(57)【要約】【課題】所定の成分を精度良く検出する。【解決手段】光学式成分センサ１は、検知光ＬＤ１を発する検知用光源２１と、参照光ＬＲ１を発する参照用光源２２と、対象物２によって反射された検知光ＬＤ１の少なくとも一部である反射検知光ＬＤ２を受光する検知用受光素子３１と、対象物２によって反射された参照光ＬＲ１の少なくとも一部である反射参照光ＬＲ２を受光する参照用受光素子３２と、対象物２までの距離を測定する測距部７５と、空間３の温度及び湿度を検知する温湿度検知部８５と、温湿度検知部８５によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、測距部７５によって測定された距離と、吸光係数とに基づいて、反射検知光ＬＤ２に対応する検知信号を補正する補正部９０と、補正部９０によって補正された検知信号と、反射参照光ＬＲ２に対応する参照信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検知する信号処理回路９５とを備える。【選択図】図２
2017161424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の成分による吸収波長を含む検知光を発する第１光源と、
前記成分による吸収波長を含まない参照光を発する第２光源と、
前記第１光源及び前記第２光源を収容する筐体と、
前記筐体の外部に位置している対象物によって反射された前記検知光の少なくとも一部である反射検知光を受光する、前記筐体内に収容された第１受光素子と、
前記対象物によって反射された前記参照光の少なくとも一部である反射参照光を受光する、前記筐体内に収容された第２受光素子と、
前記筐体から前記対象物までの距離を測定する測距部と、
前記筐体と前記対象物との間の空間の温度及び湿度を検知する温湿度検知部と、
前記温湿度検知部によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、前記測距部によって測定された距離と、予め定められた第１吸光係数とに基づいて、前記第１受光素子から出力された前記反射検知光に対応する検知信号を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された検知信号と、前記第２受光素子から出力された前記反射参照光に対応する参照信号とに基づいて、前記対象物が含む前記成分を検知する信号処理回路とを備える
光学式成分センサ。
【請求項２】
前記第１吸光係数は、前記第１光源が発する検知光の波長に対する第１発光強度分布と、前記第１受光素子における波長に対する第１感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められた値である
請求項１に記載の光学式成分センサ。
【請求項３】
さらに、
前記反射検知光の光路上に設けられた第１フィルタを備え、
前記第１吸光係数は、前記第１発光強度分布と、前記第１感度特性と、前記吸光度と、前記第１フィルタにおける波長に対する第１透過特性とに基づいて、予め定められている
請求項２に記載の光学式成分センサ。
【請求項４】
前記補正部は、さらに、前記温湿度検知部によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、前記測距部によって測定された距離と、予め定められた第２吸光係数とに基づいて、前記参照信号を補正し、
前記第２吸光係数は、前記第２光源が発する参照光の波長に対する第２発光強度分布と、前記第２受光素子における波長に対する第２感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められた値であり、
前記信号処理回路は、前記補正部によって補正された検知信号と、前記補正部によって補正された参照信号とに基づいて、前記対象物が含む前記成分を検知する
請求項２又は３に記載の光学式成分センサ。
【請求項５】
さらに、
前記反射参照光の光路上に設けられた第２フィルタを備え、
前記第２吸光係数は、前記第２発光強度分布と、前記第２感度特性と、前記吸光度と、前記第２フィルタにおける波長に対する第２透過特性とに基づいて、予め定められている
請求項４に記載の光学式成分センサ。
【請求項６】
前記測距部は、三角測距法により前記距離を測定する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式成分センサ。
【請求項７】
さらに、
前記反射検知光又は前記反射参照光を受光する位置検出素子を備え、
前記測距部は、前記位置検出素子における前記反射検知光又は前記反射参照光の受光位置に基づいて前記距離を測定する
請求項６に記載の光学式成分センサ。
【請求項８】
さらに、
前記第１受光素子の受光面の前方に配置された、前記反射検知光の入射角度に応じて前記反射検知光の一部を遮蔽するための第１アパーチャと、
前記第２受光素子の受光面の前方に配置された、前記反射参照光の入射角度に応じて前記反射参照光の一部を遮蔽するための第２アパーチャとを備え、
前記測距部は、前記検知信号及び前記参照信号の比に基づいて前記距離を測定する
請求項６に記載の光学式成分センサ。
【請求項９】
前記測距部は、光飛行時間測距法（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）により前記距離を測定する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式成分センサ。
【請求項１０】
前記測距部は、前記検知光又は前記参照光を用いた光飛行時間測距法により前記距離を測定する
請求項９に記載の光学式成分センサ。
【請求項１１】
前記測距部は、前記検知光を用いて測定された距離と、前記参照光を用いて測定された距離との平均値を、前記筐体から前記対象物までの距離として算出する
請求項１０に記載の光学式成分センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知光と参照光とを用いて所定の成分を検知する光学式成分センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水分による赤外線の吸収を利用して、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）。特許文献１に記載された赤外線水分計では、互いに異なる複数の波長域の赤外光を紙に照射し、紙によって透過及び散乱された赤外光の強度に基づいて、紙に含まれる水分量を検出する。赤外線水分計では、湿気（水蒸気）の影響を軽減するために、赤外光の波長域をフィルタによって調整している。
【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】
上記従来の赤外線水分計が備える複数のフィルタには、水分による吸収を受ける波長域の赤外線を通過させるフィルタと、水分などによる吸収を受けることが少なく、かつ、水蒸気による吸収を受ける波長域の赤外線を通過させるフィルタとが含まれる。このとき、当該２つのフィルタには、水分による吸収率と、水蒸気による吸収率とが同程度になる波長域の赤外線を透過させることが要求される。
【０００５】
一般的に、量産した複数のフィルタには、波長特性（中心波長、透過率、半値幅、遮断率など）にばらつきが発生する。また、フィルタの波長特性だけでなく、ランプ及び受光素子の波長特性との掛け合わせによる赤外エネルギーを考慮したマッチングが必要になる。したがって、水分による吸収率と水蒸気による吸収率とを同程度にすることは、製造上非常に難しい。製造上の各部品の特性ばらつきを許容した場合には、水分量の検出精度が著しく低下する。
【０００６】
