(57)【要約】      （修正有）【課題】気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる粒子検出センサ及び粒子検出方法を提供する。【解決手段】粒子検出センサ１は、気体に浮遊する粒子２が通過する検知領域ＤＡに光を出力する投光素子１２１と、粒子２による投光素子１２１からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子１３１と、受光素子１３１が出力した信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部７１とを備える。また、信号処理部７１は、閾値である、少なくとも第１閾値と第２閾値とを設ける。そして、信号処理部７１は、信号が示す波形と第１閾値と第２閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。【選択図】図３
2019045197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力する投光素子と、
粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記受光素子が出力した前記信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記閾値である、少なくとも第１閾値と第２閾値とを設け、
前記信号が示す波形と前記第１閾値と前記第２閾値とに基づいて、前記信号のピーク値を推定する
粒子検出センサ。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第１閾値の第１交点と、前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第２閾値の第２交点とから、前記第２交点に対する前記第１交点の変化の割合を算出し、又は、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第１閾値の第３交点と、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第２閾値の第４交点とから、前記第４交点に対する前記第３交点の変化の割合を算出し、
前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第１閾値の第１交点と、前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第２閾値の第２交点とから、前記第２交点に対する前記第１交点の変化の割合を算出し、及び、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第１閾値の第３交点と、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第２閾値の第４交点とから、前記第４交点に対する前記第３交点の変化の割合を算出し、
各々の前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項４】
前記信号処理部は、
前記第１閾値での前記信号の波形幅と、前記第２閾値での前記信号の波形幅とを計数し、
前記第１閾値と第２閾値との差分値と、前記第１閾値の波形幅と前記第２閾値の波形幅との差分値とから、前記信号の変化の割合を算出し、
前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項５】
前記第１閾値での前記信号の波形幅は、前記第２閾値での前記信号の波形幅と異なっている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項６】
前記第２閾値は、前記第１閾値の７０％以下の値である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子検出センサ。
【請求項７】
気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力し、
出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、
受光素子が受光した前記信号の波形幅を計数する第１閾値及び第２閾値であって、前記信号が示す波形、前記第１閾値及び前記第２閾値に基づいて、前記信号のピーク値を推定する
粒子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子検出センサ及び粒子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光手段によって測定領域に光を照射し、空気中に含まれる粒子からの散乱光を受光手段により受光し、かつ、受光手段からの出力をデジタルパルスに変換して出力する粒子計数用センサと、デジタルパルスのパルス幅に基づいて粒子数を計数する計数手段とを備えた粒子計数装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
これによれば、デジタルパルスのパルス幅に基づいて、測定領域を通過した粒子数を計数することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２６１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の粒子検出センサでは、大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下では、粒子を検出する誤差が大きくなり、粒子の検出精度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本開示は、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる粒子検出センサ及び粒子検出方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子検出センサは、気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力する投光素子と、粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子と、前記受光素子が出力した前記信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記閾値である、少なくとも第１閾値と第２閾値とを設け、前記信号が示す波形と前記第１閾値と前記第２閾値とに基づいて、前記信号のピーク値を推定する。