CN110291380A - 光学式成分传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的光学式成分传感器(1)具备：光源(21)，发出包含被规定成分吸收的吸收波长的射出光(LR1)；框体(10)，收纳光源；投光部(22)，向位于框体外部的对象物(2)射出光；受光透镜(31)，聚集由对象物反射的光；第一滤光器(32a)，透射受光透镜聚集的光中的第一波长带的光，并反射第二波长带的光；第二滤光器(32b)，透射受光透镜聚集的光中由第一滤光器反射的第二波长带的光；第一受光元件(33a)，收纳在框体内，接受透射了第一滤光器的检测光，并将检测光转换成第一电信号；第二受光元件(33b)，收纳在框体内，接受由第一滤光器进一步反射并透射第二滤光器的参照光，并将参照光转换成第二电信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学式成分传感器。
背景技术
以往，公知有能够判别处于远距离的检测物体的光电传感器(例如，参照专利文献1)。专利文献1所记载的反射型光电传感器具备：投光部，其将波长不同的两个光照射到检测对象物；反射板，其反射两个光中的任意一个光；以及受光部，其接受由检测对象物或反射板反射的光。根据反射型光电传感器，通过处理受光部输出的受光信号，能够知道检测物体的有无等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-255533号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的反射型光电传感器中，投光部具备使光轴一致的两个发光元件，两个发光元件以相互的射出面成为相反方向的方式配置。两个发光元件中的一个所射出的光由反射板反射，并通过投光透镜向外部射出。在反射板的反射方向上配置有发光元件，由反射板反射的光被发光元件遮挡，向外部射出的光能减少。由此，成分的对象物的检测精度降低。
因此，本发明的目的在于提供一种能够增加向外部射出的光，稳定地取得反射光的光学式成分传感器。
解决问题的手段
本发明的光学式成分传感器，具备：光源，其发出包含被规定的成分吸收的吸收波长的射出光；框体，其收纳所述光源；投光部，其向位于所述框体的外部的对象物射出光；受光透镜，其聚集由所述对象物反射的光；第一滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的第一波长带的光，并反射第二波长带的光；第二滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的所述第二波长带的光；第一受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第一滤光器的检测光，并将检测光转换成第一电信号；以及第二受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第二滤光器的参照光，并将参照光转换成第二电信号。
发明的效果
根据本发明，增加向外部射出的光，稳定地取得反射光。
附图说明
图1是表示实施方式的光学式成分传感器的结构的概略结构图。
图2是表示实施方式的光学式成分传感器的功能结构的框图。
图3是表示水分和水蒸气的吸收光谱的图。
图4是表示实施方式的投光光学模块的结构的概略结构图。
图5是表示实施方式的光学式成分传感器的变形例1的结构的概略结构图。
图6是表示实施方式的受光光学***模块的变形例2的结构的概略结构图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式的光学式成分传感器进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均表示本发明的优选的一个具体例。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素的配置以及连接形态、步骤的顺序等是一例，并非限定本发明的意思。因此，对于以下的实施方式中的构成要素中的、未记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
另外，各图是示意图，并非严格地图示。因此，例如，在各图中比例尺等未必一致。另外，在各图中，对于实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
(实施方式)
[概要]
首先，对实施方式的光学式成分传感器1的概要进行说明。
