(57)【要約】【課題】メンテナンスを行わなくても長期間にわたって高い検出精度を有する機能水濃度センサを提供する。【解決手段】機能水濃度センサ１は、容器１０と、第１波長の光及び第２波長の光を含む紫外光３を発する光源２０と、第１波長の光を透過させる第１フィルタ３１と、第２波長の光を透過させる第２フィルタ３２と、（ｉ）機能水２と第１フィルタ３１を通過した第１紫外光４ａ、又は、機能水２と第２フィルタ３２とを通過した第２紫外光４ｂによって励起されて第１蛍光５ａ又は第２蛍光５ｂを発する蛍光体４０と、第１蛍光５ａ又は第２蛍光５ｂを受光することで第１受光信号又は第２受光信号を出力する受光素子５０と、第１受光信号と第２受光信号とを比較することで、機能水２の機能出現成分の濃度を算出する信号処理回路７０とを備え、機能出現成分による第２波長の光の吸収レベルは、機能出現成分による第１波長の光の吸収レベルより小さい。【選択図】図１Ａ
2018021872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能水が入れられる容器と、
第１波長の光及び第２波長の光を含む紫外光を発する光源と、
前記第１波長の光を透過させ、前記第２波長の光の透過を抑制する第１フィルタと、
前記第２波長の光を透過させ、前記第１波長の光の透過を抑制する第２フィルタと、
（ｉ）前記光源が発した紫外光のうち、前記容器に入れられる機能水と前記第１フィルタとを通過した第１紫外光によって励起されて第１蛍光を発し、かつ、（ｉｉ）前記光源が発した紫外光のうち、前記容器に入れられる機能水と前記第２フィルタとを通過した第２紫外光によって励起されて第２蛍光を発する蛍光体と、
前記第１蛍光を受光することで第１受光信号を出力し、かつ、前記第２蛍光を受光することで第２受光信号を出力する受光素子と、
前記第１受光信号と前記第２受光信号とを比較することで、前記機能水の機能出現成分の濃度を算出する信号処理回路とを備え、
前記機能出現成分による前記第２波長の光の吸収レベルは、前記機能出現成分による前記第１波長の光の吸収レベルより小さい
機能水濃度センサ。
【請求項２】
前記機能出現成分による前記第２波長の光の吸収レベルは、前記機能出現成分による前記第１波長の光の吸収レベルの９／１０以下である
請求項１に記載の機能水濃度センサ。
【請求項３】
前記第２波長は、前記機能出現成分の吸光スペクトルにおいて吸収レベルが実質的に０になる波長である
請求項１又は２に記載の機能水濃度センサ。
【請求項４】
前記第１波長は、前記機能出現成分の吸光スペクトルにおいて吸収レベルが極大になる波長である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
【請求項５】
前記第１蛍光及び前記第２蛍光は、前記紫外光の波長より長波長の光であり、
前記光源は、前記第１波長及び前記第２波長のうち小さい方の波長から、前記蛍光体を励起可能な波長帯域の最大波長までの光を含む前記紫外光を発するブロードな光源である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
【請求項６】
前記光源は、所定のガスが封入された封入管を有する放電ランプである
請求項５に記載の機能水濃度センサ。
【請求項７】
前記光源は、前記紫外光を発する火花放電を起こす２つの電極を備える
請求項５に記載の機能水濃度センサ。
【請求項８】
さらに、
前記光源から前記受光素子に至る光路上に、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタが互いに時間排他的に位置するように、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタを可動に支持する支持部を備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
【請求項９】
前記蛍光体は、
前記第１紫外光によって励起されて前記第１蛍光を発する第１蛍光体と、
前記第１蛍光体とは異なる位置に配置され、前記第２紫外光によって励起されて前記第２蛍光を発する第２蛍光体とを備え、
前記受光素子は、
前記第１蛍光を受光することで前記第１受光信号を出力する第１受光素子と、
前記第２蛍光を受光することで前記第２受光信号を出力する第２受光素子とを備え、
前記第１フィルタは、前記光源と前記第１蛍光体との間に配置され、
前記第２フィルタは、前記光源と前記第２蛍光体との間に配置されている
請求項１〜７のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
【請求項１０】
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタは、前記光源が発した紫外光であって、前記容器に入れられる機能水を通過した紫外光である入射光の進行方向に直交する平面内で並んで配置され、
前記入射光は、前記第１フィルタと前記第２フィルタとに略均等な面積で入射する
請求項９に記載の機能水濃度センサ。
【請求項１１】
さらに、
前記光源が発した紫外光であって、前記容器に入れられる機能水を通過した紫外光を、前記第１紫外光と前記第２紫外光とに分離するビームスプリッタを備え、
前記第１フィルタは、前記ビームスプリッタと前記第１蛍光体との間に配置され、
前記第２フィルタは、前記ビームスプリッタと前記第２蛍光体との間に配置されている
請求項９に記載の機能水濃度センサ。
【請求項１２】
さらに、
前記容器に機能成分を含まない水が入れられた状態、又は、機能水が入れられていない状態における前記第１受光信号及び前記第２受光信号の各々に対応する第１基準信号と第２基準信号との信号比である基準信号比を記憶する記憶部を備え、
前記信号処理回路は、前記第１受光信号と前記第２受光信号との比較結果と、前記基準信号比とを比較することで、前記濃度を算出する
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能水の成分濃度を測定する機能水濃度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、除菌、脱臭、脱色などにはオゾン、二酸化塩素、次亜塩素酸などの成分が使われている。具体的には、これらの成分を含む水、いわゆる機能水を用いて除菌などが行われる。
【０００３】
「機能水」とは、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を付与された水溶液の中で、処理と機能に関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び明らかにされようとしているものと定義付けられている。
【０００４】
機能水は、その目的とする効果を発揮するために、その濃度を制御する必要がある。例えば、オゾンを含む機能水の測定では、近紫外光の吸収を利用した光吸収式オゾン濃度計が使われている（特許文献１を参照）。このような光吸収式オゾン濃度計は、紫外線を発光する紫外線光源と、試料を収納する試料セルと、試料セルを透過した紫外線の強度を検出する検出器とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなオゾン濃度計には、検出精度が経年劣化しないことが求められる。しかしながら、光源の劣化による紫外線の光量の減少、及び、試料セルに付着する汚れに起因する光量の減少によって、検出器による検出値が本来の濃度に対応する値よりも小さくなって、濃度が高い（すなわち、吸収が大きい）と誤認識（誤検出）するという問題がある。
【０００７】
もっとも、光源の交換、及び、汚れの除去などのメンテナンスを行うことで、誤検出を抑えることができる。しかしながら、特に民生機器の場合において、メンテナンスは、ユーザの利便性を損なうだけでなく、ユーザ個々の能力などに応じてメンテナンスばらつきが発生する。不適切なメンテナンスが行われた場合には、検出精度がさらに低下する恐れもある。
【０００８】
そこで、本発明は、メンテナンスを行わなくても長期間にわたって高い検出精度を有する機能水濃度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る機能水濃度センサは、機能水が入れられる容器と、第１波長の光及び第２波長の光を含む紫外光を発する光源と、前記第１波長の光を透過させ、前記第２波長の光の透過を抑制する第１フィルタと、前記第２波長の光を透過させ、前記第１波長の光の透過を抑制する第２フィルタと、（ｉ）前記光源が発した紫外光のうち、前記容器に入れられる機能水と前記第１フィルタとを通過した第１紫外光によって励起されて第１蛍光を発し、かつ、（ｉｉ）前記光源が発した紫外光のうち、前記容器に入れられる機能水と前記第２フィルタとを通過した第２紫外光によって励起されて第２蛍光を発する蛍光体と、前記第１蛍光を受光することで第１受光信号を出力し、かつ、前記第２蛍光を受光することで第２受光信号を出力する受光素子と、前記第１受光信号と前記第２受光信号とを比較することで、前記機能水の機能出現成分の濃度を算出する信号処理回路とを備え、前記機能出現成分による前記第２波長の光の吸収レベルは、前記機能出現成分による前記第１波長の光の吸収レベルより小さい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、メンテナンスを行わなくても長期間にわたって高い検出精度を有する機能水濃度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施の形態１に係る機能水濃度センサの動作期間内の所定のタイミングにおける機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａとは異なるタイミングにおける実施の形態１に係る機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】実施の形態１に係る次亜塩素酸水の成分濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。
【図２Ｂ】実施の形態１に係る次亜塩素酸水の成分濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。
【図３Ａ】実施の形態１に係るオゾン水の成分濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。
【図３Ｂ】実施の形態１に係るオゾン水の成分濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る機能水濃度センサの光源が重水素ランプである場合の紫外光の発光スペクトルを示す図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る機能水濃度センサの光源がキセノンランプである場合の紫外光の発光スペクトルを示す図である。
【図５】実施の形態１に係る機能水濃度センサのフィルタ部の構成を示す正面図である。
【図６】実施の形態１に係る機能水濃度センサの第１フィルタ及び第２フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図７Ａ】実施の形態１に係る蛍光体の一例による励起光及び蛍光のスペクトルを示す図である。
【図７Ｂ】実施の形態１に係る蛍光体の別の一例による励起光及び蛍光のスペクトルを示す図である。
【図８】実施の形態１に係る受光素子が生成する受光信号を示す図である。