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る粒子検出方法は、気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力し、出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、受光素子が受光した前記信号の波形幅を計数する第１閾値及び第２閾値であって、前記信号が示す波形、前記第１閾値及び前記第２閾値に基づいて、前記信号のピーク値を推定する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る粒子検出センサの概観斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る粒子検出センサの分解斜視図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線における実施の形態１に係る粒子検出センサの断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る粒子検出センサの筐体内部を示す斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る粒子検出センサを示すブロック図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態１に係る粒子検出センサの受光素子が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態１に係る粒子検出センサの受光素子が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る粒子検出センサの動作を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態１に係る粒子検出センサの受光素子が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態１に係る粒子検出センサの受光素子が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい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、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示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。
【００１２】
また、「略＊＊」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
【００１３】
なお、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。また、各図において、実質的に同一の構成に対し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】
以下、本開示の実施の形態に係る粒子検出センサについて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
［構成］
まず、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の概要について説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の概観斜視図である。図２は、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線における実施の形態１に係る粒子検出センサ１の断面図である。図４は、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の筐体１０内部を示す斜視図である。図５は、実施の形態１に係る粒子検出センサ１を示すブロック図である。
【００１７】
受光系１３０から投光系１２０への並び方向をＸ軸プラス方向と規定し、加熱装置６０が発生させる上昇気流の方向をＹ軸プラス方向と規定し、Ｘ軸プラス方向及びＹ軸プラス方向と直交する背面カバー１１０から前面カバー１００への並び方向をＺ軸プラス方向と規定し、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向を表示する。図１に示す各方向は、図２に示す各方向に対応させて表示する。Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向を表示していない図を除き、図２以降の図においても、同様である。
【００１８】
図１〜図４に示すように、本実施の形態では、粒子検出センサ１は、光散乱式粒子検出センサであるが、光電式粒子検出センサであってもよい。粒子検出センサ１は、光学系２０が筐体１０内の検知領域ＤＡに光を照射し、検知領域ＤＡを通過する粒子２による光の散乱光を受光することで、粒子２の有無を検出する。また、粒子検出センサ１は、粒子２の有無に限らず、粒子２の個数、大きさ、形等を検出する。なお、粒子検出センサ１が検出の対象とする粒子２は、例えば、２μｍ以下の微小なホコリ、花粉、煙、ＰＭ２．５等の粒子である。
【００１９】
粒子検出センサ１は、筐体１０と、筐体１０の内部に配置された光学系２０と、ホコリ抑制壁３０と、光トラップ４０と、光トラップ５０と、加熱装置６０と、回路基板７０と、コネクタ８０と、シールドカバー９０と、シールドカバー９１とを備える。
【００２０】
［筐体］
図１及び図３に示すように、筐体１０は、光学系２０及び検知領域ＤＡを覆う、扁平な略直方体状である。筐体１０は、粒子検出センサ１の本体部であり、内部には、検知領域ＤＡ、光学系２０、ホコリ抑制壁３０、光トラップ４０、光トラップ５０及び加熱装置６０を収容している。
【００２１】
筐体１０は、矩形の４つの角のうち対角に位置する２つの角が斜めになった略七角形を底面とする角柱形状である。なお、筐体１０の形状は一例であって、これに限らない。例えば、筐体１０は、底面が矩形の直方体でもよく、あるいは、底面が円形の円柱でもよい。
【００２２】
筐体１０は、光学系２０及び検知領域ＤＡに外光が照射されないように、光学系２０及び検知領域ＤＡを覆っている。筐体１０は、遮光性を有する。例えば、筐体１０は、迷光を吸収させるために、少なくとも内面が黒色である。具体的には、筐体１０の内面は、光の吸収率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体１０の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。
【００２３】
ここで、迷光は、粒子２による散乱光以外の光であり、具体的には、投光系１２０が出力する光のうち検知領域ＤＡにおいて粒子２に散乱されることなく、筐体１０内を進行する光である。また、迷光は、粒子２によって散乱されなかった光だけでなく、投光系１２０のレンズ表面での反射光、及び、検知領域ＤＡを通過しない光等も含む。また、迷光は、筐体１０の外部から流入口１０１又は流出口１０２を介して筐体１０の内部に進入した外光も含む。
【００２４】
本実施の形態では、筐体１０は、前面カバー１００と、背面カバー１１０との２つの部材によって構成される。筐体１０は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料を用いた射出成形により形成される。具体的には、前面カバー１００及び背面カバー１１０の各々が、樹脂材料を用いた射出成形により形成された後、互いに組み合わされることで筐体１０を構成する。このとき、例えば、黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体１０の内面を黒色面にすることができる。あるいは、射出成形後に内面に黒色塗料を塗布することで、筐体１０の内面を黒色面にすることができる。また、筐体１０の内面にシボ加工等の表面処理を行うことによって、迷光を吸収させてもよい。
【００２５】
筐体１０は、内部に粒子２が流入するための流入口１０１と、内部に流入した粒子２が外部に流出するための流出口１０２とを有する。本実施の形態では、図３の太点線の矢印で示すように、粒子２を含む気体が流入口１０１から流入し、検知領域ＤＡを含む筐体１０の内部を通って流出口１０２から流出する。
【００２６】
流入口１０１は、筐体１０のＹ軸マイナス方向側の面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子２を含む気体が筐体１０の内部に流入する。例えば、流入口１０１は、円形又は楕円形等の開口でもよい。
【００２７】