光学式成分传感器1是通过将一束光(射出光LR1)照射到对象物2，并接受对象物2的反射光LR2(反射检测光LR21及反射参照光LR22)，来检测对象物2中包含的成分的非接触式的光学式成分传感器。在本实施方式中，如图1所示，光学式成分传感器1检测位于隔开空间3而远离的位置处的对象物2中包含的水分。
对象物2在没有特别限定的情况下是衣物等。作为衣物以外的对象物2，可列举床单、枕套等寝具。例如，通过将光学式成分传感器1安装于衣物干燥机等，能够确认衣物的干燥情况。由此，能够抑制因过度干燥而产生的衣物的损伤等。
空间3是光学式成分传感器1和对象物2之间的空间(自由空间)，并且包含湿气(水蒸气)。空间3是光学式成分传感器1的框体10的外部空间。
如图1所示，光学式成分传感器1具备框体10、投光光学模块20、以及受光光学模块30。投光光学模块20具有光源21和投光透镜22。另外，受光光学模块30具有受光透镜31、检测用带通滤光器32a、参照用带通滤光器32b、检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b。
另外，在以下本说明书中，以投光透镜22为基准，将光源21照射光的方向(图的X轴正方向)设为“前方”，将相反方向(图的X轴负方向)设为“后方”。
另外，如图2所示，光学式成分传感器1具备控制电路40和信号处理电路50。
以下，详细说明光学式成分传感器1的各构成要素。
[框体]
框体10是收纳光源21的框体。如图1所示，在框体10的内部还收纳有受光透镜31、检测用带通滤光器32a、参照用带通滤光器32b、检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b。
框体10由遮光性的材料形成。由此，能够抑制外部光射入到框体10内。具体而言，框体10对检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b所接受的光具有遮光性。更具体而言，框体10对于反射光LR2(反射检测光LR21以及反射参照光LR22)具有遮光性，例如由树脂材料或者金属材料形成。
另外，在框体10的外壁上设有开口，在该开口处安装有投光透镜22和受光透镜31。
[投光光学模块]
投光光学模块20是照射用于检测成分的光的光学***，具有光源21和投光透镜22。
[光源]
光源21是发出包含成为检测对象的成分的吸收波长的射出光LR1的光源的一例。具体而言，光源21向对象物2发出包含第一波长带的光和包含第二波长带的光作为射出光LR1，所述第一波长带中的被水吸收度大于规定值，所述第二波长带中的被水吸收度在规定值以下。
光源21例如是发出包含构成检测光的第一波长带和构成参照光的第二波长带、且峰值波长位于第二波长带侧的连续的光的LED(Light EmittingDiode)光源。具体而言，光源21是由化合物半导体构成的LED光源。
图3是表示水分和水蒸气的吸收光谱的图。如图3所示，水分在约1450nm和约1900nm的波长处具有吸收峰值。水蒸气在比水分的吸收峰值稍低的波长、具体而言，约1350nm～1400nm和约1800nm～1900nm的波长处具有吸收峰值。
因此，作为构成检测光的第一波长带，选择水的吸光度高的波长带，作为构成参照光的第二波长带，选择水的吸光度比第一波长带小的波长带。并且，第二波长带的平均波长比第一波长带的平均波长长。
在图3中，图示了水蒸气的吸光度在约1350nm～1400nm的波长处有峰值(第一峰值P1)、在约1800nm～1900nm的波长处有峰值(第二峰值P2)的情况。例如，在以第一峰值P1为基准的情况下，将第一波长带的中心波长设为1450nm，将第二波长带的中心波长设为在第一峰值P1与第二峰值P2之间水蒸气的吸光度小于规定值的波长。具体而言，第二波长带的中心波长为第一波长带的中心波长的1.2倍以内即可。第二波长带的中心波长设为1450nm×1.2≈1740nm以内。具体而言，第二波长带的中心波长设为1700nm。
这样，光源21照射连续包含第一波长带和第二波长带的光，因此向对象物2照射检测光和参照光，所述检测光包含被水吸收度大的第一波长带，所述参照光包含被水吸收度小于第一波长带且几乎无被水蒸气吸收度的第二波长带。
光源21在框体内配置成在光源21的光轴上与投光透镜22相对。
[投光透镜]
投光透镜22是将光源21照射出的射出光LR1向对象物2照射的投光部的一例。
如图1或图4所示，投光透镜22例如以焦点位于光源21的光轴上的方式固定于框体10。
