JP6753424B2

JP6753424B2 - 粒子センサおよび電子機器

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Publication number: JP6753424B2
Application number: JP2018047778A
Authority: JP
Inventors: 勇司広瀬; 山村　聡; 聡山村; 肇河合
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP2019158721A; WO2019176608A1

Description

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（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。