本実施の形態では、流入口１０１は、図４に示すように、検知領域ＤＡの直下方向には設けられておらず、前面カバー１００下のＸ軸マイナス方向側の隅に設けられている。これにより、流入口１０１から進入する外光が検知領域ＤＡに照射されにくくなり、また、迷光として受光素子１３１に入射されるのを抑制する。
【００２８】
流出口１０２は、筐体１０の側面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子２を含む気体が筐体１０の外部に流出する。例えば、流出口１０２は、円形又は楕円形等の開口でもよい。流出口１０２の大きさは、例えば、流入口１０１と略同じである。本実施の形態では、流出口１０２は、検知領域ＤＡのＹ軸プラス方向であって、前面カバー１００のＸ軸方向の中央部分に設けられている。加熱装置６０によって生成された気流をスムーズに流出口１０２から外部に放出する。
【００２９】
なお、流入口１０１及び流出口１０２は、筐体１０の前面カバー１００に設けたが、これに限らない。
【００３０】
筐体１０には、ホコリ抑制壁３０、光トラップ４０及び光トラップ５０の各々を構成するための内部構造が設けられている。具体的には、前面カバー１００は、内面１００ａの底面から立設した壁１０３を有する。また、背面カバー１１０は、内面１１０ａから立設した壁１１１を有する。壁１０３と壁１１１とが、ホコリ抑制壁３０を形成する。
【００３１】
図２及び図４に示すように、背面カバー１１０は、筐体１０のＺ軸マイナス方向側に配置されている。背面カバー１１０は、さらに、内面１１０ａから立設した光反射壁１１２、光反射壁１１３、光反射壁１１４及び複数の楔形突出部１１５を有する。光反射壁１１２は、壁１１１とともに光トラップ４０を形成する。光反射壁１１３、光反射壁１１４及び複数の楔形突出部１１５は、光トラップ５０を形成する。
【００３２】
前面カバー１００は、筐体１０のＺ軸プラス方向側に配置されている。前面カバー１００は、投光系保持部１０４と、受光系保持部１０５とを有する。同様に、背面カバー１１０は、投光系保持部１１６と、受光系保持部１１７とを有する。投光系保持部１０４及び投光系保持部１１６は、前面カバー１００と背面カバー１１０とが組み合わされた場合に、投光系１２０を保持する。受光系保持部１０５及び受光系保持部１１７は、前面カバー１００と背面カバー１１０とが組み合わされた場合に、受光系１３０を保持する。これにより、投光系１２０及び受光系１３０は、予め定められた場所に検知領域ＤＡを形成する。
【００３３】
前面カバー１００は、係止部１０６及び係止部１０７を有する。また、背面カバー１１０は、被係止部１１８及び被係止部１１９を有する。前面カバー１００と背面カバー１１０とを組み合わせることで、係止部１０６が被係止部１１８に係止し、係止部１０７が被係止部１１９に係止する。これにより、前面カバー１００と背面カバー１１０とは固定される。なお、係止部１０６及び係止部１０７並びに被係止部１１８及び被係止部１１９の設ける位置、個数及び形状等は、いかなるものでもよい。
【００３４】
図１及び図３に示すように、筐体１０のＹ軸プラス方向側の部分には、さらに、掃除窓１０８が設けられている。具体的には、掃除窓１０８は、前面カバー１００の中央部に設けられた台形状の貫通孔である。掃除窓１０８は、投光レンズ１２２、受光レンズ１３２及び筐体１０の内部に付着した汚れ又はホコリを取り除くために設けられている。例えば、掃除窓１０８から綿棒等を筐体１０の内部に挿入することで、内部の掃除を行うことができる。掃除窓１０８は、粒子検出センサ１を動作させる際には、掃除窓１０８を介して外光が検知領域ＤＡに照射されないように、図示しないカバー部材によって蓋がされる。
【００３５】
本実施の形態において、壁１０３、投光系保持部１０４、受光系保持部１０５、係止部１０６及び係止部１０７は、前面カバー１００と一体に形成されている。また、壁１１１、光反射壁１１２、光反射壁１１３、光反射壁１１４、複数の楔形突出部１１５、投光系保持部１１６、受光系保持部１１７、被係止部１１８及び被係止部１１９は、背面カバー１１０と一体に形成されている。
【００３６】
［光学系］
光学系２０は、流入口１０１を介して筐体１０内に流入し、かつ、筐体１０に覆われた検知領域ＤＡを通過する粒子２を光学的に検出する。本実施の形態では、光学系２０は、検知領域ＤＡを通過する粒子２を、投光系１２０が出力する光を用いて検出する。光学系２０は、筐体１０の背面カバー１１０に配置されて、前面カバー１００によって挟まれることで、筐体１０の内部に収納されている。
【００３７】
本実施の形態では、光学系２０は、投光系１２０及び受光系１３０を有する。投光系１２０と受光系１３０とは、光軸Ｐ及び光軸Ｑが交差するように、筐体１０に覆われた検知領域ＤＡの両側に配置されている。
【００３８】
ここでいう検知領域ＤＡは、測定対象の気体に含まれる粒子２を検知するための領域である。本実施の形態では、検知領域ＤＡは、投光系１２０の光軸Ｐと受光系１３０の光軸Ｑとが交差する交点を含む領域である。検知領域ＤＡは、例えば、φ２ｍｍである。測定対象の気体は、筐体１０の流入口１０１から流入し、検知領域ＤＡに誘導された後、流出口１０２から流出する。
【００３９】
投光系１２０は、検知領域ＤＡに集光するように光を出力する。投光系１２０は、投光素子１２１と、投光レンズ１２２とを備える。
【００４０】
投光素子１２１は、所定の波長の光を発する光源であり、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子１２１の光軸は、投光系１２０の光軸Ｐに一致し、例えば、検知領域ＤＡを通過する。
【００４１】
投光素子１２１としては、紫外光、青色光、緑色光、赤色光又は赤外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子１２１は、２波長以上の混合波を発するように構成されてもよい。本実施の形態では、粒子２による光の散乱強度に鑑みて、投光素子１２１として、例えば、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を出力する砲弾型のＬＥＤを用いる。
【００４２】
なお、投光素子１２１の発光波長が短い程、粒径の小さな粒子２を検出しやすくなる。また、投光素子１２１の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子１２１から出射する光は、ＤＣ駆動による連続光等でもよい。また、投光素子１２１の出力の大きさは、時間的に変化させてもよい。
【００４３】
投光レンズ１２２は、投光素子１２１の前方に配置されており、投光素子１２１から出射する光を検知領域ＤＡに向けて進行させるように構成されている。つまり、投光素子１２１から出射する光は、投光レンズ１２２を介して検知領域ＤＡを通過する。検知領域ＤＡを通過する粒子２が投光素子１２１からの光を散乱させる。
【００４４】
投光レンズ１２２は、例えば、投光素子１２１から出射する光を検知領域ＤＡに集束させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、投光レンズ１２２の焦点は、検知領域ＤＡに存在する。
【００４５】
受光系１３０は、受光素子１３１と、受光レンズ１３２とを備える。
【００４６】
受光系１３０は、検知領域ＤＡにおける粒子２による投光系１２０からの光の散乱光を受光する。なお、図３では、太実線の矢印で光の経路の一例を示している。受光系１３０は、受光素子１３１と、受光レンズ１３２とを備える。
【００４７】
受光素子１３１は、検知領域ＤＡにおける粒子２による投光素子１２１からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子１３１は、具体的には、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、フォトダイオード、フォトＩＣダイオード、フォトトランジスタ又は光電子増倍管等である。受光素子１３１の光軸は、受光系１３０の光軸Ｑに一致し、例えば、検知領域ＤＡを通過する。
【００４８】
受光レンズ１３２は、受光素子１３１と検知領域ＤＡとの間に配置されており、検知領域ＤＡ側から入射する光を受光素子１３１に集光するように構成されている。具体的には、受光レンズ１３２は、検知領域ＤＡにおいて粒子２による散乱光を、受光素子１３１に集束させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、受光レンズ１３２の焦点は、検知領域ＤＡ及び受光素子１３１の表面に存在する。
【００４９】
［ホコリ抑制壁］
ホコリ抑制壁３０は、流入口１０１と検知領域ＤＡとの間に設けられた壁であって、粒子２より大きいホコリが検知領域ＤＡに進入するのを抑制する。ここで、検知領域ＤＡへの進入を抑制すべき対象となるホコリは、例えば、２μｍ以上の粒子である。
【００５０】
また、ホコリ抑制壁３０は、流入口１０１と光トラップ４０との間に設けられた壁であって、気体が光トラップ４０に進入しないように気体を誘導する気体誘導壁である。
【００５１】
ホコリ抑制壁３０は、図４に示すように、筐体１０の内部において、加熱装置６０より流入口１０１に近い位置に設けられている。具体的には、ホコリ抑制壁３０の少なくとも一部は、流入口１０１の縁に沿って設けられている。本実施の形態では、流入口１０１は略矩形の開口であり、ホコリ抑制壁３０の少なくとも一部は、当該開口に沿って設けられている。
【００５２】
また、ホコリ抑制壁３０の少なくとも一部は、加熱装置６０が生成する気流に交差する方向と平行に設けられている。加熱装置６０は気体を加熱することで上昇気流を生成するので、ホコリ抑制壁３０の少なくとも一部は、上昇気流に直交する方向に平行に設けられている。
【００５３】
また、ホコリ抑制壁３０は、流入口１０１の幅より長い。ここで、流入口１０１の幅は、気体が流れる方向に交差する方向における幅である。具体的には、流入口１０１の幅は、加熱装置６０によって生成される上昇気流に交差する方向における幅であり、例えば、Ｘ軸方向における幅である。これにより、流入口１０１から進入する外光が検知領域ＤＡを照射するのを抑制する。なお、ホコリ抑制壁３０は、遮光性を有する。
【００５４】
また、ホコリ抑制壁３０は、光トラップ４０の幅より長い。これにより、ホコリ抑制壁３０は、気体が光トラップ４０に進入するのを抑制する。光トラップ４０の幅は、ホコリ抑制壁３０の主面に平行な方向において、光トラップ４０の開口から奥までの距離である。例えば、光トラップ４０の幅は、背面カバー１１０のＸ軸マイナス方向側の側面部と光反射壁１１２の先端との距離である。
【００５５】
本実施の形態では、ホコリ抑制壁３０は、内面１００ａから立設した壁１０３と、内面１１０ａから立設した壁１１１とを有する。壁１０３と壁１１１とは、互いに接している。具体的には、壁１０３及び壁１１１は、ＸＺ面で互いに接している。なお、内面１００ａ及び内面１１０ａは、筐体１０が有する内面であって、互いに対向する２つの内面である。具体的には、内面１００ａは、前面カバー１００の内側の面であり、内面１１０ａは、背面カバー１１０の内側の面である。
【００５６】
壁１０３は、流入口１０１の縁に沿って設けられている。壁１１１は、図２に示すように、流入口１０１の近傍に設けられている。具体的には、壁１１１は、壁１０３に沿って設けられており、直線形状を有する。本実施の形態では、壁１１１は、背面カバー１１０のＺ軸マイナス方向側の背面部及び背面カバー１１０のＸ軸マイナス方向側の側面部の各々から垂直に立設した平板状の壁である。言い換えると、壁１１１は、Ｘ軸方向において、一方の端部は背面カバー１１０のＸ軸マイナス方向側の側面部に接続され、他方の端部は、筐体１０のいずれの内面にも接続されていない。
【００５７】
前面カバー１００と背面カバー１１０とを組み合わせた際に壁１０３と壁１１１とが重なることで、壁１０３及び壁１１１をＹ軸方向に見た場合に隙間をなくしている。これにより、ホコリ抑制壁３０は、ホコリ及び外光が検知領域ＤＡに進入するのを抑制する。
【００５８】
なお、壁１１１の立設方向であるＺ軸方向における先端は、前面カバー１００と背面カバー１１０とを組み合わせた際に、前面カバー１００の内面１００ａに当接し、隙間が形成されないように設計されていてもよい。
【００５９】
［光トラップ］
光トラップ４０は、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを通った光をトラップする。具体的には、光トラップ４０は、内部に一旦入射した光が外部に出射しないように吸収する。本実施の形態では、光トラップ４０は、ラビリンス構造として楔形の閉空間を有する。
【００６０】
光トラップ４０は、検知領域ＤＡを介して投光系１２０と対向する位置に設けられている。具体的には、光トラップ４０は、複数の閉空間４１及び閉空間４３と、複数の開口部４２及び４４と、光反射壁１１２と、ホコリ抑制壁３０とを有する。光トラップ４０は、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを通った光を、光反射壁１１２で分割してからトラップする。
【００６１】
ここで、複数の開口部４２及び４４は、検知領域ＤＡに向かって開口しており、投光系１２０から出力された光が直接通過する。具体的には、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを通過した後に広がった光の略全ては、筐体１０の内面及び内部構造等に反射されることなく、開口部４２及び４４を通過する。開口部４２には、光軸Ｐが通過している。
【００６２】
閉空間４１は、筐体１０の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間４１には、迷光が入射するための開口部４２が設けられている。なお、光反射壁１１２の端部と受光系保持部１０５及び１１７との間が開口部４２に相当する。
【００６３】
開口部４２を介して、閉空間４１と検知領域ＤＡとは連通している。つまり、検知領域ＤＡを通過した光の一部は、開口部４２を介して閉空間４１へ進入する。進入した光は、閉空間４１内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
【００６４】
閉空間４３は、筐体１０の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間４３には、迷光が入射するための開口部４４が設けられている。なお、光反射壁１１２の端部とホコリ抑制壁３０の端部との間が開口部４４に相当する。
【００６５】
開口部４４を介して、閉空間４３と検知領域ＤＡとは連通している。つまり、検知領域ＤＡを通過した光の一部は、開口部４４を介して閉空間４３へ進入する。入射した光は、閉空間４３内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
【００６６】
光反射壁１１２は、屈曲した壁である。光反射壁１１２は、開口部４２を通過した光を反射することで、当該光を閉空間４１の奥部に進行させる。さらに、光反射壁１１２は、開口部４４を通過した光を反射することで、当該光を閉空間４３に進行させる。
【００６７】
以上の構成により、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを通過した光の一部は、開口部４２を通過し、光反射壁１１２によって反射されて閉空間４１に進行する。また、出射光の別の一部は、開口部４４を通過し、ホコリ抑制壁３０によって反射されて閉空間４３に進行する。閉空間４１及び４３に進行した光は、反射の度に壁面に吸収されて減衰する。
【００６８】
光トラップ５０は、光トラップ４０にトラップされない光をトラップする。例えば、光トラップ５０は、投光系１２０から出力されて検知領域ＤＡを通らない漏れ光、及び、光トラップ４０に一旦入射したものの再び光トラップ４０から出射された光等をトラップする。
【００６９】
光トラップ５０は、検知領域ＤＡを介して受光系１３０と対向する位置に設けられている。光トラップ５０は、閉空間５１と、開口部５２と、光反射壁１１３と、光反射壁１１４と、複数の楔形突出部１１５とを有するラビリンス構造である。
【００７０】
閉空間５１は、筐体１０の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間５１には、検知領域ＤＡに向かって開口した開口部５２が設けられている。開口部５２は、受光系１３０の光軸Ｑと交差している。光反射壁１１３の端部と光反射壁１１４の端部との間が開口部５２に相当する。閉空間５１は、開口部５２を介して、閉空間５１と検知領域ＤＡとは連通している。つまり、閉空間５１から開口部５２を介して光が出射された場合、検知領域ＤＡを通って受光系１３０に到達する可能性がある。このため、光トラップ５０は、開口部５２を介して閉空間５１に進入した光が、再び開口部５２を介して出射されないように形成されている。
【００７１】
光反射壁１１３は、複数の楔形突出部１１５の突出方向に交差し、かつ、受光系１３０の光軸Ｑと略平行に配置されている。光反射壁１１３は、例えば平板状の壁であり、背面カバー１１０の内面１１０ａから立設している。光反射壁１１３は、投光系１２０から出力されて筐体１０の内面で反射された光を、複数の楔形突出部１１５に向けて反射する。例えば、光反射壁１１３は、開口部５２を略水平方向に通過する光を、複数の楔形突出部１１５に向けて反射する。
【００７２】
光反射壁１１４は、投光系１２０から出射されて光トラップ４０にトラップされなかった迷光を反射する。光反射壁１１４は、Ｙ軸方向における一方の端部がＹ軸マイナス方向側の側面部に接続され、他方の端部が筐体１０のいずれの内面にも接続されていない。当該他方の端部が検知領域ＤＡに向かうように、光反射壁１１４は設けられている。本実施の形態では、光反射壁１１４は、屈曲した壁である。
【００７３】
また、光反射壁１１４は、ホコリ抑制壁３０によって誘導された気体を検知領域ＤＡに向けて誘導する気体誘導壁である。また、光反射壁１１４は、流入口１０１と光トラップ５０との間に設けられた壁であり、ホコリ抑制壁３０によって誘導された気体が光トラップ５０に進入しないように誘導する。このとき、光反射壁１１４が検知領域ＤＡを指すように配置されているので、気体を検知領域ＤＡに向けて効率良く誘導する。
【００７４】
複数の楔形突出部１１５は、閉空間５１に設けられ、筐体１０の側面から内方に向かって突出した楔形の壁である。複数の楔形突出部１１５は、閉空間５１内において、背面カバー１１０の内面１１０ａから立設している。
【００７５】
本実施の形態では、複数の楔形突出部１１５の各々の突出方向は、受光系１３０の光軸Ｑに交差している。突出方向は、例えば、楔形の先端からＹ軸マイナス方向側の筐体１０の側面である底辺への中線の方向である。
【００７６】
［加熱装置］
加熱装置６０は、流入口１０１から流入した粒子２を含む気体を、検知領域ＤＡを通るように筐体１０内に気流を生成する。本実施の形態では、加熱装置６０は、筐体１０の下部に配置されて、大気を加熱するヒータである。具体的には、加熱装置６０は、粒子２を含む気体を加熱することで、図３に示すように、筐体１０内にＹ軸プラス方向への気体の流れである上昇気流を生成し、検知領域ＤＡに粒子２を含む気体を誘導する。加熱装置６０は、例えば、低コストのヒータ抵抗である。なお、太点線の矢印は気流の一例を示している。
【００７７】
［回路基板］
図３及び図５に示すように、回路基板７０は、粒子検出センサ１の制御回路が形成されたプリント配線基板である。制御回路は、例えば、投光系１２０による光の出力、受光系１３０によって受光した光信号に基づく電気信号の処理、加熱装置６０による気体の加熱等の処理を制御する。例えば、制御回路は、粒子２の有無、大きさ及び個数等を検出し、コネクタ８０を介して外部装置に信号を出力する。
【００７８】
回路基板７０は、信号処理部７１を有する。
【００７９】
信号処理部７１は、Ａ／Ｄ変換器及びノイズフィルタを有する回路等を用いて構成されている。信号処理部７１は、受光素子１３１から出力されるアナログ信号からノイズを除去した信号をデジタル信号に変換する。
【００８０】
信号処理部７１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）あるいはマイクロプロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリを備えるコンピュータシステムで実現してもよい。この場合、メモリには、粒子数、粒子径等の算出を行うためのコンピュータプログラムが記憶されている。ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、粒子数、粒子径等の算出を行うことができる。信号処理部７１は、信号を用いて大気中に浮遊する粒子径、粒子数等を推定する。
【００８１】
受光素子１３１が出力した信号のピーク値を、信号処理部７１が推定する方法について、説明する。
【００８２】
図６Ａは、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の受光素子１３１が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。図６Ａでは、一例として、ある信号が示す波形を実線で示す。図６Ａは、回路基板７０に実装されているＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。図６Ｂでは、ある信号が示す波形を実線で示す。図６Ａ及び図６Ｂでは、横軸の時間と縦軸の電圧との関係を示している。
【００８３】
信号処理部７１は、閾値である、少なくとも第１閾値ｔ１と第２閾値ｔ２とを設ける。第１閾値ｔ１は第２閾値ｔ２よりも大きい閾値である。信号処理部７１は、信号が示す波形、第１閾値ｔ１及び第２閾値ｔ２に基づいて、信号のピーク値を推定する。
【００８４】
具体的には、図６Ａに示すように、信号処理部７１は、第１閾値をｔ１とし、第２閾値ｔ２をｔ２として設定する。第１閾値ｔ１と実線の立ち上がり部との第１交点をＰａ１とし、第２閾値ｔ２と実線の立ち上がり部との第２交点をＰｂ１とし、第１閾値ｔ１と実線の立ち下がり部との第３交点をＰａ２とし、第２閾値ｔ２と実線の立ち下がり部との第４交点をＰｂ２とする。この場合において、信号処理部７１は、例えば、信号が示す波形の立ち上がり部分の交点Ｐａ１及び交点Ｐｂ１から、交点Ｐａ１及び交点Ｐｂ１における変化の割合を算出する。
【００８５】
具体的には、第１交点Ｐａ１と第２交点Ｐｂ１とを例に挙げると、信号処理部７１は、第１交点Ｐａ１での時間と、第２交点Ｐｂ１での時間との時間の差分値を算出する。また、信号処理部７１は、第１交点Ｐａ１での電圧と、第２交点Ｐｂ１での電圧との電圧の差分値を算出する。これらの時間の差分値と電圧の差分値とから、交点Ｐａ１及び交点Ｐｂ１における、時間に対する信号強度の変化の割合を算出する。また、第３交点Ｐａ２と第４交点Ｐｂ２においても同様である。変化の割合は、図６Ａにおける勾配を意味する。
【００８６】
信号処理部７１は、交点Ｐｂ１に対する交点Ｐａ１の変化の割合と、交点Ｐｂ２に対する交点Ｐａ２の変化の割合とから信号が示す波形のピーク値Ｐｘ１を推定する。
【００８７】
信号処理部７１は、第１閾値ｔ１での信号の波形幅と、第２閾値ｔ２での信号の波形幅とを計数する。つまり、信号処理部７１は、交点Ｐａ１と交点Ｐａ２との第１の波形幅、及び、交点Ｐｂ１と交点Ｐｂ２との第２の波形幅を割り出し、第１の波形幅と第２の波形幅とから、粒子数を推定する。