投光透镜22由丙烯酸等透明的合成树脂构成，成型为向射出的方向宽度直径逐渐扩大的形状即大致倒圆锥台状。在投光透镜22的X轴负方向的端部配置有光源21。投光透镜22将来自光源21的射出光LR1聚光并作为一定强度的光束而照射到投光透镜22的前方。
投光透镜22的周壁221成型为从投光透镜22的X轴负方向的端部到前表面222向外侧稍微鼓出的曲面形状。成为投光透镜22的射出面的前表面222形成为平面部。在投光透镜22的X轴负方向的端部，以包围光源21的方式形成有凹部223。凹部223具有在光源21侧为凸形状的底面223a和形成为包围底面223a的侧周面223b。侧周面223b成型为从投光透镜22的X轴负方向的端部向前方使孔径逐渐变窄的锥形状。由此，凹部223成为前端细的大致圆柱形状。
另外，凹部223的孔径/高度/锥形是根据光源21的尺寸、与投光透镜22的材质相应的折射率和外形的尺寸而适当设计的。
从光源21射出的光中向凹部223的底面223a的光射入底面223a的凸曲面并被会聚，在投光透镜22内直线前进，通过投光透镜22的前表面222向对象物2照射。
此外，从光源21射出的光中向凹部223的侧周面223b的光相对于侧周面223b以与投光透镜22的折射率相应的全反射角以下的角度射入投光透镜22。从侧周面223b射入到投光透镜22内的光相对于投光透镜22的周壁221以全反射角以上的角度被全反射，通过投光透镜22从前表面222向对象物2照射。此时，从投光透镜22射出的射出光LR1成为大致平行光而照射对象物2。
投光透镜22通过将凹部223的底面223a设为凸形状，从而通过凹部223的底面223a的光在该凸形状面上以某种程度会聚而从前表面222照射。由此，能够向想要检测对象物2中的水分含量的检测对象区域RA1照射较多的光量(即，强度)，能够提高受光灵敏度。
另外，虽然将投光透镜22的前表面222作为了平面部，但也可以仅外周部分为平面部，中心部为凸透镜形状。由此，在凹部223的底面223a会聚的光在前表面222中也会聚并向对象物2照射，因此能够对检测对象区域RA1照射更多的光量，能够提高受光灵敏度。
[受光光学模块]
如图1和图2所示，受光光学模块30是接受从光源21射出的射出光LR1在对象物2上反射的光中的一部分来进行水分含量的测量的光学***。受光光学模块30具备受光透镜31、检测用带通滤光器32a、参照用带通滤光器32b、检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b。
[受光透镜]
受光透镜31是用于将由对象物2反射的反射光LR2(反射检测光LR21以及反射参照光LR22)聚光于检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b的受光透镜的一例。受光透镜31例如是聚光透镜。受光透镜31配置在检测用受光元件33a的光轴上，以焦点位于比检测用受光元件33a的受光面远的位置的方式固定于框体10。受光透镜31在本实施方式中是树脂制的凸透镜，但不限于此。
[检测用带通滤光器]
检测用带通滤光器32a是透射受光透镜31聚集的反射光LR2中的反射检测光LR21并使其射入检测用受光元件33a，而反射反射检测光LR21以外的波长带的光的第一滤光器的一例。
在本实施方式中，如图1所示，检测用带通滤光器32a设置在受光透镜31与检测用受光元件33a之间，位于反射检测光LR21的光轴上，相对于受光透镜31倾斜配置。此时，只要反射参照光LR22能够在检测用带通滤光器32a反射并向参照用受光元件33b射入，检测用带通滤光器32a的倾斜的方向、角度不限。
通过该配置，检测用带通滤光器32a使作为反射检测光LR21的峰值波长的光透射，并使反射检测光LR21以外的峰值波长带的光反射。
检测用带通滤光器32a例如构成为通过层叠设置有由SiO2等形成的折射率不同的电介质膜而反射。
[参照用带通滤光器]
参照用带通滤光器32b是设置在射入参照用受光元件33b的反射参照光LR22的光路上的第二滤光器的一例。
在本实施方式中，如图1所示，参照用带通滤光器32b设置在检测用带通滤光器32a和参照用受光元件33b之间，相对于反射参照光LR22的光轴大致垂直地配置。
另外，只要是以使由检测用带通滤光器32a反射的光中成为反射参照光LR22的峰值波长带可透射的方式配置参照用带通滤光器32b，参照用带通滤光器32b的设置角度就可以适当进行设计变更。
参照用带通滤光器32b仅透射反射参照光LR22，并且吸收或反射反射检测光LR21。因此，反射检测光LR21被参照用带通滤光器32b吸收或反射，几乎不到达参照用受光元件33b。
[检测用受光元件]
