(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して光を発し、当該対象物からの反射光に基づいて前記対象物の乾燥度を検出する乾燥度センサであって、
水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを前記対象物に向けて発する発光部と、
前記第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタと、
前記第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタと、
前記対象物によって反射され、前記第一バンドパスフィルタを透過した前記検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、
前記対象物によって反射され、前記第二バンドパスフィルタを透過した前記参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、
前記第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて前記対象物の乾燥度を検出する演算処理部と、を備え、
光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、
前記第一波長帯の中心波長と、前記第二波長帯の中心波長とは、前記対象物をなす複数の素材候補のそれぞれで、前記信号比の変化が得られる組み合わせであって、各素材候補における前記第一波長帯の中心波長での吸光度と、前記第二波長帯の中心波長での吸光度との差分が全体として最も小さくなるように、
前記第一波長帯の中心波長は、１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択され、
前記第二波長帯の中心波長は、１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されており、
前記演算処理部は、前記信号比の変化率と前記乾燥度との関係を示す検量線に基づいて、前記信号比を前記乾燥度に変換し、
前記対象物の乾燥時における重量をＷ１とし、前記対象物が含有する水分量をＷ２としたときの乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で示され、
前記第一電気信号をＳ１、前記第二電気信号をＳ２としたときの前記信号比Ｒは、Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２で示され、
前記乾燥度が１００％である場合の前記第一電気信号をｓ１、前記第二電気信号をｓ２としたときの基準信号比ｒは、ｒ＝ｓ１／ｓ２で示され、
前記変化率が前記信号比Ｒと前記基準信号比ｒとの比Ｒ／ｒで示され、
前記検量線は、前記比Ｒ／ｒと前記乾燥度Ｄｒとの関係で求められている
乾燥度センサ。
【請求項２】
前記検量線は、前記乾燥度Ｄｒが６０％以上における前記比Ｒ／ｒと、前記乾燥度Ｄｒとの一次近似直線である
請求項１に記載の乾燥度センサ。
【請求項３】
前記発光部は、前記検知光をなす波長帯と前記参照光をなす波長帯とを含み、ピーク波長が前記第二波長帯側にある連続した光を発するＬＥＤ光源である
請求項１または２に記載の乾燥度センサ。
【請求項４】
前記第一受光部と前記第二受光部とは、互いに同型の受光素子を備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の乾燥度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾燥度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、水分による赤外線の吸収を利用して、対象物に含まれる水分量を測定する赤外線水分計が知られている（例えば、特許文献１参照）。対象物に含まれる水分量が測定できれば当該対象物の乾燥度も検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１８９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、対象物の素材によって赤外線の吸収特性が変わるため、素材の違いによって、乾燥度センサの検出結果にばらつきが生じてしまうのが実状である。乾燥度センサの検出結果にばらつきが生じれば、乾燥度の検出も正確性を欠いてしまう。【０００５】
そこで、本発明は、対象物の素材の違いに起因した水分量検出の結果のばらつきを抑制して、乾燥度検出の正確性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る乾燥度センサは、対象物に対して光を発し、当該対象物からの反射光に基づいて対象物の乾燥度を検出する乾燥度センサであって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物に向けて発する発光部と、第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタと、第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタと、対象物によって反射され、第一バンドパスフィルタを透過した検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、対象物によって反射され、第二バンドパスフィルタを透過した参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて対象物の乾燥度を検出する演算処理部と、を備え、