【図９】実施の形態１の変形例に係る機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】実施の形態２に係る機能水濃度センサの動作期間内の所定のタイミングにおける機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａとは異なるタイミングにおける実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る機能水濃度センサの第１フィルタ及び第２フィルタの正面図である。
【図１３】実施の形態４に係る機能水濃度センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態に係る機能水濃度センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１４】
（実施の形態１）
［概要］
まず、本実施の形態に係る機能水濃度センサの概要について、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、機能水濃度センサ１は、容器１０と、光源２０と、フィルタ部３０と、蛍光体４０と、受光素子５０と、制御回路６０と、信号処理回路７０と、記憶部７５とを備える。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、制御回路６０、信号処理回路７０及び記憶部７５を機能的なブロックとして示している。
【００１６】
機能水濃度センサ１では、フィルタ部３０が可動式である。このため、機能水濃度センサ１の構成は、動作期間内のタイミングに応じて部分的に変化する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の動作期間内の互いに異なるタイミングにおける機能水濃度センサ１の構成を示す断面図である。具体的には、図１Ａと図１Ｂとでは、フィルタ部３０の姿勢が異なっている。
【００１７】
より具体的には、フィルタ部３０が備える第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の各々の位置が可変である。図１Ａは、第１フィルタ３１が光源２０と容器１０との間に位置するタイミングでの機能水濃度センサ１の構成を示している。図１Ｂは、第２フィルタ３２が光源２０と容器１０との間に位置するタイミングでの機能水濃度センサ１の構成を示している。
【００１８】
機能水濃度センサ１は、容器１０に入れられた機能水２に含まれる機能出現成分の濃度（成分濃度）を測定するセンサである。機能水濃度センサ１は、機能水２の機能出現成分による紫外光の吸収量（吸収レベル）が成分濃度に依存することを利用して、成分濃度を測定する。
【００１９】
本実施の形態では、機能水濃度センサ１では、光源２０が、機能出現成分によって吸収される波長の光を含む紫外光を機能水２に照射する。機能水２を透過中に吸収された後の残りの紫外光（透過光）によって励起された蛍光体４０が発する蛍光を受光素子５０が受光することで、機能水濃度センサ１は、受光された蛍光の強度に基づいて機能水２の成分濃度を測定する。なお、図１Ａ及び図１Ｂには、光源２０から受光素子５０に至る光路を矢印で示している。
【００２０】
なお、図１Ａ及び図１Ｂには示していないが、機能水濃度センサ１は、外光が受光素子５０に入射するのを抑制するために、遮光性の筐体の内部に収納されている。このとき、光源２０が発した紫外光のうち、機能水２を通過しなかった紫外光（迷光）などを吸収するように、筐体の内面は、紫外光を吸収する材料から形成されてもよい。機能水濃度センサ１は、例えば、次亜塩素酸水を利用した民生用の空気清浄機などに用いられる。
【００２１】
［機能水］
まず、機能水２について、図２Ａ〜図３Ｂを用いて説明する。
【００２２】
機能水２は、固有の吸光スペクトルを有する機能出現成分を含む水溶液である。機能水２は、例えば、次亜塩素酸水、又は、オゾン水などである。このとき、機能出現成分は、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）又はオゾン（Ｏ３）である。
【００２３】
以下では、機能水２が次亜塩素酸水である場合と、オゾン水である場合とについて説明するが、これらに限定されない。
【００２４】
＜次亜塩素酸水＞
図２Ａは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の成分濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図２Ａにおいて、横軸は、機能水２（次亜塩素酸水）に照射する紫外光の波長を示し、縦軸は、機能水２の吸光度を示している。なお、吸光度は、機能出現成分による吸収量を示す吸収レベルの一例である。
【００２５】
図２Ａに示すように、次亜塩素酸水の吸光スペクトルでは、その成分濃度（次亜塩素酸の濃度）に依存せずに、約２９２ｎｍに吸収ピーク（吸光度の極大値）が存在する。次亜塩素酸水は、吸収ピークにおける波長であるピーク波長（具体的には、約２９２ｎｍ）を含む所定の範囲の光を多く吸収する。
【００２６】
所定の範囲は、例えば、吸収ピークの所定の割合（例えば、５％〜２０％）以上の吸光度を有する範囲である。例えば、所定の範囲は、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ以下であり、次亜塩素酸水は、当該範囲の紫外光を多く吸収する。
【００２７】
図２Ｂは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の成分濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図２Ｂにおいて、横軸は、次亜塩素酸水の成分濃度であり、縦軸は、次亜塩素酸水の紫外光に対する透過度を示している。
【００２８】
図２Ｂにおいて、黒丸は実測値であり、実線及び破線はランベルト・ベールの法則に基づいて、最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。
【００２９】
ランベルト・ベールの法則では、媒質に入射する前の光の強度をＩ０、長さＬの媒質を透過した後の光の強度をＩとしたとき、以下の（式１）及び（式２）を満たす。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
ここで、“α”は、機能出現成分の吸光係数である。“Ｃ”は、機能水２のモル濃度である。“Ｌ”は、紫外光が透過する機能水２の長さ（すなわち、光路長）であり、本実施の形態では、容器１０の入射窓１１から出射窓１２までの距離に相当する。“α”は、機能水２の種別によって決定される値（定数）である。“Ｌ”は、容器１０の大きさなどに基づいて決定される値（定数）である。
【００３２】
図２Ｂ及び（式１）に示すように、成分濃度が大きくなる程、紫外光の透過度が低下する、すなわち、機能水２による吸収量が増加することが分かる。したがって、機能水２による吸収量（あるいは、透過量）を検出することで、成分濃度を算出することができる。
【００３３】
また、図２Ｂに示すように、波長が２９２ｎｍ（ピーク波長）の紫外光の方が、波長が２７５ｎｍの紫外光に比べて、濃度変化に対する透過度の変化の割合が大きい。すなわち、紫外光がピーク波長に近い光である程、透過度に基づいて機能水２の成分濃度を算出しやすくなる。
【００３４】
＜オゾン水＞
図３Ａは、本実施の形態に係るオゾン水の成分濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図３Ａにおいて、横軸は、機能水２（オゾン水）に照射する紫外光の波長を示し、縦軸は、機能水２の吸光度（吸収レベル）を示している。
【００３５】
図３Ａに示すように、オゾン水の吸光スペクトルでは、その成分濃度（オゾンの濃度）に依存せずに、約２６０ｎｍに吸収ピークが存在する。オゾン水は、ピーク波長（約２６０ｎｍ）を含む所定の範囲の光を多く吸収する。所定の範囲は、例えば、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、オゾン水は、当該範囲の紫外光を多く吸収する。
【００３６】
図３Ｂは、本実施の形態に係るオゾン水の成分濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図３Ｂにおいて、横軸は、オゾン水の成分濃度であり、縦軸は、オゾン水の紫外光に対する透過度を示している。
【００３７】
図３Ｂにおいて、黒丸は実測値であり、実線はランベルト・ベールの法則に基づいて、最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。
【００３８】
図３Ｂに示すように、成分濃度が大きくなるほど、紫外光の透過度が低下する、すなわち、機能水２による吸収量が増加することが分かる。したがって、機能水２による吸収量を検出することで、成分濃度を算出することができる。
【００３９】
以上のように、機能水２が次亜塩素酸水である場合、及び、オゾン水である場合のいずれの場合も、機能水２による紫外光の吸収量（又は透過量）を検出することで、機能水２に含まれる機能出現成分の濃度（成分濃度）を算出することができる。
【００４０】
以下では、機能水濃度センサ１が備える、成分濃度を検出するための各構成要素について詳細に説明する。
【００４１】
［容器］
容器１０は、機能水２が入れられる容器である。容器１０は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状の容器（セル）であるが、これに限定されない。容器１０は、紫外光を透過させる２つの透過窓を備える。具体的には、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、容器１０は、入射窓１１と、出射窓１２とを備える。
【００４２】
入射窓１１は、光源２０が発した紫外光が入射する窓である。本実施の形態では、図１Ａに示す所定のタイミング（例えば、時刻ｔ１）で、入射窓１１には、光源２０が発した紫外光３のうち第１フィルタ３１を通過した第１紫外光４ａが入射する。また、図１Ｂに示す別のタイミング（例えば、時刻ｔ２）では、入射窓１１には、光源２０が発した紫外光３のうち第２フィルタ３２を通過した第２紫外光４ｂが入射する。
【００４３】
入射窓１１は、容器１０に形成された開口に設けられた、紫外光を透過させる透光部材から形成される。入射窓１１（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、入射窓１１は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。入射窓１１には、紫外光が略垂直に入射する。具体的には、紫外光は、板状のガラス（入射窓１１）の厚み方向に沿って入射する。つまり、紫外光は、入射面の法線方向に入射する。
【００４４】
出射窓１２は、容器１０に入射した紫外光が蛍光体４０に向けて出射する窓である。本実施の形態では、図１Ａに示すように、時刻ｔ１で、第１紫外光４ａが蛍光体４０に向けて出射窓１２から出射される。また、図１Ｂに示すように、時刻ｔ２で、第２紫外光４ｂが蛍光体４０に向けて出射窓１２から出射される。
【００４５】
出射窓１２は、容器１０に形成された開口に設けられた、紫外光を透過させる透光部材から形成される。出射窓１２（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、出射窓１２は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。出射窓１２からは、紫外光が略垂直に出射される。具体的には、紫外光は、板状のガラス（出射窓１２）の厚み方向に沿って出射する。つまり、紫外光は、出射面の法線方向に出射される。