检测用受光元件33a是第一受光元件的一例，所述第一受光元件接受由对象物2反射的光的至少一部分即反射光LR2中透射了检测用带通滤光器32a的反射检测光LR21。检测用受光元件33a通过对所接受的反射检测光LR21进行光电转换，从而生成与反射检测光的受光量(即，强度)相应的电信号即检测信号。所生成的检测信号被输出到信号处理电路50。
检测用受光元件33a优选对反射检测光LR21的峰值波长具有足够强的受光灵敏度。因此，检测用受光元件33a能够接受反射检测光LR21，并生成与受光量相应的电信号(检测信号)。
检测用受光元件33a收纳在框体10内。检测用受光元件33a配置在受光透镜31的光轴上，在光轴上，如图1所示，配置为比受光透镜31的焦点位置靠受光透镜31侧。即，在设受光透镜31和检测用受光元件33a的距离为d1、受光透镜31的焦距为f1的情况下，分别配置成满足0＜d1＜f1。
由此，形成有区域RA2，所述区域RA2在受光透镜31的表面不结成焦点，作为具有规定的曲率半径的扩散光而取入反射光LR2(反射检测光LR21和反射参照光LR22)。扩散光的曲率半径越大，则取入反射光LR2(反射检测光LR21和反射参照光LR22)的区域RA2越宽，反射光LR2(反射检测光LR21和反射参照光LR22)的取入率越大。即，能够扩大受光范围。
此时，优选取入反射光LR2(反射检测光LR21和反射参照光LR22)的区域以与检测对象区域RA1的至少一部分重叠的方式照射到对象物2。
检测用受光元件33a例如是光电二极管，但不限于此。例如，检测用受光元件33a也可以是光电晶体管或图像传感器。另外，检测用受光元件33a和参照用受光元件33b也可以利用一个图像传感器的不同区域。
[参照用受光元件]
参照用受光元件33b是第二受光元件的一例，所述第二受光元件接受由对象物2反射的光的至少一部分即反射光LR2中由检测用带通滤光器32a反射并透射了参照用带通滤光器32b的反射参照光LR22。参照用受光元件33b通过对接受到的反射参照光LR22进行光电转换，生成作为与反射参照光LR22的受光量相应的电信号的参照信号。生成的参照信号被输出到信号处理电路50。
反射参照光LR22是射出光LR1被对象物2反射的光。在本实施方式中，反射参照光LR22的峰值波长作为约1570nm进行测量。
参照用受光元件33b收纳在框体10内。参照用受光元件33b相对于受光透镜31的光轴大致平行地配置。参照用受光元件33b在反射参照光LR22的光轴上，以受光的焦点位置比受光面靠近参照用带通滤光器32b侧的方式配置。即，在设受光透镜31和参照用受光元件33b的距离为d2、受光透镜31的焦距为f2的情况下，分别配置成满足0＜d2＜f2。
参照用受光元件33b例如是光电二极管，但不限于此。例如，参照用受光元件33b也可以是光电晶体管或图像传感器。
[控制电路]
控制电路40控制光源21的射出光LR1。具体而言，控制电路40能够独立地控制光源21的发光和熄灭。
例如，控制电路40使光源21发光。具体而言，控制电路40使光源21以脉冲波形发光。例如，控制电路40将规定频率(例如1kHz)的脉冲信号输出至光源21。例如，是光源21的占空比为50％以下的脉冲信号。
虽然在图1中未示出，但是控制电路40可以收纳于框体10，或者也可以安装于框体10的外侧面。或者，控制电路40也可以具有无线通信等通信功能，将控制用的脉冲信号发送至光源21。
控制电路40例如由驱动电路和微控制器构成。控制电路40具有存储有光源的控制程序的非易失性存储器、作为用于执行程序的临时存储区域的易失性存储器、输入输出端口、执行程序的处理器等。
[信号处理电路]
信号处理电路50基于从检测用受光元件33a输出的与反射检测光LR21对应的检测信号、和从参照用受光元件33b输出的与反射参照光LR22对应的参照信号，计算对象物2包含的成分。具体而言，信号处理电路50基于检测信号的电压电平与参照信号的电压电平之比(能量比)来检测对象物2所包含的水分含量。关于具体的水分含量的检测(计算)方法，将在后面说明。
信号处理电路50可以收纳于框体10，或者可以安装于框体10的外侧面。或者，信号处理电路50也可以具有无线通信等通信功能，接收来自检测用受光元件33a和参照用受光元件33b的输出信号。
信号处理电路50例如是微控制器。信号处理电路50具有存储信号处理程序的非易失性存储器、作为用于执行程序的临时存储区域的易失性存储器、输入输出端口、执行程序的处理器等。
[信号处理(检测处理)]
接着，对信号处理电路50的信号处理(成分的计算处理)进行说明。