【００８８】
具体的には、信号処理部７１は、検知領域ＤＡを通過した際に受光素子１３１から出力された信号を、信号処理部７１の変換回路が矩形波からなるデジタル波形に変換する。例えば、ここで、１つの粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合と、２つの粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合とでは、受光素子１３１が検知した信号に差異が生じる。この場合に、信号の波高は大きく変わり、第１の波形幅を変換した矩形波、及び第２の波形幅を変換した矩形波の数にも差異が生じる。この差異により、粒子数を推定する。
【００８９】
例を挙げると、１つの粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合の第１の波形幅及び第２の波形幅は、２つの粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合の第１の波形幅及び第２の波形幅よりも小さくなることが知られている。例えば、０．３μｍの２個の粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合の波形幅は、１μｍの１個の粒子２が検知領域ＤＡを通過した場合の波形幅よりも大きいことが知られている。このため、この１μｍの粒子２が通過した場合の波形幅より大きな波形幅を検出した場合には、２個の粒子２が検知領域ＤＡを通過したと計数する。
【００９０】
信号処理部７１は、波形幅に相当する矩形波の数と、その矩形波の数に相当する粒子数との関係を示すデータテーブルを内蔵した記憶部であるＲＡＭ等を有することで実現する。
【００９１】
また、第１閾値ｔ１の波形幅と第２閾値ｔ２の波形幅とは、異なっている。第１閾値ｔ１の波形幅と第２閾値ｔ２の波形幅とが同一であれば、信号のピーク値が無限となり、ピーク値を推定することができないからである。
【００９２】
また、信号処理部７１は、ピーク値Ｐｘ１から粒子径を推定する。検知領域ＤＡを通過した粒子径は、受光素子１３１から出力された信号が示す波形の波高値であるピーク値Ｐｘ１により判断できる。つまり、信号処理部７１は、粒子２の粒子径が大きいほど、ピーク値が大きい。信号処理部７１は、ピーク値Ｐｘ１を推定することで、ピーク値Ｐｘ１から粒子径の大きさを推定する。なお、信号処理部７１への基準電圧値の設定を変更することにより、大きな粒子径の粒子２を検出することができる。
【００９３】
信号処理部７１は、第１閾値ｔ１及び第２閾値ｔ２の他に、閾値である第３閾値を設けてもよい。また、閾値は、このように２つ又は３つに限定されず、４つ以上を設定してもよい。この場合において、受光素子１３１が出力した信号からピーク値を推定する方法について、図６Ｂを用いて説明する。
【００９４】
図６Ｂは、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の受光素子１３１が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。図６Ｂでは、ある信号が示す波形を実線で示す。図６Ｂでは、横軸の時間と縦軸の電圧との関係を示している。
【００９５】
信号処理部７１は、閾値である、第１閾値ｔ１と第２閾値ｔ２と第３閾値とを設けてもよい。第１閾値ｔ１は最も大きい閾値である。第２閾値ｔ２は、第３閾値よりも大きい。信号処理部７１は、信号が示す波形、第１閾値ｔ１、第２閾値ｔ２及び第３閾値に基づいて、信号のピーク値を推定してもよい。
【００９６】
具体的には、図６Ｂに示すように、信号処理部７１は、さらに第３閾値をｔ３として設定してもよい。さらに、第３閾値ｔ３と実線との交点をＰｄ１、Ｐｄ２としてもよい。この場合において、信号処理部７１は、例えば、信号が示す波形の立ち上がり部分の第１交点Ｐａ１、第２交点Ｐｂ１及び交点Ｐｄ１から、第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐｂ１における、時間に対する信号強度の変化の割合、及び、第２交点Ｐｂ１と交点Ｐｄ１とにおける、時間に対する信号強度の変化の割合をそれぞれ算出してもよい。同様に、信号処理部７１は、例えば、信号が示す波形の立ち下がり部分の第３交点Ｐａ２、第４交点Ｐｂ２及び交点Ｐｄ２から、第３交点Ｐａ２及び第４交点Ｐｂ２における変化の割合、及び、第４交点Ｐｂ２と交点Ｐｄ２とにおける変化の割合をそれぞれ算出してもよい。変化の割合は、図６Ｂにおける勾配を意味する。
【００９７】
信号処理部７１は、第２交点Ｐｂ１に対する第１交点Ｐａ１の変化の割合、交点Ｐｄ１に対する第２交点Ｐｂ１の変化の割合、第４交点Ｐｂ２に対する第３交点Ｐａ２の変化の割合、交点Ｐｄ２に対する第４交点Ｐｂ２の変化の割合から、信号が示す波形のピーク値Ｐｘ２を推定してもよい。
【００９８】
信号処理部７１が処理した信号は、外部機器に出力する。外部機器は、例えば空気清浄機に備えられている制御部である。制御部は、空気清浄機の動作制御を行う。制御部は、例えば、空気清浄機が自動運転に設定されている場合に、信号処理部７１から出力される信号に応じて風量の調節等を行う。また、制御部は、空気清浄機の筐体に設けられた図示しない表示部に、現在の風量、ハウスダストの検出の有無等を示す表示を行わせるように構成してもよい。
【００９９】
回路基板７０は、例えば、矩形の平板であり、一方の主面に筐体１０が固定されている。他方の主面には、制御回路を構成する１つ又は複数の回路素子が実装されている。なお、投光素子１２１、受光素子１３１及び加熱装置６０の各々の電極端子は、筐体１０の背面カバー１１０及び回路基板７０を貫通し、回路基板７０の裏面にはんだ付けされている。これにより、投光素子１２１、受光素子１３１及び加熱装置６０の各々は、制御回路に電気的に接続されて、制御回路によって動作が制御される。
【０１００】
複数の回路素子は、例えば、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード又はトランジスタ等を含む。複数の回路素子の１つである電解コンデンサ７７は、回路基板７０の表面に設けられ、筐体１０内に配置されている。
【０１０１】
［コネクタ］
図２で示されるように、コネクタ８０は、粒子検出センサ１の回路基板７０と、外部の制御回路又は電源回路とを接続するためのコネクタである。コネクタ８０は、回路基板７０の裏面に実装されている。例えば、粒子検出センサ１は、コネクタ８０を介して外部から電力が供給されて動作する。
【０１０２】
［シールドカバー］
シールドカバー９０は、外部ノイズから制御回路を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー９０は、回路基板７０の裏面側に取り付けられている。
【０１０３】
シールドカバー９１は、外部ノイズから受光系１３０の受光素子１３１を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー９１は、筐体１０のＸ軸マイナス方向側の面、Ｙ軸プラス方向側の面及びＺ軸プラス方向側の面の一部であって、内部に受光素子１３１が配置された部分を覆っている。
【０１０４】
なお、シールドカバー９０及びシールドカバー９１は、例えば、半田付け等で容易に接続ができるブリキ等から構成される。
【０１０５】
［動作］
次に、本実施の形態における粒子検出センサ１の動作について説明する。
【０１０６】
図７は、実施の形態１に係る粒子検出センサ１の動作を示すフローチャートである。
【０１０７】