そこで、本発明は、所定の成分を精度良く検出することができる光学式成分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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光学式成分センサは、所定の成分による吸収波長を含む検知光を発する第１光源と、前記成分による吸収波長を含まない参照光を発する第２光源と、前記第１光源及び前記第２光源を収容する筐体と、前記筐体の外部に位置している対象物によって反射された前記検知光の少なくとも一部である反射検知光を受光する、前記筐体内に収容された第１受光素子と、前記対象物によって反射された前記参照光の少なくとも一部である反射参照光を受光する、前記筐体内に収容された第２受光素子と、前記筐体から前記対象物までの距離を測定する測距部と、前記筐体と前記対象物との間の空間の温度及び湿度を検知する温湿度検知部と、前記温湿度検知部によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、前記測距部によって測定された距離と、予め定められた第１吸光係数とに基づいて、前記第１受光素子から出力された前記反射検知光に対応する検知信号を補正する補正部と、前記補正部によって補正された検知信号と、前記第２受光素子から出力された前記反射参照光に対応する参照信号とに基づいて、前記対象物が含む前記成分を検知する信号処理回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光学式成分センサによれば、所定の成分を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る光学式成分センサの構成と対象物とを示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る光学式成分センサの機能構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】実施の形態に係る光学式成分センサの検知光の光路の一例を示す図である。
【図３Ｂ】実施の形態に係る光学式成分センサの参照光の光路の一例を示す図である。
【図４】水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。
【図５】実施の形態に係る光学式成分センサの検知光及び参照光のスペクトルを示す図である。
【図６】実施の形態に係る光学式成分センサの受光素子の感度特性を示す図である。
【図７】実施の形態に係る光学式成分センサの光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図８】実施の形態に係る三角測距法による距離の測定原理を示す模式図である。
【図９】変形例１に係る三角測距法による距離の測定原理を示す模式図である。
【図１０】変形例２に係る光飛行時間測距法による距離の測定原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態に係る光学式成分センサについて、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、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。
【００１１】
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。
【００１２】
（実施の形態）
［概要］
まず、実施の形態に係る光学式成分センサの概要について説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る光学式成分センサ１の構成と対象物２とを示す図である。図２は、本実施の形態に係る光学式成分センサ１の機能構成を示すブロック図である。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る光学式成分センサ１の検知光及び参照光の光路の一例を示す図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂではそれぞれ、検知光及び参照光の代表的な光路のみを示している。
【００１４】
光学式成分センサ１は、波長の異なる２つの光（検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１）を対象物２に照射して、対象物２による反射光（反射検知光ＬＤ２及び反射参照光ＬＲ２）を受光することで、対象物２に含まれる成分を検知する非接触式の光学式成分センサである。本実施の形態では、図１に示すように、光学式成分センサ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知する。
【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。例えば、光学式成分センサ１を衣類乾燥機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、光学式成分センサ１と対象物２との間の空間（自由空間）であり、湿気（水蒸気）を含んでいる。空間３は、光学式成分センサ１の筐体１０の外部空間である。
【００１７】
図１に示すように、光学式成分センサ１は、筐体１０と、検知用光源２１と、参照用光源２２と、検知用受光素子３１と、参照用受光素子３２と、光学素子４０と、検知用レンズ５１と、参照用レンズ５２と、検知用フィルタ６１と、参照用フィルタ６２と、検知用アパーチャ７１と、参照用アパーチャ７２とを備える。また、図２に示すように、光学式成分センサ１は、測距部７５と、制御回路８０と、温湿度検知部８５と、補正部９０と、信号処理回路９５とを備える。
【００１８】
以下では、光学式成分センサ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、検知用光源２１及び参照用光源２２を収容する筐体である。図１に示すように、筐体１０には、さらに、検知用受光素子３１、参照用受光素子３２、光学素子４０、検知用レンズ５１、参照用レンズ５２、検知用フィルタ６１、参照用フィルタ６２、検知用アパーチャ７１、及び、参照用アパーチャ７２が収容されている。
【００２０】
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、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２が受光する光に対して遮光性を有する。より具体的には、筐体１０は、反射検知光ＬＤ２（検知光ＬＤ１）及び反射参照光ＬＲ２（参照光ＬＲ１）に対して遮光性を有し、例えば、樹脂材料又は金属材料から形成される。
【００２１】
筐体１０の外壁には、開口が設けられ、当該開口に検知用レンズ５１及び参照用レンズ５２が取り付けられている。また、図示しないが、筐体１０の外壁には、検知用光源２１及び参照用光源２２が発した光を外部に出射するための開口が設けられている。
【００２２】
［検知用光源］
検知用光源２１は、所定の成分による吸収波長を含む検知光ＬＤ１を発する第１光源の一例である。具体的には、検知用光源２１は、水分による吸収波長をピーク波長として含む検知光ＬＤ１を発する分散光源である。検知用光源２１が発した検知光ＬＤ１は、図３Ａに示すように、光学素子４０によって反射されて筐体１０の外部に出射される。
【００２３】
図４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に示すように、水分は、約１４５０ｎｍ及び約１９００ｎｍ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。