【００４６】
本実施の形態では、容器１０の本体（具体的には、２つの透過窓以外の部分）は、紫外光を遮蔽（吸収又は反射）する材料から形成される。例えば、容器１０の本体は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料、又は、金属材料などから形成される。なお、容器１０全体が紫外光に対して透光性を有してもよい。具体的には、容器１０全体が石英ガラスなどから形成されてもよい。
【００４７】
本実施の形態では、光源２０、容器１０、蛍光体４０及び受光素子５０は、この順で略同一直線上に配置されている。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１フィルタ３１又は第２フィルタ３２と、容器１０の入射窓１１及び出射窓１２とも当該直線上に配置されている。これにより、光源２０から発せられた紫外光３は、途中、第１フィルタ３１又は第２フィルタ３２を通過した後、蛍光体４０によって波長変換されて、最短距離で受光素子５０に到達する。したがって、光源２０から受光素子５０までの間での光漏れ（迷光）を抑制することができる。これにより、蛍光の強度を精度良く検出することができ、機能水２の濃度を精度良く測定することができる。
【００４８】
容器１０には、機能水２が入れられて、静止した状態が保たれるが、これに限定されない。例えば、容器１０は、配管（流路）の一部でもよく、機能水２が内部を流れていてもよい。例えば、機能水２は、容器１０と反応槽（図示せず）との間で循環されてもよい。反応槽は、機能水２の機能を発揮させるための容器である。例えば、機能水２が除菌、脱臭などの機能を有する場合、機能水２は、反応槽内で対象物（例えば、空気などの気体）に接触することで、当該対象物の除菌、脱臭などを行う。この場合、機能水２が除菌、脱臭などを行いながら、機能水濃度センサ１が機能水２の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ１を空気清浄機、脱臭装置などに組み込んで用いることができる。
【００４９】
［光源］
光源２０は、紫外光３を発する。本実施の形態では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、光源２０は、所定のガスが封入された封入管２１を有する放電ランプである。光源２０は、放電用の２つの電極２２を有する。封入管２１は、例えば、ガラス管であり、内部に水銀、希ガス、重水素、金属ハロゲン化合物などのガスが封入されている。２つの電極２２は、例えば、銅、タングステンなどの金属材料を主成分とする金属電極である。光源２０は、いわゆる水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、重水素ランプなどである。
【００５０】
光源２０が発する紫外光３は、第１波長の光と第２波長の光とを含んでいる。第１波長及び第２波長は、機能水２の機能出現成分による吸収レベルに応じて定められる。第１波長は吸収レベルが大きい波長であり、機能水２が次亜塩素酸水の場合、例えば２９２ｎｍである。第２波長は吸収レベルが小さい波長であり、機能水２が次亜塩素酸水の場合、例えば２３５ｎｍである。第１波長及び第２波長を決定する条件については、後で詳しく説明する。
【００５１】
本実施の形態では、光源２０は、ブロードな光源であり、第１波長及び第２波長のうち小さい方の波長から、蛍光体４０を励起可能な波長帯域の最大波長までの光を含む紫外光３を発する。蛍光体４０を励起可能な波長帯域の最大波長は、例えば、３５０ｎｍである（後述する図７Ａを参照）。このため、光源２０は、２３５ｎｍから３５０ｎｍまでの光を含む紫外光３を発する。
【００５２】
図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の光源２０が発する紫外光３の発光スペクトルを示す図である。具体的には、図４Ａは、光源２０が重水素ランプである場合の発光スペクトルを示し、図４Ｂは、光源２０がキセノンランプである場合の発光スペクトルを示している。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、紫外光３の発光スペクトルは、次亜塩素酸による特徴的な吸収のある所定の範囲の２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ以下、又は、オゾンによる特徴的な吸収のある所定の範囲の２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長帯で発光パワーを持つ。
【００５３】
具体的には、紫外光３の発光スペクトルでは、所定幅以上の波長帯域において、強度が所定強度（例えば、相対強度が５％）以上になる。ここで、所定幅は、例えば、５０ｎｍであるが、１００ｎｍでもよく、２００ｎｍでもよい。所定強度は、最大強度に依存し、例えば５％であるが、１０％でもよい。
【００５４】
例えば、図４Ａに示す重水素ランプの発光スペクトルでは、波長が２００ｎｍの光の強度を１００％としたときの波長毎の強度（相対放射パワー）を示している。図４Ａに示すように、重水素ランプが発する紫外光３は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長帯域（幅が２００ｎｍの波長帯域）では、波長が大きくなるにつれて、徐々に強度が低下する。例えば、３００ｎｍ以下の波長帯域では、相対強度が２０％以上である。３００ｎｍ以上の波長帯域であっても、相対強度は、約１０％以上である。このように、重水素ランプは、ブロードな波長帯域（ここでは、幅２００ｎｍ）において、所定値（ここでは、１０％）以上の強度の紫外光３を発する。
【００５５】
また、図４Ｂに示すキセノンランプの発光スペクトルでは、波長が４００ｎｍの光の強度を１００％としたときの波長毎の強度（相対放射パワー）を示している。図４Ｂに示すように、キセノンランプが発する紫外光３は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長帯域では、波長が大きくなるにつれて、徐々に強度が増加する。例えば、約２３０ｎｍ以上の波長帯域では、相対強度が１０％以上である。２３０ｎｍ以下の波長帯域であっても、相対強度は、約７％以上である。このように、キセノンランプは、ブロードな波長帯域（ここでは、幅２００ｎｍ）において、所定値（ここでは、７％）以上の強度の紫外光３を発する。
【００５６】
なお、光源２０が発した紫外光を効率良く入射窓１１に入射させるために、光源２０と入射窓１１との間に、コリメートレンズ又は集光レンズなどが設けられてもよい。例えば、光源２０の光出射側近傍にコリメートレンズを設けることで、紫外光を平行光にすることができる。これにより、光源２０が発した紫外光を入射窓１１及び出射窓１２を介して効率良く蛍光体４０（受光素子５０）まで導くことができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、機能水濃度センサ１は、光源２０を１つのみ備えるが、これに限らず、複数の光源２０を備えてもよい。複数の光源２０は、例えば同一の構成を有する光源であり、点消灯が互いに同期して制御される。
【００５８】
［フィルタ部］
図５は、本実施の形態に係るフィルタ部３０の正面図である。具体的には、図５は、光源２０から容器１０の入射窓１１に向かう方向に見たときのフィルタ部３０を示している。
【００５９】
フィルタ部３０は、図１Ａ及び図１Ｂ並びに図５に示すように、第１フィルタ３１と、第２フィルタ３２と、支持部３５とを備える。フィルタ部３０は、支持部３５の中心軸３５ａの軸周りに回転する回転ホイール機構を有する。
【００６０】
具体的には、フィルタ部３０は、略円盤形状を有し、図５の矢印で示すように、中心軸３５ａを中心として軸周りに回転する。図１Ａ及び図１Ｂには、フィルタ部３０の回転方向を黒塗りの矢印で示している。なお、回転方向は、正面視において時計回り及び反時計回りのいずれでもよい。
【００６１】
支持部３５は、フィルタ部３０の回転の中心となる中心軸３５ａと、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を支持する円環状の枠体３５ｂとを備える。
【００６２】
支持部３５の中心軸３５ａは、制御回路６０によって制御されるモータ（図示せず）などに接続され、モータが回転することで、支持部３５が回転する。これにより、フィルタ部３０の全体が中心軸３５ａの軸周りに回転する。
【００６３】
支持部３５は、光源２０から受光素子５０に至る光路上に、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２が互いに時間排他的に位置するように、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を可動に支持する。なお、時間排他的とは、機能水濃度センサ１の動作期間内において、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２のうちの第１フィルタ３１のみが光路上に位置する第１期間と、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２のうちの第２フィルタ３２のみが光路上に位置する第２期間とが排他的である（すなわち、重複しない）ことを意味する。第１期間には、図１Ａに示す時刻ｔ１が含まれ、第２期間には、図１Ｂに示す時刻ｔ２が含まれる。第１期間と第２期間との間に、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の両方が光路上に位置する期間があってもよい。
【００６４】
フィルタ部３０には、図５の破線で示すように、光源２０が発した紫外光３が照射される照射領域９０が形成される。照射領域９０は、例えば円形の領域であるが、これに限定されない。照射領域９０は、例えば、入射窓１１の正面視形状と同じ形状及び同じ大きさである。
【００６５】
図５では、照射領域９０が第１フィルタ３１に形成されている例（図１Ａの時刻ｔ１に対応）について示している。照射領域９０は、フィルタ部３０が回転することで、第２フィルタ３２にも形成される（図１Ｂの時刻ｔ２に対応）。具体的には、フィルタ部３０が回転することで、照射領域９０は、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とに時間的に交互に形成される。言い換えると、光源２０が発した紫外光３は、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とを時間的に交互に通過する。
【００６６】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とは、同一平面（光路に直交する面）内で並んで配置されている。具体的には、図５に示すように、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とは、互いに接触して配置されている。このため、フィルタ部３０が回転した場合に、照射領域９０は、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とを交互に連続して移り変わる。
【００６７】
図５に示すように、第１フィルタ３１の正面視形状は、例えば、半円形の中心部が切り欠かれた略半円形状である。第２フィルタ３２の正面視形状は、例えば、第１フィルタ３１の正面視形状と略同じである。第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２は、支持部３５の略円形の枠体３５ｂに固定されている。
