(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部からの光を検出領域に照射し、その検出領域からの反射光を受光部で受光して、空気中に浮遊するほこりや煙を検出するほこりセンサにおいて、上記発光部は、パルス光を検出領域に出力するように構成され、かつ、その出力パルス光のパルス周期Ｔが、［パルス周期Ｔ（ｓｅｃ）＜（検出領域の大きさ（ｍｍ）／風速（ｍｍ／ｓｅｃ）］の条件を満たすように設定されていることを特徴とするほこりセンサ。
【請求項２】
発光部からの出力パルス光の検出領域への進行路上に集光レンズ及びスリットが配置されており、かつ検出領域からの反射パルス光の受光部への進行路上に集光レンズ及びスリットが配置されていることを特徴とする請求項１記載のほこりセンサ。
【請求項３】
発光部及び受光部が導電性材料製のケース内に収容されていることを特徴とする請求項１または２記載のほこりセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に浮遊するほこりやたばこの煙等を検出するほこりセンサに関し、さらに詳しくは、自動運転する空気清浄機や空気清浄機能付きエアコン等に用いられるほこりセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動運転する空気清浄機や空気清浄機能付きエアコン等においては、においセンサやほこりセンサが搭載されており、それらセンサにより室内の空気の汚れを検出し、その汚れ具合に応じて風量等を自動的に調節している。
【０００３】
このような用途に用いられるほこりセンサの一例を図６に示す。
図６に示すほこりセンサは、検出領域Ａに光を出力する発光素子（例えばＬＥＤ）１１１と、検出領域Ａに存在するほこりや煙粒子によって反射される反射光を受光する受光素子１１３とを備えており、その受光素子１１３の出力信号を、感度調整用の増幅回路１１４で増幅した後、ピークホールド回路（積分回路）１１５において直流電圧に変換することにより、ほこりや煙の有無や濃度の検出信号を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示した従来のほこりセンサでは、信号処理回路系にピークホールド回路が使用されているので、たばこの煙の検出は可能であるが、ほこりの検出は難しい。その理由を以下に説明する。
【０００５】
まず、たばこの煙は一般的に密度が高く、非常に細かな粒子（粒子径：０．０１μｍ〜数μｍ）が空中に漂うので、ほこりセンサの検出領域に長く存在する。これに対し、ほこりは種々様々な形状の粒子の集まりであり、密度が低くて各粒子の形状も大きいので、空中には漂うが落下は速い。従って、ほこりは検出領域に対して間欠的に入ってくることが多く、しかも検出領域内での動きも速い。
【０００６】
ここで、ほこりセンサに使用されるピークホールド回路（積分回路）は、通常大きな時定数（数秒〜数十秒）をもっており、たばこの煙のように検出領域に長く存在する被検出物に対しては検出出力が現れる（図４）。しかし、ほこりのように間欠的に発生し、しかも検出領域に数十ｍｓｅｃ位しかとどまらない被検出物に対しては検出出力が現れない（図３）。従ってほこりの有無を検出することは難しい。
【０００７】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、動きが速くて間欠的に発生するほこりを確実に検出することのできるほこりセンサの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のほこりセンサは、発光部からの光を検出領域に照射し、その検出領域からの反射光を受光部で受光して、空気中の浮遊するほこりや煙を検出するほこりセンサにおいて、上記発光部がパルス光を検出領域に出力するように構成され、かつ、その出力パルス光のパルス周期Ｔが、［パルス周期Ｔ（ｓｅｃ）＜（検出領域の大きさ（ｍｍ）／風速（ｍｍ／ｓｅｃ）］の条件を満たすように設定されていることによって特徴づけられる。
【０００９】
このように、検出領域に照射する光をパルス光とし、そのパルス光のパルス周期Ｔを、［パルス周期Ｔ（ｓｅｃ）＜（検出領域の大きさ（ｍｍ）／風速（ｍｍ／ｓｅｃ）］の条件を満たすように設定すること、つまり、パルス光のパルス周期Ｔをほこり１粒が検出領域を通過する時間よりも短く設定することにより、動きが速くて間欠的に発生するほこりであっても、その有無に追随して検出出力が現れる（図３参照）。
【００１０】
本発明のほこりセンサにおいて、発光部からの出力パルス光の検出領域への進行路上に集光レンズ及びスリットを配置し、さらに検出領域からの反射パルス光の受光部への進行路上に集光レンズ及びスリットを配置しておけば、出力パルス光及び反射パルス光のビーム径を絞ることができ、パルス光のビーム広がりによる影響を軽減することができる。また、スリットにより不要光を遮断することができる。これにより、バックグランドノイズを小さくすることができる結果、ほこりや煙の検出精度を高めることができる。
【００１１】
なお、本発明のほこりセンサでは、パルスを扱うためノイズの影響を受けやすくなるので、発光部及び受光部（増幅回路等も含む）を導電性材料製のケース内に収容して耐ノイズ性を高めておくことが好ましい。
【００１２】
本発明のほこりセンサでは、検出領域にほこりや煙が存在しないときの受光部の出力から基準レベル（バックグランドレベル）を採取・記憶しておき、その基準レベルを用いて、ほこりや煙の有無を判定するように構成する。このような基準レベルは、受光部の検出出力が所定の時間内において変化しないときに、検出領域に被検出物が存在しないと判断して、その検出出力のレベルを新たな基準レベルとして記憶（更新）するようにしてもよい。この場合、発光部の出力変動及びケース内の汚れなどにより検出レベルが径年変化しても、その影響をキャンセルした基準レベルを設定することができるので、長期にわたって正確な検出を行うことが可能なる。
【００１３】
ここで、本発明のほこりセンサにおいて、ほこりを検出したときの受光部の出力波形と、煙を検出したときの受光部の出力波形とは異なるので（図３及び図４参照）、被検出物が存在する旨の検出出力が現れたときに、その出力波形をマイクロコンピュータ等で判定するようにすれば、被検出物がほこりまたは煙のいずれであるかを判別することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。図２はその実施形態の外観斜視図（ａ）及び模式的断面図（ｂ）である。
【００１５】
本実施形態のほこりセンサ１は、発光素子（ＬＥＤ）１１、その駆動回路１２及び受光素子１３を備えている。
【００１６】
図２に示すように、発光素子１１及び受光素子１３は、耐ノイズ性を高めるために導電性樹脂製のケース１０内に収容されている。発光素子１１の前面には、その出力パルス光のビーム径を絞る集光レンズ２１と、不要光を遮断するスリット２２が配置されている。また、受光素子１３の前面にも同様に集光レンズ２３とスリット２４が配置されており、これら集光レンズ２１、２３及びスリット２２、２４によって、発光素子１１からのパルス光のビーム広がりによる影響、及びケース１０内部のあらゆる方向からの不要反射光による影響を抑えることができ、検出領域Ａにほこりや煙が存在しないときの検出レベル（バックグラウンドレベル）を小さくすることができる。
【００１７】
受光素子１３には、２個の増幅回路１４、１５、感度調整用の増幅回路１６及び出力段の増幅回路１７が接続されており、その１段目の増幅回路１４と２段目の増幅回路１５と間、及び２段目の増幅回路１５と感度調整用の増幅回路１６との間にはそれぞれコンデンサ１８、１９が接続されている。
【００１８】
このように多段（４個）の増幅回路１４〜１７を接続しているのは、受光素子１３の出力信号は非常に弱い信号であり、その微弱な信号をマイクロコンピュータ３が読み取れるレベルにまで増幅するためである。また、増幅回路１４〜増幅回路１６の各段の増幅回路をコンデンサ１８、１９で連結しているのは、本実施形態で扱う信号がパルス信号であること、及び各増幅回路１４、１５、１６のオフセット電圧の影響を無くすことを考慮したものである。なお、各段のコンデンサ１８、１９は検出信号以外の他のノイズの除去機能も兼ねる。
【００１９】
そして、本実施形態では、発光素子１１の駆動回路１２に、マイクロコンピュータ３からパルス信号が供給され、これにより発光素子１１がパルス周期Ｔ・パルス幅Ｐｗ（図３参照）のパルス光を出力し、その出力パルス光が検出領域Ａに照射される。このパルス光の照射により、検出領域Ａから発生する反射光つまり被検出物（ほこりや煙粒子）Ｓで反射された反射パルス光が受光素子１３で検出される。その検出信号（パルス信号）は、各段の増幅回路１４〜１７で増幅された後、マイクロコンピュータ３に採り込まれる。
【００２０】
マイクロコンピュータ３は、プログラム等が書き込まれたＲＯＭ３１及びＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能ＰＲＯＭ）３２等で構成されるメモリ３０を備えている。そのＥＥＰＲＯＭ３２には、バックグランドノイズの影響を除去するための基準レベルつまり検出領域Ａに被検出物Ｓが存在しないときの受光素子１３が出力するパルス信号のレベル（波高値）が格納される。
【００２１】
マイクロコンピュータ３は、受光素子１３からのパルス信号（増幅後）を、発光素子１１の出力パルス光のパルス周期Ｔと同期したタイミングで採り込み、その採取した信号のレベル（パルス波高値）と、ＥＥＰＲＯＭ３２に格納の基準レベルとを比較して、被検出物Ｓであるほこりや煙の有無を判定する。また、ほこりや煙が存在する場合、受光素子１３からのパルス信号に基づいて、ほこりや煙の濃度を測定する。なお、濃度測定は、受光素子１３の出力パルス信号のレベルが、ほこりや煙粒子の反射光量に比例し、それらの濃度が高いほど大きくなる点を利用する。
【００２２】
さらに、マイクロコンピュータ３は、受光素子１３からのパルス信号の波形から被検出物Ｓが、ほこりまたは煙のいずれであるかを判定する。具体的には、ほこりを検出したときのパルス信号の波形（図３）と、煙を検出したときのパルス信号の波形（図４）とが大きく異なるので、その信号波形の相違に基づいて被検出物Ｓがほこりまたは煙のいずれであるかを判定する。
【００２３】
なお、本実施形態に用いる基準レベルは、検出領域Ａに被検出物Ｓ（ほこりや煙）が存在しないときの受光素子１３の出力パルス信号を予め採取して、ＥＥＰＲＯＭ３２に格納しておいてもよいし、受光素子１３の出力パルス信号が所定の時間内において変化しないときに、検出領域Ａに被検出物Ｓが存在しないと判断して、そのパルス信号のレベルをＥＥＰＲＯＭ３２に格納・更新するようにしてもよい。後者の場合、発光素子１１の出力変動及びケース１０内の汚れ等により、検出レベルが径年変化しても、その影響をキャンセルした基準レベルを設定することができるので、長期にわたって正確な検出を行うことが可能なる。
【００２４】
そして、本実施形態においては、発光素子１１が出力するパルス光のパルス周期Ｔを、パスル周期Ｔ（ｓｅｃ）＜（検出領域の大きさ（ビーム径：ｍｍ）／風速（ｍｍ／ｓｅｃ））の条件を満たすように設定している。
【００２５】
このような条件設定つまりほこり１粒が検出領域Ａを通過する時間するよりもパルス周期Ｔが短くなるように設定すると、ほこりが検出されずに検出領域Ａを素通りするということがなくなり、図３に示すように、ほこりの有無に追随して検出信号が現れるようになる。従って動きが速くて間欠的に検出領域Ａに入ってくるほこりを確実に検出することができる。また、以上のように発光素子１１の出力光を周期Ｔのパルス光としても、図４及び図５に示すように、従来と同様に煙を検出することができる。
【００２６】
なお、ほこりをより確実に検出するには、出力パルス光のパスル周期Ｔを短くした方が良いが、パルス周期Ｔを短くすると、消費電流（電力）が増加するとともに、ＬＥＤ等の発光素子の寿命が短くなるので、これらの点を考慮して適当な値を設定する。
【００２７】
出力パルス光のパルス周期Ｔの具体的な数値例を挙げると、検出領域Ａの大きさつまりパルス光のビーム径をφ５ｍｍとし、風速１ｍ／ｓｅｃの間欠的なほこりを検出する場合、出力パルス光のパルス周期Ｔは、パルス周期Ｔ＜（ビーム径φ５ｍｍ）／（風速１０００ｍｍ／ｓｅｃ）＜５ｍｓｅｃに設定すればよい。
【００２８】
なお、出力パルス光のパルス幅Ｐｗは、風速やビーム径とは関係なく、発光素子（ＬＥＤ）１１の許容電流や回路の応答性等により設定する。具体的な値としてはパルス幅Ｐｗ＝１５０μｓｅｃ程度が適当である。
【００２９】
ここで、以上の実施形態において、受光素子１３の出力パルス信号が長時間にわたって変化しないとき（被検出物無）、発光素子１１の出力パルス光のパルス周期Ｔを長くするという構成を採用すれば、消費電力を抑えることができ、また発光素子１１の寿命を延ばすことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のほこりセンサによれば、検出領域に照射する光をパルス光とし、かつそのパルス光のパルス周期を、ほこり１粒が検出領域を通過する時間よりも短く設定しているので、動きが速くて間欠的に発生するほこりを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の外観斜視図（ａ）及び模式的断面図（ｂ）である。
【図３】本発明の実施形態によるほこりの検出例と従来のほこりセンサによるほこりの検出例を併記して示す信号波形図である。
【図４】本発明の実施形態による煙の検出例と従来のほこりセンサによる煙の検出例を併記して示す信号波形図である。
【図５】図４のＸ部拡大図である。
【図６】従来のほこりセンサの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ほこりセンサ
１０  ケース（導電性樹脂製）
１１  発光素子（ＬＥＤ）
１２  駆動回路
１３  受光素子
１４、１５  増幅回路
１６  増幅回路（感度調整用）
１７  増幅回路
１８、１９  コンデンサ
２１、２３  集光レンズ
２２、２４  スリット
３  マイクロコンピュータ
３０  メモリ
３１  ＲＯＭ
３２  ＥＥＰＲＯＭ
Ａ  検出領域
Ｓ  被検出物（ほこりや煙）
【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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【図６】
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