４０ａは、ハイパスフィルタ２４１とオペアンプ２４２ａとを有する。

オペアンプ２４２ａは、ハイパスフィルタ２４１から出力された受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号をロックインアンプ２５０ａに出力する。本変形例では、オペアンプ２４２ａは、ゲインを変更可能に構成される。オペアンプ２４２ａは、例えば、図８Ｂに示す受光部３０ａの変換インピーダンス部３４ａ及び変換インピーダンス部３４ａを構成するインピーダンスのそれぞれに直列に接続されたスイッチを有する構成であってもよい。オペアンプ２４２ａのゲインは、例えば、制御部８１により制御される。また、信号増幅部２４０ａは、第一の信号増幅部の一例である。

ロックインアンプ２５０ａは、バンドパスフィルタ５１、ミキサ５２、オペアンプ２５４ａ、及び、第一のローパスフィルタ５３を有する。本変形例に係るロックインアンプ２５０ａは、オペアンプ２５４ａを有する点に特徴を有する。なお、バンドパスフィルタ５１、及び、ミキサ５２は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

オペアンプ２５４ａは、ミキサ５２により取り出された信号成分を増幅して第一のローパスフィルタ５３に出力する増幅回路である。オペアンプ２５４ａは、ゲインを変更可能に構成される。オペアンプ２５４ａは、例えば、オペアンプ２４２ａと同様、互いに並列に接続された複数のインピーダンスと当該インピーダンスのそれぞれに直列に接続されたスイッチとを有する構成であってもよい。オペアンプ２５４ａのゲインは、例えば、制御部８１により制御される。第一のローパスフィルタ５３は、オペアンプ２５４ａから出力された信号から交流成分を除去するフィルタである。なお、オペアンプ２５４ａは、第二の信号増幅部の一例であり、オペアンプ２５４ａが増幅して第一のローパスフィルタ５３に入力される信号は、第二の増幅信号の一例である。なお、オペアンプ２５４ａは、ゲインが固定であってもよい。

判定部２７０ａは、信号増幅部２４０ａから入力された増幅信号と、予め定められた第一の閾値とから、増幅信号の異常を判定する。判定部２７０ａは、さらに、信号増幅部２４０ａから入力された増幅信号と、予め定められた切替電圧Ｖｒｃとから、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａのゲインを変更するか否かを判定する。なお、以降において、判定部２７０ａは、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａのゲインを変更する例について説明するが、少なくともオペアンプ２４２ａのゲインを変更するか否かについて判定すればよい。

判定部２７０ａは、実施の形態２に係るコンパレータ２７１に加え、さらにコンパレータ２７１ａを有する。なお、切替電圧Ｖｒｃは、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｒｏとの間の電圧値に設定される。また、切替電圧Ｖｒｃは、第二の閾値の一例である。

コンパレータ２７１ａは、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａのゲインを変更するか否かを判定するために用いられる。コンパレータ２７１ａの入力端子には、増幅信号と、切替電圧Ｖｒｃとが入力される。切替電圧Ｖｒｃは、電源（例えば、＋３．３Ｖ）から供給される電源電圧を２つの抵抗で分割して生成された電圧である。また、判定部２７０ａは、増幅信号の異常の判定結果に加え、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａのゲインにおける判定結果を信号処理部８０に出力する。コンパレータ２７１ａは、例えば、切替電圧Ｖｒｃより低い電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号）を出力する。また、コンパレータ２７１ａは、例えば、切替電圧Ｖｒｃ以上の電圧が入力されると、信号処理部８０に所定の信号（例えば、Ｈｉｇｈレベルの信号よりも電圧値が低いＬｏｗレベルの信号であり、以降では切替信号とも記載する）を出力する。

制御部８１は、コンパレータ２７１及び２７１ａから入力される信号に応じて、所定の処理を行う。制御部８１が行うコンパレータ２７１から入力される信号に応じた処理は、実施の形態２と同様であり、説明を省略する。

