JP2019045186A - 水分量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化された水分量検出装置を提供する。【解決手段】水分量検出装置１は、水による吸収が所定値よりも大きい第一の波長帯、及び、所定値以下である第二の波長帯を含む光を対象物２に照射する光源部１０と、第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタ３０ａと、対象物２で反射され第一のフィルタ３０ａを透過した光を受光し検知信号を出力する第一の受光素子３０ｂと、第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタ３１ａと、第一の受光素子３０ｂと直列に接続され、第二のフィルタ３１ａを透過した光を受光し参照信号を出力する第二の受光素子３１ｂと、第一及び第二の受光素子３０ａ、３１ａの接続点Ｃに接続され、入力される信号を増幅したアンプ信号を出力する信号増幅部４０と、アンプ信号から所定の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプ５０と、抽出信号を変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器６０とを備える。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、水分量検出装置に関する。

従来、近赤外光を用いて対象物の水分量を算出することが行われている。例えば、特許文献１には、光源から３つの波長の光を対象物に照射し、対象物を透過して光検出素子（受光素子）に入射した光を用いて水分量を算出する測定装置が開示されている。

特開２０１２−２６７４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、光検出素子に入射した光を光源からの波長ごとに弁別するため、３つのロックインアンプを備えており、測定装置が大型化する課題がある。

そこで、本発明は、小型化された水分量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る水分量検出装置は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物に向けて所定の周波数で明滅する前記光を照射する光源部と、前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタと、前記第一のフィルタを透過した前記第一の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子と、前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタと、前記第一の受光素子と直列に接続されており、前記第二のフィルタを透過した前記第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子と、前記第一の受光素子及び前記第二の受光素子の接続点に接続され、前記接続点から入力される信号を増幅したアンプ信号を出力するアンプと、前記アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から前記所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプと、前記抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器とを備える。

本発明によれば、小型化された水分量検出装置を実現できる。

実施の形態に係る衣類乾燥装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る衣類乾燥装置の制御ブロック図である。 実施の形態に係る水分量検出装置の構成と対象物とを示す模式図である。 図３Ａの破線領域の詳細構成を示す図である。 実施の形態に係る電流値と水分量との関係の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る水分量検出装置について、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。

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。

また、「略＊＊」との記載は実質的に＊＊と認められるものを含む意図であり、例えば「略直方体」を例に挙げて説明すると、完全な直方体はもとより、実質的に直方体と認められるものを含む意図である。

（実施の形態）
以下、本実施の形態に係る水分量検出装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、一例として水分量検出装置が衣類乾燥装置に搭載されている例について説明する。

［１．衣類乾燥装置の構成］
まず、本実施の形態に係る水分量検出装置１を搭載した衣類乾燥装置１００について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、衣類乾燥装置１００は、室内空気を吸い込んで除湿し、再度室内に向けて送風することで、室内に干された対象物２を乾燥させるものである。ここで、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。

衣類乾燥装置１００は、略直方体形状の本体１０１と、本体１０１の上部で開閉する蓋部１０２とを備えている。本体１０１の上部には、蓋部１０２が開状態になった場合に露出する送風部１０３（図２参照）が設けられている。送風部１０３は、室内の空間３に対して風Ｗを送ることで、当該空間３内に存在する対象物２を乾燥させる。空間３は、衣類乾燥装置１００と対象物２との間の空間（自由空間）である。

また、本体１０１の上部には、蓋部１０２から離れた位置に、外気を取り込む吸込口１０４が設けられている。本体１０１の内部には、吸込口１０４から送風部１０３まで空気を案内する流路が形成されており、その流路に対して、空気を除湿する除湿部１０５（図２参照）が設けられている。また、蓋部１０２には、対象物２の水分量を検出する水分量検出装置１が設けられている。

図２は、本実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の制御ブロック図である。図２に示すように、衣類乾燥装置１００は、除湿部１０５と、送風部１０３と、水分量検出装置１と、乾燥制御部１０６とを備えている。

