(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定領域（１２）へ発射光線（１５）を送出するための発光器（１３）と、前記測定領域（１２）からの受信光線（１９）を受光するための受光器（１７）と、前記受光器（１７）で受光された前記受信光線（１９）に基づいて前記測定領域（１２）の特性を調べるための評価ユニットと、前記発射光線（１５）及び／又は前記受信光線（１９）を制御するためのミラーユニット（２７、３５、４９）であって、少なくとも一部領域において反射性の表面を有する複数のマイクロミラー素子（３９）及び該マイクロミラー素子（３９）と電気的に接続された電極配列を含む少なくとも１つのミラーユニット（２７、３５、４９）と、前記電極配列を制御することにより前記少なくとも１つのミラーユニット（２７、３５、４９）を少なくとも２つの異なる機能状態の間で切り替えるように構成された制御装置とを備える光学センサ（１１）において、
前記ミラーユニット（２７、３５、４９）が表面に前記マイクロミラー素子（３９）の配置された少なくともほぼ透明な基板（３７）を含み、前記制御装置が前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を一時的に透過状態、即ち、前記マイクロミラー素子（３９）が開位置にあり、前記ミラーユニット（２７、３５、４９）に入射する光線が前記マイクロミラー素子（３９）のそばを通り過ぎて前記透明な基板（３７）を貫通するような状態、にするように構成されていること
を特徴とする光学センサ。
【請求項２】
前記ミラーユニット（２７、３５）が透過状態になっているときには前記発射光線（１５）が前記測定領域（１２）を横断せずに前記ミラーユニット（２７、３５）の前記基板（３７）を貫通して前記受光器（１７）へ達すること
を特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記制御装置が、管理、調整又は補正の基準が存在する場合に前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を透過状態にするように構成されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記ミラーユニット（２７、３５、４９）が透過状態になっているときには前記マイクロミラー素子（３９）がそれぞれ前記基板（３７）の光入射面（４５）に対して一定の傾斜角（α）で傾いた状態になり、前記傾斜角（α）は好ましくは４０°と５０°の間であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項５】
前記ミラーユニット（２７、３５、４９）が透過状態になっているときには前記マイクロミラー素子（３９）が前記発射光線（１５）又は前記受信光線（１９）の主入射方向に少なくとも実質的に平行に揃った状態になるように、該ミラーユニット（２７、３５、４９）が配置されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項６】
前記制御装置が前記少なくとも１つのミラーユニット（２７、３５、４９）を一時的に反射状態にするように構成され、該反射状態では前記マイクロミラー素子（３９）が前記ミラーユニット（２７、３５、４９）の光入射面（４５）又は光出射面を少なくとも部分的に、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも９０％覆うこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項７】
前記制御装置が、センサの駆動中に前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を反射状態と透過状態の間で循環的に切り替えるように構成されていること
を特徴とする請求項６に記載の光学センサ。
【請求項８】
前記発光器（１３）と前記受光器（１７）が直線的な光路上に配置され、前記測定領域（１２）が該直線的な光路から離れたところにあり、前記ミラーユニット（２７）が反射状態になっているときには該ミラーユニットが前記発射光線（１５）を前記直線的な光路から取り出して前記測定領域（１２）へ方向転換させること
を特徴とする請求項６又は７に記載の光学センサ。
【請求項９】
前記センサ（１１）が、表面にマイクロミラー素子（３９）が配置された少なくともほぼ透明な基板（３７）を含み且つ透過状態と反射状態の間で切り替えが可能な別のミラーユニット（３５）であって、反射状態になっているときには前記測定領域（１２）から出てくる前記受信光線（１９）を前記直線的な光路へ取り込む別のミラーユニット（３５）を含んでいること
を特徴とする請求項８に記載の光学センサ。
【請求項１０】
