(57)【要約】【課題】小型で簡易な構成であって、小型化により発光素子と検出用受光素子との配置間隔が狭くなったとしても、周囲温度の変化や発光素子の劣化による発光素子の光量の変化を補償できる濁度センサを提供する。【解決手段】間隔を空けて隣接配置された開口８，９を備える２つの空洞部２，３を備え、遮光性を有するセンサ本体４と、一方の前記空洞部２内に配置され、その開口８方向に向かって所定の照射角度範囲θに光を射出する半導体素子を備える発光素子５と、他方の前記空洞部３内に配置され、その開口９から入射してきた光を受光する検出用受光素子６と、少なくともその一部が、一方の前記空洞部２内に配置され、前記発光素子５の前記照射角度範囲θ外に漏出した光を受光する補償用受光手段とを備える濁度センサ１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて隣接配置された開口を備える２つの空洞部を備え、遮光性を有するセンサ本体と、
一方の前記空洞部内に配置され、その開口方向に向かって所定の照射角度範囲に光を射出する半導体素子を備える発光素子と、
他方の前記空洞部内に配置され、その開口から入射してきた光を受光する検出用受光素子と、
少なくともその一部が、一方の前記空洞部内に配置され、前記発光素子の前記照射角度範囲外に漏出した光を受光する補償用受光手段とを備える濁度センサ。
【請求項２】
前記発光素子が、光を射出する半導体素子を透明樹脂によりモールドしてなる砲弾型ＬＥＤである請求項１に記載の濁度センサ。
【請求項３】
前記補償用受光手段が、前記発光素子の光の射出方向の後方に、その射出軸に直交する平面に対して受光面を傾斜させて配置される受光素子である請求項１または請求項２に記載の濁度センサ。
【請求項４】
前記補償用受光手段が、前記発光素子の射出軸に交差する方向に配置される受光素子である請求項１または請求項２に記載の濁度センサ。
【請求項５】
前記補償用受光手段が、前記発光素子が配置される空洞部内の前記発光素子の側方に一端を配置した光ファイバと、
前記光ファイバにより伝播されその他端から射出される光を検出する受光素子からなる請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載の濁度センサ。
【請求項６】
前記光ファイバの一端が、光ファイバの光軸上に発光素子の輝点が配置されないように傾斜して配置される請求項５に記載の濁度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濁度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードとフォトダイオードとの間に、周期的に感度の試験を行うための内部光学較正器を設けて発光ダイオードの温度影響や劣化による光量変化を補償する濁度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この濁度センサは、発光ダイオードとフォトダイオードとの間に設けたチャネルを介して発光ダイオードからその照射角度範囲内に射出された光の一部をフォトダイオードに導き、フォトダイオードにより検出された光量によって発光ダイオードの光量変動による濁度の検出値を補正している。このチャネルには開閉を切り替える切替機構が設けられ、濁度の検出時にはこのチャネルを閉じておき、必要に応じてチャネルを開いて補正用の光を検出することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５１００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の濁度センサは、発光ダイオードとフォトダイオードとの間にチャネルや切替機構を設けるためのスペースが必要であることから、十分に小型化ができないという不都合がある。また、切替機構を設けることにより、構造や動作（シーケンス）が複雑化するという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型で簡易な構成であって、小型化により発光素子と検出用受光素子との配置間隔が狭くなったとしても、周囲温度の変化（温度影響）や発光素子の劣化による発光素子の光量の変化を補償できる濁度センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、間隔を空けて隣接配置された開口を備える２つの空洞部を備え、遮光性を有するセンサ本体と、一方の前記空洞部内に配置され、その開口方向に向かって所定の照射角度範囲に光を射出する半導体素子を備える発光素子と、他方の前記空洞部内に配置され、その開口から入射してきた光を受光する検出用受光素子と、少なくともその一部が、一方の前記空洞部内に配置され、前記発光素子の前記照射角度範囲外に漏出した光を受光する補償用受光手段とを備える濁度センサを提供する。
【０００６】