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下から選択される組み合わせであって、対象物をなす複数の素材候補のそれぞれで、信号比の変化が得られる組み合わせである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る乾燥度センサは、対象物の素材の違いに起因した水分量検出の結果のばらつきを抑制して、乾燥度検出の正確性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る乾燥度センサの構成と対象物とを示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る乾燥度センサの制御構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る対象物をなす複数の素材候補の、吸光スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、規格化信号比の変化率と、乾燥度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る乾燥度センサについて、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、構成要素の配置及び接続形態などは、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。
【００１０】
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。
【００１１】
（実施の形態）
［概要］
まず、実施の形態に係る乾燥度センサの概要について説明する。
【００１２】
図１は、実施の形態に係る乾燥度センサ１の構成と対象物２とを示す模式図である。図２は、実施の形態に係る乾燥度センサ１の制御構成を示すブロック図である。
【００１３】
乾燥度センサ１は、対象物２に対して光を発し、当該対象物２からの反射光に基づいて対象物２の乾燥度を検出する乾燥度センサである。
【００１４】
本実施の形態では、図１及び図２に示すように、乾燥度センサ１は、空間３を隔てて離れた位置に位置する対象物２に含まれる水分を検出する。
【００１５】
対象物２は、特に限定されない場合、例えば衣類などである。衣類以外の対象物２としては、シーツ、枕カバーなどの寝具が挙げられる。例えば、乾燥度センサ１を衣類乾燥装置などに取り付けることで、衣類の乾燥具合を確認することができる。これにより、乾燥のし過ぎによる衣類の痛みの発生などを抑制することができる。
【００１６】
空間３は、乾燥度センサ１と対象物２との間の空間（自由空間）である。空間３は、乾燥度センサ１の筐体１０の外部空間である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、乾燥度センサ１は、筐体１０と、発光部２０と、第一受光モジュール３０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを備えている。
【００１８】
以下では、乾燥度センサ１の各構成要素について詳細に説明する。
【００１９】
［筐体］
筐体１０は、発光部２０と、第一受光モジュール３０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを収容する筐体である。筐体１０は、遮光性の材料から形成されている。これにより、外光が筐体１０内に入射するのを抑制することができる。具体的には、筐体１０は、第一受光モジュール３０と第二受光モジュール４０とが受光する光に対して遮光性を有する樹脂材料又は金属材料から形成されている。
【００２０】
筐体１０の外壁には、複数の開口が設けられており、これらの開口に、発光部２０のレンズ２１と、第一受光モジュール３０のレンズ３１と、第二受光モジュール４０のレンズ４１とが取り付けられている。
【００２１】
［発光部］
発光部２０は、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物２に向けて発する発光部である。具体的には、発光部２０は、レンズ２１と、光源２２とを備えている。
【００２２】
レンズ２１は、光源２２が発した光を、対象物２に対して集光する集光レンズである。レンズ２１は、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００２３】
光源２２は、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源である。具体的には、光源２２は、化合半導体からなるＬＥＤ光源である。
【００２４】
図３は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。図３に示すように、水分は、約１４５０ｎｍ及び約１９４０ｎｍの波長に吸収ピークを有する。水蒸気は、水分の吸収ピークよりやや低い波長、具体的には約１３５０ｎｍ〜１４００ｎｍ及び約１８００ｎｍ〜１９００ｎｍの波長に吸収ピークを有する。
【００２５】
このため、検知光をなす第一波長帯としては、水の吸光度が高い波長帯を選択し、参照光をなす第二波長帯としては、第一波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。そして、第二波長帯の平均波長は、第一波長体の平均波長よりも長くする。また、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、１４００ｎｍ以上１６００ｎｍから選択される組み合わせとなっている。この組み合わせについて詳細に説明する。
【００２６】
図４は、実施の形態に係る対象物２をなす複数の素材候補の、吸光スペクトルを示す図である。図４は、分子構造総合討論会２００３講演要旨集  ４Ｐｐ０６３からの引用である。ここでは、素材候補としては、例えば、綿、麻、ＰＥｓ（ポリエステル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、キュプラ、アセテート、ＰＰ（ポリプロピレン）、レーヨン、絹、ビニロン、ウールを例示している。これら以外の素材を、対象物２をなす素材候補として用いることも可能である。
【００２７】
そして、第一波長帯の中心波長は、１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択されている。例えば、本実施の形態では第一波長帯の中心波長を１４５０ｎｍとしており、図４においてＬ１に相当する。一方、第二波長帯の中心波長は、第一波長帯の中心波長の選択範囲よりも水の吸光度が小さい１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されている。例えば、本実施の形態では、第二波長帯の中心波長を１５５０ｎｍとしており、図４においてＬ２に相当する。
【００２８】
そして、図４において、各素材候補の吸光スペクトルを、第一波長帯の中心波長Ｌ１と、第二波長帯の中心波長Ｌ２とで比較すると、いずれの素材候補においても、中心波長Ｌ１と、中心波長Ｌ２とでは概ね同等の吸光度となっている。換言すると、中心波長Ｌ１での吸光度と、中心波長Ｌ２での吸光度との差分がいずれの素材候補においても、僅かである。このように、中心波長Ｌ１の第一波長帯を検知光とし、中心波長Ｌ２の第二波長帯を参照光として用いることで、乾燥度検出における素材の違いの影響を抑制することが可能となる。
【００２９】
なお、上述したように、第一波長帯の中心波長の選択範囲を１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲とし、第二波長帯の中心波長の選択範囲を１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲としているので、この範囲内での組み合わせであれば、乾燥度検出における素材の違いの影響は許容できる程度である。しかしながら、素材の違いの影響をより小さくするためには、各素材候補における吸光度の差分が全体として最も小さくなるように、第一波長帯の中心波長と第二波長帯の中心波長との組み合わせを選択すればよい。「各素材候補における吸光度の差分が全体として最も小さくなる」とは、例えば、第一波長帯の中心波長での吸光度と、第二波長帯の中心波長での吸光度との差分を、全ての素材候補で求め、その合計値が最も小さくなる場合が挙げられる。
【００３０】
このように、光源２２が、第一波長帯と第二波長帯とを連続して含む光を照射するので、対象物２には、水による吸収が大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一波長帯よりも小さい第二波長帯を含む参照光が照射される。さらに、対象物２の素材の違いによる影響も抑制されている。
【００３１】
［第一受光モジュール］
図１に示すように第一受光モジュール３０は、レンズ３１と、第一バンドパスフィルタ３２と、第一受光部３３とを備えている。
【００３２】
レンズ３１は、対象物２によって反射された反射光を第一受光部３３に集光するための集光レンズである。レンズ３１は、例えば、焦点が第一受光部３３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ３１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００３３】
第一バンドパスフィルタ３２は、反射光から第一波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第一バンドパスフィルタ３２は、レンズ３１と、第一受光部３３との間に配置されており、レンズ３１を透過して第一受光部３３に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第一バンドパスフィルタ３２は、第一波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。
【００３４】
第一受光部３３は、対象物２によって反射され、第一バンドパスフィルタ３２を透過した第一波長帯の光を受光し、第一電気信号に変換する受光素子である。第一受光部３３は、受光した第一波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第一電気信号を生成する。生成された第一電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第一受光部３３は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、第一受光部３３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。
【００３５】
［第二受光モジュール］
第二受光モジュール４０は、レンズ４１と、第二バンドパスフィルタ４２と、第二受光部４３とを備えている。
【００３６】
レンズ４１は、対象物２によって反射された反射光を第二受光部４３に集光するための集光レンズである。レンズ４１は、例えば、焦点が第二受光部４３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ４１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００３７】
第二バンドパスフィルタ４２は、反射光から第二波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第二バンドパスフィルタ４２は、レンズ４１と、第二受光部４３との間に配置されており、レンズ４１を透過して第二受光部４３に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第二バンドパスフィルタ４２は、第二波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。
【００３８】
第二受光部４３は、対象物２によって反射され、第二バンドパスフィルタ４２を透過した第二波長帯の光を受光し、第二電気信号に変換する受光素子である。第二受光部４３は、受光した第二波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第二電気信号を生成する。生成された第二電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第二受光部４３は、第一受光部３３と同形の受光素子である。つまり、第一受光部３３がフォトダイオードである場合には、第二受光部４３もフォトダイオードである。
【００３９】
［信号処理回路］
信号処理回路５０は、発光部２０の光源２２を点灯制御するとともに、第一受光部３３及び第二受光部４３から出力された第一電気信号及び第二電気信号を処理することで、乾燥度を検出する回路である。
【００４０】
信号処理回路５０は、筐体１０に収容されていてもよく、又は、筐体１０の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、信号処理回路５０は、無線通信などの通信機能を有し、第一受光部３３からの第一電気信号及び第二受光部４３からの第二電気信号を受信してもよい。
【００４１】
具体的には、図２に示すように、信号処理回路５０は、光源制御部５１、第一増幅部５２、第二増幅部５３、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６を備えている。
【００４２】
光源制御部５１は、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。光源制御部５１は、光源２２の制御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。
【００４３】
光源制御部５１は、光源２２の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、光源２２を制御する。具体的には、光源制御部５１は、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）のパルス信号を光源２２に出力することで、光源２２を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。
【００４４】
第一増幅部５２は、第一受光部３３が出力した第一電気信号を増幅して第一信号処理部５４に出力する。具体的には、第一増幅部５２は、第一電気信号を増幅するオペアンプである。
【００４５】
第一信号処理部５４は、マイクロコントローラで構成される。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対する処理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。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第一電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第一電気信号から抑制することが可能である。
【００４６】
第二増幅部５３は、第二受光部４３が出力した第二電気信号を増幅して第二信号処理部５５に出力する。具体的には、第二増幅部５３は、第二電気信号を増幅するオペアンプである。
【００４７】
第二信号処理部５５は、マイクロコントローラで構成される。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対する処理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。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第二電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。
【００４８】
演算処理部５６は、第一受光部３３から出力された第一電気信号と、第二受光部４３から出力された第二電気信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検出する。具体的には、演算処理部５６は、第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比（信号比）に基づいて、対象物２の乾燥度を検出する。本実施の形態では、演算処理部５６は、第一信号処理部５４によって処理された第一電気信号と、第二信号処理部５５によって処理された第二電気信号とに基づいて、対象物２が含む水分量を検出する。そして、演算処理部５６は検出した水分量を基に、対象物２の乾燥度を検出する。具体的な乾燥度の検出（算出）方法については後で説明する。
【００４９】
演算処理部５６は、例えば、マイクロコントローラである。演算処理部５６は、信号処理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。
【００５０】
演算処理部５６は、検出した対象物２の乾燥度を入出力ポートから外部の機器に出力する。なお、乾燥度センサ１自体に表示部を設けて、当該表示部に乾燥度を表示してもよい。
【００５１】
［信号処理（検出処理）］
続いて、演算処理部５６による信号処理（乾燥度の検出処理）について説明する。
【００５２】
本実施の形態では、演算処理部５６は、反射光に含まれる検知光の光エネルギーＰｄと、参照光の光エネルギーＰｒとを比較することで、対象物２に含まれる成分量を検出する。なお、光エネルギーＰｄは、第一受光部３３から出力される第一電気信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、第二受光部４３から出力される第二電気信号の強度に対応する。
【００５３】
光エネルギーＰｄは、次の（式１）で表される。
【００５４】
（式１）  Ｐｄ＝Ｐｄ０×Ｇｄ×Ｒｄ×Ｔｄ×Ａａｄ×Ｉｖｄ
【００５５】
ここで、Ｐｄ０は、光源２２が発した光のうち、検知光をなす第一波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｄは、第一波長帯の光の第一受光部３３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｄは、光源２２が発した光のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる検知光）になる部分の割合に相当する。
【００５６】
Ｒｄは、対象物２による検知光の反射率である。Ｔｄは、第一バンドパスフィルタ３２により検知光の透過率である。Ｉｖｄは、第一受光部３３における反射光に含まれる検知光に対する受光感度である。
【００５７】
Ａａｄは、対象物２に含まれる成分（水分）による検知光の吸収率あり、次の（式２）で表される。
【００５８】
（式２）  Ａａｄ＝１０−αａ×Ｃａ×Ｄ
【００５９】
ここで、αａは、予め定められた吸光係数であり、具体的には、成分（水分）による検知光の吸光係数である。Ｃａは、対象物２に含まれる成分（水分）の体積濃度である。Ｄは、検知光の吸収に寄与する成分の厚みの２倍である寄与厚みである。
【００６０】
より具体的には、水分が均質に分散した対象物２では、光が対象物２に入射し、内部で反射して対象物２から出射する場合において、Ｃａは、対象物２の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Ｄは、内部で反射して対象物２から出射するまでの光路長に相当する。例えば、対象物２が繊維などの網目状の固形物、又は、スポンジなどの多孔性の固形物である場合、固形物の表面で光が反射されると仮定する。この場合、例えば、Ｃａは、固形物を覆っている液相に含まれる水分の濃度である。また、Ｄは、固形物を覆っている液相の平均的な厚みとして換算される寄与厚みである。
【００６１】
したがって、αａ×Ｃａ×Ｄは、対象物２に含まれる成分量（水分量）に相当する。以上のことから、対象物２に含まれる水分量に応じて、第一電気信号の強度に相当する光エネルギーＰｄが変化することが分かる。なお、水分と比べて湿気の吸光度は極端に小さいので、無視することができる。
【００６２】
同様に、第二受光部４３に入射する参照光の光エネルギーＰｒは、次の（式３）で表される。
【００６３】
（式３）  Ｐｒ＝Ｐｒ０×Ｇｒ×Ｒｒ×Ｔｒ×Ｉｖｒ
【００６４】
本実施の形態では、対象物２に含まれる成分（水分）による第一波長帯の検知光の吸収と、第二波長帯の参照光の吸収との差分から水分による吸収率Ａａｄを求めている。なお、参照光は、対象物２に含まれる成分によって実質的には吸収されないとみなすことができるので、（式１）と比較して分かるように、水分による吸収率Ａａｄに相当する項は（式３）には含まれていない。
【００６５】
（式３）において、Ｐｒ０は、光源２２が発した光のうち、参照光をなす第二波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｒは、光源２２が発した参照光の第二受光部４３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｒは、参照光のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる参照光）になる部分の割合に相当する。Ｒｒは、対象物２による参照光の反射率である。Ｔｒは、第二バンドパスフィルタ４２による参照光の透過率である。Ｉｖｒは、第二受光部４３の反射光に対する受光感度である。
【００６６】
本実施の形態では、光源２２から照射される光、つまり、検知光と参照光とは、同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、検知光の結合効率Ｇｄと参照光の結合効率Ｇｒとは略等しくなる。また、検知光と参照光とはピーク波長が比較的近いので、検知光の反射率Ｒｄと参照光の反射率Ｒｒとが略等しくなる。
【００６７】
したがって、（式１）と（式３）との比を取ることにより、次の（式４）が導き出される。
【００６８】
（式４）  Ｐｄ／Ｐｒ＝Ｚ×Ａａｄ
【００６９】
ここで、Ｚは、定数項であり、（式５）で示される。
【００７０】
（式５）  Ｚ＝（Ｐｄ０／Ｐｒ０）×（Ｔｄ／Ｔｒ）×（Ｉｖｄ／Ｉｖｒ）
【００７１】
光エネルギーＰｄ０及びＰｒ０はそれぞれ、光源２２の初期出力として予め定められている。また、透過率Ｔｄ及び透過率Ｔｒはそれぞれ、第一バンドパスフィルタ３２及び第二バンドパスフィルタ４２の透過特性により予め定められている。受光感度Ｉｖｄ及び受光感度Ｉｖｒはそれぞれ、第一受光部３３及び第二受光部４３の受光特性により予め定められている。したがって、（式５）で示されるＺは、定数とみなすことができる。
【００７２】
演算処理部５６は、第一電気信号に基づいて検知光の光エネルギーＰｄを算出し、第二電気信号に基づいて参照光の光エネルギーＰｒを算出する。具体的には、第一電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｄに相当し、第二電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｒに相当する。
【００７３】
したがって、演算処理部５６は、（式４）に基づいて、対象物２に含まれる水分の吸収率Ａａｄを算出することができる。これにより、演算処理部５６は、（式２）に基づいて水分量を算出することができる。
【００７４】
ここで、上述したように、中心波長Ｌ１の第一波長帯が検知光とされ、中心波長Ｌ２の第二波長帯が参照光とされているので、素材の違いの影響を受けることなく、対象物２の水分量が検出される。換言すると、対象物２の素材を考慮しなくとも、対象物２の水分量を正確に検出することが可能である。
【００７５】
なお、空間３には湿気（水蒸気）も存在しているが、水蒸気によって検知光及び参照光が吸収される場合も想定される。例えば、第一波長帯の中心波長は１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長は１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されている場合、図３の水蒸気の吸光スペクトルの関係から、水蒸気による吸光の影響を抑制することも可能である。
【００７６】
そして、演算処理部５６は、水分量に基づいて対象物２の乾燥度を検出する。例えば、対象物２の乾燥時における重量をＷ１とし、対象物２が含有する水分量をＷ２（αａ×Ｃａ×Ｄに相当）とすると、乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で求めることができる。
【００７７】
また、水分量も求めなくとも、信号比（第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比）の変化率と、対象物２の乾燥度との関係を示すテーブルを演算処理部５６の不揮発性メモリに予め記憶させていれば、演算処理部５６は、検出した信号比とテーブルとに基づいて、対象物２の乾燥度Ｄｒを検出することができる。
【００７８】
例えば、テーブルは、信号比の変化率と、乾燥度Ｄｒとの関係を示す検量線にて定義付けられている。具体的に、対象物２の乾燥時における重量をＷ１とし、対象物２が含有する水分量をＷ２（αａ×Ｃａ×Ｄに相当）としたときの乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で示される。また、第一電気信号をＳ１、第二電気信号をＳ２としたときの信号比Ｒは、Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２で示される。乾燥度が１００％である場合の第一電気信号をｓ１、第二電気信号をｓ２としたときの基準信号比ｒは、ｒ＝ｓ１／ｓ２で示される。信号比の変化率は、信号比Ｒと基準信号比ｒとの比（規格化信号比）Ｒ／ｒで示される。そして、検量線は、比Ｒ／ｒと乾燥度Ｄｒとの関係で求められている。
【００７９】
図５は、規格化信号比の変化率（ΔＲ／ｒ）と、乾燥度Ｄｒとの関係を示すグラフである。図５に示すように、乾燥度Ｄｒが６０％よりも大きくなると、変化率ΔＲ／ｒは、概ね線形の変化を示す。このため、乾燥度Ｄｒが６０％以上における変化率ΔＲ／ｒと、乾燥度Ｄｒとの一次近似直線Ｃを検量線とする。この検量線に基づいてテーブルを作成し、演算処理部５６の不揮発性メモリに予め記憶しておけばよい。
【００８０】
［効果など］
以上のように、本実施の形態によれば、対象物２に対して光を発し、当該対象物２からの反射光に基づいて対象物２の乾燥度を検出する乾燥度センサ１であって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物２に向けて発する発光部２０と、第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタ３２と、第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタ４２と、対象物２によって反射され、第一バンドパスフィルタ３２を透過した検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部３３と、対象物２によって反射され、第二バンドパスフィルタ４２を透過した参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部４３と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて対象物の乾燥度を検出する演算処理部５６と、を備え、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長は、１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長は、１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されている。
【００８１】
この構成によれば、第一波長帯の中心波長が１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長が１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されているので、乾燥度検出における素材の違いの影響を抑制することが可能となる。したがって、乾燥度検出の正確性を高めることができる。
【００８２】
また、演算処理部５６は、信号比の変化率と乾燥度との関係を示す検量線に基づいて、信号比を乾燥度に変換する。
【００８３】
この構成によれば、演算処理部５６が検出した信号比を、検量線に基づいて乾燥度に変換するので、逐一乾燥度を算出する場合に比べても、処理効率を高めることができる。
【００８４】
また、対象物２の乾燥時における重量をＷ１とし、対象物２が含有する水分量をＷ２としたときの乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で示され、第一電気信号をＳ１、第二電気信号をＳ２としたときの信号比Ｒは、Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２で示され、乾燥度が１００％である場合の第一電気信号をｓ１、第二電気信号をｓ２としたときの基準信号比ｒは、ｒ＝ｓ１／ｓ２で示され、変化率が信号比Ｒと基準信号比ｒとの比Ｒ／ｒで示され、検量線は、比Ｒ／ｒと乾燥度Ｄｒとの関係で求められている。
【００８５】
この構成によれば、検量線が、比Ｒ／ｒと乾燥度Ｄｒとの関係で求められているので、基準信号比ｒを考慮して乾燥度Ｄｒを求めることができる。つまり、対象物２の乾燥時の重量Ｗ１が分からなくとも、乾燥度Ｄｒを求めることができる。
【００８６】
また、検量線は、乾燥度Ｄｒが６０％以上における比Ｒ／ｒと、乾燥度Ｄｒとの一次近似直線である。
【００８７】
この構成によれば、乾燥度Ｄｒが６０％以上における比Ｒ／ｒと、乾燥度Ｄｒとの一次近似直線Ｃを検量線としているので、比Ｒ／ｒと乾燥度Ｄｒとの関係を単純化することができる。したがって、テーブルの作成を容易化することができる。
【００８８】
また、例えば、発光部２０は、第一波長帯の光と第二波長帯の光とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するＬＥＤ光源（光源２２）を備える。
【００８９】
この構成によれば、１つの光源２２によって、第一波長帯の光と第二波長帯の光とを照射することができる。また、この光源２２がＬＥＤ光源であるので、経年変化による第一波長帯と第二波長帯とのエネルギーが同率で変化する。これにより、熱型の光源に比べて、経年変化による影響を抑制することができる。さらに、光源２２は、水分の吸収が小さい第二波長帯側をピーク波長としているので、水分量による減衰率の温度変化を抑制することができる。
【００９０】
また、例えば、第一受光部３３と第二受光部４３とは、互いに同型の受光素子を備えている。
【００９１】
この構成によれば、第一受光部３３と第二受光部４３とが互いに同形の受光素子を備えているので、第一受光部３３と第二受光部４３との感度の経年変化が同傾向となり、経年変化の影響を抑制することができる。
【００９２】
（その他）
以上、本発明に係る乾燥度センサ１について、上記の実施の形態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。
【００９３】
例えば、上記実施の形態では、第一波長帯の中心波長が１４５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長が１５３０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲から選択されている場合を例示して説明した。しかしながら、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下から選択される組み合わせであって、対象物２をなす複数の素材候補のそれぞれで、信号比の変化が得られる組み合わせであればよい。このとき、第二波長帯の中心波長は、第一波長帯の中心波長よりも長波長とする。ここで言う信号比の変化とは、基準信号比に対しての信号比の変化である。これを満たす組み合わせであれば、乾燥度検出における素材の違いの影響を許容できる程度に抑えることができる。
【００９４】
また、上記実施の形態では、光源２２がＬＥＤ光源である場合を例示したが、光源は半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などでもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含む連続した光を１つの光源２２が発する場合を例示して説明した。しかしながら、複数の光源を設け、１つの光源が検知光を発し、他の光源が参照光を発するようにしてもよい。
【００９６】
また、上記実施の形態では、信号処理回路５０に備わる光源制御部５１、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６がそれぞれ専用のマイクロコントローラからなる場合を例示して説明したが、信号処理回路は、全体として１つのマイクロコントローラで実現されてもよい。
【００９７】
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】
【００９８】
１  乾燥度センサ
２  対象物
２０  発光部
２２  光源（ＬＥＤ光源）
３０  第一受光モジュール
３２  第一バンドパスフィルタ
３３  第一受光部
４０  第二受光モジュール
４２  第二バンドパスフィルタ
４３  第二受光部
５６  演算処理部
【図１】
0006712792.tif 000002
【図２】
0006712792.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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