【００２４】
図５は、本実施の形態に係る光学式成分センサ１の検知光及び参照光のスペクトルを示す図である。図５に示すように、検知光ＬＤ１は、水分による吸収波長である１４５０ｎｍをピーク波長として含む赤外光である。図４と図５とを比較して分かるように、検知光ＬＤ１は、水分だけでなく、水蒸気によっても吸収される波長成分を含んでいる。
【００２５】
検知用光源２１は、例えば、図５の実線で示すスペクトルを有する赤外光を発する発光素子である。発光素子は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子であるが、これに限らない。発光素子としては、半導体レーザ素子又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などを用いてもよい。
【００２６】
検知用光源２１は、図１に示すように、筐体１０内の所定の位置に固定されている。本実施の形態では、検知用光源２１は、光学素子４０を間に挟んで、参照用受光素子３２と向かい合うように配置されている。
【００２７】
［参照用光源］
参照用光源２２は、所定の成分による吸収波長を含まない参照光ＬＲ１を発する第２光源の一例（分散光源）である。図５に示すように、参照光ＬＲ１は、水分による吸収波長である約１４５０ｎｍの波長を含まずに、例えば、当該吸収波長とは異なる約１３００ｎｍの波長をピーク波長として含んでいる。参照用光源２２が発した参照光ＬＲ１は、図３Ｂに示すように、光学素子４０によって反射されて筐体１０の外部に出射される。
【００２８】
なお、吸収波長を含まないとは、吸収波長を全く含まないことのみを意味する訳ではない。参照光ＬＲ１は、ピーク波長に比べて十分に小さい強度の吸収波長を含んでもよい。例えば、参照光ＬＲ１は、検知分解能より小さい強度の吸収波長を含んでもよい。
【００２９】
参照用光源２２は、例えば、図５の破線で示すスペクトルを有する赤外光を発する発光素子である。すなわち、参照用光源２２は、検知用光源２１が発する赤外光のピーク波長とは異なる波長をピーク波長として含む赤外光を発する。発光素子は、例えば、ＬＥＤ素子であるが、半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などでもよい。
【００３０】
参照用光源２２は、図１に示すように、筐体１０内の所定の位置に固定されている。本実施の形態では、参照用光源２２は、光学素子４０を間に挟んで、検知用受光素子３１と向かい合うように配置されている。
【００３１】
［検知用受光素子］
検知用受光素子３１は、対象物２によって反射された検知光ＬＤ１の少なくとも一部である反射検知光ＬＤ２を受光する第１受光素子の一例である。検知用受光素子３１は、受光した反射検知光ＬＤ２を光電変換することで、反射検知光ＬＤ２の受光量（すなわち、強度）に応じた電気信号である検知信号を生成する。生成された検知信号は、信号処理回路９５に出力される。なお、本実施の形態では、検知信号は、測距部７５にも出力され、対象物２までの距離Ｌの測定（すなわち、測距）に利用される。
【００３２】
反射検知光ＬＤ２は、検知光ＬＤ１が対象物２によって反射された光である。反射検知光ＬＤ２のピーク波長は、検知光ＬＤ１のピーク波長（約１４５０ｎｍ）と同じである。
【００３３】
図６は、本実施の形態に係る光学式成分センサ１の受光素子の感度特性を示す図である。本実施の形態では、図６に示す特性を有する受光素子を、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２の各々に用いる。
【００３４】
具体的には、図６に示すように、検知用受光素子３１の受光感度は、１０００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲の波長に対して正の相関を有する。なお、検知用受光素子３１の受光感度は、これに限定されず、例えば、各波長に対して略一定の感度でもよい。
【００３５】
このように、検知用受光素子３１は、反射検知光ＬＤ２（検知光ＬＤ１）のピーク波長に対して十分に強い受光感度を有する。したがって、検知用受光素子３１は、反射検知光ＬＤ２を受光し、受光量に応じた電気信号（検知信号）を生成することができる。
【００３６】
検知用受光素子３１は、筐体１０内に収容されている。例えば、検知用受光素子３１は、受光面が検知用レンズ５１の焦点に位置するように筐体１０内に固定されている。
【００３７】
検知用受光素子３１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、検知用受光素子３１は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。なお、検知用受光素子３１と参照用受光素子３２とは、１つのイメージセンサの異なる領域を利用してもよい。
【００３８】
［参照用受光素子］
参照用受光素子３２は、対象物２によって反射された参照光ＬＲ１の少なくとも一部である反射参照光ＬＲ２を受光する第２受光素子の一例である。参照用受光素子３２は、受光した反射参照光ＬＲ２を光電変換することで、反射参照光ＬＲ２の受光量に応じた電気信号である参照信号を生成する。生成された参照信号は、信号処理回路９５に出力される。なお、本実施の形態では、参照信号は、測距部７５にも出力され、測距に利用される。
【００３９】
反射参照光ＬＲ２は、参照光ＬＲ１が対象物２によって反射された光である。反射参照光ＬＲ２のピーク波長は、参照光ＬＲ１のピーク波長（約１３００ｎｍ）と同じである。
【００４０】
参照用受光素子３２の受光感度は、図６に示す特性を有する。つまり、参照用受光素子３２は、反射参照光ＬＲ２（参照光ＬＲ１）のピーク波長に対して十分に強い受光感度を有する。したがって、参照用受光素子３２は、反射参照光ＬＲ２を受光し、各々の受光量に応じた電気信号（参照信号）を生成することができる。
【００４１】
参照用受光素子３２は、筐体１０内に収容されている。例えば、参照用受光素子３２は、受光面が参照用レンズ５２の焦点に位置するように筐体１０内に固定されている。
【００４２】
参照用受光素子３２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、参照用受光素子３２は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。
【００４３】
［光学素子］
光学素子４０は、検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１を、同軸かつ同スポットサイズで筐体１０から対象物２に向けて出射する。光学素子４０は、例えば、凹状の反射面を有し、当該反射面によって検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１を反射する。検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１は、例えば、光学素子４０の反射面によって、互いに同じ方向に同じ配光角で反射される。
【００４４】
光学素子４０によって反射された検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１はそれぞれ、筐体１０の外部に位置する対象物２に向けて出射される。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、筐体１０の外部に出射された検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１は、対象物２の略同じ部分に略同じスポットサイズで照射される。
【００４５】