在本实施方式中，信号处理电路50通过比较反射检测光LR21的光能Pd和反射参照光LR22的光能Pr，来检测对象物2中包含的成分含量。另外，光能Pd与从检测用受光元件33a输出的检测信号的强度对应，光能Pr与从参照用受光元件33b输出的参照信号的强度对应。
射入检测用受光元件33a的反射检测光LR21的光能Pd用下面的(式1)表示。
(式1)Pd＝Pd0×Gd×Rd×Td×Aa×Ivd
这里，Pd0是从光源21发出的射出光LR1的光能。Gd是光源21发出的射出光LR1的相对于检测用受光元件33a的耦合效率(聚光率)。具体而言，Gd相当于射出光LR1中成为被对象物2漫反射的成分的一部分(即，反射检测光LR21)的部分的比例。
Rd是对象物2的射出光LR1的反射率。Td是检测用带通滤光器32a的反射检测光LR21的透射率。Ivd是检测用受光元件33a对反射检测光LR21的受光灵敏度。
Aa是对象物2中包含的成分(水分)的射出光LR1及反射检测光LR21的吸收率，用下面的(式2)表示。
(式2)Aad＝10-α×C×D
在此，α是预先确定的吸光系数，具体而言，是成分(水分)的射出光LR1及反射检测光LR21的吸光系数。C是对象物2中包含的成分(水分)的体积浓度。D是作用厚度，该作用厚度是有助于射出光LR1及反射检测光LR21的吸收的成分的厚度的2倍。
更具体而言，在水分均质地分散的对象物2中，在光射入对象物2并在内部反射而从对象物2射出的情况下，C相当于对象物2的成分中包含的体积浓度。另外，D相当于在内部反射而从对象物2射出为止的光路长度。例如，在对象物2为纤维等网眼状的固形物、或海绵等多孔性的固形物的情况下，假定光在固形物的表面反射。在这种情况下，例如，C是覆盖固形物的液相中包含的水分的浓度。另外，D是作为覆盖固形物的液相的平均厚度而换算的作用厚度。
因此，α×C×D相当于对象物2中包含的成分含量(水分含量)。
同样，射入参照用受光元件33b的反射参照光LR22的光能Pr用下面的(式3)表示。
(式3)Pr＝Pr0×Gr×Rr×Tr×Ivr
在本实施方式中，根据对象物2中包含的成分(水分)的第一波长带的检测光的吸收与第二波长带的参照光的吸收的差求出水分的吸收率Aad。另外，由于可视为反射参照光LR22实质上不被对象物2中包含的成分吸收，因此与(式1)比较可知，与水分的吸收率Aa相当的光不包含在(式3)中。
在(式3)中，Pr0是光源21发出的射出光LR1的光能。Gr是光源21发出的射出光LR1相对于参照用受光元件33b的耦合效率(聚光率)。具体而言，Gr相当于射出光LR1中成为被对象物2漫反射的成分的一部分(即，反射参照光LR22)的部分的比例。
Rr是对象物2的射出光LR1的反射率。Tr是参照用带通滤光器32b的反射参照光LR22的透射率。Ivr是参照用受光元件33b对反射参照光LR22的受光灵敏度。
在本实施方式中，由于检测用受光元件33a中的射出光LR1和参照用受光元件33b中的射出光LR1是同一光，所以耦合效率Gd和耦合效率Gr大致相等。此外，由于峰值波长也比较接近，所以反射率Rd和反射率Rr大致相等。
因此，通过取得(式1)与(式3)之比，导出下面的(式4)。
(式4)Pd/Pr＝Z×Aad
在此，Z是常数项，由(式5)表示。
(式5)Z＝(Pd0/Pr0)×(Td/Tr)×(Ivd/Ivr)
光能Pd0及Pr0分别作为光源21的初始输出而预先确定。此外，反射检测光LR21的透射率Td和反射参照光LR22的透射率Tr分别根据检测用带通滤光器32a和参照用带通滤光器32b的透射特性而预先确定。反射检测光LR21的受光灵敏度Ivd和反射参照光LR22的受光灵敏度Ivr分别根据检测用受光元件33a及参照用受光元件33b的受光特性而预先确定。因此，由(式5)表示的Z可以看作是常数。
信号处理电路50基于检测信号计算反射检测光LR21的光能Pd，基于参照信号计算反射参照光LR22的光能Pr。具体而言，检测信号的信号电平(电压电平)相当于光能Pd，参照信号的信号电平(电压电平)相当于光能Pr。
因此，信号处理电路50能够基于(式5)计算对象物2中包含的水分的吸收率Aa。由此，信号处理电路50能够基于(式2)计算水分含量。
[总结]
如上所述，本实施方式的光学式成分传感器1具备：光源21，其发出包含被规定的成分吸收的吸收波长的射出光LR1；框体10，收纳光源21；投光部(投光透镜22)，向位于框体10的外部的对象物2射出光；受光透镜31，聚集由对象物2反射的光；第一滤光器(检测用带通滤光器32a)，透射受光透镜31聚集的光中的第一波长带的光，并反射第二波长带的光；第二滤光器(参照用带通滤光器32b)，透射受光透镜31聚集的光中的第二波长带的光；第一受光元件(检测用受光元件33a)，收纳在框体10内，接受透射了第一滤光器的检测光，并转换为第一电信号；第二受光元件(参照用受光元件33b)，收纳在框体10内，接受透射了第二滤光器的参照光，并转换为第二电信号。
