KR101905275B1 - 입자 센서 및 그것을 구비한 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

입자 센서에 있어서의 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모은다.
입자 센서(10)에 있어서, 하우징(1)은, 기체를 검지 영역(DA)으로 유도하는 유도로(40)를 내부에 구비하고, 유도로(40)는, 유도로(40)가 연장되는 방향에 대하여 수직인 단면 형상의 둘레 길이가, 유도로(40)의 입구(42)로부터 검지 영역(DA)을 향함에 따라, 서서히 작아지도록 형성되어 있다.

Description

입자 센서 및 그것을 구비한 전자 기기{PARTICLE SENSOR AND ELECTRONIC APPARATUS EQUIPPED WITH THE SAME}
본 발명은 입자 센서 및 그것을 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
최근들어 입자를 검출하는 미립자 센서로서, 광 센서가 제안되고 있다. 이러한 미립자 센서는, 발광 소자와 수광 소자를 구비하고 있고, 측정 대상의 입자를 포함하는 기체를 센서 내부에 도입하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 상기 기체에 대하여 발광 소자로부터의 광을 조사하여, 그 산란광을 수광 소자에 수광시켜, 산란광에 의해 기체에 포함되는 입자의 유무를 검출하도록 되어 있다. 예를 들어, 대기 중에 부유하는 먼지, 화분, 연기 등의 입자를 검출하는 것이 가능하다. 이러한 미립자 센서로서, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3에 기재된 센서가 알려져 있다.
특허문헌 1에 개시된 화분 센서는, 부유 입자를 함유하는 공기 중에 소정의 편광 방향의 조사광을 조사하는 발광 수단과, 제1 수광 수단과, 제2 수광 수단을 구비하고 있다. 제1 수광 수단은, 부유 입자에 의한 산란광을 검출하여, 산란광의 강도 I를 측정한다. 또한, 제2 수광 수단은, 부유 입자에 의한 산란광 중 조사광의 편광 방향에 직교하는 편광 방향의 산란광을 검출하여, 직교 산란광의 강도 Is를 검출한다. 그리고, 특허문헌 1의 화분 센서에서는, 산란광의 강도 I와 직교 산란광의 강도 Is에 기초하여, 화분 입자와 흙먼지의 식별을 행하고 있다.
특허문헌 2에 개시된 광 산란식 입자 검지 센서는, 미광(迷光)을 감쇠시키는 광 트랩을 구비한 구성이다. 특허문헌 2의 광 산란식 입자 검지 센서의 일 실시 형태로서, 수광 소자 및 투광 소자를 수용하는 케이스의 유입구의 외측 주연에, 선단에 가까울수록 개구 직경이 커지는 대략 원추형의 통부를 돌출 설치한 구성이 기재되어 있다. 이에 의해, 케이스 내에 있어서의 공기의 소용돌이의 발생을 억제하여 분진의 퇴적을 억제하도록 하고 있다.
도 6은 특허문헌 3에 개시된 입자 센서의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 특허문헌 3에 개시된 입자 검출 센서(100)는, 투광 소자(110)와 수광 소자(120)를 하우징(130) 내에 구비한 광전식 센서이다. 입자 검출 센서(100)에서는, 검지 영역 DA에 있어서의 입자에 의한 투광 소자(110)로부터의 광의 산란광을 수광 소자(120)로 수광함으로써 기체 중에 포함되는 입자를 검출하도록 되어 있다. 또한, 하우징(130)에는, 투광 소자(110)의 광이 투광되는 투광 영역(131)과, 검지 영역 DA에 있어서 투광 소자(110)의 광이 입자에 부딪쳐 발생한 산란광을 수광 소자(120)로 유도하기 위한 공간 영역인 수광 영역(132)이 형성되어 있다. 수광 영역(132)에는, 수광측 렌즈(집광 렌즈)(140)가 설치되어 있다. 또한, 측정 중심으로서의 검지 영역 DA는, 투광 영역(131)과 수광 영역(132)이 겹치는 영역이며, 투광 소자(110)의 광축과 수광 소자(120)의 광축이 교차하는 교점을 포함한다.
일본 특허 공개 제2005-283152호 공보(2005년 10월 13일 공개) 일본 특허 공개 제2000-235000호 공보(2000년 8월 29일 공개) 일본 특허 공개 제2015-200629호 공보(2015년 11월 12일 공개)
그러나, 상기 종래 기술, 특히 특허문헌 3에 개시된 기술에서는, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자가 유효하게 모이지 않는다는 문제가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(130)은, 유입하는 입자의 흐름을 방해하지 않도록, 측정 중심으로서의 검지 영역 DA 근방의 공간을 넓게 취한 구조로 되어 있다. 그 결과, 검지 영역 DA에 입자가 모이지 않게 된다. 그로 인해, 특히 비교적 입자가 적은 기체 중의 입자를 검출하는 경우, 검지 영역 DA에 입자가 모이기 어렵기 때문에, 측정 오차가 커진다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있는 입자 센서 및 그것을 구비한 전자 기기를 실현하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 입자 센서는, 검지 영역으로 광을 조사하는 발광 소자와, 상기 검지 영역에서의 입자에 의한 상기 발광 소자로부터의 광의 산란광을 수광하는 수광 소자를 하우징 내에 구비하고, 상기 하우징의 유입구로부터 유입한 기체에 포함되는 입자를 검지하는 입자 센서이며, 상기 하우징은, 상기 기체를 상기 검지 영역으로 유도하는 유도로를 내부에 구비하고, 상기 유도로는, 해당 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 단면 형상의 둘레 길이가, 해당 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 서서히 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 상기 유도로는, 해당 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 단면 형상의 둘레 길이가, 해당 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 서서히 작아지도록 형성되어 있으므로, 상기 유입구로부터 유입한 복수의 입자는, 상기 유도로를 통과함으로써, 유효하게 모인 상태에서 상기 검지 영역에 도달한다. 그 결과, 상기한 구성에 의하면, 상기 구성의 유도로를 구비하고 있음으로써, 입자의 흐름을 방해하지 않고, 입자를 효율적으로 측정 중심으로서의 검지 영역으로 유도하는 것이 가능해진다.
따라서, 상기한 구성에 의하면, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있는 입자 센서를 실현할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 기체를 상기 검지 영역으로 유도하는 유도로를 내부에 구비하고 있으므로, 입자 센서의 소형화를 실현할 수 있다.
본 발명의 입자 센서는, 입자 센서 내에 상기 기체를 유도하기 위한 기류 발생 장치가 설치되어 있어도 된다. 이에 의해, 입자 센서의 주위에 존재하는 기체에 기류를 발생시켜, 입자 센서 내에 기체를 통과시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 기류 발생 장치는, 상기 유입구측에 설치된 가열 장치이어도 된다.
상기한 구성에 의하면, 상기 유도로가 연직 상방으로 연장되어 있는 형상인 경우, 상기 가열 장치에 의해 상기 유입구로 유입하는 기체를 가열함으로써, 측정 대상의 기체를 용이하게 상기 유도로 내로 인입할 수 있다.
또한, 본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 기류 발생 장치는, 상기 유입구측에 설치된 흡기 팬이어도 된다. 또한, 상기 기류 발생 장치는, 상기 기체를 배출하는 유출구측에 설치된 배기 팬이어도 된다.
또한, 본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 각각의 광축은, 상기 기체를 배출하는 유출구측을 향하고 있는 것이 바람직하다.
상기한 구성에 의하면, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 각각의 광축은, 상기 유출구측을 향하고 있으므로, 유도로를 따른 방향의 사이즈를 작게 할 수 있다.
본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 유도로는, 상기 발광 소자의 광축 및 상기 수광 소자의 광축의 양쪽을 포함하는 면에 평행한 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 입자 센서의 두께 방향의 치수를 작게 할 수 있어, 입자 센서의 소형화를 실현할 수 있다.
본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 검지 영역에 대하여 상기 유도로와 반대측에, 상기 검지 영역을 통과한 기체를 외부로 배출하기 위한 배출 유로를 하우징 내에 구비하고, 상기 배출 유로는, 상기 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되어 있으며, 상기 기체를 배출하는 유출구는, 상기 배출 유로의 단부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 구성에 의하면, 상기 배출 유로는, 상기 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되어 있으며, 상기 기체를 배출하는 유출구는, 상기 배출 유로의 단부에 형성되어 있고, 배출 유로는, 상기 유도로가 연장되는 방향으로 형성되어 있지 않다. 이러한 구성으로 함으로써, 입자 센서의 유도로를 따른 방향의 치수를 작게 할 수 있어, 입자 센서의 소형화를 실현할 수 있다.
본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 배출 유로가 연장되는 방향으로 나란히 배치되어 있고, 상기 유출구는, 상기 배출 유로에 있어서의 상기 발광 소자와 반대측의 끝에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 상기 유출구로부터 상기 하우징 내에 외부의 광이 입사되어도, 이 광이 상기 수광 소자에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 유도로는, 원추대 형상이며, 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 내경이 서서히 작아지도록 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있다.
또한, 본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 유도로는, 각추대 형상이며, 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 상기 각추대 형상을 구성하는 내벽면에 있어서의 서로 대향하는 적어도 1조의 내벽면끼리의 간격이 작아지도록 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있다.
또한, 본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 유도로의 내벽면은 곡면이어도 된다.
또한, 본 발명의 입자 센서에 있어서, 상기 유도로는 테이퍼 형상으로 경사진 내벽면을 가져도 된다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 전자 기기는, 상술한 입자 센서를 구비하고, 상기 입자 센서에 의한 입자의 검지 또는 입자의 정도를 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있어, 정확한 입자의 검지 결과를 이용할 수 있는 전자 기기를 실현할 수 있다.
본 발명은, 측정 중심으로서의 검지 영역에 입자를 유효하게 모을 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 입자 센서의 구성을 나타내고, (a)는 사시도이며, (b)는 분해 사시도이며, (c)는 X 방향으로부터 본 하면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 입자 센서 내부를 나타내고, (a)는 사시도이며, (b)는 Z 방향으로부터 본 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 입자 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이며, (a)는 내부 구성을 도시하는 정면도이며, (b)는 X-Z 평면에 있어서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 입자 센서의 구성을 나타내고, (a)는 내부 구성을 나타내는 Z 방향으로부터 본 정면도이며, (b)는 X-Z 평면에 있어서의 단면도이며, (c)는 X 방향으로부터 본 하면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 입자 센서의 내부 구성을 나타내는, Z 방향으로부터 본 정면도이다.
도 6은 특허문헌 3에 개시된 입자 센서의 구성을 도시하는 단면도이다.
〔실시 형태 1〕
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 입자 센서의 구성에 대하여, 도 1의 (a) 내지 (c) 및 도 2의 (a) 및 (b)에 기초하여, 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)의 구성을 나타내고, 도 1의 (a)는 사시도이며, 도 1의 (b)는 분해 사시도이며, 도 1의 (c)는 X 방향으로부터 본 하면도이다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10) 내부를 나타내고, 도 2의 (a)는 사시도이며, 도 2의 (b)는 Z 방향으로부터 본 정면도이다.
본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)는 커버(1A) 및 케이스(1B)를 포함하는 하우징(1)과, 발광부(20)와, 수광부(30)와, 히터(5)(가열 장치)와, 커넥터(6)와, 프린트 배선판(7)을 구비하고 있다.
발광부(20)는 검지 영역 DA에 도입된 입자 함유 기체에 광을 조사하는 것이다. 입자 센서(10)에서는, 검지 영역 DA에 있어서의 입자에 의한 발광부(20)로부터의 광의 산란광을 수광부(30)로 수광함으로써, 기체 중에 포함되는 입자를 검출하도록 구성되어 있다.
케이스(1B)에는, 발광부(20), 수광부(30) 및 히터(5)가 수용되어 있다. 그리고, 커버(1A)는 케이스(1B)를 폐색하는 덮개이다. 커버(1A) 및 케이스(1B)를 포함하는 하우징(1)은 프린트 배선판(7)에 탑재되어 있다. 프린트 배선판(7)은 하우징(1)에 수용된 발광부(20), 수광부(30) 및 히터(5) 등과 전기 접속하는 회로가 형성되어 있다. 또한, 커넥터(6)는 외부의 부재와 전기 접속하기 위한 것이고, 프린트 배선판(7)에 탑재되어 있다.
하우징(1)에는, 유입구(1C) 및 유출구(1D)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(1) 내에는, 유입구(1C)로부터 유입하는 기체에 포함되는 입자를 검지하는 검지 영역 DA가 설정되어 있다. 입자 센서(10)는 유입구(1C)로부터 유입하여, 검지 영역 DA를 통과한 기체 중의 입자를 검지하는 구성이다. 하우징(1)은 유입구(1C)로부터 유입한 기체를 검지 영역 DA로 유도하는 유도로(40)를 내부에 구비하고 있다.
여기서, 유입구(1C)로부터 검지 영역 DA를 향하는 방향을 X 방향으로 하고, 프린트 배선판(7)의 법선 방향을 Z 방향으로 하고, X 방향 및 Z 방향의 양쪽에 수직인 방향을 Y 방향으로 한다. X 방향은 유도로(40)가 연장되는 방향이라고도 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)는 Z 방향이 표리 방향이 되면서, 또한 히터(5)가 하측이 되도록 배치된다. 따라서, 본 명세서에서는, 입자 센서(10)에 있어서의 히터(5)가 설치된 측을 하측으로 하고, 해당 하측과 반대측을 상측으로 한다. 또한, 입자 센서(10)에 있어서의 커버(1A)측을 표측(정면측)으로 하고, 해당 표측과 반대측을 이측(배면측)으로 한다.
발광부(20)는 발광 소자(21)와 발광측 렌즈(22)를 구비하고 있다. 발광 소자(21)는 검지 영역 DA를 향하여 소정의 파장의 광을 발하는 광원에 상당하고, 예를 들어 LED, 반도체 레이저 등의 고체 발광 소자를 들 수 있다. 발광측 렌즈(22)는 발광 소자(21)에 대하여 검지 영역 DA측에 배치되어 있고, 발광 소자(21)로부터의 광을 검지 영역 DA를 향하여 진행시키도록 구성되어 있다. 발광 소자(21)로부터 출사한 광은, 발광측 렌즈(22)를 통하여 검지 영역 DA에 도달한다. 발광측 렌즈(22)의 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 투광성 수지, 유리 등을 들 수 있다.
발광측 렌즈(22)는 발광 소자(21)로부터 출사한 광을 검지 영역 DA를 향하여 콜리메이트시키는(평행화하는) 콜리메이트 렌즈이어도 되고, 발광 소자(21)로부터 출사한 광을 검지 영역 DA를 향하여 집광시키는 집광 렌즈이어도 되고, 콜리메이트 렌즈와 집광 렌즈를 조합한 구성이어도 된다.
수광부(30)는 수광 소자(31)와 수광측 렌즈(32)를 구비하고 있다. 수광 소자(31)는 광을 수광하는 소자이며, 예를 들어 포토다이오드, 포토 IC 다이오드, 포토 트랜지스터 또는 광전자 배증관 등의, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자를 들 수 있다. 수광측 렌즈(32)는 수광 소자(31)에 있어서의 검지 영역 DA측에 배치되어 있고, 그 광축이 수광 소자(31)의 광축과 일치하도록 구성되어 있다.
여기서, 센서 내에서 입자를 검출하기 위해서는, 입자 센서(10) 내에 입자를 포함하는 기체를 통과시킬 필요가 있다. 입자 센서(10) 내부에 유도로(40)를 형성한 것만으로는, 입자 센서(10) 내부에 입자를 포함하는 기체를 통과시키는 것은 곤란하다. 따라서, 입자 센서(10) 내부의 유도로(40)에 기체를 통과시키기 위하여, (i) 입자 센서(10)를 공기 청정기 또는 에어컨 등의 전자 기기 내의 기체 유로 중에 배치하고, 강제적으로 입자 센서(10) 내에 기체를 통과시키거나, 혹은 (ⅱ) 입자 센서(10) 자체에 기류를 발생시키는 기류 발생 장치를 설치하고, 입자 센서(10) 내에 기체를 통과시킬 필요가 있다.
본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)에서는, 상기 (ⅱ)를 채용하고 있다. 히터(5)는 대기를 가열함으로써, 기류를 발생시키는 기류 발생 장치로서 기능한다.
도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 히터(5)는 입자 센서(10)에 있어서의 하우징(1)의 유입구(1C)측에 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 유입구(1C)와 유도로(40)의 입구(42) 사이에 배치되어 있다. 또한, 히터(5)는 유도로(40)의 연직 하방에 설치되어 있다. 히터(5)에 의한 가열에 의해, 상측 방향의 기류(상승 기류)를 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 히터(5)에 의해 하우징(1)의 유입구(1C) 부근에 존재하는 기체를 가열함으로써, 측정 대상의 기체를 용이하게 유도로(40) 내로 인입할 수 있다.
또한, 입자 센서(10)는 기류 발생 장치로서, 히터(5) 대신 팬을 구비하고 있어도 된다. 팬을 구비하고 있는 경우, 상기 기류 발생 장치는, 유입구측에 설치된 흡기 팬이어도 된다. 또한, 상기 기류 발생 장치는, 기체를 배출하는 유출구(1D)측에 설치된 배기 팬이어도 된다.
또한, 입자 센서(10)는 상기 (i)에서 설명한 바와 같이 공기 청정기 또는 에어컨 등의 전자 기기 내의 기체 유로 중에 배치되는 경우도 있다. 전자 기기 내의 기체 유로 중에 배치되는 경우, 입자 센서(10)는 반드시 기류 발생 장치로서의 히터(5)를 구비할 필요는 없어, 부품 개수를 적게 할 수 있다.
발광 소자(21) 및 수광 소자(31)는 하우징(1) 내에서, 각각의 광축(20a 및 30a)이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 그리고, 발광 소자(21)의 광축(20a) 및 수광 소자(31)의 광축(30a)은, 유도로(40)의 축에 대하여 선 대칭이다. 즉, 광축(20a)과 유도로(40)의 축이 이루는 각도와, 광축(30a)과 유도로(40)의 축이 이루는 각도는 동일하다. 이에 의해, 발광 소자(21)로부터의 직접 광의 영향을 받지 않고, 입자에 의한 산란광을 효율적으로 수광 소자(31)로 수광할 수 있으므로, 입자의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검지 영역 DA는, 측정 대상의 기체에 포함되는 입자를 검지하기 위한 영역이다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 검지 영역 DA는, 유도로(40)의 출구(43)보다도 상측에 설정되어 있고, 발광부(20)의 발광 영역과 수광부(30)의 수광 영역이 중복되는 영역이다. 보다 구체적으로는, 검지 영역 DA는, 발광 소자(21)의 광축(20a)과 수광 소자(31)의 광축(30a)이 교차하는 교점을 포함하는 영역이다. 측정 대상의 입자 함유 기체는, 유도로(40)를 통과하여 검지 영역 DA로 유도된다.
또한, 하우징(1)에는 유도로(40)에 대기를 도입하기 위한 유입구(1C) 및 유도로(40)로부터 대기를 배출하기 위한 유출구(1D)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(1)에 있어서의 유도로(40)의 상측에는, 유출구(1D)를 출구로 하는 배출 유로(80)가 형성되어 있다. 배출 유로(80)는 발광부(20) 및 수광부(30)의 상측을 Y 방향으로 연장되어 있으며, 검지 영역 DA와 연통되도록 구성되어 있다. 유입구(1C)에 유입한 기체는, 유도로(40)를 통하여, 검지 영역 DA를 통과하여, 배출 유로(80)에 도달한다. 그리고, 배출 유로(80)를 거쳐서 유출구(1D)로부터 외부로 배출된다. 입자 센서(10)에서는, 효율적으로 하우징(1) 내에 입자 함유 기체를 도입하여 외부로 배출하기 위하여, 유입구(1C)의 개구 면적은, 유출구(1D)의 개구 면적보다도 크게 되어 있다.
배출 유로(80)에는, 검지 영역 DA와 연통되는 개구(81)가 형성되어 있다. 이 개구(81)는 유도로(40)의 출구의 상측에 위치한다. 그리고, 개구(81)는 적어도 발광 소자(21)의 광축(20a)이 통과하도록 설계되어 있다. 또한, 검지 영역 DA는, 개구(81)와 유도로(40) 사이에 설정되어 있다. 여기서, 하우징(1)에 있어서, 적어도 수광 소자(31)의 광축(30a)과 교차하는 부분(82b)에는 내벽(82)이 형성되어 있다. 즉, 배출 유로(80)의 내벽(82)에 있어서의, 수광 소자(31)의 광축(30a)과 교차하는 부분(82b)에는 개구가 형성되어 있지 않다. 이에 의해, 외부로부터의 광이 직접 수광 소자(31)에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하우징(1)에 있어서, 적어도 발광 소자(21)의 광축(20a)과 교차하는 부분(82a)에는 내벽(82)이 형성되어 있다. 이에 의해, 입자 센서(10)에서는, 발광 소자(21)의 출사광 중 검지 영역 DA에서 입자에 부딪치지 않고 검지 영역 DA를 통과한 광은 개구(81)를 통과하여 배출 유로(80)의 내벽(82)에서 반사하여, 유출구(1D)로부터 외부로 출사된다. 그로 인해, 발광 소자(21)의 출사광 중 검지 영역 DA에서 입자에 부딪치지 않고 검지 영역 DA를 통과한 광이 하우징(1) 내에서 반사 및 산란하여 수광 소자(31)로 수광되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 하우징(1) 내의 미광을 억제할 수 있다.
또한, 유출구(1D)는, 배출 유로(80)에 있어서의 발광 소자(21)와 반대측(즉, 수광 소자(31)측)에 형성되어 있다. 배출 유로(80)에 있어서의 수광 소자(31)(즉, 발광 소자(21)측)와 반대측에 유출구(1D)가 형성되어 있는 경우, 유출구(1D)로부터 외부의 광이 수광 소자(31)에 입사하여 수광되어 버릴 우려가 있는, 입자 센서(10)의 구성에 의하면, 유출구(1D)는, 배출 유로(80)에 있어서의 수광 소자(31)와 반대측에 설치되어 있지 않고, 발광 소자(21)와 반대측에 설치되어 있기 때문에, 외부의 광이 수광 소자(31)에 입사하여 수광되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 발광 소자(21)의 광축(20a) 및 수광 소자(31)의 광축(30a)은 각각 상방 방향(유출구(1D)측 방향)을 향하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 특히 상하 방향의 사이즈를 작게 할 수 있다는 이점을 갖는다. 단, 이와 같이 구성함으로써, 각 소자가 유출구(1D)측을 향해 버려, 외부로부터 유출구(1D)를 통하여 입자 센서(10) 내에 들어온 미광이 수광 소자(31)에 도달하기 쉬워진다는 과제가 발생한다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)에서는, 유출구(1D)를 유도로(40)의 연장 상에 형성하는 것이 아니고, 유로를 Y 방향으로 구부려서 미광이 들어가기 어렵고, 또한 들어갔다고 해도 수광 소자(31)에 도달하기 어려워지도록 구성하고 있다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)의 동작에 대하여, 도 3의 (a) 및 (b)에 기초하여 설명한다. 도 3은 입자 센서(10)의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 3의 (a)는 내부 구성을 도시하는 평면도이며, 도 3의 (b)는 단면도이다. 또한, 도 3의 (a)에서는 커버(1A)를 생략하고 있다.
히터(5)가 동작하면, 유도로(40) 내에 기류가 발생하여, 유입구(1C)로부터 하우징(1) 내에 입자 m을 포함하는 기체가 인입된다. 이 기체는, 유도로(40)의 입구(42)에 들어가고, 방향 A로 진행하여 유도로(40)를 경유하여, 출구(43)로부터 검지 영역 DA로 유도된다.
여기서, 하우징(1) 내에 인입된 기체에 입자 m이 존재하지 않는 경우, 즉, 검지 영역 DA에 입자 m이 유입되지 않은 경우, 발광 소자(21)의 출사광은 검지 영역 DA를 통과하여 그대로 직진하므로, 입자에 의한 산란광이 발생하지 않는다. 그로 인해, 수광 소자(31)에는, 산란광이 수광되지 않는다. 따라서, 입자 센서(10)에 도입된 기체 중에 입자 m이 존재하지 않는 것이 판정된다.
또한, 이 경우, 검지 영역 DA를 통과하여 직진한 광은, 하우징(1) 내에서 반사하여 미광이 되어 수광 소자(31)에 입사할 우려가 있다. 입자 센서(10)에서는, 상술한 바와 같이, 배출 유로(80)의 개구(81)는 발광 소자(21)의 광축(20a)이 통과하도록 설계되고, 발광 소자(21)의 광축(20a)과 교차하는 부분에는 내벽(82)이 형성되어 있다. 그로 인해, 검지 영역 DA를 통과하여 직진한 광은, 수광 소자(31)에 입사하지 않고, 개구(81)를 통과하여 배출 유로(80)의 내벽(82)에서 반사하여, 유출구(1D)로부터 외부로 출사된다. 이에 의해, 검지 영역 DA를 통과하여 직진한 광이 하우징(1) 내에서 반사하여 미광이 되어 수광 소자(31)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 내벽(82)에는 광의 반사를 억제하는 도료 등이 도포되어 있어도 된다. 이에 의해, 미광을 더 저감시킬 수 있다.
또한, 하우징(1) 내에 인입된 기체에 입자 m이 존재하는 경우, 즉, 검지 영역 DA에 입자 m이 유입되는 경우, 발광 소자(21)의 출사광은, 검지 영역 DA에 존재하는 입자 m에 부딪쳐 산란한다. 그리고, 이 입자 m에 의한 산란광은, 수광측 렌즈(32)로 집광되어, 수광 소자(31)에 입사한다. 그리고, 수광 소자(31)에 입사한 광의 출력 신호에 기초하여, 입자 센서(10)에 도입된 기체 중에 입자 m이 존재하는 것이 판정된다.
이와 같이, 입자 m에 의한 산란광에 의해 입자 센서(10) 내에 도입된 기체에 입자 m이 포함되는지 여부(입자 m의 유무)를 검지할 수 있다. 또한, 수광 소자(31)로 수광되는 광의 출력 신호의 크기에 의해, 입자 m의 크기를 판별할 수 있다. 또한, 수광 소자(31)에 입사한 광의 출력 신호의 피크수에 기초하여, 입자 센서(10)에 도입된 기체 중에 입자 m의 개수(양)를 산출하는 것이 가능하다.
여기서, 본 발명의 입자 센서(10)의 특징적인 구성으로서, 유도로(40)는 해당 유도로(40)의 입구(42)로부터 검지 영역 DA를 향함에 따라, 유도로(40)가 연장되는 방향을 따른 단면에 있어서의 내벽면을 나타내는 직선끼리 간격 D1이 서서히 작아지도록 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 유도로(40)는 유도로(40)가 연장되는 방향에 대하여 수직인 단면 형상의 둘레 길이가, 유도로(40)의 입구(42)로부터 검지 영역 DA를 향함에 따라, 서서히 작아지도록 형성되어 있다.
예를 들어, 도 3의 (a)에 도시된 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10)의 유도로(40)는 원추대 형상(원추통 형상)이며, 유도로(40)의 입구로부터 검지 영역 DA를 향하여, 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 경사진 내벽면(41)을 갖는다. 또한, 「테이퍼 형상」이란, 유도로(40)의 축방향에 평행한 평면으로 잘랐을 때에 유도로(40)의 내벽에 나타나는 절취구의 직선끼리 서로 평행이 되지 않는 형상을 의미한다.
이와 같이, 유도로(40)의 내벽면(41)이 검지 영역 DA를 향하여, 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 경사짐으로써, 유입구(1C)로부터 유입한 기체에 포함되는 복수의 입자 m은, 유도로(40) 내의 기류를 타고, 밀도가 커지면서, 입구(42)로부터 출구(43)로 진행한다. 그로 인해, 유입구(1C)로부터 유입한 복수의 입자 m은, 유도로(40)를 통과함으로써, 유효하게 모인 상태에서 검지 영역 DA로 도달한다. 그 결과, 입자 센서(10)의 구성에 의하면, 유도로(40)를 구비하고 있음으로써, 입자 m의 흐름을 방해하지 않고, 입자 m을 효율적으로 측정 중심으로서의 검지 영역 DA로 유도하는 것이 가능해진다. 특히, 비교적 입자 m의 개수가 적은 경우에도 검지 영역 DA로 효율적으로 입자 m을 유도할 수 있으므로, 입자 m의 측정 오차를 작게 할 수 있다.
여기서, 하우징(1)에 있어서, 유도로(40)는 유입구(1C)로부터 유입되는 기체의 기류의 방향 A를 따라 연장된 구성으로 되어 있다. 유입구(1C)의 개구 방향과 유도로(40)가 연장되는 방향은 방향 A에 일치한다. 한편, 유출구(1D)의 개구 방향은, 유입구(1C)의 개구 방향 및 유도로(40)의 연장되는 방향(즉 방향 A)에 대하여 교차하는 방향, 보다 구체적으로는, 방향 A에 대하여 수직인 방향으로 되어 있다.
즉, 입자 센서(10)는 검지 영역 DA에 있어서의 유도로(40)와 반대측에, 유도로(40)를 통과한 기체를 외부로 배출하기 위한 배출 유로(80)를 하우징(1) 내에 구비하고 있다. 그리고, 배출 유로(80)는 유도로(40)가 연장되는 방향 A에 대하여 수직인 방향으로 연장되어 있으며, 상기 기체를 배출하는 유출구는 배출 유로(80)의 단부에 형성되어 있다.
그로 인해, 배출 유로(80)는 유도로(40)가 연장되는 방향 A에 대하여 교차하는 방향으로 연장되어 형성되어 있고, 유도로(40)가 연장되는 방향 A로 유출구(1D)가 형성되어 있지 않다. 이러한 구성으로 함으로써, 입자 센서(10)의 상하 방향(즉 X 방향)의 치수를 작게 할 수 있어, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 발광 소자(21) 및 수광 소자(31)는 배출 유로(80)가 연장되는 방향으로 나란히 배치되어 있고, 유출구(1D)는, 배출 유로(80)에 있어서의 발광 소자(21)와 반대측의 끝에 형성되어 있다. 이에 의해, 유출구(1D)로부터 하우징(1) 내에 외부의 광이 입사되어도, 이 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
〔실시 형태 2〕
본 발명의 다른 실시 형태에 대하여, 도 4의 (a) 내지 (c)에 기초하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시 형태에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10A)의 구성을 나타내고, 도 4의 (a)는 내부 구성을 도시하는 평면도이며, 도 4의 (b)는 단면도이며, 도 4의 (c)는 X 방향으로부터 본 하면도이다.
실시 형태 1에 관한 입자 센서(10)에서는, 유도로(40)는 원추대 형상이며, 검지 영역 DA를 향하여, 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 경사진 내벽면(41)을 갖고 있었다. 그러나, 유도로의 내벽면은, 검지 영역을 향함에 따라, 서로 대향하는 내벽면끼리의 간격이 서서히 작아지도록 형성되어 있는 형상이면, 특별히 한정되지 않는다.
도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10A)는, 유도로(40A)가 각추대 형상인 점이, 실시 형태 1과 상이하다. 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 입자 센서(10A)의 유도로(40A)는, 서로 대향하는 1조의 내벽면(41A) 및 서로 대향하는 다른 1조의 내벽면(41B)에 의해 구성된 각추대 형상(각추통 형상)이다.
유도로(40A)의 각추대 형상을 구성하는 4개의 내벽면 중 서로 대향하는 1조의 내벽면(41A)은 테이퍼 형상으로 경사진 면이다. 서로 대향하는 내벽면(41A)끼리의 간격 D1은, 유도로(40A)의 입구로부터 검지 영역 DA를 향함에 따라 서서히 작아지고 있다. 한편, 서로 대향하는 내벽면(41B)끼리의 간격 D2는 유도로(40A)의 입구부터 검지 영역 DA에 이르기까지 변화하지 않고 일정하다. 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10A)에서는, 내벽면(41B)은 커버(1A) 및 케이스(1B)의 내벽면을 그대로 이용하고 있다.
유입구(1C)로부터 유입한 복수의 입자 m은, 유도로(40A)의 입구(42A)에 들어가고, 방향 A로 진행하여 유도로(40A)를 경유하여, 출구(43A)로부터 검지 영역 DA로 유도된다. 유도로(40A)에서는, 서로 대향하는 1조의 내벽면(41A)끼리의 간격 D1이 유도로(40A)의 입구로부터 검지 영역 DA를 향함에 따라 서서히 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있으므로, 유도로(40A)를 통과함으로써, 유효하게 모인 상태에서 검지 영역 DA에 도달한다. 그 결과, 입자 센서(10A)의 구성에 의하면, 유도로(40A)를 구비하고 있음으로써, 입자 m의 흐름을 방해하지 않고, 입자 m을 효율적으로 측정 중심으로서의 검지 영역 DA로 유도하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 입자 센서(10A)는, 상기 실시 형태 1과 비교하여, 구조가 간이하고, 저비용으로 제조할 수 있다.
〔실시 형태 3〕
본 발명의 또 다른 실시 형태에 대하여, 도 5에 기초하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시 형태에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 입자 센서의 내부 구성을 나타내는, Z 방향으로부터 본 정면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 입자 센서(10B)는, 유도로(40B)의 내벽면(41C)이 곡면인 점이, 실시 형태 1 및 2와 상이하다.
입자 센서(10B)에서는, 유도로(40B)에 있어서의, 서로 대향하는 내벽면(41C)끼리의 간격 D가 유도로(40B)의 입구로부터 검지 영역 DA를 향함에 따라 서서히 작아지고 있다. 그리고, 내벽면(41C)은 곡면으로 되어 있다.
입자 센서(10B)의 구성에 의하면, 이와 같은 구성을 갖는 유도로(40B)를 구비하고 있음으로써, 입자 m의 흐름을 방해하지 않고, 입자 m을 효율적으로 측정 중심으로서의 검지 영역 DA로 유도하는 것이 가능해진다.
(본 발명의 입자 센서가 탑재되는 전자 기기에 대해서)
본 발명의 입자 센서가 탑재되는 전자 기기는, 입자 센서에 의한 입자의 검지 또는 입자의 정도를 출력하는 출력부를 구비한 구성이면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 입자 센서는, 예를 들어 더스트 센서, 연기 감지기, 공기 청정기, 환기 팬 또는 에어컨 등의 전자 기기에 탑재하는 것이 가능하다. 또한, 상기 출력부는, 예를 들어 입자 센서에 의한 입자의 검지 또는 입자의 정도를, 소리나 광에 의해 통지하거나, 표시부에 표시하거나 하여 유저에 대하여 통지해도 된다.
또한, 다른 형태로서, 본 발명의 전자 기기에 있어서의 상기 출력부는, 입자의 검지 또는 입자의 정도를 전자 기기의 제어부에 대하여 출력함으로써, 입자 센서에서의 검출 결과를 기기측에서 이용 가능하게 하도록 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 전자 기기가 공기 청정기인 경우, 상기 출력부는 입자의 검지 또는 입자의 정도를 공기 청정기의 제어부에 대하여 출력하여, 상기 제어부가 그 출력 내용에 따라 공기 청정 기능을 작동이나 정지시키거나, 혹은 강도를 변화시키도록 제어하는 구성이어도 된다.
본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 상이한 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1: 하우징
1C: 유입구
1D: 유출구
5: 히터(가열 장치)
10, 10A, 10B: 입자 센서
20a, 30a: 광축
21: 발광 소자
31: 수광 소자
40, 40A, 40B: 유도로
41, 41A, 41B, 41C: 내벽면
42, 42A: 입구(유도로의 입구)
43, 43A: 출구
80: 배출 유로

Claims (14)

  1. 검지 영역으로 광을 조사하는 발광 소자와,
    상기 검지 영역에서의 입자에 의한 상기 발광 소자로부터의 광의 산란광을 수광하는 수광 소자를 하우징 내에 구비하고, 상기 하우징의 유입구로부터 유입한 기체에 포함되는 입자를 검지하는 입자 센서이며,
    상기 하우징은, 상기 기체를 상기 검지 영역으로 유도하는 유도로를 내부에 구비하고,
    상기 유도로는, 해당 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 단면 형상의 둘레 길이가, 해당 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 서서히 작아지도록 형성되어 있고,
    상기 검지 영역에 대하여 상기 유도로와 반대측에, 상기 검지 영역을 통과한 기체를 외부로 배출하기 위한 배출 유로를 하우징 내에 구비하고,
    상기 배출 유로는, 상기 하우징 내에서 상기 유도로가 연장되는 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되어 있으며, 상기 기체를 배출하는 유출구는, 상기 배출 유로의 단부에 형성되어 있고,
    상기 유출구는 상기 하우징에 형성되고, 상기 유출구의 개구 방향이 상기 유도로의 연장 방향에 수직인 방향인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  2. 제1항에 있어서, 입자 센서 내에 상기 기체를 유도하기 위한 기류 발생 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기류 발생 장치는, 상기 유입구측에 설치된 가열 장치인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기류 발생 장치는, 상기 유입구측에 설치된 흡기 팬인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기류 발생 장치는, 상기 기체를 배출하는 유출구측에 설치된 배기 팬인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 각각의 광축은, 상기 기체를 배출하는 유출구측을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로는, 상기 발광 소자의 광축 및 상기 수광 소자의 광축의 양쪽을 포함하는 면에 평행한 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 배출 유로가 연장되는 방향으로 나란히 배치되어 있고,
    상기 유출구는, 상기 배출 유로에 있어서의 상기 발광 소자와 반대측의 끝에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로는, 원추대 형상이며, 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 내경이 서서히 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로는, 각추대 형상이며, 유도로의 입구로부터 상기 검지 영역을 향함에 따라, 상기 각추대 형상을 구성하는 내벽면에 있어서의 서로 대향하는 적어도 1조의 내벽면끼리의 간격이 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로의 내벽면은 곡면인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로는, 테이퍼 형상으로 경사진 내벽면을 갖는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 입자 센서를 구비하고,
    상기 입자 센서에 의한 입자의 검지 또는 입자의 정도를 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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