光学素子４０は、例えば、凹面を有する所定形状に成形された樹脂成形体に金属薄膜を蒸着法などによって成膜することで形成される。
【００４６】
［検知用レンズ］
検知用レンズ５１は、対象物２によって反射された反射検知光ＬＤ２を検知用受光素子３１に集光するための集光レンズである。検知用レンズ５１は、例えば、焦点が検知用受光素子３１の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。検知用レンズ５１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００４７】
［参照用レンズ］
参照用レンズ５２は、対象物２によって反射された反射参照光ＬＲ２を参照用受光素子３２に集光するための集光レンズである。参照用レンズ５２は、例えば、焦点が参照用受光素子３２の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。参照用レンズ５２は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
【００４８】
［検知用フィルタ］
検知用フィルタ６１は、検知用受光素子３１に入射する反射検知光ＬＤ２の光路上に設けられた第１フィルタの一例である。本実施の形態では、図１に示すように、検知用フィルタ６１は、検知用レンズ５１と検知用アパーチャ７１との間に配置されている。検知用フィルタ６１は、反射検知光ＬＤ２を透過し、かつ、反射参照光ＬＲ３を吸収する。このため、図３Ｂに示すように、反射参照光ＬＲ３は、検知用フィルタ６１によって吸収されて検知用受光素子３１にはほとんど到達しない。
【００４９】
図７は、本実施の形態に係る光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。図７に示すように、検知用フィルタ６１は、反射検知光ＬＤ２のピーク波長である１４５０ｎｍの光を透過し、反射参照光ＬＲ３のピーク波長である１３００ｎｍの光を吸収する。なお、検知用フィルタ６１は、１３００ｎｍの光の一部を透過してもよい。すなわち、検知用フィルタ６１は、反射検知光ＬＤ２の透過量よりも少ない透過量で反射参照光ＬＲ３を透過してもよい。
【００５０】
［参照用フィルタ］
参照用フィルタ６２は、参照用受光素子３２に入射する反射参照光ＬＲ２の光路上に設けられた第２フィルタの一例である。本実施の形態では、図１に示すように、参照用フィルタ６２は、参照用レンズ５２と参照用アパーチャ７２との間に配置されている。参照用フィルタ６２は、反射参照光ＬＲ２を透過し、かつ、反射検知光ＬＤ３を吸収する。このため、図３Ａに示すように、反射検知光ＬＤ３は、参照用フィルタ６２によって吸収されて参照用受光素子３２にはほとんど到達しない。
【００５１】
図７に示すように、参照用フィルタ６２は、反射参照光ＬＲ２のピーク波長である１３００ｎｍの光を透過し、反射検知光ＬＤ３のピーク波長である１４５０ｎｍの光を吸収する。なお、参照用フィルタ６２は、１４５０ｎｍの光の一部を透過してもよい。すなわち、参照用フィルタ６２は、反射参照光ＬＲ２の透過量よりも少ない透過量で反射検知光ＬＤ３を透過してもよい。
【００５２】
［検知用アパーチャ］
検知用アパーチャ７１は、検知用受光素子３１の受光面の前方に設けられ、反射検知光ＬＤ２の入射角度に応じて反射検知光ＬＤ２の一部を遮蔽する第１アパーチャの一例である。例えば、検知用アパーチャ７１は、所定の径の開口（スリット）が設けられた遮光性の部材である。検知用アパーチャ７１は、反射検知光ＬＤ２の入射角度が大きい程、反射検知光ＬＤ２をより多く遮蔽する。したがって、検知用アパーチャ７１を通過する反射検知光ＬＤ２の光量が少なくなるので、検知用受光素子３１での受光量が小さくなる。
【００５３】
なお、検知用アパーチャ７１は、対象物２までの距離Ｌを測定するのに用いられる部材である。したがって、検知信号を利用した測距を行わない場合は、検知用アパーチャ７１は設けられていなくてもよい。参照用アパーチャ７２についても同様である。詳細については、変形例１及び２で説明する。
【００５４】
［参照用アパーチャ］
参照用アパーチャ７２は、参照用受光素子３２の受光面の前方に設けられ、反射参照光ＬＲ２の入射角度に応じて反射参照光ＬＲ２の一部を遮蔽する第２アパーチャの一例である。例えば、参照用アパーチャ７２は、所定の径の開口（スリット）が設けられた遮光性の部材である。参照用アパーチャ７２は、反射参照光ＬＲ２の入射角度が大きい程、反射参照光ＬＲ２をより多く遮蔽する。したがって、参照用アパーチャ７２を通過する反射参照光ＬＲ２の光量が少なくなるので、参照用受光素子３２での受光量が小さくなる。
【００５５】
［測距部］
測距部７５は、筐体１０から対象物２までの距離Ｌを測定する。本実施の形態では、測距部７５は、三角測距法により距離Ｌを測定する。
【００５６】
図８は、本実施の形態に係る三角測距法による距離の測定原理を示す模式図である。ここでは、参照用光源２２が出射する参照光を用いて距離を測定する場合について説明する。なお、説明を簡単にするため、光学素子４０などの他の部材については示していない。
【００５７】
図８には、参照用光源２２及び参照用受光素子３２からの距離が近い対象物２ａと、当該距離が遠い対象物２ｂとが示されている。参照用光源２２から発せられた参照光ＬＲａ１は、対象物２ａによって反射され、その反射光である反射参照光ＬＲａ２は、参照用レンズ５２及び参照用アパーチャ７２を通過して参照用受光素子３２に入射する。同様に、参照用光源２２から発せられた参照光ＬＲｂ１は、対象物２ｂによって反射され、その反射光である反射参照光ＬＲｂ２は、参照用レンズ５２及び参照用アパーチャ７２を通過して参照用受光素子３２に入射する。
【００５８】
図８に示すように、反射参照光ＬＲａ２は、参照用受光素子３２の受光面に対して大きな入射角で（浅い角度で）に入射する。このため、参照用アパーチャ７２を通過する際に、遮蔽される光量（ケラレ）が大きくなる。したがって、参照用受光素子３２に入射する反射参照光ＬＲａ２の光量は小さい。
【００５９】
一方で、反射参照光ＬＲｂ２は、参照用受光素子３２の受光面に対して小さな入射角で（受光面に対してより垂直に近い方向から）入射する。このため、参照用アパーチャ７２によって遮蔽される光量は少なくなるので、参照用受光素子３２に入射する反射参照光ＬＲｂ２の光量は大きい。
【００６０】
このように、参照用アパーチャ７２を設けることで、参照用受光素子３２に入射する反射参照光ＬＲ２の受光量が、反射参照光ＬＲ２の入射角に応じて変化する。図８に示すように、反射参照光ＬＲ２の入射角は、対象物２までの距離Ｌに依存する。具体的には、対象物２までの距離Ｌが大きい程（例えば、対象物２ｂの場合）、反射参照光ＬＲ２の入射角は小さくなって受光量は大きくなる。対象物２までの距離Ｌが小さい程（例えば、対象物２ａの場合）、反射参照光ＬＲ２の入射角は大きくなって受光量は小さくなる。したがって、測距部７５は、参照用受光素子３２から出力される参照信号の強度（電圧レベル）に基づいて、対象物２までの距離Ｌを測定することができる。
【００６１】
なお、実際には、参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２は、空間３に含まれる水蒸気によって吸収されるので、水蒸気量に応じて参照信号の強度も変化する。したがって、本実施の形態では、測距部７５は、検知信号及び参照信号の比に基づいて距離Ｌを測定する。具体的には、図１に示すように、検知用受光素子３１の前方にも同様の検知用アパーチャ７１を設けることで、検知信号も距離Ｌの測定に利用する。
【００６２】