由此，与使用两个受光光学模块的情况相比，能够增加所接受的反射光的量，另外，能够降低反射光的量的波动，因此能够稳定地进行受光。而且，能够抑制因受光透镜的劣化引起的波长变化的担忧，能够高精度地检测成分。
另外，成分优选为水分。
由此，能够高精度地检测对象物2中包含的水分。
(变形例1)
在上述实施方式中，光学式成分传感器1也可以是在框体10内还具有半透镜34的结构。另外，在以下的说明中，有时对与上述实施方式相同的部分标注相同的附图标记并省略其说明。
具体而言，如图5所示，半透镜34设置在受光透镜31与检测用受光元件33a之间，位于反射检测光LR21的光轴上，相对于受光透镜31倾斜配置。此时，检测用带通滤光器32a在反射光LR2及反射检测光LR21的光轴上，以相对于光轴大致垂直的方式配置。
半透镜34通过透射及反射对象物2反射的反射光LR2，从而射出反射检测光LR21及反射参照光LR22。具体而言，半透镜34直接(实质上不改变行进方向)透射射入的反射光LR2的一部分，并使剩余的光镜面反射。半透镜34例如大致1：1地反射及透射射入的光。即，半透镜34使射入的反射光LR2的光束的50％的反射检测光LR21和50％的反射参照光LR22射出及反射。之后，在透射了半透镜34的光中，仅反射检测光LR21透射检测用带通滤光器32a，并被导向检测用受光元件33a。另外，在半透镜34反射的光中，仅反射参照光LR22透射参照用带通滤光器32b，并被导向参照用受光元件33b，由此进行成分的测量。
半透镜34例如是在表面形成有金属薄膜或电介质多层膜等反射性薄膜的透光性的板材。作为透光性的板材，例如使用透明的钠钙玻璃等玻璃材料、或丙烯酸(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等透明树脂材料而形成。金属薄膜是使用铝等金属材料，以具有光透射性及光反射性的程度较薄地形成的薄膜。
由此，能够使反射光LR2以等分量聚光于检测用受光元件33a和参照用受光元件33b，因此能够高精度地进行成分的检测。
(变形例2)
在上述实施方式中，光学式成分传感器1也可以在各个受光元件和带通滤光器之间具有聚光透镜35a、35b。在这种情况下，透射了检测用带通滤光器32a以及参照用带通滤光器32b的光，分别被聚光透镜35a、35b聚集，并被检测用受光元件33a以及参照用受光元件33b接受。
具体而言，如图6所示，检测用受光元件33a和参照用受光元件33b分别被保持部36a、36b保持。在保持部36a、36b的位于检测用带通滤光器32a侧以及参照用带通滤光器32b侧的面上，配置有向带通滤光器侧成为凸形状的聚光透镜35a、35b。透射了检测用带通滤光器32a和参照用带通滤光器32b的光向聚光透镜35a、35b射入，并且再次被聚光透镜35a和35b聚集。
因此，通过聚光透镜35a、35b光的射入面扩大，能够聚集的光量变多，因此能够以更多的光量进行测量。
另外，由电介质多层膜构成的带通滤光器以及半透镜34所透射或反射的光，由于中心波长容易依赖于入射角而变化，因此难以进行高精度的测量。如上所述，通过设置聚光透镜35a、35b，在聚光透镜35a、35b的内部进一步聚光，能够仅使所希望的波长带高效地受光。
聚光透镜35a、35b例如由透明树脂材料形成。另外，保持部36a、36b也由与聚光透镜35a、35b相同的透明树脂材料形成，因此，射入聚光透镜35a、35b的光的光路不折射而被引导到各受光元件。
(其他)
以上，基于上述的实施方式以及其变形例对本发明的光学式成分传感器1进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式以及变形例。
例如，投光透镜22将光的射入面设为凸状曲面，但不限于此，也可以是平面状或凹状曲面。如果使水平方向的曲率变化得比垂直方向大，则能够更大地对应水平方向的变化，因此在希望画面的水平视场角大于垂直视场角的情况下，水平入射角大于垂直入射角的情况下特别有效。
另外，第一受光元件及第二受光元件分别为检测用受光元件、参照用受光元件，但检测用受光元件及参照用受光元件的配置也可以相反。此时，与之相应地，带通滤光器的配置也被替换。
另外，例如，在上述实施方式中，光学式成分传感器1检测水分作为对象物2中包含的成分，但不限于此。例如，光学式成分传感器1也可以检测酒精或油分。例如，光学式成分传感器1可以向对象物2照射包含基于成为检测对象的酒精的吸收波长的检测光和不包含基于酒精的吸收波长的参照光。