【００６８】
また、フィルタ部３０の正面視形状は円形に限らず、正方形、長方形などでもよい。また、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とは連続せずに離れて配置されていてもよい。
【００６９】
第１フィルタ３１は、第１波長の光を透過させ、第２波長の光の透過を抑制する。具体的には、第１フィルタ３１は、中心波長が第１波長で所定の帯域幅のバンドパスフィルタである。光源２０が発した紫外光３のうち、第１フィルタ３１を通過した第１紫外光４ａは、主として第１波長の光を含み、第２波長の光を含んでいない、又は、ほとんど含んでいない。
【００７０】
第２フィルタ３２は、第２波長の光を透過させ、第１波長の光の透過を抑制する。具体的には、第２フィルタ３２は、中心波長が第２波長で所定の帯域幅のバンドパスフィルタである。光源２０が発した紫外光３のうち、第２フィルタ３２を通過した第２紫外光４ｂは、主として第２波長の光を含み、第１波長の光を含んでいない、又は、ほとんど含んでいない。
【００７１】
第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の各々のフィルタ特性は、第１波長及び第２波長に基づいて予め設定されている。第１波長及び第２波長は、検出対象の機能水２の機能出現成分に応じて決定される。具体的には、第１波長及び第２波長は、以下の条件に基づいて定められる。
【００７２】
例えば、本実施の形態では、機能水２の機能出現成分による第２波長の光の吸収レベルは、機能出現成分による第１波長の光の吸収レベルより小さい（条件（ｉ））。このため、第１フィルタ３１を通過した第１紫外光４ａは、機能水２によって大きく吸収され、第２フィルタ３２を通過した第２紫外光４ｂは、機能水２によってはあまり吸収されない。
【００７３】
機能水濃度センサ１では、後で詳しく説明するように、第１紫外光４ａの吸収量と第２紫外光４ｂの吸収量との比較結果に応じて成分濃度を検出する。具体的には、第１紫外光４ａに基づく受光信号（第１受光信号）を検知用として用い、第２紫外光４ｂに基づく受光信号（第２受光信号）を参照用として用いる。検知用の第１受光信号の信号強度の変化量が大きく、参照用の第２受光信号の信号強度の変化量が小さい程、検知精度を高めることができる。
【００７４】
つまり、後述する［成分濃度の測定］の機能出現成分の吸光係数αは、第１紫外光４ａの吸収量から求められる吸光係数α１と第２紫外光４ｂの吸収量から求められる吸光係数α２との差分に相当する吸光係数αとなる。このため、第２紫外光４ｂに基づく吸光係数α２が小さいほど［成分濃度の測定］の機能出現成分の吸光係数αが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が高くなって検知精度を高めることができる。検出感度に相当するＳは、最小検知成分濃度における規格化信号比Ｒに対する変化率に相当する。ノイズに相当するＮは、規格化信号比Ｒに対するノイズに相当する。ここで、ノイズＮを小さくするには、光源２０の発光出力を大きくする必要がある。ただし、光源２０の出力を大きくすることは、光源２０の点灯時間に対する発光出力の低下を大きくすることにつながる。つまり、光源２０の交換が必要になりユーザによるメンテナンスが生じる課題につながる。
【００７５】
このため、例えば、機能出現成分による第２波長の吸収レベルは、機能出現成分による第１波長の吸収レベルの９／１０以下である（条件（ｉｉ））。これにより、Ｓ／Ｎ比を１／１０倍以上にすることができるので、光源２０の出力を極端に大きくせずとも最小分解能を確保することができる。これにより、光源２０の寿命も確保できる。
【００７６】
また、機能出現成分による第２波長の吸収レベルは、第１波長の光の吸収レベルの１／１０以下でもよく、好ましくは、１／２０以下でもよい（条件（ｉｉｉ））。これにより、Ｓ／Ｎ比を９／１０倍以上にすることができるので、光源２０の出力を極端に大きくせずとも定量下限を確保することができる。
【００７７】
あるいは、第２波長は、機能出現成分の吸収スペクトルにおいて吸収レベルが実質的に０になる波長でもよい（条件（ｉｖ））。この場合、第２フィルタ３２を通過した第２紫外光４ｂは、機能水２によっては実質的に吸収されない。言い換えると、入射窓１１に入射する第２紫外光４ｂの強度と、出射窓１２から出射される第２紫外光４ｂの強度とは、実質的に等しくなる。したがって、吸光係数αを減少させることなく、検知精度を一層高めることができる。
【００７８】
また、第１波長は、例えば、光源２０が発する紫外光３の波長成分のうち、機能水２の機能出現成分の吸収スペクトルにおいて吸収レベルが極大になる波長（例えば、ピーク波長）である（条件（ｖ））。これにより、第１紫外光４ａは、機能水２による吸収が大きいので、機能水２を通過する前後で強度が大きく減少する。したがって、第１紫外光４ａに基づく受光信号（第１受光信号）の信号強度の変化を大きくすることができるので、検知精度を高めることができる。
【００７９】
以下では、機能水２が次亜塩素酸水である場合に、上記条件（ｉ）〜（ｖ）の少なくとも１つに基づいて定められた第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の透過特性について図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２のフィルタ特性を示す図である。
【００８０】
次亜塩素酸水は、図２Ａで示したように、約２９２ｎｍにピーク波長を有する。このため、条件（ｖ）に基づいて、第１波長である約２９２ｎｍの光を透過させるように、第１フィルタ３１の透過特性が設計される。具体的には、図６に示すように、第１フィルタ３１の中心波長は、例えば約２９０ｎｍである。第１フィルタ３１の帯域幅は、約１０ｎｍである。すなわち、第１フィルタ３１は、光源２０が発した紫外光３のうち、約２８５ｎｍ〜約２９５ｎｍの光を第１紫外光４ａとして通過させる。ここでは、第１フィルタ３１の中心波長と第１波長とが僅かに異なる例について示したが、第１フィルタ３１の中心波長が第１波長に等しくてもよい。
【００８１】
また、次亜塩素酸水は、図２Ａで示したように、約２３５ｎｍにおける吸収レベルが実質的に０に近くなっている。このため、例えば、条件（ｉ）〜（ｉｖ）に基づいて、第２波長である約２３５ｎｍの光を透過させるように、第２フィルタ３２の透過特性が設計される。具体的には、図６に示すように、第２フィルタ３２の中心波長は、約２３５ｎｍである。第２フィルタ３２の帯域幅は、約１０ｎｍである。すなわち、第２フィルタ３２は、光源２０が発した紫外光３のうち、約２３０ｎｍ〜約２４０ｎｍの光を第２紫外光４ｂとして通過させる。ここでは、第２フィルタ３２の中心波長と第２波長とが等しい例について示したが、第２フィルタ３２の中心波長と第２波長とは異なっていてもよい。
【００８２】
図６に示すように、第１フィルタ３１の通過帯域には、第２波長（約２３５ｎｍ）は含まれていない。第２フィルタ３２の通過帯域には、第１波長（約２９２ｎｍ）は含まれていない。第１フィルタ３１の通過帯域と第２フィルタ３２の通過帯域とは、実質的に重複していない。このため、第１フィルタ３１を通過した第１紫外光４ａの波長成分と、第２フィルタ３２を通過した第２紫外光４ｂの波長成分とは、重複していない。
【００８３】
なお、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２のフィルタ特性は、この例に限らない。例えば、第２フィルタ３２の中心波長である第２波長は、約３７０ｎｍ又はそれ以上でもよい。また、例えば、第１フィルタ３１の帯域幅と第２フィルタ３２の帯域幅とは異なっていてもよい。また、第２フィルタ３２の通過帯域の一部が第１フィルタ３１の通過帯域に重なっていてもよい。
【００８４】
［蛍光体］
蛍光体４０は、光源２０が発した紫外光によって励起されて蛍光を発する。具体的には、図１Ａに示すように、蛍光体４０は、光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第１フィルタ３１とを通過した第１紫外光４ａによって励起されて第１蛍光５ａを発する。図１Ｂに示すように、蛍光体４０は、光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第２フィルタ３２とを通過した第２紫外光４ｂによって励起されて第２蛍光５ｂを発する。第１蛍光５ａ及び第２蛍光５ｂは、紫外光３の波長より長波長の光である。
【００８５】
蛍光体４０は、例えば、紫外光及び可視光を透過する透明なガラス板の内部に分散された複数の蛍光体粒子である。蛍光体４０は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、容器１０の出射窓１２と受光素子５０との間に位置している。なお、蛍光体４０は、当該ガラス板の表面に塗布された樹脂材料に含まれた複数の蛍光体粒子でもよい。あるいは、蛍光体４０は、複数のセラミック粒子（例えば、アルミナなど）と混合されて板状に焼結された複数の蛍光体粒子でもよい。
【００８６】
蛍光体４０が発する蛍光の波長は、蛍光体４０として用いる蛍光体粒子の蛍光特性に依存する。ここでは、一例として、２種類の蛍光体粒子について説明する。
【００８７】
図７Ａ及び図７Ｂは、本実施の形態に係る蛍光体４０の一例による励起光及び蛍光のスペクトルを示す図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、破線が、励起光である紫外光のスペクトルを示し、実線が、可視光である蛍光を示している。
【００８８】
図７Ａには、ＹＰＶ蛍光体（ユーロピウム賦活リン・バナジン酸イットリウム；  Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋）を示している。ＹＰＶ蛍光体は、図７Ａに示すように、３５０ｎｍ以下の紫外光を受けた場合に、約６２０ｎｍにピーク波長を有する蛍光（赤色光）を発する。
【００８９】
図７Ｂには、ＬＡＰ蛍光体（セリウム、テルビウム賦活リン酸ランタン蛍光体；  ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋）を示している。ＬＡＰ蛍光体は、図７Ｂに示すように、３００ｎｍ以下の紫外線を受けた場合に、約５５０ｎｍにピーク波長を有する蛍光（緑色光）を発する。
【００９０】
本実施の形態に係る蛍光体４０としては、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の透過特性に応じて適切な蛍光体粒子を用いることができる。具体的には、蛍光体４０としては、励起光のスペクトルの強度が所定強度以上である波長帯域に第１波長及び第２波長の両方が含まれる蛍光体粒子を用いる。上述したように、例えば、第１波長が２９２ｎｍであり、第２波長が２３５ｎｍであるので、一例として、図７Ａに示すＹＰＶ蛍光体を蛍光体４０として利用することができる。
【００９１】
［受光素子］
受光素子５０は、受光した光に応じた受光信号を出力する。具体的には、受光素子５０は、受光した光を光電変換することで、受光量に応じた電気信号である受光信号を生成する。
【００９２】
本実施の形態では、受光素子５０は、光源２０が発した紫外光３のうち第１フィルタ３１又は第２フィルタ３２を通過した第１紫外光４ａ又は第２紫外光４ｂによって励起された蛍光体４０が発する第１蛍光５ａ又は第２蛍光５ｂを受光する。受光素子５０は、第１蛍光５ａを受光することで第１受光信号を出力し、かつ、第２蛍光５ｂを受光することで第２受光信号を出力する。
【００９３】
第１受光信号は、第１蛍光５ａの受光量に応じた電気信号であり、第１波長を含む第１紫外光４ａに基づく信号である。すなわち、第１受光信号は、機能水２の成分濃度に応じて信号強度が大きく変化する信号（検知用の信号）である。
【００９４】
第２受光信号は、第２蛍光５ｂの受光量に応じた電気信号であり、第２波長を含む第２紫外光４ｂに基づく信号である。すなわち、第２受光信号は、機能水２の成分濃度に応じて信号強度が実質的に変化しない信号（参照用の信号）である。第１受光信号及び第２受光信号は、信号処理回路７０に出力される。
【００９５】
図８は、本実施の形態に係る受光素子５０が生成する受光信号を示す図である。図８において、横軸は時間であり、縦軸は受光信号の信号強度（例えば、電圧レベル）である。
【００９６】
上述したように、受光素子５０には、互いに異なるタイミングで第１蛍光５ａ及び第２蛍光５ｂが入射する。第１蛍光５ａと第２蛍光５ｂとが交互に入射するので、受光素子５０が生成する受光信号の信号強度は、図８に示すように、ＶＤとＶＲとを所定期間毎に繰り返す。なお、ＶＤは、第１蛍光５ａが入射したときの信号強度であり、ＶＲは、第２蛍光５ｂが入射したときの信号強度である。なお、図８では、説明を簡単にするため、照射領域９０が第１フィルタ３１と第２フィルタ３２とを瞬時に切り替わって形成される場合を例に示している。
【００９７】
本実施の形態では、受光素子５０が生成する受光信号を適切なタイミングでサンプリングすることにより、第１受光信号及び第２受光信号を生成する。サンプリング（生成又は出力）のタイミングを図８の下向きの矢印で示している。
【００９８】
本実施の形態では、受光素子５０が第１受光信号及び第２受光信号を生成（又は出力）するタイミングは、フィルタ部３０の回転に同期している。具体的には、サンプリング周期は、フィルタ部３０の回転のスピードに対応しており、一周期は、フィルタ部３０が半回転に要する時間である。すなわち、フィルタ部３０が半回転する度に、第１受光信号及び第２受光信号が交互に生成（又は出力）される。
【００９９】
例えば、図１Ａに示すように、第１フィルタ３１が光源２０と入射窓１１との間に位置しているとき、すなわち、第１フィルタ３１に照射領域９０が形成されているときに、受光素子５０は、第１蛍光５ａを受光して第１受光信号を出力する。図１Ｂに示すように、第２フィルタ３２が光源２０と入射窓１１との間に位置しているとき、すなわち、第２フィルタ３２に照射領域９０が形成されているときに、受光素子５０は、第２蛍光５ｂを受光して第２受光信号を出力する。
【０１００】
受光素子５０は、例えば、可視光領域に感度を有するフォトダイオードなどの光電変換素子である。受光素子５０は、フォトトランジスタなどでもよい。
【０１０１】
［制御回路］
制御回路６０は、光源２０の動作を制御するコントローラである。制御回路６０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。制御回路６０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。
【０１０２】
制御回路６０は、光源２０の点灯及び消灯を制御する。制御回路６０は、例えば、ユーザ指示又はプログラムなどに基づいて所定のタイミングで所定の強度及び波長の紫外光を、光源２０に出射させる。制御回路６０は、光源２０が発する紫外光の強度及び波長の少なくとも一方を変更してもよい。例えば、制御回路６０は、機能水２の種類に基づいて紫外光の強度及び波長を変更してもよい。
【０１０３】
また、制御回路６０は、機能水２の成分濃度の測定結果をフィードバックして光源２０を制御してもよい。例えば、制御回路６０は、受光素子５０によって受光された蛍光の強度が低すぎる場合（すなわち、機能水２の成分濃度が大きすぎる場合）、光源２０が発する紫外光の強度を高くしてもよい。制御回路６０は、受光素子５０によって受光された蛍光の強度が高すぎる場合（すなわち、機能水２の成分濃度が小さすぎる場合）、光源２０が発する紫外光の強度を低くしてもよい。
【０１０４】
本実施の形態では、制御回路６０は、さらに、フィルタ部３０の回転を制御する。具体的には、制御回路６０は、支持部３５を一方向に一定の角速度で回転させる。これにより、照射領域９０が第１フィルタ３１に形成される第１期間と、第２フィルタ３２に形成される第２期間とを略同じ長さにすることができる。これにより、受光素子５０が第１受光信号と第２受光信号とを一定の周期で生成すればよいので、受光素子５０の制御を容易に行うことができ、検出誤差などを抑制することができる。
【０１０５】
［信号処理回路］
信号処理回路７０は、第１受光信号と第２受光信号とを比較することで、成分濃度を算出する。成分濃度の算出の具体的な原理については、後で説明する。
【０１０６】
信号処理回路７０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。信号処理回路７０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。なお、信号処理回路７０は、メモリなどのハードウェア資源を制御回路６０と共用してもよい。
【０１０７】
［記憶部］
記憶部７５は、第１基準信号と第２基準信号との信号比である基準信号比を記憶するメモリである。記憶部７５は、例えば、半導体メモリ又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの不揮発性メモリである。
【０１０８】
第１基準信号は、容器１０に機能水２が入れられていない状態（すなわち、容器１０が空の状態）における第１受光信号に対応する。具体的には、第１基準信号は、光源２０が発した紫外光３のうち、第１フィルタ３１と成分濃度がゼロの状態の機能水２（実質はただの水）が入った容器１０とを通過した第１紫外光によって励起された蛍光体４０が発する第１蛍光を、受光素子５０が受光したときに生成される受光信号である。第１基準信号は、機能水２の成分濃度がゼロである点を除いて第１受光信号と同じ条件で生成された受光信号である。
【０１０９】
第２基準信号は、容器１０が空の状態における第２受光信号に対応する。具体的には、第２基準信号は、光源２０が発した紫外光３のうち、第２フィルタ３２と成分濃度がゼロの状態の機能水２（実質はただの水）が入った容器１０とを通過した第２紫外光によって励起された蛍光体４０が発する第２蛍光を、受光素子５０が受光したときに生成される受光信号である。第２基準信号は、機能水２の成分濃度がゼロである点を除いて第２受光信号と同じ条件で生成された受光信号である。また、機能水２が入れられていない状態にて取得した信号を基準信号としてもよい。
【０１１０】
基準信号比は、例えば、機能水濃度センサ１の製造時の検査工程などにおいて予め算出されて、記憶部７５に記憶されるが、これに限定されない。所定のタイミング（例えば、ユーザによる指示を受け付けたとき）に、容器１０内に成分濃度がゼロの水が入れられた状態で基準信号比を新たに算出することで、記憶部７５に記憶された基準信号比を更新してもよい。また、機能水２が入れられていない状態にて取得した信号を基準信号とし、その比から基準信号比を算出して更新してもよい。
【０１１１】
［成分濃度の測定］
以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１による成分濃度の測定について説明する。
【０１１２】
本実施の形態では、信号処理回路７０は、第１受光信号と第２受光信号との比較結果と、記憶部７５に記憶された基準信号比とを比較することで、成分濃度を算出する。具体的には、信号処理回路７０は、以下の（式３）〜（式５）に基づいて成分濃度を算出する。
【０１１３】
【数２】
2018021872.tif 000004
【０１１４】
ここで、Ｒ０は、機能水２の成分濃度がゼロのときの基準信号比であり、ＶＤ０は、機能水２の成分濃度がゼロのときの第１基準信号の信号強度であり、ＶＲ０は、機能水２の成分濃度がゼロのときの第２基準信号の信号強度である。Ｒは、検知信号比であり、ＶＤは、第１受光信号の信号強度であり、ＶＲは、第２受光信号の信号強度である。なお、信号強度は、例えば、各信号の電圧レベルである。
【０１１５】
Ｒは、実測値に基づいて算出され、Ｒ０、α及びＬは予め定められた定数であるので、（式５）を用いることで、信号処理回路７０は、変数である成分濃度“Ｃ”を算出することができる。
【０１１６】
なお、（式５）は、（式３）及び（式４）と上述したランベルト・ベールの法則（（式１））とに基づいて導出される、成分濃度がゼロのときに１となる規格化信号比である。Ｒ０を右辺の係数として扱うこともできる。具体的には以下の通りである。
【０１１７】
ここで、第１基準信号（ＶＤ０）と第２基準信号（ＶＲ０）とのいずれも機能水の成分濃度がゼロのときの機能水２を通過した紫外光に基づく信号であるので、基準信号比Ｒ０は、第１フィルタ３１の透過率Ｔ１と第２フィルタ３２の透過率Ｔ２との比に相当する。また、検知信号比Ｒは、（ａ）第１フィルタ３１の透過率Ｔ１と機能水２による第１紫外光４ａに対する吸収量に相当する項（（式１）の右辺）と、（ｂ）第２フィルタ３２の透過率Ｔ２と機能水２による第２紫外光４ｂに対する吸収量に相当する項との比に相当する。
【０１１８】
このため、Ｒ／Ｒ０を算出することで、第１フィルタ３１の透過率Ｔ１と第２フィルタ３２の透過率Ｔ２との比を打ち消すことができ、（式５）を導出することができる。言い換えると、第１フィルタ３１と第２フィルタ３２との各々の透過率比に依存せず選択した波長帯で決定される吸光係数αによって機能水成分の濃度を算出できる。このため、上述した条件（ｉ）〜（ｖ）などに基づいて吸光係数αの低下を抑制することにより、検出精度を高めることができる。
【０１１９】
なお、第１フィルタ３１の透過率と第２フィルタ３２の透過率との劣化の影響を考慮に入れなくてもよい場合、又は、これらが同等に劣化する場合などは、信号処理回路７０は、（式４）のみから成分濃度を算出することもできる。
【０１２０】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、機能水２が入れられる容器１０と、第１波長の光及び第２波長の光を含む紫外光３を発する光源２０と、第１波長の光を透過させ、第２波長の光の透過を抑制する第１フィルタ３１と、第２波長の光を透過させ、第１波長の光の透過を抑制する第２フィルタ３２と、（ｉ）光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第１フィルタ３１とを通過した第１紫外光４ａによって励起されて第１蛍光５ａを発し、かつ、（ｉｉ）光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第２フィルタ３２とを通過した第２紫外光４ｂによって励起されて第２蛍光５ｂを発する蛍光体４０と、第１蛍光５ａを受光することで第１受光信号を出力し、かつ、第２蛍光５ｂを受光することで第２受光信号を出力する受光素子５０と、第１受光信号と第２受光信号とを比較することで、機能水２の機能出現成分の濃度を算出する信号処理回路７０とを備え、機能出現成分による第２波長の光の吸収レベルは、機能出現成分による第１波長の光の吸収レベルより小さい。
【０１２１】
これにより、機能水濃度センサ１は、第１受光信号と第２受光信号との比較結果に基づいて、すなわち、第１波長の光と第２波長の光との吸収レベルの相対値（具体的には、（式４）に示す検知信号比）に基づいて、機能水２の成分濃度を算出する。つまり、機能水濃度センサ１は、ある波長の光の吸収レベルの絶対値を用いずに相対値を用いるので、光源２０又は受光素子５０の経年劣化及び容器１０の汚れなどの影響を抑制することができる。
【０１２２】
上述した（式１）に基づいて、第１受光信号の信号強度ＶＤのみからでも、成分濃度を検出することができる。しかしながら、例えば、光源２０などの経年劣化又は容器１０の汚れによって、受光素子５０が受光する光の強度（受光量）が低下することで、信号強度ＶＤも低下する。このため、受光量が低下し、本来の濃度より高い濃度を検出してしまう。
【０１２３】
一方で、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１では、相対値を利用するので、光源２０の経年劣化又は容器１０の汚れの影響は、第１受光信号の信号強度ＶＤ及び第２受光信号の信号強度ＶＲのいずれにも同等に及ぼされる。したがって、（式４）に基づいて、これらの影響が打ち消されられるので、相対値の変化を抑制することができる。したがって、機能水濃度センサ１は、メンテナンスを行わなくても長期間にわたって高い検出精度を実現することができる。
【０１２４】
また、蛍光体４０を利用することで、受光素子５０は、紫外光に対して感度を有しなくてもよい。例えば、蛍光体４０が可視光領域の蛍光を発する場合には、受光素子５０として、可視光領域に感度を有する汎用のフォトダイオードなどを利用することができる。したがって、機能水濃度センサ１を安価で実現することができる。
【０１２５】
また、例えば、機能出現成分による第２波長の光の吸収レベルは、機能出現成分による第１波長の光の吸収レベルの９／１０以下である。
【０１２６】
これにより、第１波長の光の吸収レベルと第２波長の光の吸収レベルとの差が成分検出を可能とするうえで十分に大きいので、第１受光信号の変化分に対して第２受光信号の変化分を十分に小さくすることができる。したがって、光源２０の出力を大きくすることなく、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができるので、成分濃度の検出精度を高めることができる。
【０１２７】
また、例えば、第２波長は、機能出現成分の吸光スペクトルにおいて吸収レベルが実質的に０になる波長である。
【０１２８】
これにより、第２紫外光４ｂは、機能水２によって実質的に吸収されないので、機能水２の通過前後で、その強度が実質的に等しい。したがって、規格化信号比に基づく吸光係数を最大にできるので、成分濃度の検出精度を高めることができる。
【０１２９】
また、例えば、第１波長は、機能出現成分の吸光スペクトルにおいて吸収レベルが極大になる波長である。
【０１３０】
これにより、第１波長の光の吸収レベルと第２波長の光の吸収レベルとの差を十分に大きくすることができるので、第１受光信号の変化分に対して第２受光信号の変化分を十分に小さくすることができる。したがって、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができるので、成分濃度の検出精度を高めることができる。
【０１３１】
また、例えば、第１蛍光５ａ及び第２蛍光５ｂは、紫外光３の波長より長波長の光であり、光源２０は、第１波長及び第２波長のうち小さい方の波長から、蛍光体４０を励起可能な波長帯域の最大波長までの光を含む紫外光３を発するブロードな光源である。例えば、光源２０は、所定のガスが封入された封入管２１を有する放電ランプである。
【０１３２】
これにより、広い範囲の波長領域において十分な強度の紫外光を光源２０が発するので、第１波長に対してＳ／Ｎ比が大きくなるような波長を第２波長として選択することができる。つまり、第２波長としての選択可能な波長領域が広いので、第２フィルタ３２の設計などが容易になり、機能水濃度センサ１を安価で実現することができる。
【０１３３】
また、例えば、機能水濃度センサ１は、さらに、光源２０から受光素子５０に至る光路上に、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２が互いに時間排他的に位置するように、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を可動に支持する支持部３５を備える。
【０１３４】
これにより、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を可動式にすることで、例えば、第１受光信号と第２受光信号とで、光源２０から受光素子５０に至るまでの光路を共通にすることができる。つまり、第１受光信号と第２受光信号とで同一の光学系を利用することで、経年劣化などの影響を抑制することができる。したがって、成分濃度の検出精度を高めることができる。
【０１３５】
また、例えば、機能水濃度センサ１は、さらに、容器１０に機能水２が入れられていない状態における第１受光信号及び第２受光信号の各々に対応する第１基準信号と第２基準信号との信号比である基準信号比を記憶する記憶部７５を備え、信号処理回路７０は、第１受光信号と第２受光信号との比較結果と、基準信号比とを比較することで、成分濃度を算出する。
【０１３６】
これにより、光源２０及び受光素子５０などの経年劣化だけでなく、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の劣化及び汚れの付着などの影響も抑制することができる。したがって、成分濃度の検出精度を一層高めることができる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、第１受光信号及び第２受光信号を時分割で生成するので、光源２０、蛍光体４０及び受光素子５０をそれぞれ１つのみ備えればよい。したがって、機能水濃度センサ１の小型化及び軽量化を実現することができる。
【０１３８】
［変形例］
以下では、実施の形態１の変形例について説明する。
【０１３９】
実施の形態１では、光源２０が放電ランプである例について示したが、これに限らない。本変形例では、光源２０の変形例について図９を用いて説明する。
【０１４０】
図９は、本変形例に係る機能水濃度センサ１０１の構成を示す断面図である。図９に示すように、機能水濃度センサ１０１は、図１Ａ及び図１Ｂに示す機能水濃度センサ１と比較して、光源２０の代わりに光源１２０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略又は簡略化する。
【０１４１】
光源１２０は、図９に示すように、紫外光３を発する火花放電を起こす２つの電極１２２を備える。２つの電極１２２は、例えば、銅、タングステンなどの金属材料を主成分とする金属電極である。２つの電極１２２は、大気中に露出して配置されている。２つの電極１２２に所定の高圧電圧が印加された場合に、２つの電極１２２間で火花放電が発生する。火花放電による発光（火花）が紫外光３に相当する。
【０１４２】
火花放電による発光（紫外光３）のスペクトルには、大気成分の輝線が生じるものの、実施の形態１に係る放電ランプの場合と同様に、ブロードな基底レベルを持つ。したがって、実施の形態１と同様に、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、成分濃度の検知精度を高めることができる。
【０１４３】
このように、本変形例に係る機能水濃度センサ１０１では、例えば、光源１２０は、紫外光３を発する火花放電を起こす２つの電極１２２を備える。
【０１４４】
これにより、光源１２０の構成を簡素化することができる。具体的には、光源１２０は、放電用の２つの電極１２２のみを備えればよく、機能水濃度センサ１０１の軽量化及び低コスト化を実現することができる。
【０１４５】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１４６】
実施の形態１及びその変形例では、フィルタ部３０が回転ホイール機構を有する例について示したが、フィルタ部３０の構成はこれに限らない。本実施の形態では、フィルタ部の別の構成について説明する。
【０１４７】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２０１の構成を示す断面図である。実施の形態１と同様に、図１０Ａ及び図１０Ｂはそれぞれ、機能水濃度センサ２０１の動作期間内における互いに異なるタイミング（時刻ｔ１及び時刻ｔ２）の構成を示している。
【０１４８】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、機能水濃度センサ２０１は、図１Ａ及び図１Ｂに示す機能水濃度センサ１と比較して、フィルタ部３０の代わりにフィルタ部２３０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略又は簡略化する。
【０１４９】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、フィルタ部２３０は、第１フィルタ２３１と、第２フィルタ２３２と、支持部２３５とを備える。本実施の形態では、第１フィルタ２３１、第２フィルタ２３２及び支持部２３５の機能はそれぞれ、実施の形態１に係る第１フィルタ３１、第２フィルタ３２及び支持部３５と同じである。例えば、第１フィルタ２３１の透過特性は第１フィルタ３１と同じであり、第２フィルタ２３２の透過特性は第２フィルタ３２と同じである。
【０１５０】
第１フィルタ２３１及び第２フィルタ２３２は、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２と比較して、その形状が相違する。具体的には、第１フィルタ２３１及び第２フィルタ２３２はそれぞれ、平面視形状が略矩形の板状のフィルタである。
【０１５１】
支持部２３５は、例えば、柱状の軸体である。支持部２３５は、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２とを支持する。このとき、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２との相対的な位置関係は固定である。例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２とは、互いのなす角度が略９０°になるように支持部２３５に固定されている。
【０１５２】
支持部２３５は、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２とを揺動させる。具体的には、支持部２３５は、反復回動運動を行う。具体的には、支持部２３５は、軸方向（図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて紙面垂直方向）から見た場合に、所定の搖動角（例えば、９０°以上）で時計回りと反時計回りとに回動を繰り返す。これにより、支持部２３５は、紫外光３の光路上に位置するフィルタを、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２とで反復的に切り替えることができる。すなわち、実施の形態１と同様に、第１フィルタ２３１と第２フィルタ２３２とは、紫外光３の光路上に時間排他的に位置する。
【０１５３】
具体的には、図１０Ａに示すように、時刻ｔ１では、第１フィルタ２３１が光路上に位置し、第１フィルタ２３１に照射領域９０（図示せず）が形成される。また、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ２では、第２フィルタ２３２が光路上に位置し、第２フィルタ２３２に照射領域９０（図示せず）が形成される。
【０１５４】
これにより、実施の形態１と同様に、受光素子５０は、時分割で第１受光信号及び第２受光信号を生成（又は出力）することができる。したがって、信号処理回路７０は、実施の形態１と同様の効果を奏し、成分濃度を算出することができる。
【０１５５】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。
【０１５６】
実施の形態１及び２などでは、可動式のフィルタ部３０などを利用することで、１つの受光素子５０が第１受光信号と第２受光信号とを時分割で生成した。これに対して、本実施の形態では、２つの受光素子が空間分割により第１受光信号と第２受光信号とを生成する。
【０１５７】
図１１は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３０１の構成を示す断面図である。図１１に示すように、機能水濃度センサ３０１は、図１Ａに示す機能水濃度センサ１と比較して、フィルタ部３０、蛍光体４０、受光素子５０及び信号処理回路７０の代わりに、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２、第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２、第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２、並びに、信号処理回路３７０を備える点が相違する。また、機能水濃度センサ３０１は、さらに、第１反射板３８１及び第２反射板３８２を備える。
【０１５８】
本実施の形態では、図１１に示すように、光源２０から発せられた紫外光３は、空間的に２つに分割される。具体的には、紫外光３は、第１フィルタ３３１を通過した第１紫外光４ａと、第２フィルタ３３２を通過した第２紫外光４ｂとに、第１反射板３８１及び第２反射板３８２によって分割される。
【０１５９】
第１紫外光４ａが第１蛍光体３４１に照射されることで、第１蛍光体３４１は、第１蛍光５ａを発する。第１蛍光５ａが第１受光素子３５１によって受光され、第１受光素子３５１は、第１受光信号を生成する。また、第２紫外光４ｂが第２蛍光体３４２に照射されることで、第２蛍光５ｂを発する。第２蛍光５ｂが第２受光素子３５２によって受光され、第２受光素子３５２は、第２受光信号を生成する。ここで、第１蛍光体３４１は、第１受光素子３５１の上面に配置しているが空間的に分離していてもよく、第２蛍光体３４２についても同様である。
【０１６０】
また、反射板３８１及び３８２の代わりに第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２を配置し、反射した第１蛍光５ａ及び第２蛍光５ｂを第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２で受光するようにしてもよい。
【０１６１】
このように、本実施の形態では、空間分割により第１受光信号及び第２受光信号を同時に生成する。信号処理回路３７０は、第１受光信号及び第２受光信号を取得することで、上述した（式５）などに基づいて機能水２の成分濃度を算出する。
【０１６２】
以下、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３０１の各構成要素について説明する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点についての説明は省略又は簡略化する。
【０１６３】
［フィルタ部］
機能水濃度センサ３０１のフィルタ部は、第１フィルタ３３１と、第２フィルタ３３２とを備える。第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２はそれぞれ、実施の形態１に係る第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２と機能は同じであり、その配置及び形状が相違する。
【０１６４】
第１フィルタ３３１は、光源２０と第１蛍光体３４１との間に配置されている。具体的には、第１フィルタ３３１は、光源２０から第１蛍光体３４１に至る紫外光の光路上に配置されている。本実施の形態では、図１１に示すように、第１フィルタ３３１は、容器１０の出射窓１２と第１反射板３８１との間に配置されている。なお、第１フィルタ３３１は、第１反射板３８１と第１蛍光体３４１との間に配置されていてもよい。
【０１６５】
第２フィルタ３３２は、光源２０と第２蛍光体３４２との間に配置されている。具体的には、第２フィルタ３３２は、光源２０から第２蛍光体３４２に至る紫外光の光路上に配置されている。本実施の形態では、図１１に示すように、第２フィルタ３３２は、容器１０の出射窓１２と第２反射板３８２との間に配置されている。なお、第２フィルタ３３２は、第２反射板３８２と第２蛍光体３４２との間に配置されていてもよい。
【０１６６】
図１２は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３０１の第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２の正面図である。
【０１６７】
図１１及び図１２に示すように、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２は、光源２０が発した紫外光３であって、容器１０に入れられる機能水２を通過した紫外光３である入射光の進行方向に直交する平面内で並んで配置されている。具体的には、図１２に示すように、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２は、平面視において、互いに連続して配置されている。
【０１６８】
第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２への入射光は、第１フィルタ３３１と第２フィルタ３３２とに略均等な面積で入射する。具体的には、図１２に示すように、照射領域９０は、第１フィルタ３３１と第２フィルタ３３２との両方に重なるように形成される。照射領域９０のうち第１フィルタ３３１に形成される領域（上半円）と、照射領域９０のうち第２フィルタ３３２に形成される領域（下半円）との面積が略等しくなる。例えば、第１フィルタ３３１と第２フィルタ３３２との境界を光源２０の光軸が通過するように、第１フィルタ３３１と第２フィルタ３３２は配置される。
【０１６９】
第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２の平面視形状は、図１２に示すように、例えば半円形であるが、これに限らない。第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２の平面視形状は、正方形、長方形などでもよい。また、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２は、連続せずに離れて配置されていてもよい。
【０１７０】
［蛍光体］
機能水濃度センサ３０１の蛍光体は、第１蛍光体３４１と、第２蛍光体３４２とを備える。第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２は、実施の形態１に係る蛍光体４０と同じ機能を有する。具体的には、第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２はそれぞれ、光源２０が発した紫外光によって励起されて蛍光を発する。
【０１７１】
本実施の形態では、第１蛍光体３４１は、光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第１フィルタ３３１とを通過した第１紫外光４ａによって励起されて第１蛍光５ａを発する。第２蛍光体３４２は、光源２０が発した紫外光３のうち、容器１０に入れられる機能水２と第２フィルタ３３２とを通過した第２紫外光４ｂによって励起されて第２蛍光５ｂを発する。
【０１７２】
第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２は、互いに同じ構成を有し、例えばＬＡＰ蛍光体であるが、これに限らない。第１蛍光体３４１と第２蛍光体３４２とは、互いに異なる蛍光体粒子を含有していてもよい。
【０１７３】
図１１に示すように、第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２は、互いに異なる位置に配置されている。具体的には、第１蛍光体３４１は、第１紫外光４ａの光路上に配置されている。例えば、第１蛍光体３４１は、第１反射板３８１と第１受光素子３５１との間に配置されている。本実施の形態では、第１蛍光体３４１は、第１受光素子３５１の受光面上に配置されている。第２蛍光体３４２は、第２紫外光４ｂの光路上に配置されている。例えば、第２蛍光体３４２は、第２反射板３８２と第２受光素子３５２との間に配置されている。本実施の形態では、第２蛍光体３４２は、第２受光素子３５２の受光面上に配置されている。
【０１７４】
［受光素子］
機能水濃度センサ３０１の受光素子は、第１受光素子３５１と、第２受光素子３５２とを備える。第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２は、実施の形態１に係る受光素子５０と同じ機能を有する。具体的には、第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２はそれぞれ、受光した光に応じた受光信号を出力する。
【０１７５】
本実施の形態では、第１受光素子３５１は、第１蛍光５ａを受光することで第１受光信号を出力する。第２受光素子３５２は、第２蛍光５ｂを受光することで第２受光信号を出力する。
【０１７６】
第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２は、互いに同じ構成を有し、例えば、可視光領域に感度を有するフォトダイオードなどの光電変換素子であるが、これに限らない。第１受光素子３５１と第２受光素子３５２とは、互いに異なる領域に感度を有してもよい。
【０１７７】
［信号処理回路］
信号処理回路３７０は、第１受光信号と第２受光信号とを比較することで、成分濃度を算出する。成分濃度の算出の具体的な原理については、実施の形態１で説明した通りである。
【０１７８】
本実施の形態では、第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２の各々から、第１受光信号及び第２受光信号を同時に取得することができる。したがって、実施の形態１の場合に比べて短期間で成分濃度の算出を行うことができる。
【０１７９】
信号処理回路３７０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。信号処理回路３７０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。なお、信号処理回路３７０は、メモリなどのハードウェア資源を制御回路６０と共用してもよい。
【０１８０】
［反射板］
機能水濃度センサ３０１の反射板は、第１反射板３８１及び第２反射板３８２を備える。第１反射板３８１及び第２反射板３８２は、紫外光３を２つに分割する。
【０１８１】
本実施の形態では、第１反射板３８１は、第１フィルタ３３１を通過した第１紫外光４ａを第１蛍光体３４１に向けて反射する。例えば、第１反射板３８１は、第１紫外光４ａの入射角が４５°になるように配置されている。
【０１８２】
第２反射板３８２は、第２フィルタ３３２を通過した第２紫外光４ｂを第２蛍光体３４２に向けて反射する。例えば、第２反射板３８２は、第２紫外光４ｂの入射角が４５°になるように配置されている。