本態様によれば、発光素子からその照射角度範囲内に発せられ、検出対象において散乱した光が検出用受光素子により受光されるとともに、発光素子からその照射角度範囲外に発せられた光が、検出用受光素子とは別個に設けられた補償用受光素子によって検出される。これにより、従来の濁度センサのような、補償用の光を検出するために空洞部や切替機構を配置するスペースを発光素子と検出用受光素子との間に設けずに済む。その結果、濁度センサを小型化しつつ、発光素子の温度影響や劣化による光量変化を補償して濁度を精度よく検出することができる。
【０００７】
上記態様においては、前記発光素子が、光を射出する半導体素子を透明樹脂によりモールドしてなる砲弾型ＬＥＤであっていてもよい。
半導体素子を透明樹脂によりモールドしてなる砲弾型ＬＥＤである発光素子は、その照射角度範囲内には透明樹脂により集光された比較的強度の高い光を射出するが、照射角度範囲外には照射角度範囲内よりも低い強度の光を輝点から漏出する。この照射角度範囲外に漏出される光も発光素子の温度影響や劣化の程度に比例してその光量が変動する。この特性を利用し、補償用受光素子によって検出された光量が所定の閾値を下回った場合は、発光素子への電圧を上げるなどして、散乱光の検出に利用される光量を一定範囲に保つようにすることで、発光素子の温度影響や劣化による光量の変動を補償することができる。
【０００８】
上記態様においては、前記補償用受光手段が、前記発光素子の光の射出方向の後方に、その射出軸に直交する平面に対して受光面を傾斜させて配置される受光素子であっていてもよい。
この場合において、射出軸に直交する平面に対して受光面を傾斜させることにより、受光面で検出する光量を配置される傾斜角度によって調節することができる。これにより、補償用受光素子を最適な角度に調節して、検出される光量を調節することにより、従来のような絞りやシャッタが不必要となり、構造を簡易にすることができるとともに、省スペースを図って濁度センサを小型化することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記補償用受光手段が、前記発光素子の射出軸に交差する方向に配置される受光素子であってもよい。
【００１０】
上記態様においては、前記補償用受光手段が、前記発光素子が配置される空洞部内の前記発光素子の側方に一端を配置した光ファイバと、前記光ファイバにより伝播されその他端から射出される光を検出する受光素子からなってもよい。
この場合において、空洞部内に補償用受光素子を配置するスペースを確保せずに済むとともに、発光素子の側方にスペースをとらない細径の光ファイバを配置し、かつ、絞りおよび補償用受光素子を外部に配置しているので、濁度センサのさらなる小型化を図ることができる。
【００１１】
上記態様においては、前記光ファイバの一端が、光ファイバの光軸上に発光素子の輝点が配置されないように傾斜して配置されてもよい。
この場合において、光ファイバの一端を配置する傾斜角度によって光ファイバ内に入射する光量が異なるため、光ファイバ内に入射する光量を低下させることができ、絞りのような調光手段をなくしても、補償用受光手段を検出用受光素子と同一の受光特性を有するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型で簡易な構成であって、小型化により発光素子と検出用受光素子との配置間隔が狭くなったとしても、周囲温度の変化や発光素子の劣化による発光素子の光量の変化を補償できる濁度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る濁度センサの縦断面を示す一部を破断した全体構成図である。
【図２】図１の濁度センサの発光素子を示す拡大図である。
【図３】図１の濁度センサのＡ部の詳細を示す拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る濁度センサの縦断面を示す一部を破断した全体構成図である。
【図５】図４の濁度センサのＢ部の詳細を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係る濁度センサ１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る濁度センサ１は、図１に示されるように、２つの空洞部２，３を有するセンサ本体４と、該センサ本体４の一方の空洞部２内に配置された発光素子５と、他方の空洞部３内に配置された検出用受光素子６と、少なくともその一部が、一方の空洞部２内に配置された補償用受光手段の一例である補償用受光素子７とを備えている。
【００１５】
センサ本体４は、遮光性を有する材質からなっている。センサ本体４に設けられた２つの空洞部２，３は、センサ本体４の一端面４ａに間隔を空けて隣接配置された開口８，９を備えている。
各空洞部２，３は、図１に示されるように、上述した一端面４ａに対して傾いており、一方の空洞部２の長手軸と他方の空洞部３の長手軸とが略直角をなして交差している。
【００１６】