除湿部１０５は、例えば、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本体１０１の流路を流れる空気を除湿する。送風部１０３は、除湿部１０５によって除湿された空気を空間３に向けて送風する。送風部１０３における送風範囲、風向き、送風の強度（風力）、送風温度などの少なくとも１つの乾燥条件が変更可能となっている。水分量検出装置１の詳細については、後述する。

乾燥制御部１０６は、マイクロコンピュータで構成される。乾燥制御部１０６は、衣類乾燥装置１００の統括的な動作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。

具体的には、乾燥制御部１０６は、水分量検出装置１によって検出された対象物２の水分量に基づいて、送風部１０３の乾燥条件を制御する。これにより、対象物２の水分量に応じて、適切な乾燥条件が選択されることになる。また、図１に示すように複数の対象物２が存在する場合、水分量検出装置１によって検出された複数の対象物２の水分量に応じて、風向きなどを調節することができる。つまり、複数の対象物２から水分量が多い対象物２を重点的に乾燥させることが可能となる。よって、衣類乾燥装置１００は、より効率的な衣類乾燥が可能となる。以下では、衣類乾燥装置１００が備える水分量検出装置１について説明する。

［１−１．水分量検出装置の構成］
次に、水分量検出装置１の各構成要素について、図３Ａ〜図４を参照しながら説明する。

図３Ａは、本実施の形態に係る水分量検出装置１の構成と対象物２とを示す模式図である。

水分量検出装置１は、対象物２に対して光を発し、当該対象物２で反射された光（反射光）に基づいて対象物２の水分量を検出する水分量検出装置である。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、水分量検出装置１は、空間３を隔てて配置された対象物２に含まれる水分量を検出する。

図３Ａに示すように、水分量検出装置１は、光源部１０と、光源制御部２０と、第一の受光部３０と、第二の受光部３１と、信号増幅部４０と、ロックインアンプ５０と、Ａ／Ｄ変換器６０と、信号処理部７０とを備える。詳細は後述するが、水分量検出装置１は、第一の受光部３０と第二の受光部３１との接続に特徴を有する。

［１−２．光源部］
光源部１０は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の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の波長帯を含む参照光とを出射する半導体発光素子を有し、対象物２に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源ユニットである。光源部１０が対象物２に照射する光の一例は、図３Ａにおいて照射光Ｌに示される。なお、半導体発光素子とは、成長基板上に半導体層が積層され、近赤外光を出射する半導体チップである。また、以降において、半導体発光素子を発光素子とも記載する。

水は、約１４５０ｎｍの波長の吸収が大きく、約１３００ｎｍの波長の吸収は小さい。このため、検知光をなす第一の波長帯としては、水の吸光度が大きい波長帯を選択し、参照光をなす第二の波長帯としては、第一の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、例えば第一の波長帯の中心波長は１４５０ｎｍとし、第二波長帯の中心波長は１３００ｎｍとする。

このように、発光素子が、第一の波長帯と第二の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の波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一の波長帯よりも小さい第二の波長帯を含む参照光とが照射される。

本実施の形態では、光源部１０は、半導体発光素子の一例として、第一の波長帯を含む検知光と第二の波長帯を含む参照光とを出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を有する。

光源部１０は、発光素子が発した光を対象物２に対して集光するレンズ（図示しない）などを有していてもよい。例えば、レンズは樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。また、光源部１０は、発光素子が発した光を所望の位置に照射するための走査部（図示しない）を有していてもよい。例えば、光源部１０は、走査部として、発光素子の姿勢を調整することで光を走査する（スキャンする）構造を有していてもよいし、その他の構造であってもよい。例えば、走査部は、光源制御部２０によって制御される。つまり、光源部１０は、対象物２に光を走査しながら照射してもよい。

なお、光源部１０から対象物２に照射される光は、例えば発光素子から出射されリフレクタなどで反射された光であってもよい。

［１−３．光源制御部］
光源制御部２０は、光源部１０を制御し、光源部１０から対象物２に向けて光を照射させる制御装置である。光源制御部２０は、発光素子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、発光素子を制御する。すなわち、光源制御部２０は、光源部１０を所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）で明滅させる制御を行う。具体的には、光源制御部２０は、所定の周波数のパルス信号を発光素子に出力することで、発光素子を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。また、光源制御部２０は、上記のパルス信号を参照信号としてロックインアンプ５０にも出力する。なお、パルス信号は、光源制御部２０が光源部１０の発光を制御する制御信号の一例である。また、以降では、光源部１０を明滅させる所定の周波数を、発光周波数とも記載する。

また、光源制御部２０は、光源制御部２０は、例えば、対象物２に向けて光を走査しながら照射させてもよい。光源制御部２０は、例えば、走査部を制御し発光素子の姿勢を変更することで、発光素子からの光を走査する。

光源制御部２０は、駆動回路及びマイクロコンピュータで構成される。光源制御部２０は、発光素子、走査部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。

［１−４．第一及び第二の受光部］
第一の受光部３０及び第二の受光部３１はそれぞれ、光源部１０から照射され対象物２で反射された反射光を受光し、電気信号に変換する光電変換部である。対象物２で反射され第一の受光部３０及び第二の受光部３１が受光する光の一例は、図３Ａにおいて反射光Ｒに示される。第一の受光部３０及び第二の受光部３１はそれぞれ、受光した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）に応じた電気信号を生成する。

ここで、第一の受光部３０及び第二の受光部３１について、図３Ｂを参照しながら詳細を説明する。

図３Ｂは、図３Ａの破線領域Ａの詳細構成を示す図である。

図３Ｂに示すように、第一の受光部３０は、第一のフィルタ３０ａと第一の受光素子３０ｂとを備えている。

第一のフィルタ３０ａは、反射光から第一の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、第一のフィルタ３０ａは、第一の受光素子３０ｂに対して反射光の入射側に配置されており、第一の受光素子３０ｂに入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第一のフィルタ３０ａは、第一の波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収又は反射する。なお、第一の波長帯の光は、図３Ｂの反射光Ｒ１に示される。

第一の受光素子３０ｂは、対象物２によって反射され、第一のフィルタ３０ａを透過した第一の波長帯の光を受光し、第一の電気信号に変換する受光素子である。第一の受光素子３０ｂは、受光した第一の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）に応じた第一の電気信号を生成し、出力する。第一の受光素子３０ｂ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、第一の受光素子３０ｂ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、第一の受光素子３０ｂが生成し出力する第一の電気信号は、検知信号の一例である。

また、第一の受光部３０は、反射光を第一の受光素子３０ｂに集光するための集光レンズ（図示しない）を有していてもよい。レンズは、例えば、焦点が第一の受光素子３０ｂの受光面に位置するように固定されている。レンズは、第一のフィルタ３０ａの反射光の入射側に配置されており、例えば、衣類乾燥装置１００の筐体に固定されている。レンズは、例えば樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

上記のように、第一の受光部３０は、対象物２によって反射された検知光を受光し、第一の電気信号に変換する光電変換部である。

図３Ｂに示すように、第二の受光部３１は、第二のフィルタ３１ａと第二の受光素子３１ｂとを備えている。

第二のフィルタ３１ａは、反射光から第二の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、第二のフィルタ３１ａは、第二の受光素子３１ｂに対して反射光の入射側に配置されており、第二の受光素子３１ｂに入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第二のフィルタ３１ａは、第二の波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収又は反射する。なお、第二の波長帯の光は、図３Ｂの反射光Ｒ２に示される。

第二の受光素子３１ｂは、対象物２によって反射され、第二のフィルタ３１ａを透過した第二の波長帯の光を受光し、第二の電気信号に変換する受光素子である。第二の受光素子３１ｂは、受光した第二の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）に応じた第二の電気信号を生成し、出力する。第二の受光素子３１ｂは、第一の受光素子３０ｂと同形の受光素子である。つまり、第一の受光素子３０ｂがフォトダイオードである場合には、第二の受光素子３１ｂもフォトダイオードである。また、第一の受光素子３０ｂと第二の受光素子３１ｂとは、同一の受光感度特性を有する受光素子であってもよい。この場合、同一の受光感度特性とは、受光感度特性が実質的に同一と認められるものを含む意図である。なお、第二の受光素子３１ｂが生成し出力する第二の電気信号は、参照信号の一例である。

また、第二の受光部３１は、第一の受光部３０と同様に集光レンズ（図示しない）を有していてもよい。

上記のように、第二の受光部３１は、対象物２によって反射された参照光を受光し、第二の電気信号に変換する光電変換部である。

このような構成により、水分量検出装置１は、水分量の検出において、水分量を検出する空間３の環境の影響など、対象物２の水分量以外の要因の影響を受けにくくなる。例えば、空間３の温度が変化した場合、対象物２の水分量が一定であっても、受光素子が受光する光の受光量は変化する。例えば、空間３の温度が変化した場合、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂが受光する受光量は同じように変化する。そのため、第一の受光素子３０ｂが生成した第一の電気信号と、及び第二の受光素子３１ｂが生成した第二の電気信号との差分又は比を算出することで、空間３の温度変化による影響を抑制することができる。つまり、水分量検出装置１が検知する水分量の精度が向上する。

ここで、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂの接続関係について説明する。図３Ｂに示すように、第一の受光素子３０ｂと第二の受光素子３１ｂとは、直列に接続されている。具体的には、第一の受光素子３０ｂのアノードと第二の受光素子３１ｂのカソードとが接続されている。そして、第一の受光素子３０ｂのカソードは電源のプラス側に接続されており、第二の受光素子３１ｂのアノードは電源のマイナス側に接続されている。つまり、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂには、逆バイアス電圧が印可されている。

上記のように接続された第一の受光素子３０ｂに第一の波長帯の光が入射すると、電源のプラス側から第二の受光素子３１ｂ側に向けて第一の電流ｉ１が流れる。第一の電流ｉ１は、第一の電気信号の一例である。また、第二の受光素子３１ｂに第二の波長帯の光が入射すると、第一の受光素子３０ｂから電源のマイナス側に向けて第二の電流ｉ２が流れる。第二の電流ｉ２は、第二の電気信号の一例である。

なお、第一の受光素子３０ｂのアノードと第二の受光素子３１ｂのカソードとを直列に接続する接続線と、ロックインアンプ５０との間には、信号増幅部４０が接続されている。このような構成とすることで、信号増幅部４０には、第一の受光素子３０ｂで生成された第一の電流ｉ１と第二の受光素子３１ｂで生成された第二の電流ｉ２との差分の電流が出力される。本発明は、信号増幅部４０に差分の電流が出力される点に特徴を有する。なお、以降において、第一の電流ｉ１と第二の電流ｉ２との差分の電流を差分電流とも記載する。差分電流は、図３Ｂのｉ１−ｉ２に示される。また、差分電流は、信号増幅部４０に入力される差分信号の一例である。

ここで、差分電流について、図４を参照しながら説明する。

図４は、電流値と水分量との関係の一例を示す図である。図４の一点鎖線は第一の電流ｉ１を示しており、破線は第二の電流ｉ２を示しており、実線は差分電流を示している。また、図４の縦軸は電流の大きさ（電流値）を示しており、横軸は対象物２に含まれる水分量を示している。

図４に示すように、第一の電流ｉ１は対象物２に含まれる水分量が多くなるにつれて電流値が小さくなる。これは、対象物２に含まれる水分量が多いほど、第一の波長帯の光が水により吸収されるためである。一方、第二の電流ｉ２は対象物２に含まれる水分量に関わらず、電流値は略一定である。これは、第二の波長帯の光は、水に吸収されにくいためである。つまり、対象物２に含まれる水分量の違いにより、第一の電流ｉ１と第二の電流ｉ２との差分である差分電流の電流値にも違いが生じる。よって、対象物２に含まれる水分量に応じて、信号増幅部４０に出力される信号が異なる。

なお、図３Ｂでは、第一の波長帯の光を受光する第一の受光素子３０ｂが電源のプラス側に接続され、第二の波長帯の光を受光する第二の受光素子３１ｂが電源のマイナス側に接続されている例について示しているが、接続関係はこれに限定されない。例えば、第一の波長帯の光を受光する第一の受光素子３０ｂが電源のマイナス側に接続されており、第二の波長帯の光を受光する第二の受光素子３１ｂが電源のプラス側に接続されていてよい。つまり、電源のマイナス側に第一の受光部３０が接続されており、電源のプラス側に第二の受光部３１が接続されていてもよい。

また、光源制御部２０が光源部１０を制御し、光を対象物２に走査しながら照射させる場合、第一の受光部３０及び第二の受光部３１は、走査に同期して対象物２で反射された光を受光する。つまり、第一の受光部３０及び第二の受光部３１は、光源部１０からの光が照射された対象物２の位置ごとに、当該対象物２で反射された光を受光する。これにより、水分量検出装置１は、より広い領域での水分量を検出することができる。例えば、対象物２における複数の範囲又は複数の対象物２のそれぞれにおいて、水分量を検出することができる。なお、光源制御部２０は、例えば発光素子の姿勢から、現在水分量を検出している対象物２の位置（例えば、衣類乾燥装置１００からみた対象物２が位置する方向）を特定可能である。これにより、送風部１０３における送風範囲又は風向きなどの乾燥条件を変更可能である。水分量の検出については、後述する。

［１−５．信号増幅部］
再び、図３Ｂを参照して、信号増幅部４０は、入力された電気信号を所定の増幅率で増幅したアンプ信号をロックインアンプ５０に出力するアンプである。例えば、信号増幅部４０は、抵抗４１及びオペアンプ４２を有する電流−電圧変換回路である。例えば、信号増幅部４０は、差分電流に対応する信号をロックインアンプ５０に出力する。差分電流に対応する信号とは、例えば、差分電流に対応する電圧であってもよいし、差分電流を増幅した信号であってもよい。なお、所定の増幅率は、予め定められた増幅率である。

信号増幅部４０は、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂの接続点Ｃに接続されている。具体的には、信号増幅部４０の一端は第一の受光素子３０ｂのアノードと第二の受光素子３１ｂのカソードとを接続する接続線に接続され、他端はロックインアンプ５０に接続されている。このような構成により、信号増幅部４０には、第一の電流ｉ１と第二の電流ｉ２との差分である差分電流が入力される。信号増幅部４０は、接続点Ｃから入力された差分電流を増幅してロックインアンプ５０に出力する。

上記でも記載したように、信号増幅部４０には、差分電流が入力される。例えば、信号増幅部４０には、第一の電流ｉ１のみが流入したときに比べ、小さい電流が入力される。具体的には、信号増幅部４０が有する抵抗４１に流れる電流が小さくなる。抵抗４１を流れる電流が小さいと、抵抗４１の抵抗値を大きく設定することができる。

また、抵抗４１に起因するノイズとして、熱雑音がある。熱雑音の大きさは、以下の式で示される熱雑音電流ｉｎに基づいて決まる。熱雑音電流ｉｎは、ｋをボルツマン定数、Ｔを絶対温度、抵抗４１の抵抗値をＲｆとすると、

で求められる。式１に示すように、抵抗４１の抵抗値Ｒｆを大きくすることで、熱雑音電流ｉｎを小さくすることができる。上記に示すように、信号増幅部４０には差分電流が流れるので、抵抗４１の抵抗値を大きく設定することができ、それにより式１に示すように熱雑音電流ｉｎの値を小さくすることができる。これにより、熱雑音が少ない、つまりノイズの少ない高Ｓ／Ｎの信号を実現することができる。また、信号増幅部４０に入力される差分電流は、例えば第一の受光素子３０ｂで生成された第一の電流ｉ１より小さい電流である。そのため、第一の受光素子３０ｂで生成された第一の電流ｉ１が信号増幅部４０に入力されている場合に比べ、水分量検出装置１は高ダイナミックレンジを実現することができる。

［１−６．ロックインアンプ］
再び、図３Ａを参照して、ロックインアンプ５０は、信号増幅部４０により出力されたアンプ信号が入力され、当該アンプ信号から所定の周波数（例えば、発光周波数）の信号を抽出した抽出信号をＡ／Ｄ変換器６０に出力する回路である。図３Ａに示すように、ロックインアンプ５０は、バンドパスフィルタ５１、ミキサ５２、及び、ローパスフィルタ５３を有する。