制御部８１は、コンパレータ２７１から異常信号が入力されておらず、かつコンパレータ２７１ａから切替信号が入力されると、増幅信号の振幅が最大値となる出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるので、オペアンプ２４２ａのゲインを増加させ、かつオペアンプ２５４ａのゲインを減少させる制御を行う。制御部８１は、例えば、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａが有するスイッチの導通及び非導通を切り替えることで、ゲインの制御を行う。また、制御部８１は、コンパレータ２７１からから異常信号が入力されておらず、かつコンパレータ２７１ａから切替信号が入力されていないと、増幅信号の振幅が最大値となる出力電圧が切替電圧Ｖｒｃと閾値電圧Ｖｒｏとの間にあるので、オペアンプ２４２ａ及び２５４ａのゲインを変更しない。また、制御部８１は、コンパレータ２７１から異常信号が入力されており、かつコンパレータ２７１ａから切替信号が入力されていないと、増幅信号の振幅が最大値となる出力電圧が閾値電圧Ｖｒｏより低いので、オペアンプ２４２ａのゲインを減少させ、かつオペアンプ２５４ａのゲインを増加させる制御を行う。

続いて、水分量検出装置２０１ａの動作について、図１５を参照しながら説明する。

図１５は、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａにおける水分量検出の動作を示すフローチャートである。なお、本変形例では、実施の形態２に水分量検出装置２０１における水分検出の動作（図１３参照）に、さらに、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４が追加されている。ステップＳ１０１〜Ｓ１１１までの動作は、実施の形態２と同様であり、説明を省略する。

判定部２７０ａは、増幅信号が閾値電圧Ｖｒｏ以上であった場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、さらに、増幅信号が切替電圧Ｖｒｃ以上であるか否かの判定を行う（Ｓ１２１）。判定部２７０ａは、増幅信号が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるか否かを判定する。具体的には、増幅信号の振幅の最大値（例えば、図１２に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１２）が基準電圧Ｖｒｅｆと切替電圧Ｖｒｃとの間にあるか否かを判定する。判定部２７０ａは、増幅信号が切替電圧Ｖｒｃ以上である場合（Ｓ１２１でＹｅｓ）、切替信号を制御部８１に出力し、かつ異常信号を出力しないことで当該判定を行ってもよい。なお、判定部２７０ａがステップＳ１０４及びＳ１２１でＹｅｓと判定することは、第一の判定の一例である。また、出力電圧Ｖｏｕｔ１２は、第二の出力電圧の一例である。

制御部８１は、判定部２７０ａが第一の判定を行うと、オペアンプ２４２ａ（信号増幅部２４０ａ）を増加させ、かつオペアンプ２５４ａ（ロックインアンプ２５０ａ）のゲインを減少させる制御を行う（Ｓ１２２）。なお、ステップＳ１２２では、少なくともオペアンプ２４２ａのゲインの変更が行われればよい。

制御部８１は、例えば、オペアンプ２４２ａのゲインを現在の第三のゲインから、当該第三のゲインより増幅率が大きい第四のゲインに変更する制御を行う。現在のゲインとは、例えば、ステップＳ１２１において、Ｙｅｓと判定されたときに設定されていたゲインである。

制御部８１は、オペアンプ２４２ａのゲインを大きくした場合、さらに、オペアンプ２５４ａのゲインを現在の第六のゲインから、当該第六のゲインより増幅率が小さい第七のゲインに変更する制御を行う。

制御部８１は、オペアンプ２４２ａのゲインを変更する前後において、オペアンプ２４２ａのゲインとオペアンプ２５４ａのゲインとの積が一定となるように第七のゲインを決定するとよい。

ステップＳ１２２でゲインが変更されると、ステップＳ１０２に戻り、反射光Ｒの受光から、処理が進められる。

また、増幅信号が切替電圧Ｖｒｃより小さい場合（ステップＳ１２１でＮｏ）、判定部２７０ａは、増幅信号の一部が閾値電圧Ｖｒｏより小さいか否かの判定を行う（Ｓ１２３）。判定部２７０ａは、増幅信号の振幅が最大値となる出力電圧が閾値電圧Ｖｒｏより小さい場合（Ｓ１２３でＹｅｓ）、切替信号を制御部８１に出力せず、かつ異常信号を出力することで当該判定を行ってもよい。なお、判定部２７０ａがステップＳ１２１及びＳ１２３でＹｅｓと判定することは第二の判定の一例である。

制御部８１は、例えば、オペアンプ２４２ａのゲインを現在の第三のゲインから、当該第三のゲインより増幅率が小さい第五のゲインに変更する制御を行う。また、制御部８１は、オペアンプ２４２ａのゲインを小さくした場合、さらに、オペアンプ２５４ａのゲインを現在の第六のゲインから、当該第六のゲインより増幅率が大きい第八のゲインに変更する制御を行う。