【０１８３】
具体的には、第１反射板３８１及び第２反射板３８２は、前方端（光源２０側の端部）で互いに接続されている。当該前方端と、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２の接続部（照射領域９０の略中心）と、出射窓１２と、入射窓１１と、光源２０とが略同一直線上に配置されている。なお、第１反射板３８１及び第２反射板３８２の配置及び姿勢は、これらに限定されない。
【０１８４】
第１反射板３８１及び第２反射板３８２はそれぞれ、紫外光を鏡面反射する。例えば、第１反射板３８１及び第２反射板３８２は、アルミニウムなどの金属材料から構成された金属板、又は、表面に金属蒸着膜などの反射膜が形成された樹脂製の板材などである。第１反射板３８１及び第２反射板３８２は、別体で形成されているが、一体に形成されていてもよい。また、第１反射板３８１及び第２反射板３８２の少なくとも一方は設けられていなくてもよい。
【０１８５】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３０１では、例えば、蛍光体は、第１紫外光４ａによって励起されて第１蛍光５ａを発する第１蛍光体３４１と、第１蛍光体３４１とは異なる位置に配置され、第２紫外光４ｂによって励起されて第２蛍光５ｂを発する第２蛍光体３４２とを備え、受光素子は、第１蛍光５ａを受光することで第１受光信号を出力する第１受光素子３５１と、第２蛍光５ｂを受光することで第２受光信号を出力する第２受光素子３５２とを備え、第１フィルタ３３１は、光源２０と第１蛍光体３４１との間に配置され、第２フィルタ３３２は、光源２０と第２蛍光体３４２との間に配置されている。
【０１８６】
これにより、実施の形態１に係る支持部３５などのような機械的な部品が必要とされないので、部品の故障、及び、機械的な振動などの影響を抑制することができる。例えば、振動による光学系のずれなどを抑制することができ、検出精度の劣化を抑制することができる。
【０１８７】
また、例えば、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２は、光源２０が発した紫外光３であって、容器１０に入れられる機能水２を通過した紫外光３である入射光の進行方向に直交する平面内で並んで配置され、入射光は、第１フィルタ３３１と第２フィルタ３３２とに略均等な面積で入射する。
【０１８８】
これにより、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２への入射光の入射量を略均等にすることができる。したがって、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２のいずれか一方への入射量が極端に少なくなる場合などを防ぐことができるので、成分濃度の検出精度を高めることができる。
【０１８９】
なお、本実施の形態では、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２が出射窓１２と第１反射板３８１及び第２反射板３８２との間に配置されているので、第１フィルタ３３１を通過した第１紫外光４ａと第２フィルタ３３２を通過した第２紫外光４ｂとを効果的に分割することができる。なお、実施の形態１などと同様に、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２は、光源２０と入射窓１１との間に配置されていてもよい。
【０１９０】
また、本実施の形態では、第１反射板３８１及び第２反射板３８２によって第１紫外光４ａ及び第２紫外光４ｂの進行方向を変更することができるので、第１蛍光体３４１及び第２蛍光体３４２、並びに、第１受光素子３５１及び第２受光素子３５２の配置などを変更することができる。すなわち、機能水濃度センサ３０１内の構成要素の配置の設計の自由度を高めることができる。
【０１９１】
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４について説明する。
【０１９２】
実施の形態３では、第１反射板３８１及び第２反射板３８２を用いて紫外光を空間分割したが、空間分割の手法はこれに限らない。本実施の形態では、紫外光の空間分割にビームスプリッタを利用する例について説明する。
【０１９３】
図１３は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ４０１の構成を示す断面図である。図１３に示すように、機能水濃度センサ４０１は、図１１に示す機能水濃度センサ３０１と比較して、第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２と、第１反射板３８１及び第２反射板３８２との代わりに、第１フィルタ４３１及び第２フィルタ４３２と、ビームスプリッタ４８０とを備える点が相違する。また、第２蛍光体３４２と、第２受光素子３５２との配置も相違する。以下では、実施の形態３との相違点を中心に説明し、共通点についての説明は省略又は簡略化する。
【０１９４】
［フィルタ部］
機能水濃度センサ４０１のフィルタ部は、第１フィルタ４３１と、第２フィルタ４３２とを備える。第１フィルタ４３１及び第２フィルタ４３２はそれぞれ、実施の形態３に係る第１フィルタ３３１及び第２フィルタ３３２と機能は同じであり、その配置が相違する。
【０１９５】
第１フィルタ４３１は、ビームスプリッタ４８０と第１蛍光体３４１との間に配置されている。第２フィルタ４３２は、ビームスプリッタ４８０と第２蛍光体３４２との間に配置されている。第１フィルタ４３１及び第２フィルタ４３２は、例えば、実施の形態２に係る第１フィルタ２３１及び第２フィルタ２３２と同様に、平面視形状が略矩形の板状のフィルタであるが、これに限らない。
【０１９６】
［ビームスプリッタ］
ビームスプリッタ４８０は、光源２０が発した紫外光３であって、容器１０に入れられる機能水２を通過した紫外光３を、第１紫外光４ａと第２紫外光４ｂとに分離する。本実施の形態では、ビームスプリッタ４８０は、例えばハーフミラーであり、紫外光３の一部を第１紫外光４ａとして反射し、残りを第２紫外光４ｂとして透過させる。ビームスプリッタ４８０は、入射光を１：１で分割する。すなわち、反射光である第１紫外光４ａの強度と、透過光である第２紫外光４ｂの強度とが略等しくなる。なお、ビームスプリッタ４８０による紫外光３の分割比は、１：１に限らず、透過光及び反射光の一方の光量が他方の光量より多くてもよい。
【０１９７】
ビームスプリッタ４８０は、図１３に示すように、光源２０、入射窓１１及び出射窓１２を結ぶ直線上に配置されている。具体的には、ビームスプリッタ４８０は、光源２０の光軸上に位置している。これにより、ビームスプリッタ４８０には、十分な強度の紫外光３が入射される。
【０１９８】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ４０１は、例えば、さらに、光源２０が発した紫外光３であって、容器１０に入れられる機能水２を通過した紫外光３を、第１紫外光４ａと第２紫外光４ｂとに分離するビームスプリッタ４８０を備え、第１フィルタ４３１は、ビームスプリッタ４８０と第１蛍光体３４１との間に配置され、第２フィルタ４３２は、ビームスプリッタ４８０と第２蛍光体３４２との間に配置されている。
【０１９９】
これにより、実施の形態１に係る支持部３５などのような機械的な部品が必要とされないので、実施の形態３と同様に、部品の故障、及び、機械的な振動などの影響を抑制することができる。例えば、振動による光学系のずれなどを抑制することができ、検出精度の劣化を抑制することができる。
【０２００】
（その他）
以上、本発明に係る機能水濃度センサについて、上記の実施の形態などに基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０２０１】
例えば、上記の実施の形態１では、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２が別部材として構成されている例について示したが、これに限らない。第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２は、紫外光の透過特性を変更可能な１つのフィルタ部材によって実現されてもよい。例えば、静電式ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型のフィルタを第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２として用いることができる。
【０２０２】
この場合、例えば、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２は、光源２０から蛍光体４０に至る光路上の所定の位置に固定されていてもよい。すなわち、機能水濃度センサ１は、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を可変に支持する支持部３５を備えなくてもよい。
【０２０３】
また、例えば、上記の実施の形態１又は２では、フィルタ部３０又は２３０が光源２０と容器１０との間に位置している例について示したが、実施の形態３又は４と同様に、フィルタ部３０又は２３０は、容器１０と蛍光体４０との間に位置していてもよい。すなわち、光源２０が発した紫外光３は、第１フィルタ３１又は２３１、及び、第２フィルタ３２又は２３２のいずれか一方と、機能水２とのいずれを先に通過させてもよい。
【０２０４】
また、上記の各実施の形態において、制御回路６０又は信号処理回路７０などは、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、これらに適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。これらは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【０２０５】
なお、本発明は、機能水濃度センサとして実現できるだけでなく、機能水濃度センサの制御回路６０又は信号処理回路７０などが行う処理をステップとして含むプログラム、及び、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体として実現することもできる。
【０２０６】
つまり、上述した包括的又は具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０２０７】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０２０８】
１、１０１、２０１、３０１、４０１  機能水濃度センサ
２  機能水
３  紫外光
４ａ  第１紫外光
４ｂ  第２紫外光
５ａ  第１蛍光
５ｂ  第２蛍光
１０  容器
２０  光源（放電ランプ）
２１  封入管
２２、１２２  電極
３１、２３１、３３１、４３１  第１フィルタ
３２、２３２、３３２、４３２  第２フィルタ
３５、２３５  支持部
４０  蛍光体
５０  受光素子
７０、３７０  信号処理回路
７５  記憶部
１２０  光源
３４１  第１蛍光体
３４２  第２蛍光体
３５１  第１受光素子
３５２  第２受光素子
４８０  ビームスプリッタ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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