另外，也可以将变形例1和变形例2这两者组合到上述实施方式中作为一个方式来实施。
此外，对各实施方式实施本领域技术人员所能够想到的各种变形而得到的方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对各实施方式中的构成要素以及功能进行任意组合而实现的方式也包含在本发明中。
附图标记的说明
1 光学式成分传感器
2 对象物
10 框体
20 投光光学模块
21 光源
22 投光透镜(投光部)
30 受光光学模块
31 受光透镜
32a 检测用带通滤光器(第一滤光器)
32b 参照用带通滤光器(第二滤光器)
33a 检测用受光元件(第一受光元件)
33b 参照用受光元件(第二受光元件)
34 半透镜
40 控制电路
50 信号处理电路
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种光学式成分传感器，其中，具备：
光源，其发出包含被规定的成分吸收的吸收波长的射出光；
框体，其收纳所述光源；
投光部，其向位于所述框体的外部的对象物射出光；
受光透镜，其聚集由所述对象物反射的光；
第一滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的第一波长带的光，并反射第二波长带的光；
第二滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的所述第二波长带的光；
第一受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第一滤光器的检测光，并将检测光转换成第一电信号；以及
第二受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第二滤光器的参照光，并将参照光转换成第二电信号，
所述第一受光元件配置在所述受光透镜的光轴上，并配置为比该受光透镜的焦点位置更靠近所述受光透镜侧。
2.根据权利要求1所述的光学式成分传感器，其中，
还具备半透镜，
所述受光透镜聚集的光向所述半透镜射入，
透射了所述半透镜的光中的所述第一波长带的光透射所述第一滤光器而被第一受光元件接受，
所述半透镜反射的光中的所述第二波长带的光透射所述第二滤光器而被所述第二受光元件接受。
3.根据权利要求1或2所述的光学式成分传感器，其中，
透射了所述第一滤光器及所述第二滤光器的各光由聚光透镜聚集并被所述第一受光元件及所述第二受光元件接受。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学式成分传感器，其中，
所述成分是水分。
Claims (4)
1.一种光学式成分传感器，其中，具备：
光源，其发出包含被规定的成分吸收的吸收波长的射出光；
框体，其收纳所述光源；
投光部，其向位于所述框体的外部的对象物射出光；
受光透镜，其聚集由所述对象物反射的光；
第一滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的第一波长带的光，并反射第二波长带的光；
第二滤光器，其透射所述受光透镜聚集的光中的所述第二波长带的光；
第一受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第一滤光器的检测光，并将检测光转换成第一电信号；以及
第二受光元件，其收纳在所述框体内，接受透射了所述第二滤光器的参照光，并将参照光转换成第二电信号。
2.根据权利要求1所述的光学式成分传感器，其中，
还具备半透镜，
所述受光透镜聚集的光向所述半透镜射入，
透射了所述半透镜的光中的所述第一波长带的光透射所述第一滤光器而被第一受光元件接受，
所述半透镜反射的光中的所述第二波长带的光透射所述第二滤光器而被所述第二受光元件接受。
3.根据权利要求1或2所述的光学式成分传感器，其中，
透射了所述第一滤光器及所述第二滤光器的各光由聚光透镜聚集并被所述第一受光元件及所述第二受光元件接受。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学式成分传感器，其中，
所述成分是水分。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190927 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |