(57)【要約】【課題】本開示は、板状部材が汚染されやすい環境や、湿度の高い環境などの、様々な環境で精度良く結露を検出することができる結露センサを提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本開示は、板状部材２に生じた結露を検出する結露センサ１であって、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、板状部材２で反射した赤外線３を受光する受光部５と、を有し、受光部５が受光する赤外線３の波長が、２．９μｍ〜３．１μｍである構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材に生じた結露を検出する結露センサであって、
前記板状部材に向かって赤外線を発光する発光部と、
前記板状部材で反射した赤外線を受光する受光部と、を有し、
前記受光部が受光する赤外線の波長が、２．９μｍ〜３．１μｍである結露センサ。
【請求項２】
前記受光部は第１の受光素子と第２の受光素子を有し、
前記第１の受光素子が受光する赤外線の波長が２．９μｍ〜３．１μｍであり、
前記第２の受光素子が受光する赤外線の波長は３．６μｍ〜４．２μｍであり、
前記受光部と前記第２の受光部の差動により結露を検出する請求項１に記載の結露センサ。
【請求項３】
前記第１の受光部と前記第２の受光部の受光面は同一平面上にある請求項２に記載の結露センサ。
【請求項４】
前記結露センサの環境温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記受光部は第１の受光素子と第２の受光素子と、
前記第１の受光素子の前方に設けられた第１のフィルタと、
前記第２の受光素子の前方に設けられた第２のフィルタと、を有し、
前記第１の受光素子が受光する赤外線の波長が２．９μｍ〜３．１μｍであり、
前記第２の受光素子が受光する赤外線の波長は２．６μｍ〜２．７μｍである結露センサ。
【請求項５】
前記板状部材にミラーが設けられており、
前記発光部は前記ミラーに向かって赤外線を発光している請求項１〜４のいずれかに記載の結露センサ。
【請求項６】
前記ミラーは金またはアルミニウムである請求項５に記載の結露センサ。
【請求項７】
前記板状部材にミラーを有した熱伝導部が設けられ、
前記熱伝導部の熱伝導率は前記ミラーの熱伝導率よりも高く、
前記発光部は前記ミラーに向かって赤外線を発光している請求項１〜４のいずれかに記載の結露センサ。
【請求項８】
前記ミラーは金またはアルミニウムである請求項７に記載の結露センサ。
【請求項９】
前記熱伝導部はグラファイトシート、銅、アルミニウムのいずれか、または、その複合材料である請求項７または８に記載の結露センサ。
【請求項１０】
前記発光部と、前記受光部と、前記熱伝導部の一部を覆う筐体をさらに備え、
前記熱伝導部は一端と他端を有し、一端側に前記ミラーが設けられ、他端側が前記板状部材と接続され、
前記熱伝導部の前記ミラーが設けられた一端側が前記筐体に覆われている請求項６〜８のいずれかに記載の結露センサ。
【請求項１１】
前記筐体は、前記筐体の内外を連通するスリットを有している請求項１０に記載の結露センサ。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の結露センサと、
前記板状部材に結露が生じたことを報知する報知部を備えた、結露報知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窓などの板状部材状の部材に生じた結露を検出する結露センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線を用いて窓に生じた結露を検出する結露センサが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５１３６８１号公報
【特許文献２】特許第５９０５３１４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の結露センサでは、水以外の物体が付着した場合に結露を高精度に検出することができず、特許文献２の結露センサでは、温度が低く、湿度が高い条件下では結露を高精度に検出することができないという課題があった。
【０００５】
本開示は、上記課題を解決し、様々な使用条件で高精度に結露を検出することができる結露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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の結露センサは、板状部材に生じた結露を検出する結露センサであって、板状部材に向かって赤外線を発光する発光部と、板状部材で反射した赤外線を受光する受光部と、を有し、受光部が受光する赤外線の波長が、２．９μｍ〜３．１μｍである構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成により本発明は、水と水蒸気を、様々な環境において結露を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の結露センサの構成を示す図
【図２】水蒸気の波長と光の透過率を示すグラフ
【図３】液状の水の波長と光の透過率を示すグラフ
【図４】実施の形態２の結露センサの構成を示す図
【図５】液状の水の波長と光の透過率を示すグラフ
【図６】実施の形態３の結露センサの構成を示す図
【図７】水蒸気の波長と光の透過率を示すグラフ
【図８】実施の形態４の結露センサの構成を示す図
【図９】実施の形態５の結露センサの構成を示す図
【図１０】同結露センサのＡＡ線断面図
【図１１】実施の形態６の結露センサの構成を示す図
【図１２】同結露センサのＢＢ線断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、実施の形態に係る結露センサと結露報知装置について図面を用いて説明をする。なお、各図面において、同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
また、各実施の形態における各構成要素は矛盾のない範囲で任意に組み合わせても良い。また、各実施の形態における構成は発明を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【００１０】
（実施の形態１）
以下に、本実施の形態１の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００１１】
図１は実施の形態１の結露センサの構成を示す図、図２は水蒸気の波長と透過率を示す図、図３は水の波長と透過率を示す図である。
【００１２】
実施の形態１の結露センサ１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部５と、発光部４を制御して赤外線３を発光させる処理回路（図示せず）を有している。また、処理回路は赤外線３を受光した受光部５が出力する信号を信号処理するように構成している。一つの処理回路で発光部４の制御と受光部５の信号処理をしているが、２つの処理回路を用いても良い。発光部４と受光部５は、発光部４から発光された赤外線３が板状部材２で反射して受光部５に入射する位置関係で配置されている。
【００１３】
実施の形態１の板状部材２は、窓であるものと想定して説明する。なお、窓に限らず、壁等の板状の部材であれば、実施の形態１の結露センサ１を用いることができる。ここで言う板状部材２とは、完全な平板状のものに限らず車のガラスの様に湾曲したものも含まれる。板状部材２にはミラー６が設けられており、発光部４はミラー６に向かって赤外線３を発光している。ミラー６は金やアルミニウムなどの赤外線３を反射しやすく、かつ、熱伝導の良い材料で形成されている。ミラー６に熱伝導の良い材料を用いることによって、ミラー６の温度が板状部材２の温度に近くなり、板状部材２に結露が生じたときにミラー６にも結露が生じやすくなる。これにより、ミラー６で赤外線３を反射しても精度良く結露を検出することができる。また、ミラー６は可能な限り薄い方が良い。ミラー６を薄く作ることでミラー６の熱容量を小さく出来るため、結露の検出精度がさらに向上する。ミラー６がなくても実施の形態１の結露センサ１の効果を得ることができるが、ミラー６を設けることで赤外線３が反射しやすくなり、結露センサ１の検出精度が向上する。また、板状部材２が窓ガラスなどの透明な部材の場合、外部からの透過光などの影響により検出精度が低下する場合があるが、受光部５に入射する外部光を遮るようにミラー６を配置することで、外部からの赤外線３入射を遮断し、かつ、赤外線３の反射率を向上させることができる。これにより、さらに結露センサ１の検出精度が向上する。
【００１４】
発光部４は、発光素子（図示せず）を有し、発光素子には赤外線３を発光可能な発光ダイオードを用いている。発光ダイオードには、半導体のベアチップを用いている。発光部４には、発光ダイオードチップ、半導体基板上に形成した抵抗素子やレーザダイオードなどを用いることができる。
【００１５】
受光部５は、受光素子７を有し、受光素子７には半導体のベアチップが用いられている。半導体のベアチップだけに限られず、チップ・サイズ・パッケージを用いたものであっても良い。受光部５は、たとえば、焦電素子やフォトダイオードチップでも良い。
【００１６】
ただし、発光素子も受光素子７もベアチップを用いることにより、結露センサ１全体の大きさを小型化することができる。
【００１７】
結露センサ１は、結露により板状部材２に生じた水滴による赤外線３の吸収を測定することで結露の検出を行う。板状部材２の表面に結露がない場合の赤外線３の反射光強度に対し、板状部材２表面に結露が始まると赤外線３の吸収が生じ、反射光強度が低下する。それにより結露を検出することができる。
【００１８】
受光部５には、フィルタ８が設けられており、発光部４から発光されミラー６で反射した赤外線３がフィルタ８を通過して受光素子７に入射する。フィルタ８は、２．９μｍ〜３．１μｍ（３２００ｃｍ−１〜３４００ｃｍ−１）の波長Ｌ１の赤外線３のみを透過させる。図２、図３に示すように、２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３は水では吸収されるが、水蒸気では水に比べて吸収量が非常に小さい。このため、２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３のみを用いて結露の検出をすることにより、水蒸気量が多くても水蒸気の影響を受けずに結露を精度よく検出することができる。また、結露により生じた水滴による赤外線３の吸収は、水滴の厚さが１μｍで約３０％、５μｍで約９０％とわずかに結露が生じるだけでも受光部５の出力は大きく変化する。このため、板状部材２の結露による赤外線３の吸収を結露が生じ始めてすぐに検出することができ、応答性の良い結露センサ１を得ることができる。また、水滴による吸収が非常に大きいため、水滴以外の物体がミラー６に付着していても、結露を精度良く検出することができる。この様に、実施の形態１の結露センサ１は、ミラー６が汚れやすい、水蒸気が非常に多いなどの結露センサ１の使用環境に依らず、結露を精度良く検出することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
以下に、本実施の形態２の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００２０】
図４は実施の形態２の結露センサの構成を示す図、図５は水の波長と透過率である。
【００２１】
実施の形態２の結露センサ１１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部１２と、発光部４の制御と受光部１２の信号処理をする処理回路を有している。板状部材２には、ミラー６が設けられ、発光部４はミラー６に向かって赤外線３を発光し、受光部１２はミラー６で反射した赤外線３を検出している。
【００２２】
実施の形態２の結露センサ１１では、受光部１２が第１の受光素子１３と第２の受光素子１４を有している。第１の受光素子１３と第２の受光素子１４には、半導体のベアチップが用いられている。半導体のベアチップだけに限られず、チップ・サイズ・パッケージを用いたものであっても良い。第１の受光素子１３と第２の受光素子１４は、たとえば、焦電素子やフォトダイオードチップでも良い。第１の受光素子１３の前方には第１のフィルタ１５が設けられ、赤外線３は第１のフィルタ１５を通過して第１の受光素子１３に入射する。第２の受光素子１４の前方には第２のフィルタ１６が設けられ、赤外線３は第２のフィルタ１６を通過して第２の受光素子１４に入射する。第１のフィルタ１５は２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３を透過し、第２のフィルタ１６は３．６μｍ〜４．２μｍ（２３００〜２８００−１）の波長Ｌ２の赤外線３を透過する。第２のフィルタ１６が透過する３．６μｍ〜４．２μｍの波長Ｌ２の赤外線３は液状の水による吸収が小さい。処理回路は第１の受光素子１３の出力と第２の受光素子１４の出力の差動出力により、結露の検出をする。第２の受光素子１４の出力は水により吸収されにくい波長のため、差動出力により結露を検出することにより液状の水による赤外線３の吸収の検出精度が向上し、発光部４の劣化やミラー６の汚れなどの影響を低減することができる。また、第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６は受光面が同一平面になるように形成されている。なお、ここで言う同一平面は第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６の設置時に生じる誤差の範囲で許容される。第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６が同一平面状にあることにより、ミラー６から第１の受光素子１３までの距離とミラー６から第２の受光素子１４までの距離が等距離になるように配置しやすくなる。これにより、第１の受光素子１３に入射する赤外線３と第２の受光素子１４に入射する赤外線３の光路差が小さくなるため、結露の検出精度が向上する。
【００２３】
（実施の形態３）
以下に、本実施の形態３の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００２４】
図６は実施の形態３の結露センサの構成を示す図、図７は水蒸気の波長と透過率を示す図である。
【００２５】
実施の形態３の結露センサ２１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部２２と、結露センサ２１の環境温度を検出する温度センサ２３と、結露を報知する報知部２４と、発光部４の制御と受光部２２の信号処理をする処理回路を有している。また、処理回路は温度センサ２３の検出結果から結露の予測を行う。これらの動作を一つの処理回路で行っても良いし、複数の処理回路を用いても良い。板状部材２には、ミラー６が設けられ、発光部４はミラー６に向かって赤外線３を発光し、受光部２２はミラー６で反射した赤外線３を検出している。
【００２６】
温度センサ２３にはサーミスタが用いられている。温度センサ２３は、サーミスタに限定されるものではなく、結露センサ２１の環境温度を検出することができれば、他の温度センサ２３を用いても良い。温度センサ２３は板状部材２に設けられている。温度センサ２３の設置位置は、板状部材２に限定されるものではなく、受光部２２や発光部４に温度センサ２３を設けるようにしても良いし、結露センサ２１の近くにある他の電子部品に温度センサ２３が備わっている場合には、他の電信部品の温度センサ２３の検出結果を参照するように構成しても良い。
【００２７】
受光部２２は、第１の受光素子１３と第２の受光素子１４を有し、第１の受光素子１３の前方には第１のフィルタ１５が設けられ、第２の受光素子１４の前方には第２のフィルタ２５が設けられている。第１のフィルタ１５は２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３を透過し、第２のフィルタ２５は２．６μｍ〜２．７μｍ（３７００〜３８００ｃｍ−１）の波長Ｌ３の赤外線３を透過する。図２に示すように、２．６μｍ〜２．７μｍの波長Ｌ３の赤外線３は水蒸気で吸収量が多く、水滴では吸収量が少ない。このため、空気中の水分量を検出することができる。処理回路は、第２の受光素子１４の出力と温度センサ２３の出力から露点を推定し、第１の受光素子１３の出力から検出した結露の検出結果とあわせることで、結露の予測を行う。報知部２４は、スピーカを有しており、結露センサ２１の使用者に結露の予測結果を報知する。結露センサ２１においては、報知部２４は板状部材２に設けられているが、報知部２４の設置位置は板状部材２に限られず、結露センサ２１の使用者に報知できる位置なら何処でも良い。また、報知部２４はスピーカに限定されず、例えば、ディスプレイなどに結露の予測結果を報知するようにしても良い。
【００２８】
（実施の形態４）
以下に、本実施の形態４の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００２９】
図８は実施の形態４の結露センサの構成を示す図である。
【００３０】
実施の形態４の結露センサ３１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部１２と、発光部４の制御と受光部１２の信号処理をする処理回路を有している。受光部１２は第１の受光素子１３と第２の受光素子１４と第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６を有している。第１のフィルタ１５は２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３を透過し、第２のフィルタ１６は３．６μｍ〜４．２μｍの波長Ｌ２の赤外線３を透過する。
【００３１】
板状部材２には、熱伝導部３２が設けられ、熱伝導部３２にミラー６が設けられている
。発光部４はミラー６に向かって赤外線３を発光し、受光部１２はミラー６で反射した赤外線３を検出している。ミラー６には金やアルミニウムの熱伝導率が高く、かつ、赤外線３を反射しやすい材料が用いられている。熱伝導部３２は、グラファイトシート、銅、アルミニウムのいずれか、または、その複合材料からミラー６よりも熱伝導率の高材料を選択し、形成されている。熱伝導部３２の熱伝導率をミラー６の熱伝導率よりも高くすることで、ミラー６の温度が板状部材２の温度に近くなり、板状部材２に結露が生じたときと近いタイミングでミラー６にも結露が生じる。これにより、結露センサ３１の応答性が向上する。
【００３２】
（実施の形態５）
以下に、本実施の形態５の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００３３】
図９は実施の形態５の結露センサの構成を示す図、図１０は同結露センサのＡＡ線断面図である。
【００３４】
実施の形態５の結露センサ４１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部１２と、発光部４の制御と受光部１２の信号処理をする処理回路と、結露を報知する報知部２４を有している。受光部１２は第１の受光素子１３と第２の受光素子１４と第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６を有している。第１のフィルタ１５は２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３を透過し、第２のフィルタ１６は３．６μｍ〜４．２μｍの波長Ｌ２の赤外線３を透過する。板状部材２には熱伝導部３２を介してミラー６が設けられている。
【００３５】
実施の形態５の結露センサ４１は、発光部４と、受光部１２と、処理回路と、熱伝導部３２の一部を覆う筐体４２を有している。熱伝導部３２は一端と他端を有し、ミラー６は一端に設けられている。発光部４、受光部１２は完全に筐体４２に収容されており、熱伝導部３２は一端側のミラー６が設けられた部分が筐体４２に収容されている。熱伝導部３２の他端は筐体４２の外に延出しており、熱伝導部３２の他端が板状部材２に接続されている。熱伝導部３２の他端が板状部材２に接続されていることで、筐体４２に覆われた状態でもミラー６の温度が板状部材２の温度に近くなり、板状部材２に結露が生じたときにミラー６にも結露が生じやすくなる。また、筐体４２は内外を連通するスリット４３を有している。筐体４２にスリット４３を設けることで、板状部材２近傍の空気が筐体４２に流入するようになり、筐体４２内の環境が板状部材２の周囲環境に近くなる。これにより、板状部材２にさらに近いタイミングでミラー６に結露が生じるようになり、結露センサ４１の応答性が向上する。
【００３６】
このように、実施の形態５の結露センサ４１では、筐体４２内に発光部４、受光部１２、処理回路、板状部材２の一部を収容することにより、結露センサの使用者が板状部材２を見たときに、結露センサ４１により使用者の視野が妨げられることを防ぐことができる。例えば、結露センサを車のフロントガラスに適用した場合には、結露センサの使用者であるドライバーの視界を妨げることなく結露を検出することができ、ドライバーの安全性を向上させることが出来る。また、報知部２４を有しているため、結露センサ４１の使用者に結露を報知することができ、結露センサ４１を車のフロントガラスに適用する場合には、ドライバーに結露を素早く報知することで、ドライバーの安全性を向上させることができる。
【００３７】
（実施の形態６）
以下に、本実施の形態６の結露センサについて、図面を用いながら説明する。
【００３８】
図１１は実施の形態６の結露センサの構成を示す図、図１２は同結露センサのＢＢ線断
面図である。
【００３９】
実施の形態６の結露センサ５１は、板状部材２に向かって赤外線３を発光する発光部４と、赤外線３を受光する受光部１２と、発光部４の制御と受光部１２の信号処理をする処理回路と、結露を報知する報知部２４を有している。受光部１２は第１の受光素子１３と第２の受光素子１４と第１のフィルタ１５と第２のフィルタ１６を有している。第１のフィルタ１５は２．９μｍ〜３．１μｍの波長Ｌ１の赤外線３を透過し、第２のフィルタ１６は３．６μｍ〜４．２μｍの波長Ｌ２の赤外線３を透過する。板状部材２には熱伝導部３２を介してミラー６が設けられている。発光部４と、受光部１２と、板状部材２のミラー６が設けられた一端側を覆うスリット４３を有した筐体４２が設けられている。
【００４０】
実施の形態６の結露センサ５１は、車のフロントガラスに結露センサを適用しているものとして説明をする。
【００４１】
結露センサ５１は、筐体４２がダッシュボードと一体化している。これにより、実施の形態５の結露センサ５１に比べてさらにドライバーの視野を妨げることなく、結露を検出することができるようになる。また、ダッシュボードと結露センサを一体化することで、車内に筐体４２を設ける必要がないため、省スペース化し、生産性も向上する。このように構成された結露センサを用いることにより、ドライバーの安全性、快適性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本開示の結露センサによれば、板状部材が汚染されやすい環境や空気中の水分量が多い環境でも精度良く結露を検出することができるため、車の窓ガラスの結露検出などに適している。
【符号の説明】
【００４３】
１、１１、２１、３１、４１、５１  結露センサ
２  板状部材
３  赤外線
４  発光部
５、１２、２２  受光部
６  ミラー
７  受光素子
８  フィルタ
１３  第１の受光素子
１４  第２の受光素子
１５  第１のフィルタ
１６、２５  第２のフィルタ
２３  温度センサ
２４  報知部
３２  熱伝導部
４２  筐体
４３  スリット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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