制御部８１は、オペアンプ２４２ａのゲインを変更する前後において、オペアンプ２４２ａのゲインとオペアンプ２５４ａのゲインとの積が一定となるように第八のゲインを決定するとよい。ステップＳ１２４でゲインが変更されると、ステップＳ１０２に戻り、反射光Ｒの受光から、処理が進められる。

なお、増幅信号の一部が閾値電圧Ｖｒｏ以上である場合（ステップＳ１２３でＮｏ）、ゲインは変更されずステップＳ１０６に進み、以降のステップが行われる。なお、ステップＳ１０４、Ｓ１２１及びＳ１２３の処理は、並行して行われてもよい。

なお、上記では、制御部８１は、オペアンプ２４２ａのゲインを増加させる制御（Ｓ１２２）、及び、オペアンプ２４２ａのゲインを減少させる制御（Ｓ１２４）の両方を行う例について説明したが、これに限定されない。制御部８１は、例えば、ステップＳ１２２及びＳ１２４のうちの少なくとも一方の制御を行えばよい。例えば、ステップＳ１２４においてオペアンプ２４２ａのゲイン変更の制御が行われない場合に、判定部２７０ａがステップＳ１２３でＹｅｓと判定したとき、ステップＳ１０２に戻ってもよい。また、ステップＳ１２３における処理は、行われなくてもよい。なお、制御部８１がオペアンプ２４２ａのゲインを変更しない場合、オペアンプ２５４ａのゲインも変更されない。

本変形例に係る水分量検出装置２０１ａは、制御部８１をさらに備える。信号増幅部２４０ａは、ゲインが可変であり、判定部２７０ａは、さらに、振幅の最大値が、基準電圧Ｖｒｅｆ及び閾値電圧Ｖｒｏの間の切替電圧Ｖｒｃと、基準電圧Ｖｒｅｆとの間にある場合は第一の判定をし、振幅の最大値が基準電圧Ｖｒｅｆ及び閾値電圧Ｖｒｏの間にない場合は第二の判定をする。そして、制御部８１は、判定部２７０ａが第一の判定をした場合に、信号増幅部２４０ａのゲインを第三のゲインから当該第三のゲインより大きい第四のゲインに変更する制御、及び、判定部２７０ａが第二の判定をした場合に、信号増幅部２４０ａのゲインを第三のゲインから当該第三のゲインより小さい第五のゲインに変更する制御の少なくとも一方を行う。

これにより、信号増幅部２４０ａのオペアンプ２４２ａのゲインを蛍光灯などの外乱光の受光量に応じて適切な値に変更することができる。例えば、蛍光灯などの外乱光の受光量が多い場合には、オペアンプ２４２ａのゲインが小さくなるように変更されるので、信号増幅部２４０ａから出力される増幅信号が出力飽和することを抑制することができる。また、蛍光灯などの外乱光の受光量が少ない場合には、オペアンプ２４２ａのゲインが大きくなるように変更されるので、高い検出分解能を維持することができる。よって、本変形例に係る水分量検出装置２０１ａは、さらに外乱光により誤った水分量が検出されることが抑制され、かつ高い検出分解能を維持することができる。

また、ロックインアンプ２５０ａは、増幅信号から所定の周波数の信号を抽出するミキサ５２と、当該ミキサ５２により取り出された信号成分を増幅するオペアンプ２５４ａであって、ゲインが可変なオペアンプ２５４ａとを備える。制御部８１は、さらに、信号増幅部２４０ａのゲインを第三のゲインから第四のゲインに変更した場合に、オペアンプ２５４ａのゲインを第六のゲインから当該第六のゲインより増幅率が小さい第七のゲインに変更し、信号増幅部２４０ａのゲインを第三のゲインから第五のゲインに変更した場合に、オペアンプ２５４ａのゲインを第六のゲインから当該第六のゲインより増幅率が大きい第八のゲインに変更する。

これにより、信号増幅部２４０ａのオペアンプ２４２ａのゲインが変更されても、オペアンプ２５４ａのゲインを変更することによって、Ａ／Ｄ分解能が変化することを抑制することができる。例えば、信号増幅部２４０ａのゲインを第三のゲインから第五のゲインに変更した場合に、オペアンプ２５４ａのゲインを第六のゲインから第八のゲインに変更することで、オペアンプ２５４ａのゲインを変更しない場合に比べ、Ａ／Ｄ分解能が向上する。