例えば、湿気の影響を受けない環境下において、入射角の違いによる参照信号（又は検知信号）の出力変化率を予め計測しておく。測距部７５は、図２に示すように、計測した出力変化率を示す出力変化パラメータ７６を記憶している。例えば、測距部７５は、不揮発性メモリなどの記憶部を有し、出力変化パラメータ７６を記憶している。
【００６３】
測距部７５は、例えば、マイクロコントローラで構成される。測距部７５は、測距プログラム及び出力変化パラメータ７６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。なお、測距部７５、制御回路８０、補正部９０及び信号処理回路９５などは、各々の専用のマイクロコントローラで実現されてもよく、あるいは、１つのマイクロコントローラで実現されてもよい。
【００６４】
［制御回路］
制御回路８０は、検知用光源２１の発光と参照用光源２２の発光とを個別に制御する。具体的には、制御回路８０は、検知用光源２１の発光及び消灯と、参照用光源２２の発光及び消灯とを、独立して制御することができる。
【００６５】
例えば、制御回路８０は、検知用光源２１及び参照用光源２２を時間排他的に発光させる。つまり、検知用光源２１の発光期間と参照用光源２２の発光期間とは、重複しない。具体的には、制御回路８０は、検知用光源２１及び参照用光源２２を時間排他的に交互に繰り返し発光させる。例えば、制御回路８０は、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）のパルス信号を検知用光源２１及び参照用光源２２に出力する。検知用光源２１に出力するパルス信号と、参照用光源２２に出力するパルス信号とは、各々のパルスが重複しないように同期されている。
【００６６】
例えば、検知用光源２１のパルス信号は、オンデューティ比が５０％以下のパルス信号である。参照用光源２２のパルス信号は、検知用光源２１のパルス信号の位相を１８０度ずらしたパルス信号である。これにより、検知用光源２１の発光期間と参照用光源２２の発光期間とを、同じ長さの期間とし、かつ、互いに重複しないようにすることができる。
【００６７】
図１には示していないが、制御回路８０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、制御回路８０は、無線通信などの通信機能を有し、制御用のパルス信号を検知用光源２１及び参照用光源２２に送信してもよい。
【００６８】
制御回路８０は、例えば、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。制御回路８０は、光源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。
【００６９】
［温湿度検知部］
温湿度検知部８５は、空間３の温度及び湿度を検知する温湿度センサである。本実施の形態では、温湿度検知部８５は、検知した温度及び湿度を用いて空間３の絶対湿度を算出する。絶対湿度は、空間３に含まれる単位体積当たりの水蒸気量である。温湿度検知部８５が算出した絶対湿度は、補正部９０に出力される。
【００７０】
温湿度検知部８５は、例えば、筐体１０の外側面に取り付けられている。あるいは、温湿度検知部８５は、筐体１０とは別体でもよく、空間３の所定の位置に設けられていてもよい。この場合、温湿度検知部８５と補正部９０（又は信号処理回路９５など）とは、無線通信機能を有し、無線によって絶対湿度を送受信してもよい。
【００７１】
［補正部］
補正部９０は、空間３の絶対湿度と、距離Ｌと、予め定められた検知光用の吸光係数αｃ１とに基づいて、検知信号を補正する。検知光ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２は、空間３に含まれる水蒸気（湿気）によって吸収される波長成分を含んでいる。したがって、検知信号は、対象物２に含まれる水分による吸収だけでなく、水蒸気による吸収の影響を受けた信号である。このため、補正部９０は、水蒸気による吸収分をキャンセルするように、検知信号を補正する。
【００７２】
また、本実施の形態では、補正部９０は、さらに、空間３の絶対湿度と、距離Ｌと、予め定められた参照光用の吸光係数αｃ２とに基づいて、検知信号を補正する。参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２は、空間３に含まれる水蒸気によって吸収される波長成分を含んでいる。したがって、参照信号は、対象物２に含まれる水分による吸収だけでなく、水蒸気による吸収の影響を受けた信号である。このため、補正部９０は、水蒸気による吸収分をキャンセルするように、参照信号を補正する。
【００７３】
補正部９０による検知信号及び参照信号の補正の詳細については、後で説明する。
【００７４】
なお、参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２の水蒸気による吸収が十分に小さい場合には、補正部９０は、参照信号を補正しなくてもよい。
【００７５】
補正部９０は、例えば、マイクロコントローラで構成される。補正部９０は、補正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。
【００７６】
［信号処理回路］
信号処理回路９５は、検知用受光素子３１から出力された反射検知光ＬＤ２に対応する検知信号と、参照用受光素子３２から出力された反射参照光ＬＲ２に対応する参照信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検知する。具体的には、信号処理回路９５は、検知信号の電圧レベルと参照信号の電圧レベルとの比（エネルギー比）に基づいて、対象物２が含む水分量を検知する。
【００７７】
本実施の形態では、信号処理回路９５は、補正部９０によって補正された検知信号及び補正された参照信号に基づいて、対象物２が含む水分量を検知する。具体的な水分量の検知（算出）方法については後で説明する。
【００７８】
信号処理回路９５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９５は、無線通信などの通信機能を有し、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２からの出力信号を受信してもよい。
【００７９】
信号処理回路９５は、例えば、マイクロコントローラである。信号処理回路９５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。
【００８０】
［信号処理（検知処理）］
続いて、補正部９０及び信号処理回路９５による信号処理（成分の検知処理）について説明する。
【００８１】
本実施の形態では、信号処理回路９５は、反射検知光ＬＤ２の光エネルギーＰｄと反射参照光ＬＲ２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知する。なお、光エネルギーＰｄは、検知用受光素子３１から出力される検知信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、参照用受光素子３２から出力される参照信号の強度に対応する。
【００８２】
検知用受光素子３１に入射する反射検知光ＬＤ２の光エネルギーＰｄは、次の（式１）で表される。
【００８３】
（式１）  Ｐｄ＝Ｐｄ０×Ｇｄ×Ｒｄ×Ｔｄ×Ａｃｄ×Ａａｄ×Ｉｖｄ
【００８４】
ここで、Ｐｄ０は、検知用光源２１が発した検知光ＬＤ１の光エネルギーである。Ｇｄは、検知用光源２１が発した検知光ＬＤ１の検知用受光素子３１に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｄは、検知光ＬＤ１のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射検知光ＬＤ２）になる部分の割合に相当する。