各マイクロミラー素子（３９）が前記電極配列の各個別電極を通じて別々に制御可能であること
を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項１１】
前記制御装置が、前記個別電極の制御により前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を一時的に一部通過状態、即ち、前記マイクロミラー素子（３９）の一部だけが開位置にある状態にするように構成されていること
を特徴とする請求項１０に記載の光学センサ。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記個別電極の制御により前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を少なくとも一時的に結像状態、即ち、前記ミラーユニット（２７、３５、４９）が全体として凹又は凸に反った鏡面の形を示すように、各マイクロミラー素子（３９）が前記基板（３７）の光入射面（４５）又は光出射面に対して異なる傾斜角（α）で傾けられた状態、にするように構成されていること
を特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学センサ。
【請求項１３】
前記発光器（１３）と前記ミラーユニット（２７）が少なくとも１つの測定窓（２９）を含む閉じたケーシング（２３）内に配置され、前記ミラーユニット（２７）が結像状態になっているときには該ミラーユニットが前記発射光線（１５）を前記測定窓（２９）の表面に収束させること
を特徴とする請求項１２に記載の光学センサ。
【請求項１４】
前記発光器（１３）と前記受光器（１７）が少なくとも１つの測定窓（２９、３１）を含む閉じたケーシング（２３）内に配置され、前記測定領域（１２）が前記ケーシング（２３）の外側にあり、前記センサ（１１）が、前記測定領域（１２）を横断した後の光線を方向転換させて前記ケーシング（２３）内に戻す反射器（２５）を含んでいること
を特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項１５】
前記ミラーユニット（４９）が前記反射器（２５）に統合されていること
を特徴とする請求項１４に記載の光学センサ。
【請求項１６】
前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を移動及び／又は回転させるための少なくとも１つのアクチュエータ（６０）を含んでいること
を特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光学センサ。
【請求項１７】
測定領域（１２）へ発射光線（１５）を送出するための発光器（１３）と、前記測定領域（１２）からの受信光線（１９）を受光するための受光器（１７）と、前記受光器（１７）で受光された前記受信光線（１９）に基づいて前記測定領域（１２）の特性を調べるための評価ユニットと、前記発射光線（１５）及び／又は前記受信光線（１９）を制御するためのミラーユニット（２７、３５、４９）であって、少なくとも一部領域において反射性の表面を有する複数のマイクロミラー素子（３９）及び該マイクロミラー素子（３９）と電気的に接続された電極配列を含む少なくとも１つのミラーユニット（２７、３５、４９）と、前記電極配列を制御することにより前記少なくとも１つのミラーユニット（２７、３５、４９）を少なくとも２つの異なる機能状態の間で切り替えるように構成された制御装置とを備える光学センサ（１１）において、
前記電極配列が複数の個別電極を含み、該個別電極によりマイクロミラー素子（３９）の個別制御が可能であり、前記制御装置が前記個別電極の制御により前記ミラーユニット（２７、３５、４９）を一時的に結像状態、即ち、前記ミラーユニット（２７、３５、４９）が全体として凹又は凸に反った鏡面の形を示すように、各マイクロミラー素子（３９）が前記ミラーユニットの光入射面（４５）又は光出射面に対して異なる傾斜角（α）で傾けられた状態、にするように構成されていること
を特徴とする光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定領域へ発射光線を送出するための発光器と、測定領域からの受信光線を受光するための受光器と、受光器で受光された受信光線に基づいて測定領域の特性を調べるための評価ユニットと、発射光線及び／又は受信光線を制御するためのミラーユニットであって、少なくとも一部領域において反射性の表面を有する複数のマイクロミラー素子及び該マイクロミラー素子と電気的に接続された電極配列を含む少なくとも１つのミラーユニットと、前記電極配列を制御することにより前記少なくとも１つのミラーユニットを少なくとも２つの異なる機能状態の間で切り替えるように構成された制御装置とを備える光学センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサは、例えば塵埃測定装置、霧測定装置、ガス濃度測定装置、分光計等の形で、監視及び測定の仕事のために様々な方法で用いられる。その際、用途に応じて、測定領域を透過した光、測定領域から反射された光、又は測定領域から特定の空間角度領域に散乱された光が受光器により検出される。光学センサの別の利用分野として、測定領域にある物体の認識や、物体の特定の性質の調査がある。この種の任務には例えば光検知器、光遮断機、光格子、色センサ、又はスキャナが用いられる。
【０００３】
可動式で且つ電気的に結合されたマイクロミラー素子の配列を基礎とするミラーユニットは、専門領域ではマイクロミラーアレイ又はＭＥＭＳミラーアレイ（ＭＥＭＳはマイクロエレクトロメカニカルシステム）とも呼ばれる。可動式の巨視的なミラーやビームスプリッタを有する光線形成用光学系に比べて、マイクロミラーアレイにはセンサの機能状態を純粋に電気的に且つ短いスイッチ時間で変更できるという利点がある。その上、マイクロミラーアレイは所要スペースが小さい。
【０００４】
マイクロミラー素子は、支持部品上に揺動可能に載置された平たい、平滑な又は曲がった薄片として構成することができる。このようなマイクロミラー素子は「羽根（vanes）」とも呼ばれ、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
光学センサでは、マイクロミラーアレイは通常、反射の際にのみ駆動される。その場合、ミラーユニットの２つの機能状態は異なる反射角に対応する。つまり、機能状態に応じて入射光が異なる大きさで方向転換される。この場合、各機能状態へセンサの光路を割り当てる構成の可能性が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】US 8 325 409 B2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の光学センサであって、より幅広い構成が可能であるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する光学センサにより解決される。
【０００９】
本発明では、ミラーユニットが表面にマイクロミラー素子の配置された少なくともほぼ透明な基板を含み、制御装置がミラーユニットを一時的に透過状態、即ち、マイクロミラー素子が開位置にあり、ミラーユニットに入射する光線がマイクロミラー素子のそばを通り過ぎて透明な基板を貫通するような状態、にするように構成されている。
【００１０】
本発明により、マイクロミラー素子を一時的に透過状態にすることで、従来なら相当な不利益を甘受しなければ不可能であったような光路をセンサ内に設定できることが分かった。例えば、可動式の巨視的なミラーやビームスプリッタを用いない、方向転換なしの光線案内を達成することができる。従って、本発明に係るセンサは非常にコンパクトで、安価で、メンテナンスが容易である。また、動かされる巨視的な部品がないため省電流での駆動が可能である。
【００１１】
マイクロミラー素子はそれぞれ開位置と閉位置の間で揺動可能であるものとすることができる。好ましくは、各マイクロミラー素子が、反射性のアルミニウム被膜を有するシリコン酸窒化物製の支持体を含む。マイクロミラー素子の大きさは最大で１ｍｍ２であることが好ましく、特に最大で０．５ｍｍ２であることが好ましい。透過状態のミラーユニットができるだけ妨害なしで光を通すことを保証するため、電極配列が基板の表面に形成された透明層を含み、該透明層がマイクロミラー素子と電気的に接触している、という構成にしてもよい。
【００１２】
ミラーユニットが透過状態になっているときには発射光線が測定領域を横断せずにミラーユニットの基板を貫通して受光器へ達するようにしてもよい。これにより、例えば基準参照や調整のために、弱められていない光の強度を簡単に検出することができる。
【００１３】
制御装置は特に、管理、調整又は補正の基準が存在する場合にミラーユニットを透過状態にするように構成することができる。センサの駆動中に測定領域による影響のない基準信号を一時的に受信できるようにすることは、測定の信頼性を確保するためにしばしば重要である。弱められていない基準信号の検出は、発光器の出力調整、ゼロ点のドリフト補正、及び汚染検査のために特に重要である。
【００１４】
マイクロミラー素子は、ミラーユニットが透過状態になっているときにはそれぞれ基板の光入射面に対して一定の傾斜角で傾いた状態になるものとすることができる。傾斜角は好ましくは４０°と５０°の間である。例えば、傾斜角を約４５°にすることができる。
【００１５】
本発明の好ましい形態では、ミラーユニットが透過状態になっているときにはマイクロミラー素子が発射光線又は受信光線の主入射方向に少なくとも実質的に平行に揃った状態になるように、該ミラーユニットが配置されている。即ち、この形態では、ミラーユニットが透過状態になっているとき、マイクロミラー素子の平らな面が入射光に平行になる。このようにすれば、ミラーユニットへの入射光が開いたマイクロミラー素子によりほとんど遮断されないため、透過損失が僅かで済む。
【００１６】
制御装置が前記少なくとも１つのミラーユニットを一時的に反射状態にするように構成され、該反射状態ではマイクロミラー素子がミラーユニットの光入射面又は光出射面を少なくとも部分的に、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも９０％覆うことが好ましい。被覆率が高ければ特に低損失で光線の方向転換ができる。
【００１７】
制御装置は、センサの駆動中にミラーユニットを反射状態と透過状態の間で循環的に切り替えるように構成することができる。これにより、先に触れた管理、調整又は補正の措置をセンサの駆動中にある程度定常的に実行できる。その結果、非常に正確で信頼性の高い駆動となり、望ましくないデータ欠損が回避される。可動式の巨視的なミラーを用いた場合、一般にスイッチ時間が比較的長いため、制御、調整又は補正の措置を循環的に実行することは実際上不可能である。
【００１８】
本発明の特殊な形態では、発光器と受光器が直線的な光路上に配置され、測定領域が該直線的な光路から離れたところにあり、ミラーユニットが反射状態になっているときには該ミラーユニットが発射光線を直線的な光路から取り出して測定領域へ方向転換させる。この形態では、ミラーユニットが透過状態になっているときには発射光線が測定領域を横断せずに直接受光器に達する。これにより、発光器の出力強度が非常に確実に、劣化無しで検出される。直線的な光路上には濁度フィルタ等の校正素子を配置することができる。これにより、例えば発光器の出力を受光器の感度に合わせることができる。
【００１９】
本センサは、表面にマイクロミラー素子が配置された少なくともほぼ透明な基板を含み且つ透過状態と反射状態の間で切り替えが可能な別のミラーユニットであって、反射状態になっているときには測定領域から出てくる受信光線を前記直線的な光路へ取り込む別のミラーユニットを含むことができる。２つのミラーユニットはいずれも透過状態となることができるため、この形態でもまた発光器から受光器まで直接、直線的に光線を案内することができる。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、各マイクロミラー素子が電極配列の各個別電極を通じて別々に制御可能である。このようにすれば、マイクロミラー素子を例えば一部領域だけで開くことが可能になるため、ミラーユニットの使用の可能性が広がる。マイクロミラー素子を個別に制御可能にすれば、ミラーユニットは２つより遥かに多い数の異なる機能状態をとることができる。
【００２１】
特に、制御装置は、個別電極の制御によりミラーユニットを一時的に一部通過状態、即ち、マイクロミラー素子の一部だけが開位置にある状態にするように構成することができる。一部通過状態では、ミラーユニットへの入射光の一部が透明な基板を通過し、一部が反射される。このようにして、制御装置を通じてミラーユニットの透過率を所望の値に調整することができる。この制御装置は、検査のために受光器側のミラーユニットを反射状態にするとともに発光器側のミラーユニットを一部通過状態にするように構成することができる。入射光のうち発光器側のミラーユニットを貫通してくる部分は受光器側のミラーユニットにより遮断されるため、この方法により、例えば「スパンテスト」を実施するために、受光器に達する光量を徐々に少なくすることができる。
【００２２】
本発明の更に別の形態では、制御装置が、個別電極の制御によりミラーユニットを少なくとも一時的に結像状態、即ち、ミラーユニットが全体として凹又は凸に反った鏡面の形を示すように、各マイクロミラー素子が基板の光入射面又は光出射面に対して異なる傾斜角で傾けられた状態、にするように構成されている。これは、傾きの異なるマイクロミラー素子により近似的に生じる鏡面全体、つまり連続する平らな切片によって形成される鏡面全体の延び具合が、連続的に湾曲した弓形の巨視的なミラーを模したものになる、ということである。従って、発射光線又は受信光線はミラーユニットにより例えば特定の領域に収束させられる。
【００２３】
特に、発光器とミラーユニットが少なくとも１つの測定窓を含む閉じたケーシング内に配置され、ミラーユニットが結像状態になっているときには該ミラーユニットが発射光線を測定窓の表面に収束させる、というようにすることができる。これにより、窓の表面を集中的に照明することができる。これは例えば汚染検査に利用できる。堆積物による反射光及び／又は散乱光を検出するため、追加の受光器の形で汚染センサをケーシング内に配置してもよい。好ましくはそのような汚染センサを測定窓のすぐ近くに配置する。
【００２４】
発光器と受光器が少なくとも１つの測定窓を含む閉じたケーシング内に配置され、測定領域がケーシングの外側にあり、センサが、測定領域を横断した後の光線を方向転換させてケーシング内に戻す反射器を含む、という構成にしてもよい。この形態は特に防爆装置に適している。境界面における反射損失を少なくするために測定窓を少し傾けてもよい。
【００２５】
ミラーユニットは反射器に統合することができる。反射器に統合されたミラーユニットが透過状態になっているとき、センサケーシング内には反射光が戻ってこないため、受光器は測定領域からの散乱光だけを検出する。これは散乱光に狙いを定めた測定に利用できる。周囲への望ましくない発光を避けるため、反射器が、ケーシングから見てミラーユニットの背後に配置された光トラップを含んでいてもよい。特殊な形態では、逆方向に向けられた、透明な基板を有する更に別のミラーユニットが反射器に統合される。
【００２６】
反射器は、キャッツアイの構成で配置された多数の前述のミラーユニットを備えていてもよい。このように、コンパクトなマイクロミラーアレイから比較的大きな面積の反射器を組み立てることができる。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、センサが、ミラーユニットを移動及び／又は回転させるための少なくとも１つのアクチュエータを含んでいる。アクチュエータを用いて発射光線を反射器に向けて正確に調整することができる。アクチュエータは圧電アクチュエータとして構成することが好ましい。調整工程を簡単にするため、反射器上に、例えば別の受光器の形で、位置センサを配置してもよい。
【００２８】
本発明は請求項１７に記載の光学センサにも関する。該センサは、測定領域へ発射光線を送出するための発光器と、測定領域からの受信光線を受光するための受光器と、受光器で受光された受信光線に基づいて測定領域の特性を調べるための評価ユニットと、発射光線及び／又は受信光線を制御するためのミラーユニットであって、少なくとも一部領域において反射性の表面を有する複数のマイクロミラー素子及び該マイクロミラー素子と電気的に接続された電極配列を含む少なくとも１つのミラーユニットと、前記電極配列を制御することにより前記少なくとも１つのミラーユニットを少なくとも２つの異なる機能状態の間で切り替えるように構成された制御装置とを備える。
【００２９】
請求項１７に記載の本発明の形態では、電極配列が複数の個別電極を含み、該個別電極によりマイクロミラー素子の個別制御が可能であり、制御装置が個別電極の制御によりミラーユニットを一時的に結像状態、即ち、ミラーユニットが全体として凹又は凸に反った鏡面の形を示すように、各マイクロミラー素子がミラーユニットの光入射面又は光出射面に対して異なる傾斜角で傾けられた状態、にするように構成されている。
【００３０】
先に説明したように、これは、ミラー面の全体的な延び具合が、連続的に湾曲した弓形の巨視的なミラーの延び具合に近似したものになるということを意味する。狙いを定めた個別電極の制御により、発射光線又は受信光線をミラーユニットによって特に特定の領域（例えば測定窓の表面）に収束させることで、例えば窓の表面からの反射光及び／又は後方散乱光を検出して測定窓の汚染度を調べることができる。汚れがひどい場合には制御装置が警告信号又はメンテナンス信号を出力するようにしてもよい。
【００３１】
本発明の原理は基本的に、光検知器、光遮断機、光格子、スキャナ等、一般に使われているあらゆる種類の光学センサに応用できる。だたし、本発明はとりわけ透過率計及び散乱光測定装置の場合に有利な効果を奏する。
【００３２】
本発明の発展形態は、従属請求項、明細書及び添付の図面にも示されている。
【００３３】
以下、本発明について、図面に基づき、模範例により説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】通常モードにおける本発明に係る光学センサの一形態の原理図。
【図２】本発明に係る光学センサに用いられるミラーユニットの部分拡大図であって、該ミラーユニットのマイクロミラー素子が閉位置にある状態を示す図。
【図３】図２に描いたミラーユニットの図であって、マイクロミラー素子が開位置にある状態を示す図。
【図４】管理モードにおける図１に描いたセンサの一部を示す図。
【図５】テストモードにおける図１に描いたセンサの一部を示す図。
【図６】散乱光検出モードにおける図１に描いたセンサの一部を示す図。
【図７】汚染検査モードにおける図１に描いたセンサの一部を示す図。
【図８】調整モードにおける本発明に係る光学センサの別の形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１に単に概略的に描かれた光学センサ１１（ここでは測定領域１２にある塵埃粒子５０の濃度を調べるための塵埃測定装置としての形態のもの）は、発射光線１５を送出するための発光器１３と受信光線１９を検出するための受光器１７を含む。発光器１３は発光ダイオードやレーザダイオードとして構成することができる。受光器１７は単純なフォトダイオードでもよいし、ダイオード列やＣＣＤアレイのような位置分解型検出器でもよい。図１には示していないが、発光器１３と受光器１７の各々の手前に光線形成用光学系を配置してもよい。図示したように、発光器１３と受光器１７は互いに向き合い、光軸２０を共有している。つまり、発光器と受光器１７は直線状の光路上に配置されている。
【００３６】
図示した実施例では光学センサ１１が２つの部分から構成されている。第１の部分は閉じた基部ケーシング２３であり、第２の部分は反射器２５である。発光器１３と受光器１７は閉じた（好ましくは防爆性の）基部ケーシング２３に収納されている一方、測定領域１２は基部ケーシング２３の外にある。
【００３７】
測定領域１２における塵埃濃度を検出するため、発射光線１５が第１のミラーユニット２７により約９０°の角度で方向転換され、その結果、該光線は第１の測定窓２９を通って基部ケーシング２３の外へ出て、測定領域１２を横断し、反射器２５に入射する。反射器２５は入射光をそのまま後方に反射し、その結果、反射光は再び測定領域１２を横断し、受信光線１９として第２の測定窓３１を通って再び基部ケーシング２３に入り、第２のミラーユニット３５により受光器１７の方へ方向転換される。
【００３８】
図示せぬ電子的な評価ユニットが受光器１７と接続されている。このユニットは、受光器１７により捕らえられた受信光線１９に基づいて測定領域１２における塵埃濃度を調べ、それに応じた塵埃濃度信号を出力することができる。
【００３９】
図２及び３に単独で図示したミラーユニット２７、３５はいずれも板状の基板３７を備えている。この基板は少なくとも発光器１３が光を発する波長領域に対して透明である。この透明な基板３７上には平たい反射性の薄片の形をした複数のマイクロミラー素子３９が揺動可能に配置されている。各マイクロミラー素子３９は反射性のアルミニウム被膜を有するシリコン酸窒化物製の支持体を含むものとすることができ、その大きさは約０．５ｍｍ２である。簡単のため、図１では基板３７毎に４つのマイクロミラー素子３９しか描かれていない。実際には、マイクロミラーアレイとして構成されたミラーユニットは基板毎に遥かに多くのマイクロミラー素子を備えている。
【００４０】
マイクロミラー素子３９の各々は、付属する透明電極（図示せず）と電気的に接続されている。各電極に適切な電圧を印加することで、マイクロミラー素子３９を選択的に図２に示したように閉じたり、図３に示したように開いたりできる。
【００４１】
マイクロミラー素子が図２に示したように閉位置にあるとき、該素子は基板３７の光入射面４５に対して横になっているため、矢印で描いたように入射光を反射する。これはミラーユニット２７、３５が反射状態にある場合に該当する。ミラーユニット２７、３５が反射状態になっているとき、マイクロミラー素子３９が光入射面４５の少なくとも９０％を覆っていることが好ましい。
【００４２】
マイクロミラー素子３９が図３に示したように開位置にあるとき、該素子は基板３７の光入射面４５に対して約４５°の傾斜角αで傾いている。更に、ミラーユニット２７、３５はそれぞれ、そのマイクロミラー素子３９が開位置にあるときに該素子が発射光線又は受信光線の主入射方向に少なくともほぼ平行になる、というように配置されている。これはミラーユニット２７、３５が透過状態、即ち、ミラーユニット２７、３５に入射する光線がマイクロミラー素子のそばを通り過ぎて透明な基板３７を貫通する状態、にある場合に該当する。
【００４３】
反射器２５は、第１のミラーユニット２７及び第２のミラーユニット３５と同じように構成及び配置された反射器ミラーユニット４９の一式を含んでいる。図１には、互いに隣接し、屈曲した形で配置された２つの反射器ミラーユニット４９が示されている。反射器２５は、互いに隣接して交互に傾けて配置された（つまりキャッツアイの構成を有する）３つ以上の反射器側ミラーユニット４９を含むこともできる。この形態では、反射器の反射面を比較的大きくすると同時に深さを小さくすることができる。
【００４４】
センサ１１の制御装置（図示せず）は、センサ１１の駆動状態に応じてミラーユニット２７、３５を透過状態、反射状態、及び場合により他の機能状態の間で切り替えるように構成されている。これについては以下でより詳しく説明する。
【００４５】
図１に示したように第１のミラーユニット２７と第２のミラーユニット３５がいずれも反射状態になっているときは、発射光線１５が直線状の光路から取り出され、測定領域１２を２回横断した後、受信光線１９として再び直線状の光路に取り込まれる。これはセンサ１１の通常モードに相当する。
【００４６】
一方、図４に示したように第１のミラーユニット２７と第２のミラーユニット３５がいずれも透過状態になっているとき、発射光線１５は測定領域１２を横断せずに第１のミラーユニット２７及び第２のミラーユニット３５の基板３７を通り抜けて受光器１７に達する。２つのミラーユニット２７、３５の間には校正された濁度フィルタ４７が配置されている。図４に示したセンサ１１の構成は、発光器１３の出力を調べる及び／又は適合させる管理モードに相当する。
【００４７】
図５は本発明に係るセンサ１１の別の駆動状態を示している。ここでは第２のミラーユニット３５が反射状態になっているのに対し、第１のミラーユニット２７は一部通過状態になっている。一部通過状態は、マイクロミラー素子３９の一部を開位置に置き、マイクロミラー素子３９の別の一部を閉位置に置くことにより得られる。これにより、例えばテストモードで「スパンテスト」を実施するために、発光器１３の出力を変えずに受光器１７に戻る光量を徐々に少なくすることができる。
【００４８】
図６に示した駆動状態では、第１のミラーユニット２７と第２のミラーユニット３５が反射状態になっているのに対し、反射器ミラーユニット４９はそれぞれ透過状態になっている。この場合、反射器２５は光トラップとして働き、反射光を基部ケーシング２３へ一切返さない。塵埃粒子５０に当たって散乱した光線５５だけが受光器１７に達する。従って、この駆動モードでは純粋な散乱光の測定が可能である。透過測定と散乱光の測定を組み合わせれば、塵埃粒子５０の大きさの分布を調べることができる。
【００４９】
図７は本発明に係るセンサ１１の別の駆動状態を示している。この駆動状態は第１の測定窓２９の汚染検査に役立つ。ここでは第１のミラーユニット２７が結像状態になっている。この状態では、第１のミラーユニット２７が全体として発射光線１５を第２の測定窓２９に収束させる凹面鏡のように作用するように、各マイクロミラー素子３９が光入射面４５に対して異なる傾斜角で傾けられる。これにより、第１の測定窓２９における照明強度が比較的高くなる。第１の測定窓２９の表面にある汚染粒子５７が光を後方散乱させ、別の受光器の形で設置された汚染検出器５９によってそれが識別される。第１の測定窓２９の汚れがひどい場合は制御装置が適宜の警告信号又はメンテナンス信号を出力する。
【００５０】
図８に示した本発明に係る光学センサ１１は、原理的には図１〜７を参照して前述したように構成されている。ただし、第１のミラーユニット２７と第２のミラーユニット３５が、それぞれ圧電アクチュエータ６０により、２本の互いに直交して延在する揺動軸を中心として揺動可能になっている。このようにすれば、反射器２５に対して発射光線１５の方向を正確に調整することができる。調整工程を容易にするため、位置センサ６５が別の光センサの形で反射器２５内に配置されている。図示した例では各位置センサ６５に絞り６７が割り当てられている。調整の際は、反射器ミラーユニット４９の後ろにある位置センサ６５が発射光線１５を検出するように、反射器ミラーユニット４９が図のように透過状態にされる。該当する位置センサ６５の出力する強度信号が最大値を示すとき、発射光線１５の方向が最適に調整されている。
【００５１】
第１のミラーユニット２７、第２のミラーユニット３５及び／又は反射器ミラーユニット４９を一時的に反射状態ではなく透過状態にすることで、本発明に係る光センサ１１を通常モードとは違った様々な方法で用いることができる。ここで特に有利であるのは、マイクロミラー素子に基づくミラーユニットはスイッチ時間が短いため、異なる駆動状態の間での循環的な切り替えを高速（例えば１Ｈｚから６０Ｈｚまでの周波数）でも実行できるということである。従って、測定中に、弱められていない出力強度をほぼ連続的に検査することが可能であり、その際、望ましくないデータ欠損は起きない。
【符号の説明】
【００５２】
１１…光学センサ
１２…測定領域
１３…発光器
１５…発射光線
１７…受光器
１９…受信光線
２０…光軸
２３…基部ケーシング
２５…反射器
２７…第１のミラーユニット
２９…第１の測定窓
３１…第２の測定窓
３５…第２のミラーユニット
３７…基板
３９…マイクロミラー素子
４５…光入射面
４７…濁度フィルタ
４９…反射器ミラーユニット
５０…塵埃粒子
５５…散乱光線
５７…汚染粒子
５９…汚染検出器
６０…圧電アクチュエータ
６５…位置センサ
６７…絞り
α…傾斜角
【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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