また、制御部８１は、信号増幅部２４０ａのゲインを変更する前後において、信号増幅部２４０ａのゲインとオペアンプ２５４ａのゲインとの積が一定となるように第七のゲイン及び第八のゲインを決定する。

これにより、信号増幅部２４０ａのオペアンプ２４２ａのゲインが変更されても、オペアンプ２５４ａのゲインをオペアンプ２４２ａのゲインの変更に応じて変えることによって、一定の出力が得られるので、同じＡ／Ｄ分解能で水分量を検出することができる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る水分量検出装置について、上記の実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態及び変形例では、一例として水分量検出装置が衣類乾燥装置に搭載されている例について説明したが、水分量検出装置は衣類乾燥装置以外の装置（例えば電気機器）に搭載されていてもよい。例えば、屋内環境で使用される電気機器に使用されてもよい。例えば、浴室乾燥装置など送風して対象物（例えば、浴室の床など）を乾かす用途に用いられる装置に使用されてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、光源部がＬＥＤ素子を有する例について説明したが、光源制御部が制御する発光周期で点灯及び消灯が可能であれば、光源部はＬＥＤ素子以外の光源を有していてもよい。例えば、光源部は、半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などを有していてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、光源制御部は発光素子を点灯及び消灯させる発光周期、及び、発光素子の姿勢を制御する例について制御したが、光源制御部による制御はこれに限定されない。例えば、光源制御部は、発光素子に供給される電流量を制御することで、発光素子が発する光の強度を制御してもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、光源部は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二の波長帯を含む参照光とを出射する例について説明したが、これに限定されない。光源部は、少なくとも検知光を出射する光源モジュールであればよい。なお、この場合、水分量検出装置は、第一の出力部及び第二の出力部のうち、第一の出力部のみを備える構成であってもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、水分量検出装置が衣類乾燥装置に一体的に搭載されている例を説明したが、水分量検出装置は専用の機器であり、衣類乾燥装置に後付けで取付可能な構成であってもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、水分量検出装置は対象物で反射した光を受光し、水分量を検出している例について説明したが、対象物を透過した光を受光し、水分量を検出してもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、判定部は、受光信号のうち、反射光を受光していないタイミングで出力された第一の出力電圧を用いて、第一の信号が異常であるか否かを判定する例について説明したが、これに限定されない。判定部は、受光信号のうち、反射光Ｒを受光したタイミングで出力された出力電圧を用いて、第一の信号が異常であるか否かの判定を行ってもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、判定部は、コンパレータを含む回路として構成される例を示したが、これに限定されない。判定部は、受光装置から入力された第一の信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換器と、当該デジタル信号と第一の閾値とから第一の信号の異常を判定する制御部とを有していてもよい。つまり、判定部はデジタル処理により第一の信号の異常などを判定してもよい。制御部は、例えば、マイクロコンピュータなどにより実現される。

また、上記実施の形態及び変形例では、処理部は、デジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで水分量を検出する例について説明したが、水分量の検出はこれに限定されない。例えば、信号処理部の不揮発性メモリには、デジタル信号が示す信号強度に対応する値と水分量とが対応付けられたテーブルが格納されており、処理部は、当該テーブルを不揮発性メモリから読み出して水分量を検出してもよい。デジタル信号が示す信号強度に対応する値とは、例えば、第一の出力部から入力されたデジタル信号が示す信号強度と、第二の出力部から入力されたデジタル信号が示す信号強度とから、算出される値である。例えば、処理部は、第一の出力部から入力されたデジタル信号が示す信号強度と、第二の出力部から入力されたデジタル信号が示す信号強度との差分又は比と、当該差分又は当該比と水分量とが対応付けられたテーブルとから、水分量を検出してもよい。

また、上記実施の形態及び変形例において説明された水分量検出装置の動作における複数の処理の順序は一例である。複数の処理の順序は、変更されてもよいし、複数の処理は、並行して実行されてもよい。また、複数の処理のうち一部の処理は、省略されてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、プロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。プロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、一つのチップに集積されていてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよし、複数の装置に備えられていてもよい。

また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータが読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ、光ディスクなどの非一時的記録媒体などで実現されてもよい。プログラムは、記録媒体に予め記憶されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

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、２０１、２０１ａ 水分量検出装置
２ 対象物
１０ 光源部
３０、３０ａ 受光部
３１ 受光素子
３２、３２ａ ＩＶ変換部
３３、４１、４２ａ、２４２、２４２ａ、２５４ａ オペアンプ
３４、Ｚ１〜Ｚ３ インピーダンス
３４ａ 変換インピーダンス部
４０、４０ａ、２４０、２４０ａ 信号増幅部
４１ａ、２４１ ハイパスフィルタ
５０、２５０ａ ロックインアンプ
５２ ミキサ
６０ Ａ／Ｄ変換器
７０、７０ａ、２７０、２７０ａ 判定部
８１ 制御部
８２ 第二のローパスフィルタ（ローパスフィルタ）
１３０、１３０ａ、２３０、２３０ａ 受光装置
Ｒ 反射光
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｒｏ 閾値電圧（第一の閾値）
Ｖｒｃ 切替電圧（第二の閾値）
ΔＶｍａｘ 最大出力電圧幅
Ｖｍａｘ 出力可能電圧幅

Claims (14)

1. 対象物に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部と、
   前記光が前記対象物で反射された反射光を受光し、前記反射光の強度に応じた強度信号を出力する受光装置と、
   前記強度信号が入力され、当該強度信号から前記所定の周波数の信号を抽出した抽出信号を出力するロックインアンプと、
   前記受光装置から入力された、前記反射光の強度に応じた第一の信号と、第一の閾値とから、前記第一の信号の異常を判定する判定部とを備え、
   前記第一の閾値は、前記受光装置において予め定められた基準電圧、及び、前記受光装置が前記反射光を受光したときに出力する信号である出力電圧の差分の最大値である最大出力電圧幅と、前記受光装置が前記第一の信号を出力可能な出力可能電圧幅との差分から決定される
   水分量検出装置。
2. 前記受光装置は、前記反射光を受光し、受光信号を出力する受光部を有し、
   前記第一の信号は、前記受光信号であり、
   前記最大出力電圧幅は、前記受光部において予め定められた前記基準電圧と、前記受光部が前記反射光を受光したときに出力する前記出力電圧との差分の最大値であり、
   前記出力可能電圧幅は、前記受光部における前記基準電圧からの電圧幅であり、
   前記第一の閾値は、前記最大出力電圧幅と前記出力可能電圧幅との差分と、前記基準電圧とから決定され、
   前記判定部は、前記受光信号が前記基準電圧と前記第一の閾値との間にないときに、前記受光信号が異常であると判定する
   請求項１に記載の水分量検出装置。
3. 制御部をさらに備え、
   前記受光部は、前記反射光を受光し、光電流を出力する受光素子と、前記光電流をＩＶ変換して前記受光信号を出力するＩＶ変換部とを有し、
   前記ＩＶ変換部は、前記光電流が入力されるオペアンプと、インピーダンスが変化可能な変換インピーダンス部とを有し、
   前記判定部は、さらに、前記受光信号のうち前記反射光を受光しているタイミングで出力された第二の出力電圧が、前記第一の閾値及び前記基準電圧の間の第二の閾値と、前記基準電圧との間にある場合は第一の判定をし、前記第二の出力電圧が前記基準電圧及び前記第一の閾値の間にない場合は第二の判定をし、
   前記制御部は、前記判定部が前記第一の判定をした場合に、前記変換インピーダンス部のインピーダンスを第一のインピーダンスから当該第一のインピーダンスより大きい第二のインピーダンスに変更する制御、及び、前記判定部が前記第二の判定をした場合に、前記変換インピーダンス部のインピーダンスを前記第一のインピーダンスから当該第一のインピーダンスより小さい第三のインピーダンスに変更する制御の少なくとも一方を行う
   請求項２に記載の水分量検出装置。
4. 前記受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した増幅信号を前記強度信号として出力する第一の信号増幅部であって、ゲインが可変である第一の信号増幅部をさらに備え、
   前記制御部は、さらに、前記変換インピーダンス部のインピーダンスを前記第一のインピーダンスから前記第二のインピーダンスに変更した場合に、前記第一の信号増幅部のゲインを第一のゲインから当該第一のゲインより小さい第二のゲインに変更し、前記変換インピーダンス部のインピーダンスを前記第一のインピーダンスから前記第三のインピーダンスに変更した場合に、前記第一の信号増幅部のゲインを第一のゲインから当該第一のゲインより大きい第三のゲインに変更する
   請求項３に記載の水分量検出装置。
5. 前記制御部は、前記変換インピーダンス部のインピーダンスを変更する前後において、前記変換インピーダンス部のインピーダンスと前記第一の信号増幅部のゲインとの積が一定となるように前記第二のゲイン及び前記第三のゲインを決定する
   請求項４に記載の水分量検出装置。
6. 前記制御部は、さらに、前記判定部が前記受光信号を異常であると判定すると、異常であることを示す信号を出力する
   請求項３〜５のいずれか１項に記載の水分量検出装置。
7. 前記受光装置は、前記反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、前記受光信号が入力され、当該受光信号を所定のゲインで増幅した第一の増幅信号を前記強度信号として出力する第一の信号増幅部とを有し、
   前記第一の信号は、前記第一の増幅信号であり、
   前記最大出力電圧幅は、前記第一の信号増幅部において予め定められた前記基準電圧と、前記受光部が前記反射光を受光したときに前記第一の信号増幅部が出力する前記出力電圧との差分の最大値であり、
   前記出力可能電圧幅は、前記第一の信号増幅部が出力可能な前記第一の信号増幅部の基準電圧からの電圧幅であり、
   前記第一の閾値は、前記最大出力電圧幅と前記出力可能電圧幅との差分と、前記基準電圧とから決定され、
   前記判定部は、前記増幅信号の振幅の最大値が前記基準電圧と前記第一の閾値との間にないときに、前記受光信号が異常であると判定する
   請求項１に記載の水分量検出装置。
8. 制御部をさらに備え、
   前記第一の信号増幅部は、ゲインが可変であり、
   前記判定部は、さらに、前記振幅の最大値が、前記基準電圧及び前記第一の閾値の間の第二の閾値と、前記基準電圧との間にある場合は第一の判定をし、前記振幅の最大値が前記基準電圧及び前記第一の閾値の間にない場合は第二の判定をし、
   前記制御部は、前記判定部が第一の判定をした場合に、前記第一の信号増幅部のゲインを第三のゲインから当該第三のゲインより大きい第四のゲインに変更する制御、及び、前記判定部が第二の判定をした場合に、前記第一の信号増幅部のゲインを前記第三のゲインから当該第三のゲインより小さい第五のゲインに変更する制御の少なくとも一方を行う
   請求項７に記載の水分量検出装置。
9. 前記ロックインアンプは、前記第一の増幅信号から前記所定の周波数の信号を抽出するミキサと、前記ミキサにより取り出された信号成分を増幅する第二の信号増幅部であって、ゲインが可変な第二の信号増幅部とを備え、
   前記制御部は、さらに、前記第一の信号増幅部のゲインを前記第三のゲインから前記第四のゲインに変更した場合に、前記第二の信号増幅部のゲインを第六のゲインから当該第六のゲインより小さい第七のゲインに変更し、前記第一の信号増幅部のゲインを前記第三のゲインから前記第五のゲインに変更した場合に、前記第二の信号増幅部のゲインを前記第六のゲインから当該第六のゲインより大きい第八のゲインに変更する
   請求項８に記載の水分量検出装置。
10. 前記制御部は、前記第一の信号増幅部のゲインを変更する前後において、前記第一の信号増幅部のゲインと前記第二の信号増幅部のゲインとの積が一定となるように前記第七のゲイン及び前記第八のゲインを決定する
    請求項９に記載の水分量検出装置。
11. 前記制御部は、さらに、前記判定部が前記第一の増幅信号を異常であると判定すると、異常であることを示す信号を出力する
    請求項８〜１０のいずれか１項に記載の水分量検出装置。
12. さらに、
    前記抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
    通過帯域が可変であり、前記デジタル信号が入力され、当該デジタル信号から前記通過帯域の周波数の信号を通過させるローパスフィルタとを備え、
    前記制御部は、前記デジタル信号が示す信号強度に応じて、前記通過帯域を変更する
    請求項３〜５及び請求項８〜１１のいずれか１項に記載の水分量検出装置。
13. 前記光源部は、前記光を走査しながら照射する
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水分量検出装置。
14. 前記光源部は、前記光を出射するＬＥＤ素子を有する
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の水分量検出装置。

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