図７に示すように、まず、粒子検出センサ１の投光素子１２１は、光を出力する（Ｓ１）。これにより、投光レンズ１２２は、投光素子１２１から出射する光を検知領域ＤＡに集束させる。投光レンズ１２２の焦点は、検知領域ＤＡに存在する。検知領域ＤＡを通過する粒子２は、投光素子１２１からの光を散乱させる。
【０１０８】
次に、粒子検出センサ１の受光素子１３１は、検知領域ＤＡにおける粒子２による投光素子１２１からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子１３１は、受光レンズ１３２によって集束された散乱光を受光する。受光素子１３１は、散乱光を受光して信号を出力する（Ｓ２）。
【０１０９】
次に、信号処理部７１は、信号が示す波形と第１閾値と第２閾値とに基づいて、図６Ａで示す、第１閾値と信号が示す波形との第１交点及び第２交点と、第２閾値と信号が示す波形との第３交点及び第４交点とを算出する。信号処理部７１は、第２交点に対する第１交点の変化の割合を算出し、かつ、第４交点に対する第３交点の変化の割合を算出する（Ｓ３）。
【０１１０】
次に、信号処理部７１は、ステップＳ３で算出した変化の割合から、受光素子１３１が出力した信号のピーク値を推定する（Ｓ４）。
【０１１１】
次に、信号処理部７１は、ステップＳ４で推定したピーク値から、粒子径及び粒子数を推定する（Ｓ５）。そして、粒子検出センサ１は、この処理を終了する。
【０１１２】
［作用効果］
次に、本実施の形態における粒子検出センサ１及び粒子検出方法の作用効果について説明する。
【０１１３】
上述したように、本実施の形態に係る粒子検出センサ１は、気体に浮遊する粒子２が通過する検知領域ＤＡに光を出力する投光素子１２１と、粒子２による投光素子１２１からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子１３１と、受光素子１３１が出力した信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部７１とを備える。また、信号処理部７１は、閾値である、少なくとも第１閾値と第２閾値とを設ける。そして、信号処理部７１は、信号が示す波形と第１閾値と第２閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。
【０１１４】
これによれば、信号処理部７１は、受光素子１３１が出力した信号の波形幅を計数する第１閾値と第２閾値とを設ける。また、信号処理部７１は、信号が示す波形と第１閾値と第２閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。つまり、大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下では、粒子検出センサがオーバーレンジしても信号のピーク値を推定することができる。また、この環境下では、信号のピーク値を精度よく検出するための分解能を上げたりすることもなく信号のピーク値を推定することもできる。
【０１１５】
したがって、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子２が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる。このため、信号の波形幅から気体中に浮遊する粒子２の粒子数を算出し、信号のピーク値から粒子径を算出すること等ができる。
【０１１６】
特に、この粒子検出センサ１では、粒子の大きな粒子を検出するために、粒子検出センサ１が検出する粒子のレンジを大きくすることもなく、分解能を上げる必要もないため、粒子検出センサ１に搭載される回路コストが増加することもない。このため、この粒子検出センサ１では、製造コストが高騰化し難い。
【０１１７】
また、本実施の形態に係る粒子検出方法は、気体に浮遊する粒子２が通過する検知領域ＤＡに光を出力し、出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、受光素子１３１が受光した信号の波形幅を計数する第１閾値及び第２閾値であって、信号が示す波形、第１閾値及び第２閾値に基づいて、信号のピーク値を推定する。
【０１１８】
この粒子検出方法においても、上述と同様の作用効果を奏する。
【０１１９】
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ１において、信号処理部７１は、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第１閾値の第１交点と、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第２閾値の第２交点とから、第２交点に対する第１交点の変化の割合を算出し、及び、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第１閾値の第３交点と、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第２閾値の第４交点とから、第４交点に対する第３交点の変化の割合を算出する。そして、信号処理部７１は、各々の変化の割合から信号のピーク値を推定する。
【０１２０】
これによれば、信号が示す波形の立ち上がり部分での第１交点及び第２交点、及び、信号が示す波形の立ち下がり部分での第３交点及び第４交点を算出する。信号処理部７１は、第２交点に対する第１交点の変化の割合、及び、第４交点に対する第３交点の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部７１は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
【０１２１】
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ１において、第１閾値での信号の波形幅は、第２閾値での信号の波形幅と異なっている。
【０１２２】
これによれば、第１閾値での信号の波形幅が第２閾値での信号の波形幅と異なっているため、信号のピーク値をより確実に行うことができる。
【０１２３】
（実施の形態１の変形例）
本変形例に係る変形例１について説明する。
【０１２４】
本変形例では、信号が示す波形の立ち上がり部分における第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐａ２、又は、立ち下がり部分における第３交点Ｐｂ１及び第４交点Ｐｂ２の２つの交点から、信号のピーク値を推定する点で実施の形態１と異なっている。また、本実施の形態の粒子検出センサ１は、特に明記しない場合は、実施の形態１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【０１２５】
信号処理部７１は、第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐａ２、又は、第３交点Ｐｂ１及び第４交点Ｐｂ２から信号のピーク値を推定する。具体的には、第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐａ２を例にあげると、第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐａ２を計数した各々の時間から、信号のピーク値が存在する時間を推定する。例えば、第１交点Ｐａ１及び第２交点Ｐａ２を計数した各々の時間と信号のピーク値との関係を示すデータテーブルにより、信号のピーク値が存在する時間を推定する。このようなデータテーブルは、ＲＡＭ等の記憶部に内蔵されていてもよい。
【０１２６】
このような、本変形例に係る粒子検出センサ１において、信号処理部７１は、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第１閾値の第１交点と、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第２閾値の第２交点とから、第２交点に対する第１交点の変化の割合を算出し、又は、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第１閾値の第３交点と、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第２閾値の第４交点とから、第４交点に対する第３交点の変化の割合を算出する。そして、信号処理部７１は、変化の割合から信号のピーク値を推定する。
【０１２７】
これによれば、信号処理部７１は、信号が示す波形の立ち上がり部分での第１交点及び第２交点、又は、信号が示す波形の立ち下がり部分での第３交点及び第４交点を算出する。信号処理部７１は、第２交点に対する第１交点の変化の割合、又は、第４交点に対する第３交点の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部７１は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
【０１２８】
本変形例における他の作用効果についても、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【０１２９】
（実施の形態２）
［構成］
本実施の形態に係る粒子検出センサ１の構成について説明する。
【０１３０】
本実施の形態では、隣り合う２つの閾値である、第１閾値と第２閾値との閾値間の比率が７０％以下である点で実施の形態１と異なっている。また、本実施の形態の粒子検出センサ１は、特に明記しない場合は、実施の形態１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【０１３１】
隣り合う２つの閾値である第１閾値と第２閾値とにおいて、信号処理部７１は、第２閾値を第１閾値の７０％以下の値に設定する。なお、第３閾値が存在する場合、信号処理部７１は、第３閾値を第２閾値の７０％以下の値に設定する。第３閾値以降の第４閾値が存在する場合も同様である。
【０１３２】
この場合において、第２閾値を第１閾値の７０％以下とする理由について、図８Ａ及び図８Ｂの実験結果を用いて説明する。
【０１３３】
図８Ａは、実施の形態２に係る粒子検出センサ１の受光素子１３１が受光した信号が示す波形の図である。図８Ｂは、実施の形態２に係る粒子検出センサ１の受光素子１３１が受光した信号が示す波形において、閾値間の比率を変更した場合のピーク値を示す説明図である。
【０１３４】
図８Ａに示すように、粒子検出センサ１の受光素子１３１が受光した信号のピーク値は、１８４．９ｍＶである。このような信号が示す波形において、図８Ｂでは、第１閾値ｔ１と第２閾値ｔ２との閾値間の比率を、９０％、８０％、７０％、６０％と変更した場合のグラフを示す。図８Ｂの太実線は、図８Ａでの信号のピーク値１８４．９ｍＶを示している。
【０１３５】
図８Ｂで示すように、閾値間の比率が低下するほど、実際の信号のピーク値１８４．９ｍＶに近づいていることが判る。第１閾値ｔ１と第２閾値ｔ２との閾値間の比率が７０％以下では、ピーク値１８４．９ｍＶとの誤差が１割にも満たないため、誤差が小さく、精度よく信号のピーク値を推定することができていると考えられる。これにより、第２閾値ｔ２を第１閾値ｔ１の７０％以下とした。
【０１３６】
［作用効果］
次に、本実施の形態における粒子検出センサ１の作用効果について説明する。
【０１３７】
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ１において、第２閾値は、第１閾値の７０％以下の値である。
【０１３８】
これによれば、第２閾値が第１閾値の７０％以下の値であるため、信号が示す波形、第１閾値及び第２閾値に基づいて、信号のピーク値をより正確に推定することができる。
【０１３９】
本実施の形態における他の作用効果についても、実施の形態１等と同様の作用効果を奏する。
【０１４０】
（その他変形例等）
以上、本発明について、実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例に限定されるものではない。
【０１４１】
例えば、上記実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例において、信号処理部は、第１閾値での信号の波形幅と、第２閾値での信号の波形幅とを計数してもよい。また、信号処理部は、第１閾値と第２閾値との差分値と、第１閾値の波形幅と第２閾値の波形幅との差分値とから、信号の変化の割合を算出してもよい。そして、信号処理部は、第１閾値と第２閾値との差分値と、第１閾値の波形幅と第２閾値の波形幅との差分値とから、信号の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
【０１４２】
また、上記実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例において、粒子検出センサは、煙感知器、空気清浄機、換気扇、エアコン等の家電機器に搭載されてもよい。
【０１４３】
また、上記実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例に係る粒子検出センサに含まれる各処理部は典型的に集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【０１４４】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０１４５】
なお、上記各実施の形態１、２において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素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。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリ等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。
【０１４６】
また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の実施の形態は例示された数字に制限されない。
【０１４７】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【０１４８】
また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本開示を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
【０１４９】
その他、実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例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実施の形態１、２及び実施の形態１の変形例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】
【０１５０】
１  粒子検出センサ
２  粒子
７１  信号処理部
１２１  投光素子
１３１  受光素子
ＤＡ  検知領域
【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６Ａ】
2019045197.tif 000008
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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