【００８５】
Ｒｄは、対象物２による検知光ＬＤ１の反射率である。Ｔｄは、検知用フィルタ６１による反射検知光ＬＤ２の透過率である。Ｉｖｄは、検知用受光素子３１の反射検知光ＬＤ２に対する受光感度である。
【００８６】
Ａｃｄは、空間３に含まれる水蒸気による検知光ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２の吸収率であり、次の（式２）で表される。
【００８７】
（式２）  Ａｃｄ＝１０−αｃ１×Ｃｃ×２Ｌ
【００８８】
ここで、αｃ１は、予め定められた第１吸光係数であり、具体的には、検知光ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２の波長域での換算吸光係数である。本実施の形態では、αｃ１は、検知用光源２１が発する検知光ＬＤ１の波長に対する発光強度分布と、検知用受光素子３１における波長に対する感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められている。
【００８９】
例えば、光学式成分センサ１の製造後に行われる検査工程で、光学式成分センサ１の特性を取得することで、適切な検知信号用の吸光係数αｃ１を定めることができる。なお、検査工程では、例えば、乾燥雰囲気下において、固定の水分量を含む対象物２に対して検知光ＬＤ１を照射して、その反射光である反射検知光ＬＤ２を検知用受光素子３１に受光させる。対象物２に含まれる水分量が固定であるので、検知用受光素子３１から出力される検知信号の強度との対応関係を決定することができ、吸光係数αｃ１を定めることができる。
【００９０】
Ｃｃは、絶対湿度であり、具体的には、温湿度検知部８５によって算出される。Ｌは、筐体１０から対象物２までの距離であり、具体的には、測距部７５によって算出される。
【００９１】
Ａａｄは、対象物２に含まれる成分（水分）による検知光ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２の吸収率あり、次の（式３）で表される。
【００９２】
（式３）  Ａａｄ＝１０−αａ×Ｃａ×Ｄ
【００９３】
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ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２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ＬＤ１及び反射検知光ＬＤ２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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、及び、空間３に含まれる水蒸気量に応じて、検知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。
【００９６】
同様に、参照用受光素子３２に入射する反射参照光ＬＲ２の光エネルギーＰｒは、次の（式４）で表される。
【００９７】
（式４）  Ｐｒ＝Ｐｒ０×Ｇｒ×Ｒｒ×Ｔｒ×Ａｃｒ×Ｉｖｒ
【００９８】
本実施の形態では、参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２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）とを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４）には含まれていない。
【００９９】
（式４）において、Ｐｒ０は、参照用光源２２が発した参照光ＬＲ１の光エネルギーである。Ｇｒは、参照用光源２２が発した参照光ＬＲ２の参照用受光素子３２に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｒは、参照光ＬＲ１のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射参照光ＬＲ２）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ＬＲ１の反射率である。Ｔｒは、参照用フィルタ６２による反射参照光ＬＲ２の透過率である。Ｉｖｒは、参照用受光素子３２の反射参照光ＬＲ２に対する受光感度である。
【０１００】
Ａｃｒは、空間３に含まれる水蒸気による参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２の吸収率であり、次の（式５）で表される。
【０１０１】
（式５）  Ａｃｒ＝１０−αｃ２×Ｃｃ×２Ｌ
【０１０２】
ここで、αｃ２は、予め定められた第２吸光係数であり、具体的には、参照光ＬＲ１及び反射参照光ＬＲ２の波長域での換算吸光係数である。本実施の形態では、αｃ２は参照用光源２２が発する参照光ＬＲ１の波長に対する発光強度分布と、参照用受光素子３２における波長に対する感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められている。なお、αｃ２は、αｃ１と同様に、光学式成分センサ１の製造後に行われる検査工程において予め定めることができる。Ｃｃ及びＬは、（式２）の場合と同様である。
【０１０３】
本実施の形態では、検知光ＬＤ１と参照光ＬＲ１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ＬＤ１の結合効率Ｇｄと参照光ＬＲ１の結合効率Ｇｒとは略等しくなる。また、検知光ＬＤ１と参照光ＬＲ１とはピーク波長が比較的近いので、検知光ＬＤ１の反射率Ｒｄと参照光ＬＲ１の反射率Ｒｒとが略等しくなる。
【０１０４】
したがって、（式１）と（式４）との比を取ることにより、次の（式６）が導き出される。
【０１０５】
（式６）  Ｐｄ／Ｐｒ＝Ｚ×（Ａｃｄ／Ａｃｒ）×Ａａｄ
【０１０６】
ここで、Ｚは、定数項であり、（式７）で示される。
【０１０７】
（式７）  Ｚ＝（Ｐｄ０／Ｐｒ０）×（Ｔｄ／Ｔｒ）×（Ｉｖｄ／Ｉｖｒ）
【０１０８】
光エネルギーＰｄ０及びＰｒ０はそれぞれ、検知用光源２１及び参照用光源２２の初期出力として予め定められている。また、反射検知光ＬＤ２の透過率Ｔｄ及び反射参照光ＬＲ２の透過率Ｔｒはそれぞれ、検知用フィルタ６１及び参照用フィルタ６２の透過特性により予め定められている。反射検知光ＬＤ２の受光感度Ｉｖｄ及び反射参照光ＬＲ２の受光感度Ｉｖｒはそれぞれ、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２の受光特性により予め定められている。したがって、（式７）で示されるＺは、定数とみなすことができる。
【０１０９】
信号処理回路９５は、検知信号に基づいて反射検知光ＬＤ２の光エネルギーＰｄを算出し、参照信号に基づいて反射参照光ＬＲ２の光エネルギーＰｒを算出する。具体的には、検知信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｄに相当し、参照信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｒに相当する。また、補正部９０は、（式２）及び（式５）に基づいて、水蒸気による吸収率Ａｃｄ及びＡｃｒを算出する。
【０１１０】
したがって、信号処理回路９５は、（式６）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、信号処理回路９５は、（式３）に基づいて水分量を算出することができる。
【０１１１】
［効果など］
筐体１０と対象物２との間の空間３に水蒸気が含まれない場合、又は、検知光が水蒸気による吸収を受けない場合、信号処理回路９５は、検知信号を処理することで、対象物２に含まれる水分を検知することができる。しかしながら、検知光が空間３に含まれる水蒸気によって吸収される場合、検知信号の強度は、対象物２に含まれる水分だけでなく、空間３に含まれる水蒸気による影響も受ける。
【０１１２】
これに対して、本実施の形態に係る光学式成分センサ１は、所定の成分による吸収波長を含む検知光ＬＤ１を発する検知用光源２１と、成分による吸収波長を含まない参照光ＬＲ１を発する参照用光源２２と、検知用光源２１及び参照用光源２２を収容する筐体１０と、筐体１０の外部に位置している対象物２によって反射された検知光ＬＤ１の少なくとも一部である反射検知光ＬＤ２を受光する、筐体１０内に収容された検知用受光素子３１と、対象物２によって反射された参照光ＬＲ１の少なくとも一部である反射参照光ＬＲ２を受光する、筐体１０内に収容された参照用受光素子３２と、筐体１０から対象物２までの距離を測定する測距部７５と、筐体１０と対象物２との間の空間３の温度及び湿度を検知する温湿度検知部８５と、温湿度検知部８５によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、測距部７５によって測定された距離と、予め定められた吸光係数とに基づいて、検知用受光素子３１から出力された反射検知光ＬＤ２に対応する検知信号を補正する補正部９０と、補正部９０によって補正された検知信号と、参照用受光素子３２から出力された反射参照光ＬＲ２に対応する参照信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検知する信号処理回路９５とを備える。
【０１１３】
これにより、筐体１０と対象物２との間の空間３の絶対湿度と筐体１０から対象物２までの距離Ｌとに基づいて検知信号を補正するので、水蒸気による吸収分をキャンセルすることができる。
【０１１４】
また、本実施の形態では、水分による吸収を受けることが少なく、水蒸気による吸収を受けるフィルタなどの高精度な透過特性を要求されるフィルタを必要としない。すなわち、光学部品に特性ばらつきがあったとしても、検知信号を補正することで、特性ばらつきの影響を抑えることができる。これにより、光学式成分センサ１は、水分を精度良く検出することができる。
【０１１５】
また、例えば、検知用の吸光係数は、検知用光源２１が発する検知光ＬＤ１の波長に対する第１発光強度分布と、検知用受光素子３１における波長に対する第１感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められた値である。
【０１１６】
これにより、検知信号用の吸光係数を予め定めておくことで、光学部品の特性ばらつきの影響を抑えることができ、対象物２に含まれる水分を精度良く検出することができる。
【０１１７】
また、例えば、光学式成分センサ１は、さらに、反射検知光ＬＤ２の光路上に設けられた検知用フィルタ６１を備え、検知用の吸光係数は、第１発光強度分布と、第１感度特性と、吸光度と、検知用フィルタ６１における波長に対する透過特性とに基づいて、予め定められている。
【０１１８】
これにより、検知用フィルタ６１の透過特性を含む各光学部品の特性に基づいて、検知信号用の吸光係数が定められているので、対象物２に含まれる水分を精度良く検出することができる。
【０１１９】
また、例えば、補正部９０は、さらに、温湿度検知部８５によって検知された温度及び湿度に基づいて算出された絶対湿度と、測距部７５によって測定された距離と、予め定められた吸光係数とに基づいて、参照用の吸光係数は、参照用光源２２が発する参照光ＬＲ１の波長に対する第２発光強度分布と、参照用受光素子３２における波長に対する第２感度特性と、水蒸気による波長に対する吸光度とに基づいて、予め定められた値であり、参照信号を補正し、信号処理回路９５は、補正部９０によって補正された検知信号と、補正部９０によって補正された参照信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検知する。
【０１２０】
これにより、参照光が水蒸気による吸収を受ける場合であっても、参照信号を補正するので、水蒸気による吸収分をキャンセルすることができる。また、参照信号用の吸光係数を予め定めておくことで、光学部品の特性ばらつきの影響を抑えることができる。したがって、光学式成分センサ１は、対象物２に含まれる水分を精度良く検出することができる。
【０１２１】
また、例えば、光学式成分センサ１は、さらに、反射参照光ＬＲ２の光路上に設けられた参照用フィルタ６２を備え、参照用の吸光係数は、第２発光強度分布と、第２感度特性と、吸光度と、参照用フィルタ６２における波長に対する透過特性とに基づいて、予め定められている。
【０１２２】
これにより、参照用フィルタ６２の透過特性を含む各光学部品の特性に基づいて、参照信号用の吸光係数が定められているので、対象物２に含まれる水分を精度良く検出することができる。
【０１２３】
また、例えば、測距部７５は、三角測距法により距離Ｌを測定する。
【０１２４】
これにより、三角測距により精度良く距離Ｌを測定することができる。
【０１２５】
また、例えば、光学式成分センサ１は、さらに、検知用受光素子３１の受光面の前方に配置された、反射検知光ＬＤ２の入射角度に応じて反射検知光ＬＤ２の一部を遮蔽するための検知用アパーチャ７１と、参照用受光素子３２の受光面の前方に配置された、反射参照光ＬＲ２の入射角度に応じて反射参照光ＬＲ２の一部を遮蔽するための参照用アパーチャ７２とを備え、測距部７５は、検知信号及び参照信号の比に基づいて距離Ｌを測定する。
【０１２６】
これにより、検知用光源２１、参照用光源２２、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２を用いて距離Ｌを測定することができる。つまり、新たな光源及び受光素子などを必要としないので、光学式成分センサ１を小型にすることができる。
【０１２７】
（変形例１）
以下では、上記実施の形態に係る光学式成分センサ１の変形例１について説明する。
【０１２８】
上記実施の形態に係る光学式成分センサ１では、測距部７５が検知光及び参照光を利用して測距する例について示したが、測距用の専用部材を備えてもよい。
【０１２９】
図９は、本変形例に係る三角測距法による距離の測定原理を示す模式図である。図９に示すように、本変形例では、位置検出素子３２ｘを利用する。
【０１３０】
具体的には、本変形例に係る光学式成分センサは、図１及び図２に示す構成に加えて、位置検出素子３２ｘをさらに備える。位置検出素子３２ｘは、ライン状又は二次元状の受光面を有する。位置検出素子３２ｘは、受光した光の受光面における受光位置に応じた位置信号を出力する。
【０１３１】
位置検出素子３２ｘの受光面における受光位置は、反射参照光ＬＲ２の入射角に応じて変化する。図９に示すように、受光面に対して大きな入射角で入射する反射参照光ＬＲａ２と、受光面に対して小さい入射角で入射する反射参照光ＬＲｂ２とでは、受光位置が異なっている。このため、位置検出素子３２ｘの受光面における受光位置に基づいて、入射した反射参照光ＬＲ２の入射角を取得することができる。
【０１３２】
具体的には、測距部７５は、位置信号に基づいて反射光の入射角を算出し、算出した入射角を用いた三角測距により反射光の発信源である対象物２までの距離Ｌを算出する。なお、測距部７５は、入射角（又は、受光位置）と距離とを対応付けたテーブルを記憶しており、当該テーブルを参照することで、距離Ｌを取得してもよい。
【０１３３】
