WO2019176608A1 - 粒子センサおよび電子機器 - Google Patents

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WO2019176608A1
WO2019176608A1 PCT/JP2019/008284 JP2019008284W WO2019176608A1 WO 2019176608 A1 WO2019176608 A1 WO 2019176608A1 JP 2019008284 W JP2019008284 W JP 2019008284W WO 2019176608 A1 WO2019176608 A1 WO 2019176608A1
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light
particle sensor
lens
unit
sensor according
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PCT/JP2019/008284
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Inventor
勇司 広瀬
山村　聡
肇 河合
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a particle sensor and an electronic device.
  • Such a particle sensor includes a light emitting element and a light receiving element, and is configured to take in a gas containing particles to be measured into the sensor.
  • the gas taken in is irradiated with light from the light emitting element, the scattered light is received by the light receiving element, and the presence or absence and the amount of particles contained in the gas are detected by the scattered light.
  • the particles to be detected are, for example, dust, pollen, smoke, etc. floating in the atmosphere.
  • the particle sensor In the particle sensor, light is irradiated to the detection region in order to detect the particle, but most of the light is not scattered by the particle, but passes through the detection region and is irradiated to the wall surface inside the particle sensor. Yes.
  • the light irradiated on the wall surface is not completely absorbed by the wall surface, but part of it becomes stray light that repeats reflection inside the particle sensor. When stray light reflected by the inner wall surface reaches the light receiving element, there is a problem that the light is erroneously detected by the light receiving element.
  • Patent Document 1 an elliptical mirror having a detection area as a focal point is arranged on the side opposite to the light emitting section, an opening is formed in a part of the elliptical mirror, and the light passing through the detection area is trapped behind the elliptical mirror. Is trapped in.
  • the present invention was devised to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a particle sensor and an electronic apparatus that can sufficiently suppress stray light reaching the light receiving unit while saving space. There is.
  • the particle sensor of the present invention is scattered by particles in the detection region, a light emitting unit that emits irradiation light toward the wrinkle detection region, a light projection lens that collects the irradiation light on the detection region, and the like.
  • a light receiving lens that collects a part of the irradiation light, a light receiving unit that receives the light collected by the light receiving lens as incident light, and a light trap reflection unit that reflects the irradiation light that has passed through the detection region.
  • the optical trap reflector includes a parabolic first reflector having the detection region as a focal point.
  • the irradiation light that has passed through the detection area is reflected as parallel light in a direction different from the detection area, and stray light can be suppressed.
  • region which traps irradiation light behind the 1st reflection part space saving of a particle sensor can be achieved.
  • the light trap reflecting portion includes a second reflecting portion that further reflects the irradiation light reflected by the first reflecting portion.
  • an optical trap space extending in a direction different from the detection region is provided on a side of the light emitting unit.
  • the lens holding unit that holds the projection lens includes a lens curved surface portion and a flat surface portion provided around the lens curved surface portion,
  • the lens holding part includes a shielding part that at least partially covers the light emitting part side of the flat surface part.
  • the shielding portion includes an inclined surface that is inclined with respect to the optical axis of the irradiation light.
  • the shielding portion covers substantially the entire area of the flat surface portion.
  • a light projection side aperture having an opening is disposed between the light emitting unit and the light projecting lens.
  • a light receiving side aperture having an opening is disposed between the light receiving unit and the light receiving lens.
  • a case portion that houses the light emitting portion and the light receiving portion, and a lower surface cover portion that covers a lower portion of the case portion, an antireflection portion is provided inside the lower surface cover portion. Is provided.
  • the light emitting unit includes a light emitting diode that emits green light, and the light emitting unit includes a light emitting diode that emits green light.
  • an electronic apparatus includes the particle sensor according to any one of the above, and includes an output unit that outputs a detection result of the light receiving unit as a particle concentration.
  • the present invention it is possible to provide a particle sensor and an electronic apparatus that can sufficiently suppress stray light reaching the light receiving unit while saving space.
  • FIG. 1 is an external perspective view schematically showing a particle sensor 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of a particle sensor 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the particle sensor 1 in the position along an external air flow path.
  • 4 is a plan view schematically showing a method for detecting particles inside the case portion 20.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the particle sensor 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an optical trap reflecting portion in the particle sensor 1 of the first embodiment.
  • 6 is a partially enlarged plan view schematically showing the vicinity of a light emitting unit 21 in Embodiment 2.
  • FIG. It is a partial expanded sectional view which shows typically light emitting part 21 neighborhood in Embodiment 3.
  • FIG. 9A is a schematic diagram for explaining the prevention of stray light by the lens front convex portion 66a.
  • FIG. 9A shows the case of the lens front convex portion 66a having an inclined surface
  • FIG. 9B shows the lens front convex portion having a vertical surface. The case of 66b is shown
  • FIG. 9C shows the case where there is no lens front convex portion.
  • FIGS. 10A and 10B are schematic diagrams for explaining the prevention of stray light by the lens holding unit 65.
  • FIG. 10A shows the case where the tip is an inclined surface 65a inclined in the direction of the lens curved surface portion 22a
  • FIG. The case of the inclined surface 65b inclined in the direction of the portion 21 is shown, and FIG.
  • FIGS. 11A and 11B are schematic views showing a state in which the flat surface portion 22b is covered with a lens holding portion 65
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 11B is a schematic front view.
  • 6 is a partially enlarged plan view schematically showing the vicinity of a light emitting unit 21 and a light receiving unit 23 in Embodiment 4.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing various structural examples of a light emitting side aperture 67 and a light receiving side aperture 68.
  • FIG. 1 is an external perspective view schematically showing the particle sensor 1 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of the particle sensor 1.
  • the particle sensor 1 includes an upper surface lid portion 10, a case portion 20, a lower surface lid portion 30, and a blower fan 40. As shown in FIG. 1, the upper surface lid portion 10 and the lower surface lid portion 30 are assembled to the upper surface and the lower surface of the case portion 20, respectively, and the blower fan 40 is accommodated in the case portion 20. Further, the particle sensor 1 includes a connector portion (not shown) for electrical connection with the outside, and by connecting a harness to the connector portion, it is possible to supply electric power from the outside and send / receive electrical signals to / from the outside. .
  • the upper surface lid portion 10 is a member constituting the upper exterior of the particle sensor 1 and is attached so as to cover the upper portion of the case portion 20.
  • the material which comprises the upper surface cover part 10 is not specifically limited, It is preferable to use resin from a viewpoint of weight reduction and a moldability.
  • An air inlet 12 and an air outlet 13 are formed on the top surface 11 of the top cover 10, and a part of the blower fan 40 is exposed from the air outlet 13. Further, on the surface of the upper surface lid 10 that faces the case 20, walls and spaces that divide each area are formed.
  • the top surface 11 is a substantially flat surface that constitutes the uppermost surface of the particle sensor 1, and a substantially rectangular shape is shown in FIG.
  • An intake port 12 and an exhaust port 13 are formed at predetermined positions on the top surface 11.
  • the air inlet 12 is an opening for taking outside air into the particle sensor 1, and is formed on the top surface 11 immediately above the in-case flow path 25.
  • the exhaust port 13 is an opening for discharging outside air that has passed through the inside of the particle sensor 1, and is formed immediately above the blower fan 40.
  • the case part 20 is a housing part that accommodates and holds each part of the particle sensor 1.
  • the material which comprises the case part 20 is not specifically limited, It is preferable to use resin from a viewpoint of weight reduction and a moldability.
  • a light emitting unit 21 and a light receiving unit 23 are housed inside the case unit 20, and an in-case flow path 25 is formed immediately below the intake port 12.
  • a space for accommodating the blower fan 40 is formed in a region immediately below the exhaust port 13.
  • a structure such as a partition wall is provided inside the case portion 20, and a space for storing and holding other members, an optical trap structure, an outside air flow path, and the like are integrally formed of resin. Details of the internal structure of the case portion 20 will be described later.
  • the lower surface cover part 30 is a member constituting the lower exterior of the particle sensor 1 and is attached so as to cover the lower part of the case part 20.
  • the material which comprises the lower surface cover part 30 is not limited, In order to shield the electromagnetic waves to the electronic component and electronic circuit which were accommodated in the case part 20, the shield case which bent the metal plate-shaped member should be used. Is preferred.
  • an antireflection portion inside the lower surface lid portion 30.
  • a material that absorbs light emitted from the light emitting portion 21 may be provided inside the lower surface lid portion 30.
  • a method such as applying black paint or attaching a black tape is used. Can be used.
  • the blower fan 40 is a blower device that rotates by supplying electric power and blows air, and is rotationally controlled according to a control signal to adjust the blower amount.
  • the side of the blower fan 40 that sends out the gas is exposed to the exhaust port 13, and the side that sucks in the gas is disposed toward the case portion 20 and the lower surface lid portion 30. .
  • a light emitting part 21 and a light receiving part 23 are accommodated in the case part 20, and an in-case flow path 25 is formed immediately below the intake port 12.
  • the particle sensor 1 light is emitted from the light emitting unit 21 toward the flow path 25 in the case, and a part of the light scattered by particles contained in the outside air passing through the flow path 25 in the case is detected by the light receiving unit 23. And detect particles. Details of particle detection by the light emitting unit 21 and the light receiving unit 23 will be described later.
  • the light emitting unit 21 is a member that emits light of a predetermined wavelength toward the detection region in accordance with power and a control signal.
  • the light projecting lens 22 condenses the light emitted from the light emitting unit 21 as irradiation light on the detection region.
  • the light receiving unit 23 that is an optical member outputs a current value or a voltage value when light having a predetermined wavelength is incident. It is a member to do.
  • the light receiving lens 24 is an optical member that collects light from the detection region direction and causes the light to enter the light receiving unit 23.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the particle sensor 1 at a position along the outside air flow path.
  • the cylindrical portion 12 b in the particle sensor 1 of the present embodiment, from the air inlet 12, the cylindrical portion 12 b, the in-case passage 25, the bottom space 34, the fan lower passage 27, the fan lower recess 26, and the blower fan 40.
  • the constructed outside air flow path is formed up to the exhaust port 13.
  • the cylindrical portion 12 b is a substantially cylindrical portion formed on the back surface side of the air inlet 12, and is formed integrally with the top surface 11.
  • the bottom space 34 is a space formed between the bottom surface 20 a of the case portion 20 and the main bottom surface 31 of the lower surface lid portion 30.
  • the plurality of arrows shown in the drawing schematically indicate the flow of outside air taken into the outside air flow path.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a method for detecting particles inside the case portion 20.
  • a light emitting element 21 a included in the light emitting part 21, a light projecting lens 22, a light receiving element 23 a included in the light receiving part 23, and a light receiving lens 24 are arranged.
  • the optical axis of the irradiation light L1 irradiated from the light emitting element 21a through the light projecting lens 22 and the optical axis of the incident light L2 received by the light receiving element 23a through the light receiving lens 24 are arranged so as to be substantially orthogonal to each other.
  • the periphery of the in-case flow path 25 is partially enlarged. A region where the incident light L2 can reach the light receiving element 23a through the light receiving lens 24 and a region where the irradiation light L1 is irradiated are overlapped with each other to be a detection region DA where particles can be detected.
  • the light emitting element 21a is a light source that emits light of a predetermined wavelength according to electric power, and examples thereof include an LED (Light Emitting Diode) element and a semiconductor laser.
  • the wavelength emitted by the light emitting element 21a is preferably in a band that can be detected well by the light receiving element 23a, and examples thereof include infrared light and green light.
  • a green LED is used as the light emitting element 21a, it is possible to detect smaller particles since the wavelength of the irradiation light L1 is shorter than that of infrared light or red light.
  • the light receiving element 23a receives light of a predetermined wavelength and converts an optical signal into an electric signal, and examples thereof include a photodiode and a phototransistor.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the particle sensor 1 of the present embodiment.
  • the particle sensor 1 of the present embodiment includes a sensor unit 100 and a signal processing unit 200, and measures the particle concentration of ambient air particles based on scattered light from particles located in the detection area DA of the sensor unit 100.
  • the sensor unit 100 includes a light emitting element 21 a of the light emitting unit 21 and a light receiving element 23 a of the light receiving unit 23, and includes a light projecting lens 22 and a light receiving lens 24.
  • the signal processing unit 200 includes an I / V conversion unit 201, an amplification unit 202, an A / D conversion unit 203, a calculation unit 204, a storage unit 205, and a control unit 206.
  • the I / V conversion unit 201 is a circuit unit that is electrically connected to the light receiving unit 23 and converts a current signal generated by the light receiving element 23a into a voltage value.
  • the amplification unit 202 is a circuit unit that is electrically connected to the I / V conversion unit 201 and amplifies the voltage value converted by the I / V conversion unit 201.
  • the A / D conversion unit 203 is a circuit unit that is electrically connected to the amplification unit 202 and converts a voltage value that is an analog signal output from the amplification unit 202 into a digital signal.
  • the calculation unit 204 is an information processing device that calculates the digital signal converted by the A / D conversion unit 203 by a predetermined calculation method.
  • the storage unit 205 is a device that stores a program for the calculation unit 204 to perform calculation processing and a calculation result of the calculation unit 204.
  • the control unit 206 performs drive control of the light emitting unit 21 and the blower fan 40 according to the calculation result of the calculation unit 204 and the control signal from the outside.
  • the detection area DA of the sensor unit 100 is irradiated with the irradiation light L1 from the light emitting element 21a.
  • the irradiation light L1 is scattered by the particles, and a part of the scattered light enters the light receiving element 23a as the incident light L2.
  • an electric signal is generated according to the amount of incident light L2 (for example, current).
  • the current signal output from the light receiving unit 23 is converted into a voltage signal, and the amplifying unit 202 amplifies the signal to a predetermined band.
  • the A / D conversion unit 203 generates digital data by converting a voltage signal that is an analog signal amplified by the amplification unit 202 into a digital signal. Specifically, the A / D conversion unit 203 samples and quantizes a voltage signal that is an output signal from the light receiving unit 23, and generates time-series digital data.
  • the calculation unit 204 calculates the particle diameter and the particle concentration using the digital data converted by the A / D conversion unit 203. Specifically, digital data is smoothed using a known integration processing method, moving average method, median filter method, etc., and subjected to known approximation processing such as linear approximation, polynomial approximation, etc., and particle diameter and particle concentration. Convert to digital data.
  • the calculation result in the calculation unit 204 is output to the outside of the particle sensor 1 through a harness connected to the connector unit.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the light trap reflecting portion in the particle sensor 1 of the present embodiment.
  • a first reflection portion 61, a second reflection portion 62, a light escape space 63 a, and an optical trap space 63 b are provided inside the case portion 20.
  • the combination of the 1st reflection part 61 and the 2nd reflection part 62 comprises the optical trap reflection part in this invention.
  • the 1st reflective part 61 and the 2nd reflective part 62 do not mean the reflective surface where the reflectance of light is high, but the reflectance with which coloring and the antireflection structure were given so that light might not be reflected Even if the surface is low, part of the light is reflected, which means that the reflection of light cannot be completely eliminated.
  • the first reflecting portion 61 is a wall surface of the case portion 20 that the irradiation light L1 emitted from the light emitting element 21a first passes through the detection area DA and is formed integrally with the bottom surface 20a. Yes.
  • the wall surface of the first reflecting portion 61 is formed as a paraboloid with the detection area DA as a focal point.
  • the 1st reflection part 61 is provided in the corner
  • the first reflecting portion 61 is located on an extension of the optical axis of the light projecting optical system that passes from the light emitting element 21a through the light projecting lens 22 and the detection area DA.
  • the second reflecting portion 62 is a wall surface provided in the vicinity of the corner opposite to the first reflecting portion 61 through the light retracting space 63a, and is vertically formed integrally with the bottom surface 20a.
  • the wall surface of the second reflecting portion 62 is a substantially flat surface, and the normal line is inclined by about 45 degrees with respect to the outer periphery of the case portion 20. Therefore, the wall surface of the second reflecting portion 62 is inclined by about 45 degrees with respect to the light that has passed through the light escape space 63a.
  • the light escape space 63 a is a space formed between the detection area DA, the light receiving optical system including the light receiving lens 24 and the light receiving portion 23, and the side wall of the case portion 20.
  • the optical trap space 63b is a space provided behind, on the side, and above the light receiving unit 23.
  • FIG. 6 shows an example in which light goes straight up to the wall surface that accommodates the blower fan 40 without arranging a structure in the light trap space 63b, a reflection portion may be further provided to reflect light repeatedly.
  • the irradiation light L ⁇ b> 1 advances after being condensed with respect to the detection area DA by the light projection lens 22. Further, the irradiation light L1 reaches the first reflecting part 61 after passing through the detection area DA, is reflected by the wall surface of the first reflecting part 61, and travels in the direction of the light escape space 63a. At this time, since the detection area DA is located at the focal point on the paraboloid of the first reflecting portion 61, the irradiation light L1 condensed and enlarged in the detection area DA is substantially parallel in the light escape space 63a. Progress as light.
  • the substantially parallel light traveling through the light escape space 63a enters the substantially flat wall surface and is reflected in the direction of the light trap space 63b as substantially parallel light.
  • the light that has reached the light trap space 63b is repeatedly reflected on the wall surface provided in the case portion 20, and the light intensity is attenuated in the process, and is finally quenched.
  • the light escape space 63a is provided in a direction away from the incident surface of the light receiving lens 24 from the first reflecting portion 61 to the second reflecting portion 62. Thereby, it is possible to reduce the probability that the light traveling in the direction of the second reflecting portion 62 in the light retracting space 63a will finally enter the light receiving element 23a of the light receiving portion 23 as stray light.
  • the traveling direction of the reflected light is limited to the direction of the light trap space 63b.
  • the light trap space 63 b is provided in a direction away from the incident surface of the light receiving lens 24. Accordingly, it is possible to further reduce the probability that the light traveling in the light trap space 63b is finally incident on the light receiving element 23a of the light receiving unit 23 as stray light.
  • the first reflecting portion 61, the second reflecting portion 62, the light escape space 63a, and the light trap space 63b are disposed so as to be away from the detection area DA, and the back and sides of the light receiving portion 23,
  • the light trap reflector is provided above.
  • the light emitting unit 21, the light projecting lens 22, the light receiving unit 23, the light receiving lens 24, the detection area DA and the blower fan 40 are essential elements for the particle sensor 1, and these elements are arranged.
  • the stray light reaching the light receiving unit 23 can be sufficiently suppressed only by adding the light retracting space 63a to the rectangular region. Therefore, the area necessary for capturing and confining light can be minimized, and the space of the particle sensor 1 can be saved.
  • the light is received while the space is saved by moving the light away from the light receiving unit 23 by the first reflecting unit 61 of the paraboloid focusing on the detection area DA.
  • the stray light reaching the part 23 can be sufficiently suppressed.
  • FIG. 7 is a partially enlarged plan view schematically showing the vicinity of the light emitting unit 21 in the present embodiment.
  • an optical trap space 64 is provided on the side of the light emitting unit 21.
  • the light trap space 64 is a space extending in a direction different from the light projecting lens 22 and the detection area DA on the side of the light emitting unit 21.
  • the light trap space 64 is provided between the side wall of the case unit 20 and the light emitting unit 21, and is opposite to the light emitting direction of the light emitting unit 21 along the side wall of the case unit 20. It extends toward the side.
  • the light that has not reached the lens curved surface of the light projecting lens 22 reaches and is reflected by other than the light projecting lens 22 as indicated by solid arrows in the drawing.
  • the reflected light is guided to the light trap space 64 provided on the side of the light emitting unit 21.
  • the light that has entered the light trap space 64 moves away from the detection area DA while being repeatedly reflected, and in the process, the light intensity is attenuated and finally extinguished.
  • the light that has not reached the light projecting lens 22 is introduced into the light trap space 64 to be extinguished.
  • the stray light that reaches can be sufficiently suppressed.
  • FIG. 8 is a partial enlarged cross-sectional view schematically showing the vicinity of the light emitting unit 21 in the present embodiment.
  • the light projecting lens 22 includes a lens curved surface portion 22 a and a flat surface portion 22 b and is held by a lens holding portion 65.
  • the lens curved surface portion 22 a is a region having a curved surface shape for realizing the lens function of the light projecting lens 22.
  • the flat surface portion 22b is a region having a substantially flat surface provided around the lens curved surface portion 22a, and is formed integrally with the lens curved surface portion 22a.
  • the lens holding portion 65 includes a portion that protrudes downward from the top surface 11 and a portion that protrudes upward from the bottom surface 20a, and holds the flat surface portion 22b sandwiched from the front and back.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the prevention of stray light by the lens front convex portion 66a.
  • FIG. 9A shows the case of the lens front convex portion 66a having an inclined surface
  • FIG. The case of the lens front convex portion 66b is shown
  • FIG. 9C shows the case where there is no lens front convex portion.
  • the lens front convex portions 66a and 66b are members that at least partially cover the light emitting portion 21 side of the flat surface portion 22b, and correspond to the shielding portion in the present invention. It may be a separate body from the holding unit 65.
  • the light that has reached the inclined surface of the lens front convex portion 66 a out of the light emitted from the light emitting element 21 a is inclined to the opposite side of the light projecting lens 22. Therefore, it is reflected in a direction different from the lens curved surface portion 22a.
  • the light that has reached the vertical surface of the lens front convex portion 66b out of the light emitted from the light emitting element 21a is reflected in a direction different from the lens curved surface portion 22a. Further, as indicated by a dotted line in FIG.
  • the front lens convex portions 66a and 66b of the flat surface portion 22b are not provided, the light reflected in the vicinity of the light projecting lens 22 reaches the lens curved surface portion 22a. In the direction of the detection area DA. Since the light reflected in the vicinity of the light projecting lens 22 is not directly incident on the lens curved surface portion 22a from the light emitting element 21a, it is reflected on an unintended portion without being focused on the detection area DA and enters the light receiving portion 23. There is a possibility of stray light.
  • the lens front convex portion 66a or the lens front convex portion 66b so as to cover at least a part of the flat surface portion 22b of the light projecting lens 22, stray light reaching the light receiving portion 23 can be suppressed.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the prevention of stray light by the lens holding portion 65.
  • FIG. 10A shows the case of an inclined surface 65a whose tip is inclined toward the lens curved surface portion 22a
  • FIG. Indicates a case where the tip is an inclined surface 65b inclined in the direction of the light emitting portion 21, and
  • FIG. 10C shows a case where the tip is parallel to the optical axis.
  • the lens holding portion 65 located on the light emitting portion 21 side of the flat surface portion 22b corresponds to the shielding portion in the present invention because it covers at least a part of the flat surface portion 22b.
  • the light emitted from the light emitting element 21a toward the outer periphery of the lens curved surface portion 22a is blocked by the lens holding portion 65 and does not reach the inclined surface 65a. Instead, it is reflected in a direction different from the lens curved surface portion 22a.
  • the light that has reached the inclined surface 65 b of the lens holding portion 65 out of the light emitted from the light emitting element 21 a is on the side opposite to the light projecting lens 22. Since it is inclined, it is reflected in a direction different from the lens curved surface portion 22a.
  • the tip of the lens holding portion 65 when the tip of the lens holding portion 65 is parallel to the optical axis, the light reflected by the tip reaches the lens curved surface portion 22a and travels toward the detection area DA. End up. Since the light reflected in the vicinity of the light projecting lens 22 is not directly incident on the lens curved surface portion 22a from the light emitting element 21a, it is reflected on an unintended portion without being focused on the detection area DA and enters the light receiving portion 23. There is a possibility of stray light. Therefore, stray light reaching the light receiving unit 23 can be suppressed by providing the inclined surface 65 a or 65 b at least at a part of the tip of the lens holding unit 65.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a state where the flat surface portion 22b is covered with the lens holding portion 65
  • FIG. 11 (a) is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 11 (b) is a schematic front view.
  • the lens holding portion 65 is divided into two parts in the vertical direction, and a substantially semi-circular notch having a shape corresponding to the lens curved surface portion 22a is formed in each. Further, the lens curved surface portion 22a is fitted into the notch portion of the lens holding portion 65, and the lens holding portion 65 covers substantially the entire surface of the flat surface portion 22b.
  • the lens holding portion 65 covers substantially the entire surface of the flat surface portion 22b, almost all the light directed toward the flat surface portion 22b is blocked by the lens holding portion 65 and reflected in a direction different from the lens curved surface portion 22a. Therefore, the light that passes through the flat surface portion 22b and travels in the direction of the detection area DA can be reduced, and stray light reaching the light receiving portion 23 can be suppressed.
  • FIG. 12 is a partially enlarged plan view schematically showing the vicinity of the light emitting unit 21 and the light receiving unit 23 in the fourth embodiment.
  • a light projection side aperture 67 is disposed between the light emitting element 21 a and the light projecting lens 22, and a light receiving side aperture 68 is disposed between the light receiving element 23 a and the light receiving lens 24. ing.
  • the light emitting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68 are provided separately from the case portion 20 and are substantially flat members having an opening formed in the center.
  • the light emitting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68 are each held by a holding portion formed on the upper surface lid portion 10 or the case portion 20.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing various structural examples of the light projecting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68.
  • the light projecting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68 may be formed with a circular opening OP at the center.
  • a rectangular opening OP may be formed as shown in FIG.
  • the shape of the opening OP is not limited to that shown in FIGS.
  • the light emitting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68 In the light emitting side aperture 67 and the light receiving side aperture 68, light passes only through the opening OP, and light is blocked at the flat plate portion. Therefore, the light reaching the light projecting lens 22 from the light emitting element 21a via the light projecting side aperture 67 and the light reaching the light receiving element 23a from the light receiving lens 24 via the light receiving side aperture 68 are limited. It is possible to reduce stray light that is reflected unintentionally and enters the light receiving unit 23.
  • FIG. 13C shows the case where the cross section of the opening OP is parallel to the optical axis at the light projection side aperture 67, and the light is reflected by the cross section of the opening OP and travels in the direction of the light projecting lens 22. It has been.
  • FIG. 13D shows a case where an inclined surface 67a is provided in which the cross section of the opening OP is enlarged in the direction of the light projecting lens 22 by the light projecting side aperture 67. Is not incident and is reflected in a direction different from that of the projection lens 22.
  • the light reflected by the cross section and directed toward the detection area DA is reduced, and stray light reaching the light receiving unit 23 can be suppressed. it can.
  • FIG. 13 (e) shows a case where the cross section of the opening OP is parallel to the optical axis at the light receiving side aperture 68. Light is reflected by the cross section of the opening OP and travels in the direction of the light receiving element 23a.
  • FIG. 13F shows a case where the light receiving side aperture 68 is provided with an inclined surface 68a in which the cross section of the opening OP is enlarged in the direction of the light receiving lens 24, and light enters the cross section of the opening OP. Instead, the light is reflected in a direction different from that of the light receiving element 23a. Therefore, by expanding the cross section of the opening OP in the direction toward the light receiving lens 24, stray light reflected by the cross section and reaching the light receiving section 23 can be suppressed.
  • second reflecting portion 63a ... light escape space 63b, 64 ... light trapping space 65 ... lens holding portions 65a, 65b, 67a, 68a ... inclined surface 66a ... lens Front convex part 66b ... Lens front convex part 67 ... Projection side aperture 68 ... Light reception side aperture 100 ... Sensor part 200 ... Signal processing part 201 ... I / V conversion part 202 ... Amplification part 203 ... A / D conversion 204 ... arithmetic unit 205 ... storage unit 206 ... control unit

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Abstract

【課題】省スペース化を図りながらも、受光部に到達する迷光を十分に抑制することができる粒子センサおよび電子機器を提供する。 【解決手段】検知領域（ＤＡ）に向けて照射光を発する発光部（２１）と、照射光を検知領域に集光する投光レンズ（２２）と、検知領域（ＤＡ）で粒子によって散乱された照射光の一部を集光する受光レンズ（２４）と、受光レンズ（２４）で集光された光を入射光として受光する受光部（２３）と、検知領域（ＤＡ）を通過した照射光を反射する光トラップ反射部を備え、光トラップ反射部は、検知領域を焦点とする放物面の第１反射部（６１）を備える粒子センサ。

Description

粒子センサおよび電子機器
　本発明は、粒子センサおよび電子機器に関する。
　近年、微粒子等の粒子を検出する粒子センサとして、光センサが提案されている。このような粒子センサは、発光素子と受光素子を備えており、測定対象の粒子を含む気体をセンサ内部に取り込む構成となっている。つまり、取り込んだ気体に対して発光素子からの光を照射し、その散乱光を受光素子に受光させ、散乱光によって気体に含まれる粒子の有無やその量を検出するようになっている。検出対象の粒子は、例えば、大気中に浮遊する埃、花粉、煙等である。
　粒子センサでは、粒子を検知するために検知領域に対して光を照射しているが、大部分の光は粒子によって散乱されず、検知領域を通過して粒子センサ内部の壁面等に照射されている。この壁面に照射された光は、完全には壁面で吸収されずにその一部が粒子センサ内部で反射を繰り返す迷光となってしまう。内部の壁面で反射された迷光が受光素子にまで到達してしまうと、受光素子で光が誤検知されてしまうという問題があった。
　そこで、検知領域を挟んで発光部と反対側に光を逃がすトラップ空間を配置し、トラップ空間に到達した光はトラップ空間内で反射を繰り返して、受光素子側に迷光が到達しないようにした粒子センサも提案されている（例えば特許文献１等を参照）。特許文献１では、発光部と反対側に検知領域が焦点となる楕円ミラーを配置し、楕円ミラーの一部に開口部を形成して、検知領域を通過した光を楕円ミラーの背後のトラップ空間に閉じ込めている。
特開２０１６－０５３５５４号公報
　しかし、特許文献１に記載された従来技術では、検知領域を挟んで発光部と反対側にトラップ空間を確保しなければならず、粒子センサの小型化を図ることが困難であった。また、楕円ミラーの一部に開口部を形成して、開口部からトラップ空間に光を導いているが、トラップ空間から開口部を経由して再び検知領域側に迷光が戻ってしまう可能性もあった。
　本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、省スペース化を図りながらも、受光部に到達する迷光を十分に抑制することができる粒子センサおよび電子機器を提供することにある。
　上記課題を解決するため本発明の粒子センサは、 検知領域に向けて照射光を発する発光部と、前記照射光を前記検知領域に集光する投光レンズと、前記検知領域で粒子によって散乱された前記照射光の一部を集光する受光レンズと、前記受光レンズで集光された光を入射光として受光する受光部と、前記検知領域を通過した前記照射光を反射する光トラップ反射部を備え、前記光トラップ反射部は、前記検知領域を焦点とする放物面の第１反射部を備えることを特徴とする。
　これにより、検知領域を焦点とする放物面の第１反射部で、検知領域を通過した照射光を平行光として検知領域とは異なる方向に反射し、迷光を抑制することができる。また、照射光をトラップする領域を第１反射部の背後に設ける必要が無いため、粒子センサの省スペース化を図ることができる。
　また、本発明の一実施態様では、前記光トラップ反射部は、前記第１反射部で反射された前記照射光をさらに反射する第２反射部を備える。
　また、本発明の一実施態様では、前記発光部の側方に、前記検知領域とは異なる方向に延びる光トラップ空間を備える。
　また、本発明の一実施態様では、前記投光レンズを保持するレンズ保持部を有し、前記投光レンズは、レンズ曲面部と、前記レンズ曲面部の周囲に設けられた平坦面部を備え、前記レンズ保持部は、前記平坦面部の前記発光部側を少なくとも一部覆う遮蔽部を備える。
　また、本発明の一実施態様では、前記遮蔽部は、前記照射光の光軸に対して傾斜する傾斜面を備える。
　また、本発明の一実施態様では、前記遮蔽部は、前記平坦面部の略全域を覆う。
　また、本発明の一実施態様では、前記発光部と前記投光レンズの間に、開口部を備えた投光側アパーチャが配置されている。
　また、本発明の一実施態様では、前記受光部と前記受光レンズの間に、開口部を備えた受光側アパーチャが配置されている。
　また、本発明の一実施態様では、前記発光部および前記受光部を収容するケース部と、前記ケース部の下部を覆う下面蓋部を備え、前記下面蓋部の内側には、反射防止部が設けられている。
　また、本発明の一実施態様では、前記発光部は、緑色を発光する発光ダイオードを備える前記発光部は、緑色を発光する発光ダイオードを備える。
　また、上記課題を解決するため本発明の電子機器は、上記の何れか一つに記載の粒子センサを備え、前記受光部での検出結果を粒子濃度として出力する出力部を備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、省スペース化を図りながらも、受光部に到達する迷光を十分に抑制することができる粒子センサおよび電子機器を提供することができる。
実施形態１の粒子センサ１を模式的に示す外観斜視図である。 粒子センサ１の概要を示す分解斜視図である。 外気流路に沿った位置での粒子センサ１の断面図である。 ケース部２０の内部における粒子の検出方法を模式的に示す平面図である。 実施形態１の粒子センサ１の電気的構成を示すブロック図である。 実施形態１の粒子センサ１における光トラップ反射部について説明する模式図である。 実施形態２における発光部２１近傍を模式的に示す部分拡大平面図である。 実施形態３における発光部２１近傍を模式的に示す部分拡大断面図である。 レンズ前凸部６６ａによる迷光防止を説明するための模式図であり、図９（ａ）は傾斜面のレンズ前凸部６６ａの場合を示し、図９（ｂ）は垂直面のレンズ前凸部６６ｂの場合を示し、図９（ｃ）はレンズ前凸部が無い場合を示している。 レンズ保持部６５による迷光防止を説明するための模式図であり、図１０（ａ）は先端がレンズ曲面部２２ａ方向に傾斜した傾斜面６５ａの場合を示し、図１０（ｂ）は先端が発光部２１方向に傾斜した傾斜面６５ｂの場合を示し、図１０（ｃ）は先端が光軸に平行な場合を示している。 平坦面部２２ｂをレンズ保持部６５で覆った状態を示す模式図であり、図１１（ａ）は模式断面図であり、図１１（ｂ）は模式正面図である。 実施形態４における発光部２１と受光部２３の近傍を模式的に示す部分拡大平面図である。 投光側アパーチャ６７と受光側アパーチャ６８の様々な構造例を示す模式図である。
　＜実施形態１＞
　以下、本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図面等の説明において上下や左右の表現を用いる場合、図中での上下や左右を示すものであり、粒子センサ１の使用時における上下や左右を限定するものではない。図１は、本実施形態の粒子センサ１を模式的に示す外観斜視図である。図２は、粒子センサ１の概要を示す分解斜視図である。
　粒子センサ１は、上面蓋部１０と、ケース部２０と、下面蓋部３０と、送風ファン４０を備えている。図１に示すように、ケース部２０の上面と下面にはそれぞれ上面蓋部１０と下面蓋部３０が組み付けられており、送風ファン４０がケース部２０に収容されている。また、粒子センサ１は外部との電気的接続を行うコネクタ部を備え（図示省略）、コネクタ部にハーネスを接続することで外部から電力の供給や外部との電気信号の授受をすることができる。
　上面蓋部１０は、粒子センサ１の上部外装を構成する部材であり、ケース部２０の上部を覆って取り付けられる。上面蓋部１０を構成する材料は特に限定されないが、軽量化と成形性の観点から樹脂を用いることが好ましい。また、上面蓋部１０の天面１１には、吸気口１２と排気口１３が形成されており、排気口１３から送風ファン４０の一部が露出している。また、上面蓋部１０のケース部２０と対向する面には、各エリアを区切る壁部や空間が形成されている。
　天面１１は、粒子センサ１の最上面を構成する略平坦な面であり、図１では略矩形状のものを示している。天面１１の所定位置には吸気口１２と排気口１３が形成されている。吸気口１２は、粒子センサ１の内部に外気を取り入れるための開口であり、天面１１のうち、ケース内流路２５の直上に形成されている。排気口１３は、粒子センサ１の内部を通過した外気を排出する開口部であり、送風ファン４０の直上に形成されている。
　ケース部２０は、粒子センサ１の各部を収容し保持する筐体部分である。ケース部２０を構成する材料は特に限定されないが、軽量化と成形性の観点から樹脂を用いることが好ましい。ケース部２０の内部には発光部２１と受光部２３が収容されるとともに、吸気口１２の直下にはケース内流路２５が構成されている。また、排気口１３の直下領域には送風ファン４０を収容するスペースが形成されている。また、ケース部２０の内部には隔壁等の構造物が設けられており、他の部材を収容して保持する空間や光トラップ構造、外気の流路などが樹脂で一体成形されている。ケース部２０の内部構造についての詳細は、後述する。
　下面蓋部３０は、粒子センサ１の下部外装を構成する部材であり、ケース部２０の下部を覆って取り付けられる。下面蓋部３０を構成する材料は限定されないが、ケース部２０内に収容された電子部品や電子回路への電磁波を遮蔽するためには、金属製の板状部材を折り曲げたシールドケースを用いることが好ましい。
　また、下面蓋部３０の内側には、反射防止部を形成しておくことが好ましい。反射防止部としては、発光部２１から出射される光を吸収する材料を下面蓋部３０の内側に設ければよく、例えば黒色の塗装を施すことや、黒色のテープを貼り付けるなどの手法を用いることができる。下面蓋部３０の内側に反射防止部を設けることで、発光部２０から照射さえた光が下面蓋部３０側に入り込んできても、反射防止部で良好に光を減衰させて迷光を防止することができる。
　送風ファン４０は、電力の供給を受けて回転し送風する送風装置であり、制御信号に応じて回転制御されて送風量を調整する。図１，２に示した例では、送風ファン４０の気体を送り出す側は排気口１３に露出しており、気体を吸引する側はケース部２０および下面蓋部３０方向に向けて配置されている。
　図２に示したように、ケース部２０の内部には発光部２１と受光部２３が収容されており、吸気口１２の直下にはケース内流路２５が形成されている。粒子センサ１では、発光部２１からケース内流路２５方向に光を照射し、ケース内流路２５内を通過する外気に含まれる粒子によって散乱した光の一部を受光部２３で検知することで、粒子を検知する。発光部２１と受光部２３による粒子の検出については詳細を後述する。
　発光部２１は、電力と制御信号に応じて所定波長の光を検知領域に向けて発光する部材である。投光レンズ２２は、発光部２１が発光した光を照射光として検知領域に集光するために光学部材である受光部２３は、所定波長の光が入射することで電流値または電圧値を出力する部材である。受光レンズ２４は、検知領域方向からの光を集光して受光部２３に入射させる光学部材である。
　図３は、外気流路に沿った位置での粒子センサ１の断面図である。図３に示したように本実施形態の粒子センサ１では、吸気口１２から、円筒状部１２ｂ、ケース内流路２５、底面空間３４、ファン下流路２７、ファン下凹部２６、送風ファン４０で構成される外気流路が排気口１３にまで形成されている。円筒状部１２ｂは、吸気口１２の裏面側に形成された略円筒状の部分であり、天面１１と一体に成形されている。底面空間３４は、ケース部２０の底面２０ａと、下面蓋部３０の主底面３１との間に形成された空間である。図中に示した複数の矢印は、外気流路に取り込まれた外気の流れを模式的に示すものである。
　図４は、ケース部２０の内部における粒子の検出方法を模式的に示す平面図である。ケース部２０内には、発光部２１に含まれる発光素子２１ａと、投光レンズ２２と、受光部２３に含まれる受光素子２３ａと、受光レンズ２４が配置されている。発光素子２１ａから投光レンズ２２を介して照射される照射光Ｌ１の光軸と、受光素子２３ａが受光レンズ２４を介して受光する入射光Ｌ２の光軸とは、互いに略直交するように配置されている。図４中では、ケース内流路２５周辺を部分的に拡大して示している。受光レンズ２４を介して受光素子２３ａまで入射光Ｌ２が到達できる領域と、照射光Ｌ１が照射される領域との重なっている領域が、粒子を検知できる検知領域ＤＡとなる。
　発光素子２１ａは、電力に応じて所定波長の光を発光する光源であり、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）素子や半導体レーザが挙げられる。発光素子２１ａが発光する波長は受光素子２３ａで良好に検出できる帯域のものが好ましく、例えば赤外光や緑色光が挙げられる。発光素子２１ａとして緑色ＬＥＤを用いると、赤外光や赤色光よりも照射光Ｌ１の波長が短いため、より小さい粒子を検知することが可能となる。受光素子２３ａは、所定波長の光を受光して光信号を電気信号に変換するものであり、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等が挙げられる。
　図５は、本実施形態の粒子センサ１の電気的構成を示すブロック図である。本実施形態の粒子センサ１は、センサ部１００と、信号処理部２００を備え、センサ部１００の検知領域ＤＡに位置する粒子からの散乱光に基づいて、周辺空気粒子の粒子濃度を測定する。センサ部１００は、発光部２１の発光素子２１ａと、受光部２３の受光素子２３ａとを備え、投光レンズ２２および受光レンズ２４を備えている。信号処理部２００は、Ｉ／Ｖ変換部２０１、増幅部２０２、Ａ／Ｄ変換部２０３、演算部２０４、記憶部２０５、制御部２０６を備えている。
　Ｉ／Ｖ変換部２０１は、受光部２３に電気的に接続され、受光素子２３ａで生じた電流信号を電圧値に変換する回路部である。増幅部２０２は、Ｉ／Ｖ変換部２０１に電気的に接続され、Ｉ／Ｖ変換部２０１で変換された電圧値を増幅する回路部である。Ａ／Ｄ変換部２０３は、増幅部２０２に電気的に接続され、増幅部２０２から出力されたアナログ信号である電圧値をデジタル信号に変換する回路部である。演算部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３で変換されたデジタル信号を所定の演算手法によって演算する情報処理装置である。記憶部２０５は、演算部２０４が演算処理を行うためのプログラムや、演算部２０４の演算結果を記憶しておく装置である。制御部２０６は、演算部２０４の演算結果や外部からの制御信号に応じて発光部２１や送風ファン４０の駆動制御を行う。
　粒子センサ１では送風ファン４０が動作すると、吸気口１２から外気がケース内流路２５に流入し、外気に含まれている粒子が検知領域ＤＡを通過する。センサ部１００の検知領域ＤＡには発光素子２１ａから照射光Ｌ１が照射されており、粒子によって照射光Ｌ１が散乱されて散乱光の一部が入射光Ｌ２として受光素子２３ａに入射する。受光素子２３ａでは、入射光Ｌ２の光量に応じて電気信号が生じる（例えば電流）。このとき、粒子の径が大きいほど、照射光Ｌ１が粒子によって散乱される面積が大きく、散乱光と入射光Ｌ２の光量も大きくなり、受光素子２３ａで生じる電流値も大きくなるＩ／Ｖ変換部２０１では、受光部２３から出力された電流信号を電圧信号に変換し、増幅部２０２が所定の帯域に増幅する。Ａ／Ｄ変換部２０３は、増幅部２０２で増幅されたアナログ信号である電圧信号をデジタル信号に変換することで、デジタルデータを生成する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部２０３は、受光部２３からの出力信号である電圧信号をサンプリングおよび量子化し、時系列のデジタルデータを生成する。
　演算部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３が変換したデジタルデータを用いて粒子径と粒子濃度を算出する。具体的には、公知の積算処理法、移動平均法、メディアンフィルタ法等を用いて、デジタルデータを平滑化処理し、線形近似、多項式近似等、公知の近似処理を施して粒子径と粒子濃度のデジタルデータに変換する。演算部２０４での演算結果は、コネクタ部に接続されたハーネスを介して粒子センサ１の外部に出力される。
　図６は、本実施形態の粒子センサ１における光トラップ反射部について説明する模式図である。図６に示すように、ケース部２０の内部には、第１反射部６１と、第２反射部６２と、光退避空間６３ａと、光トラップ空間６３ｂが設けられている。第１反射部６１と第２反射部６２との組み合わせは、本発明における光トラップ反射部を構成している。ここで、第１反射部６１と第２反射部６２は、光の反射率が高い反射面を意味しているのではなく、光が反射しないように着色や反射防止構造が施された反射率の低い面であっても、光の一部が反射されてしまうため完全に光の反射を無くすことができないことを意味している。
　第１反射部６１は、発光素子２１ａから照射された照射光Ｌ１が検知領域ＤＡを通過して、最初に到達するケース部２０の壁面であり、底面２０ａと一体に成形されて立設されている。第１反射部６１の壁面は、検知領域ＤＡを焦点とする放物面に形成されている。図６に示したように本実施形態では、第１反射部６１はケース部２０の１つの角部近傍に設けられており、送風ファン４０の配置された角部とは対角に位置している。また、第１反射部６１は、発光素子２１ａから投光レンズ２２を介して検知領域ＤＡを通る投光光学系の光軸の延長上に位置している。
　第２反射部６２は、光退避空間６３ａを介して第１反射部６１とは反対側の角部近傍に設けられた壁面であり、底面２０ａと一体に成形されて立設されている。第２反射部６２の壁面は略平坦面とされており、その法線はケース部２０の外周に対して約４５度斜めとなっている。したがって、第２反射部６２の壁面は、光退避空間６３ａを通過してきた光に対して、約４５度斜めとなっている。
　光退避空間６３ａは、検知領域ＤＡと受光レンズ２４と受光部２３を含んだ受光光学系と、ケース部２０の側壁との間に形成された空間である。光トラップ空間６３ｂは、受光部２３の背後や側方、上方に設けられた空間である。図６では光トラップ空間６３ｂに構造物を配置せず、送風ファン４０を収容する壁面まで光が直進する例を示したが、さらに反射部を設けて光を繰り返し反射させるとしてもよい。
　次に、光トラップ反射部による迷光の抑制について説明する。図６中に実線矢印で示したように、照射光Ｌ１は、投光レンズ２２で検知領域ＤＡに対して集光された後に拡大して進行する。また、照射光Ｌ１は、検知領域ＤＡを通過した後に第１反射部６１に到達し、第１反射部６１の壁面によって反射されて光退避空間６３ａ方向に進行する。このとき検知領域ＤＡは、第１反射部６１の放物面における焦点に位置しているため、検知領域ＤＡに集光されて拡大してきた照射光Ｌ１は、光退避空間６３ａ中を略平行な光として進行する。
　第２反射部６２では、光退避空間６３ａを進行してきた略平行な光が略平坦な壁面に入射し、略平行な光として光トラップ空間６３ｂ方向に反射される。光トラップ空間６３ｂに到達した光は、ケース部２０内に設けられた壁面に繰り返し反射され、その過程で光強度が減衰していき最終的に消光される。
　第１反射部６１で反射された光は、放物面によって略平行な光となるため、第１反射部６１による反射光の進行方向が第２反射部６２方向に限定される。これにより、投光レンズ２２や受光レンズ２４等の構造物方向に反射される迷光を抑制できる。また光退避空間６３ａは、第１反射部６１から第２反射部６２まで、受光レンズ２４の入射面から遠ざかる方向に設けられている。これにより、光退避空間６３ａを第２反射部６２方向に進行した光が、最終的に迷光として受光部２３の受光素子２３ａに入射する確率を低減することができる。
　また、第２反射部６２で反射された光も略平行なものであるから、反射光の進行方向は光トラップ空間６３ｂ方向に限定される。また光トラップ空間６３ｂは、受光レンズ２４の入射面から遠ざかる方向に設けられている。これにより、光トラップ空間６３ｂを進行した光が、最終的に迷光として受光部２３の受光素子２３ａに入射する確率をさらに低減することができる。
　本実施形態の粒子センサ１では、第１反射部６１、第２反射部６２、光退避空間６３ａ、光トラップ空間６３ｂを検知領域ＤＡから遠ざかるように配置し、受光部２３の背後や側方、上方で光トラップ反射部に設けている。図６に示した例では、発光部２１、投光レンズ２２、受光部２３、受光レンズ２４、検知領域ＤＡおよび送風ファン４０は粒子センサ１に必須の要素であり、これらの要素を配置するための矩形状領域に光退避空間６３ａを付加するだけで、受光部２３に到達する迷光を十分に抑制することができている。したがって、光を捕らえて閉じ込めるために必要な面積を最小化して、粒子センサ１の省スペース化を図ることができる。
　上述したように、本実施形態の粒子センサ１では、検知領域ＤＡを焦点とする放物面の第１反射部６１で光を受光部２３から遠ざけることで、省スペース化を図りながらも、受光部２３に到達する迷光を十分に抑制することができる。
　＜実施形態２＞
　次に、本発明の実施形態２について、図７を用いて説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態における発光部２１近傍を模式的に示す部分拡大平面図である。本実施形態では、発光部２１の側方に光トラップ空間６４が設けられている。
　光トラップ空間６４は、発光部２１の側方において投光レンズ２２および検知領域ＤＡとは異なる方向に向かって伸びる空間である。図７に示した例では、光トラップ空間６４は、ケース部２０の側壁と発光部２１との間に設けられており、ケース部２０の側壁に沿って発光部２１の光出射方向とは反対側に向かって延びている。
　発光素子２１ａから出射された光のうち、投光レンズ２２のレンズ曲面に到達しなかった光は、図中に実線矢印で示したように投光レンズ２２以外に到達して反射される。しかし本実施形態の粒子センサ１では、反射した光は発光部２１の側方に設けられた光トラップ空間６４に導かれる。光トラップ空間６４内に入射した光は、繰り返し反射されながら検知領域ＤＡから遠ざかり、その過程で光強度が減衰していき最終的に消光される。
　以上に述べたように、本実施形態の粒子センサ１では、投光レンズ２２に到達しなかった光を光トラップ空間６４に導入して消光するため、省スペース化を図りながらも、受光部２３に到達する迷光を十分に抑制することができる。
　＜実施形態３＞
　次に、本発明の実施形態３について、図８～図１１を用いて説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図８は、本実施形態における発光部２１近傍を模式的に示す部分拡大断面図である。本実施形態では。投光レンズ２２はレンズ曲面部２２ａと平坦面部２２ｂを備えており、レンズ保持部６５によって保持されている。
　レンズ曲面部２２ａは、投光レンズ２２のレンズ機能を実現するための曲面形状を有する領域である。平坦面部２２ｂは、レンズ曲面部２２ａの周囲に設けられた略平坦な面を有する領域であり、レンズ曲面部２２ａと一体に形成されている。レンズ保持部６５は、天面１１から下方に突出して形成された部分と、底面２０ａから上方に突出して形成された部分とからなり、平坦面部２２ｂを表裏から挟んで保持する。
　図９は、レンズ前凸部６６ａによる迷光防止を説明するための模式図であり、図９（ａ）は傾斜面のレンズ前凸部６６ａの場合を示し、図９（ｂ）は垂直面のレンズ前凸部６６ｂの場合を示し、図９（ｃ）はレンズ前凸部が無い場合を示している。図９（ａ）（ｂ）に示すようにレンズ前凸部６６ａ，６６ｂは、平坦面部２２ｂの発光部２１側を少なくとも一部覆う部材であり、本発明における遮蔽部に相当しており、レンズ保持部６５と別体であってもよい。
　図９（ａ）に実線で示したように、発光素子２１ａから出射された光のうちレンズ前凸部６６ａの傾斜面に到達した光は、傾斜面が投光レンズ２２とは反対側に傾斜しているため、レンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。図９（ｂ）に実線で示したように、発光素子２１ａから出射された光のうちレンズ前凸部６６ｂの垂直面に到達した光は、レンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。また、図９（ｂ）に点線で示したように、発光素子２１ａから出射された光のうちレンズ前凸部６６ｂ近傍の他の部分で反射された光は、レンズ前凸部６６ｂの垂直面で遮られてレンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。
　一方、図９（ｃ）に示したように平坦面部２２ｂのレンズ前凸部６６ａや６６ｂが設けられていないため、投光レンズ２２の近傍で反射された光は、レンズ曲面部２２ａに到達して検知領域ＤＡ方向に向かってしまう。投光レンズ２２の近傍で反射された光は、発光素子２１ａからレンズ曲面部２２ａに直接入射していないので、検知領域ＤＡに集光されず意図しない部分で反射されて受光部２３に入射する迷光になってしまう可能性がある。したがって、投光レンズ２２の平坦面部２２ｂを少なくとも一部覆うようにレンズ前凸部６６ａまたはレンズ前凸部６６ｂを設けることで、受光部２３に到達する迷光を抑制することができる。
　図１０は、レンズ保持部６５による迷光防止を説明するための模式図であり、図１０（ａ）は先端がレンズ曲面部２２ａ方向に傾斜した傾斜面６５ａの場合を示し、図１０（ｂ）は先端が発光部２１方向に傾斜した傾斜面６５ｂの場合を示し、図１０（ｃ）は先端が光軸に平行な場合を示している。レンズ保持部６５のうち平坦面部２２ｂの発光部２１側に位置するものは、平坦面部２２ｂを少なくとも一部覆っているため、本発明における遮蔽部に相当している。
　図１０（ａ）に実線で示したように、発光素子２１ａから出射された光のうちレンズ曲面部２２ａの外周方向に向かう光は、レンズ保持部６５で遮られて傾斜面６５ａには到達せず、レンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。図１０（ｂ）に実線で示したように、発光素子２１ａから出射された光のうちレンズ保持部６５の傾斜面６５ｂに到達した光は、傾斜面６５ｂが投光レンズ２２とは反対側に傾斜しているため、レンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。
　一方、図１０（ｃ）に示したようにレンズ保持部６５の先端が光軸に平行な場合には、先端で反射された光は、レンズ曲面部２２ａに到達して検知領域ＤＡ方向に向かってしまう。投光レンズ２２の近傍で反射された光は、発光素子２１ａからレンズ曲面部２２ａに直接入射していないので、検知領域ＤＡに集光されず意図しない部分で反射されて受光部２３に入射する迷光になってしまう可能性がある。したがって、レンズ保持部６５の先端の少なくとも一部に傾斜面６５ａまたは６５ｂを設けることで、受光部２３に到達する迷光を抑制することができる。
　図１１は、平坦面部２２ｂをレンズ保持部６５で覆った状態を示す模式図であり、図１１（ａ）は模式断面図であり、図１１（ｂ）は模式正面図である。図１１（ｂ）に示したように、レンズ保持部６５は上下に二分割されており、それぞれにレンズ曲面部２２ａに対応した形状の略半円形状の切欠きが形成されている。また、レンズ保持部６５の切欠き部分にレンズ曲面部２２ａが嵌め込まれて、平坦面部２２ｂの略全面をレンズ保持部６５が覆っている。
　レンズ保持部６５が平坦面部２２ｂの略全面を覆っているため、平坦面部２２ｂ方向に向かう光はほぼすべてがレンズ保持部６５によって遮られて、レンズ曲面部２２ａとは異なる方向に反射される。したがって、平坦面部２２ｂを透過して検知領域ＤＡ方向に向かう光を減少させて、受光部２３に到達する迷光を抑制することができる。
　＜実施形態４＞
　次に、本発明の実施形態４について、図１２，図１３を用いて説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図１２は、実施形態４における発光部２１と受光部２３の近傍を模式的に示す部分拡大平面図である。本実施形態の粒子センサ１では、発光素子２１ａと投光レンズ２２との間に投光側アパーチャ６７が配置されており、受光素子２３ａと受光レンズ２４との間に受光側アパーチャ６８が配置されている。
　投光側アパーチャ６７と受光側アパーチャ６８は、ケース部２０とは別体で設けられており、中央に開口部が形成された略平板状の部材である。投光側アパーチャ６７と受光側アパーチャ６８は、それぞれが上面蓋部１０またはケース部２０に形成された保持部によって保持されている。
　図１３は、投光側アパーチャ６７と受光側アパーチャ６８の様々な構造例を示す模式図である。図１３（ａ）に示すように、投光側アパーチャ６７および受光側アパーチャ６８は、中央に円形状の開口部ＯＰを形成したものであってもよい。また、図１３（ｂ）に示すように矩形状の開口部ＯＰを形成したものであってもよい。開口部ＯＰの形状としては、図１３（ａ）（ｂ）に示したものに限定されない。
　投光側アパーチャ６７および受光側アパーチャ６８では、開口部ＯＰ内だけ光が通過し、平板状の部分では光を遮る。したがって、発光素子２１ａから投光側アパーチャ６７を介して投光レンズ２２に到達する光や、受光レンズ２４から受光側アパーチャ６８を介して受光素子２３ａに到達する光を限定し、その他の部分で意図せず反射して受光部２３に入射する迷光を低減できる。
　図１３（ｃ）は、投光側アパーチャ６７で開口部ＯＰの断面を光軸に平行にした場合を示しており、開口部ＯＰの断面で光が反射して投光レンズ２２方向に進行してしまっている。図１３（ｄ）は、投光側アパーチャ６７で開口部ＯＰの断面を投光レンズ２２側の方向に拡大させた傾斜面６７ａを設けた場合を示しており、開口部ＯＰの断面には光が入射せず、投光レンズ２２とは異なる方向に反射されている。したがって、開口部ＯＰの断面を投光レンズ２２側の方向に拡大させることで、断面で反射されて検知領域ＤＡ方向に向かう光を減少させて、受光部２３に到達する迷光を抑制することができる。
　図１３（ｅ）は、受光側アパーチャ６８で開口部ＯＰの断面を光軸に平行にした場合を示しており、開口部ＯＰの断面で光が反射して受光素子２３ａ方向に進行してしまっている。図１３（ｆ）は、受光側アパーチャ６８で開口部ＯＰの断面を受光レンズ２４側の方向に拡大させた傾斜面６８ａを設けた場合を示しており、開口部ＯＰの断面には光が入射せず、受光素子２３ａとは異なる方向に反射されている。したがって、開口部ＯＰの断面を受光レンズ２４側の方向に拡大させることで、断面で反射されて受光部２３に到達する迷光を抑制することができる。
　なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
Ｌ１…照射光
Ｌ２…入射光
１…粒子センサ
１０…上面蓋部
２０…ケース部
３０…下面蓋部
４０…送風ファン
１１…天面
１２…吸気口
１２ｂ…円筒状部
１３…排気口
２０ａ…底面
２１…発光部
２１ａ…発光素子
２２…投光レンズ
２２ａ…レンズ曲面部
２２ｂ…平坦面部
２３…受光部
２３ａ…受光素子
２４…受光レンズ
２５…ケース内流路
２６…ファン下凹部
２７…ファン下流路
３１…主底面
３４…底面空間
６１…第１反射部
６２…第２反射部
６３ａ…光退避空間
６３ｂ，６４…光トラップ空間
６５…レンズ保持部
６５ａ，６５ｂ，６７ａ，６８ａ…傾斜面
６６ａ…レンズ前凸部
６６ｂ…レンズ前凸部
６７…投光側アパーチャ
６８…受光側アパーチャ
１００…センサ部
２００…信号処理部
２０１…Ｉ／Ｖ変換部
２０２…増幅部
２０３…Ａ／Ｄ変換部
２０４…演算部
２０５…記憶部
２０６…制御部

Claims (11)

  1. 　検知領域に向けて照射光を発する発光部と、
    　前記照射光を前記検知領域に集光する投光レンズと、
    　前記検知領域で粒子によって散乱された前記照射光の一部を集光する受光レンズと、
    　前記受光レンズで集光された光を入射光として受光する受光部と、
    　前記検知領域を通過した前記照射光を反射する光トラップ反射部を備え、
    　前記光トラップ反射部は、前記検知領域を焦点とする放物面の第１反射部を備えることを特徴とする粒子センサ。
  2. 　請求項１に記載の粒子センサであって、
    　前記光トラップ反射部は、前記第１反射部で反射された前記照射光をさらに反射する第２反射部を備えることを特徴とする粒子センサ。
  3. 　請求項１または２に記載の粒子センサであって、
    　前記発光部の側方に、前記検知領域とは異なる方向に延びる光トラップ空間を備えることを特徴とする粒子センサ。
  4. 　請求項１から３の何れか一つに記載の粒子センサであって、
    　前記投光レンズを保持するレンズ保持部を有し、
    　前記投光レンズは、レンズ曲面部と、前記レンズ曲面部の周囲に設けられた平坦面部を備え、
    　前記レンズ保持部は、前記平坦面部の前記発光部側を少なくとも一部覆う遮蔽部を備えることを特徴とする粒子センサ。
  5. 　請求項４に記載の粒子センサであって、
    　前記遮蔽部は、前記照射光の光軸に対して傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする粒子センサ。
  6. 　請求項４または５に記載の粒子センサであって、
    　前記遮蔽部は、前記平坦面部の略全域を覆うことを特徴とする粒子センサ。
  7. 　請求項１から６の何れか一つに記載の粒子センサであって、
    　前記発光部と前記投光レンズの間に、開口部を備えた投光側アパーチャが配置されていることを特徴とする粒子センサ。
  8. 　請求項１から７の何れか一つに記載の粒子センサであって、
    　前記受光部と前記受光レンズの間に、開口部を備えた受光側アパーチャが配置されていることを特徴とする粒子センサ。
  9. 　請求項１から８の何れか一つに記載の粒子センサであって、
    　前記発光部および前記受光部を収容するケース部と、
    　前記ケース部の下部を覆う下面蓋部を備え、
    　前記下面蓋部の内側には、反射防止部が設けられていることを特徴とする粒子センサ。
  10. 　請求項１から９の何れか一つに記載の粒子センサであって、
    　前記発光部は、緑色を発光する発光ダイオードを備えることを特徴とする粒子センサ。
  11. 　請求項１から１０の何れか一つに記載の粒子センサを備え、
    　前記受光部での検出結果を粒子濃度として出力する出力部を備えたことを特徴とする電子機器。
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