発光素子５は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、一方の空洞部２内にその開口８方向に向かって光を射出するよう配置されている。発光素子５は、図２に示されるように、光を発生する半導体素子１０をエポキシ樹脂１２でモールドし砲弾型に形成された砲弾型ＬＥＤである。砲弾型の頭部５ａが球面状に構成されることにより、半導体素子１０から頭部５ａの方向（以下、前方という。）に所定の照射角度範囲θに発せられた光が頭部５ａで集光されて高強度の光が試料液に向けて射出されるようになっている。
半導体素子１０は、照射角度範囲θ外にも光を漏出している。
【００１７】
検出用受光素子６は、例えばフォトダイオードであり、他方の空洞部３内にその開口９から入射してきた光を検出するよう配置されている。検出用受光素子６が検出する光は、発光素子５から試料液に向けて射出された光が試料液中の濁質成分により散乱した散乱光の一部である。散乱光の光量は比較的少ないため、検出用受光素子６は、少ない光量であっても感度よく検出できるような受光特性を有するものであることが好ましい。
【００１８】
補償用受光素子７も、例えばフォトダイオードであり、図３に示されるように、発光素子５が、頭部５ａの方向とは逆の方向（以下、後方という。）に漏出した光の光量を検出する平板状の受光面１１を備えている。補償用受光素子７は、部品調達や組み立て時の取り違えミスなどの観点から、検出用受光素子６と同一の受光特性を有するものを使用することが好ましい。
【００１９】
この補償用受光素子７は、図３に示されるように、一方の空洞部２内において、発光素子５が照射する光の射出方向の後方にその射出軸Ｌに直交する発光素子５の平面５ｂに対して受光面１１を傾斜させて配置されている。これにより、発光素子５から試料液に向けて射出される光をさえぎることなく、補償用の光を検出することができる。
【００２０】
補償用受光素子７は、光の入射角度の受光面１１の垂線に対する傾斜角度が大きくなるほど、検出される光量が少なくなる特性を有するので、射出軸Ｌに対して発光素子５を傾斜させることにより、検出される光量を低下させることができる。
【００２１】
これにより、補償用受光素子７の受光面１１で検出する光量が、発光素子５の平面５ｂに対して受光面１１を平行に配置した場合と比較して少なくなる。その結果、補償用受光素子７は、絞りのような調光手段を用いることなく、発光素子５の照射角度範囲θ外に漏出した光を直接検出しても検出光量を抑えることができ、発光素子５から漏出した光よりも極めて光量の少ない散乱光を感度よく検出する検出用受光素子６と同一の受光特性を有するものとすることができる。
また、各素子５，６，７は、図示しない配線により、受光した光量に基づき濁度を演算したり、測定値を表示あるいは出力したりする測定部（図示省略）や電源（図示省略）等に接続されている。
【００２２】
各開口８，９は、発光素子５から照射角度範囲θで射出させる光が、開口９に入射して検出用受光素子６により直接光として検出されないように、一定間隔（例えば、１．０ｍｍ以上。）を空けて隣接配置されている。好ましくは、小型化するためには、間隔は狭い方が良い。
各素子５，６と各開口８，９との間の空洞部２，３内には、エポキシ樹脂１２が充填されている。
【００２３】
エポキシ樹脂１２は、６６０〜９６０ｎｍの波長範囲の光を透過する光学的に透明な樹脂である。エポキシ樹脂１２は発光素子５の頭部５ａの表面に密着するように充填されることにより、発光素子５の指向性を損なうことなく光を開口８から射出させることができる。
【００２４】
空洞部２，３の内周壁２ａ，３ａは、少なくともエポキシ樹脂１２が充填されている部分において吸光色である黒色に着色されている。これにより、発光素子５から射出された光および試料液中から入射した散乱光が、空洞部２，３の内周壁２ａ，３ａに入射すると、反射されることなく吸収されるようになっている。
【００２５】
このように構成された第１の実施形態に係る濁度センサ１の作用について説明する。
第１の実施形態に係る濁度センサ１を用いて、検出対象である試料液の濁度を測定するには、試料液中にセンサ本体４の一端面４ａを浸漬させた状態で、発光素子５から光を射出させる。
【００２６】
発光素子５から前方に発せられた光は、発光素子５の頭部５ａのさらに前方の空間を埋めるように充填されているエポキシ樹脂１２を経由して開口８から試料液中に射出される。試料液中に射出された光は試料液中の濁質成分により散乱され、その一部の散乱光が開口９から空洞部３内のエポキシ樹脂１２を経由して検出用受光素子６により受光される。これにより、受光された光量に基づいて試料液中の濁度を測定することができる。
【００２７】
一方、発光素子５の半導体素子１０から後方に漏出した光は、発光素子５の後方に配置されている補償用受光素子７によって検出される。発光素子５からその照射角度範囲θ外に漏出する光は、照射角度範囲θ内に射出されて散乱光の検出に利用される光と同様に、発光素子５の温度影響や劣化の程度に比例してその光量が変化する。この特性を利用し、補償用受光素子７によって検出された光量が所定の閾値を下回った場合は、発光素子５への電圧を上げるなどして、散乱光の検出に利用される光量を一定範囲に保つようにし、発光素子５の温度影響や劣化による光量の変動を補償することができる。
【００２８】
本実施形態においては、従来の濁度センサのような、補償用の光を検出するために空洞部や切替機構を配置するスペースを発光ダイオードとフォトダイオードとの間に設けずに済む。その結果、従来の濁度センサを小型化しつつ、簡単な構成で、発光素子５の温度影響や劣化による光量変化を補償して濁度を精度よく検出することができるという利点がある。
【００２９】
また、本実施形態においては、図３に示されるように、射出軸Ｌに直交する平面５ｂに対して補償用受光素子７の受光面１１を傾斜させることにより、受光面１１で検出する光量を配置される傾斜角度によって調節している。これにより、補償用受光素子７を最適な角度に調節して、検出される光量を調節することにより、従来のような絞りやシャッタが不必要となり、構造を簡易にすることができるとともに、省スペースを図って濁度センサ１を小型化することができる。
【００３０】
また、絞りやシャッタを用いなくても、光量の少ない散乱光を感度よく検出する検出用受光素子６と同一の受光特性を有するものを補償用受光素子７として使用することができるため、コストを抑えつつ、部品調達や組み立て時の取り違えミスを予防することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る濁度センサ１５について、図面を参照にして以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る濁度センサ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係る濁度センサ１５は、図４に示されるように、補償用受光手段の一例である、光を伝播する光ファイバ１６と該光ファイバ１６により伝播された光の光量を調節する絞り１７と、該絞り１７を通過した光を検出する補償用受光素子７とを備えている。
【００３３】
光ファイバ１６は、図５に示されるように、センサ本体４に設けられた空洞部２の発光素子５が配置されている位置に開口するように形成された孔内に挿入されている。光ファイバ１６の一端１６ａは、空洞部２内の発光素子５の側方に向かって配置され、その光軸Ｓが、発光素子５内部の輝点Ｐを通過するように配置されている。また、光ファイバ１６の他端１６ｂは、センサ本体４の外部に配置されている補償用受光素子７の受光面１１に光軸が直交するように配置されている。
【００３４】
このように構成された本実施形態に係る濁度センサ１５の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る濁度センサ１５によれば、発光素子５からその側方（照射角度範囲θ外）に漏出した光が光ファイバ１６により伝播されて補償用受光素子７によって受光される。発光素子５からその側方に漏出した光も、第１の実施形態において説明したような後方に漏出した光と同様、その光量を基に発光素子５の温度影響や劣化による光量変化を補償することができる。
【００３５】
また、本実施形態に係る濁度センサ１５によれば、空洞部２内に補償用受光素子７を配置するスペースを確保せずに済むとともに、発光素子５の側方にスペースをとらない細径の光ファイバ１６を配置し、かつ、絞り１７および補償用受光素子７を外部に配置しているので、濁度センサ１５のさらなる小型化を図ることができるという利点がある。
【００３６】
なお、上述した実施形態においては、発光素子５後方あるいは側方に射出される光を補償用の光として検出したが、これらに限定されるものではなく、照射角度範囲θ外の光であれば、発光素子５の射出軸Ｌに交差するいずれの方向に射出される光についても散乱光検出用の光（発光素子５から試料液に向けて射出される照射角度範囲θの光）をさえぎることなく、補償用の光として利用することができる。
【００３７】
また、上述した第２の実施形態においては、光ファイバ１６の光軸上に発光素子５の輝点Ｐが配置されないように、光ファイバ１６の一端１６ａが傾斜して配置されてもよい。
このようにすることで、光ファイバ１６内に入射する光量を低下させることができ、絞り１７のような調光手段をなくしても、補償用受光素子７を検出用受光素子６と同一の受光特性を有するものとすることができる。
【００３８】
また、上述した第２の実施形態においては、補償用受光素子７はセンサ本体４の外部に配置したが、これに限定されるものではなく、スペースが確保できる場合には、センサ本体４内部に配置してもよい。これにより、濁度センサ１５全体を小型化することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１５  濁度センサ
２，３  空洞部
４  センサ本体
５  発光素子
６  検出用受光素子
７  補償用受光素子
８，９  開口
１０  半導体素子
１１  受光面
１６  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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