以上のように、例えば、本変形例に係る光学式成分センサは、さらに、反射検知光ＬＤ２又は反射参照光ＬＲ２を受光する位置検出素子３２ｘを備え、測距部７５は、位置検出素子３２ｘにおける反射検知光ＬＤ２又は反射参照光ＬＲ２の受光位置に基づいて距離Ｌを測定する。
【０１３４】
これにより、位置検出素子３２ｘを用いて簡単に距離Ｌを精度良く測定することができる。
【０１３５】
なお、本変形例において、位置検出素子３２ｘが受光する反射光は、反射検知光ＬＤ２でもよく、反射参照光ＬＲ２でもよい。あるいは、本変形例に係る光学式成分センサは、検知用光源２１及び参照用光源２２とは異なる光源であって、測距用の光を発する第３光源を備えてもよい。第３光源は、例えば、対象物２に含まれる成分（水分）及び空間３に含まれる水蒸気による吸収を受けない波長成分の光を出射する。これにより、位置検出素子３２ｘは、対象物２及び空間３の環境によらずに、十分な光量の反射光を受光することができるので、測距精度を高めることができる。
【０１３６】
測距用の第３光源及び位置検出素子３２ｘは、例えば、筐体１０内に配置されている。あるいは、筐体１０とは別の筐体（測距専用の筐体）内に配置されていてもよい。なお、当該測距専用の筐体は、例えば、筐体１０に固定されており、対象物２までの距離Ｌが筐体１０から対象物２までの距離と同じである。
【０１３７】
（変形例２）
続いて、上記実施の形態に係る光学式成分センサ１の変形例２について説明する。
【０１３８】
上記実施の形態に係る光学式成分センサ１では、測距部７５が三角測距法によって距離Ｌを測定したが、本変形例では、光飛行時間測距法（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）によって距離Ｌを測定する。
【０１３９】
図１０は、本変形例に係るＴＯＦ法による距離の測定原理を示す模式図である。図１０に示すように、光源２０ｘは、パルス光ＬＰ１を対象物２に照射し、受光部３０ｘは、対象物２によって反射されたパルス光ＬＰ２を受光する。測距部７５は、光源２０ｘがパルス光ＬＰ１を照射してから受光部３０ｘがパルス光ＬＰ２を受光するまでの時間Δｔを測定する。Δｔは、パルス光が対象物２までの距離Ｌを往復するのに要した時間である。したがって、以下の（式８）に基づいて、距離Ｌを算出することができる。
【０１４０】
（式８）  Ｌ＝ｃ×Δｔ÷２
【０１４１】
なお、ｃは、光速である。
【０１４２】
本変形例では、光源２０ｘとして検知用光源２１及び参照用光源２２の少なくとも一方を用いる。また、受光部３０ｘとして検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２の少なくとも一方を用いる。つまり、測距部７５は、検知光又は参照光を用いたＴＯＦ法により距離Ｌを測定する。
【０１４３】
これにより、本変形例に係る光学式成分センサは、測距用の新たな構成部品を追加することなく、対象物２までの距離Ｌを測定することができる。
【０１４４】
例えば、測距部７５は、検知光と参照光との両方を用いて距離Ｌを測定する。具体的には、測距部７５は、検知光を用いて測定された距離と、参照光を用いて測定された距離との平均値を、筐体１０から対象物２までの距離Ｌとして算出する。
【０１４５】
より具体的には、検知用光源２１は、制御回路８０からのパルス信号に基づいてパルス状の検知光ＬＤ１を出射する。検知用受光素子３１は、対象物２によって反射されたパルス状の反射検知光ＬＤ２を受光する。参照用光源２２は、制御回路８０からのパルス信号に基づいてパルス状の参照光ＬＲ１を出射する。参照用受光素子３２は、対象物２によって反射されたパルス状の反射参照光ＬＲ２を受光する。
【０１４６】
測距部７５は、制御回路８０からのパルス信号と、検知用受光素子３１又は参照用受光素子３２からの受光信号との位相差を算出する。測距部７５は、算出した位相差から時間Δｔを算出することができるので、（式８）に基づいて距離Ｌを算出することができる。
【０１４７】
これにより、検知用光源２１及び参照用光源２２間、並びに、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２間での物理的な位置の差異による距離Ｌの計測誤差を抑制することができる。特に、対象物２までの距離Ｌが小さい場合には、検知光の光路に沿った距離と参照光の光路に沿った距離との差異が大きくなる場合があるので、より有用である。
【０１４８】
なお、本変形例では、検知光及び参照光を用いたが、別の光源（測距専用の光源）からの光を利用してもよい。具体的には、本変形例に係る光学式成分センサは、測距専用の第３光源と測距専用の第３受光素子とを備えてもよい。この場合、第３光源は、例えば、対象物２に含まれる成分（水分）及び空間３に含まれる水蒸気による吸収を受けない波長成分の光を出射する。これにより、第３受光素子は、対象物２及び空間３の環境によらずに、十分な光量の反射光を受光することができるので、測距精度を高めることができる。
【０１４９】
（その他）
以上、本発明に係る光学式成分センサについて、上記の実施の形態及びその変形例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。
【０１５０】
例えば、上記の実施の形態では、検知用光源２１、参照用光源２２、検知用受光素子３１及び参照用受光素子３２を用いて距離Ｌを測定したが、これに限らない。光学式成分センサ１は、測距専用のＬＥＤ素子などの光源と、測距専用のフォトダイオードなどの受光素子とを備えてもよい。
【０１５１】
また、例えば、上記実施の形態では、温湿度検知部８５が温度及び湿度に基づいて絶対湿度を算出する例について示したが、補正部９０が絶対湿度を算出してもよい。
【０１５２】
また、例えば、光学素子４０は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）などでもよく、検知光ＬＤ１及び参照光ＬＲ１の一部を分離してもよい。例えば、検知光ＬＤ１の分離された一部は、参照用受光素子３２にモニター光として入射し、参照光ＬＲ１の分離された一部は、検知用受光素子３１にモニター光として入射してもよい。モニター光を利用して検知用光源２１及び参照用光源２２の劣化を検出することができる。
【０１５３】
また、例えば、上記の実施の形態では、光学式成分センサ１は、対象物２に含まれる成分として水分を検知したが、これに限らない。例えば、光学式成分センサ１は、アルコール又は油分を検知してもよい。例えば、光学式成分センサ１は、検知対象となるアルコールによる吸収波長を含む検知光と、アルコールによる吸収波長を含まない参照光とを対象物２に照射すればよい。また、光学式成分センサ１は、液体成分に限らず、例えば、二酸化炭素などの気体成分を検知してもよい。
【０１５４】
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】
【０１５５】
１  光学式成分センサ
２、２ａ、２ｂ  対象物
３  空間
１０  筐体
２１  検知用光源（第１光源）
２２  参照用光源（第２光源）
３１  検知用受光素子（第１受光素子）
３２  参照用受光素子（第２受光素子）
３２ｘ  位置検出素子
６１  検知用フィルタ
６２  参照用フィルタ
７１  検知用アパーチャ
７２  参照用アパーチャ
７５  測距部
８０  制御回路
８５  温湿度検知部
９０  補正部
９５  信号処理回路
ＬＤ１  検知光
ＬＤ２  反射検知光
ＬＲ１、ＬＲａ１、ＬＲｂ１  参照光
ＬＲ２、ＬＲａ２、ＬＲｂ２  反射参照光
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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