バンドパスフィルタ５１は、アンプ信号に含まれるノイズ成分を抑制するためのフィルタである。バンドパスフィルタ５１を信号増幅部４０とミキサ５２との間に配置することで、バンドパスフィルタ５１の通過帯域外のノイズ成分が抑制されたアンプ信号がミキサ５２に入力される。バンドパスフィルタ５１は、例えば、ＲＬＣ回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。なお、ノイズとは、例えば、照明光などの外乱光によるノイズである。

ミキサ５２は、バンドパスフィルタ５１を通過したアンプ信号と、光源制御部２０からミキサ５２に出力されるパルス信号とから２つの信号の同期する信号成分を取り出す回路である。ミキサ５２により、ノイズを含むアンプ信号からパルス信号と同期する信号成分、言い換えると同位相の信号成分を取り出すことができる。つまり、ミキサ５２によりさらにアンプ信号に含まれるノイズを抑制することができる。

ローパスフィルタ５３は、ミキサ５２により取り出された信号成分から交流成分を除去するためのフィルタである。ローパスフィルタ５３は、例えば、ＲＣ回路又はオペアンプを用いた回路などにより実現される。

上記のようなロックインアンプ５０による処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、信号増幅部４０で増幅されたアンプ信号に含まれる外乱光などのノイズ成分を抑制することができる。つまり、ロックインアンプ５０を設けることで、ノイズを含む電気信号から高Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の信号を抽出することができる。また、Ａ／Ｄ変換器６０に信号が入力される前に、ノイズ成分を抑制することができるので、Ａ／Ｄ変換器６０に入力される信号がＡ／Ｄ変換器６０のダイナミックレンジを超えてしまうことを抑制することができる。ロックインアンプ５０は、受光した信号から特定の周波数を取り出す（光源部１０から照射される光の点灯及び消灯の周波数成分のみを取り出す）狭帯域のバンドパスフィルタと類似した機能を有する。

なお、ローパスフィルタ５３の通過帯域は、固定された帯域である。例えば、ローパスフィルタ５３のカットオフ周波数は、光源部１０から照射される光の点灯及び消灯の周波数（例えば、１ｋＨｚ）を中心周波数とする信号において、当該中心周波数と当該信号を通過させる帯域幅とに応じて適宜決定される。

［１−７．Ａ／Ｄ変換器］
Ａ／Ｄ変換器６０は、ロックインアンプ５０でロックインアンプ処理が施された抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を信号処理部７０に出力する回路である。

［１−８．信号処理部］
信号処理部７０は、Ａ／Ｄ変換器６０で変換されたデジタル信号が入力され、当該デジタル信号に対して信号処理を行う処理部である。信号処理部７０は、デジタル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。

信号処理部７０は、例えば、デジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで、デジタル信号を水分量に変換する。例えば、所定の定数とは、光源部１０が発する、検知光をなす第一の波長帯の光及び参照光をなす第二の波長帯の光が示す信号強度、第一のフィルタ３０ａ及び第二のフィルタ３１ａの透過率特性、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂの受光特性などにより予め定められる定数である。また、演算では、加算、減算、乗算及び除算の中から少なくとも１つが行われる。また、不揮発性メモリが格納するデジタル信号に対する処理プログラムには、上記の所定の定数が含まれる。なお、所定の定数は、複数格納されていてもよい。

ここで、比較例として、第一の電流に基づくデジタル信号と第二の電流に基づくデジタル信号とがそれぞれ信号処理部に入力されている場合、信号処理部は、当該２つのデジタル信号を用いて信号処理を行う必要がある。例えば、信号処理部は、２つのデジタル信号の差分又は比を算出する信号処理を行う必要がある。一方、本発明では、信号処理部７０に入力されるデジタル信号は、差分電流に基づいて生成された信号である。そのため、信号処理部７０において、上記のような差分又は比を算出する信号処理を行う必要がない。つまり、水分量検出装置１は、信号処理部７０が行う信号処理の処理量を低減することができる。

［２．効果］
本実施の形態に係る水分量検出装置１は、水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物２に向けて所定の周波数で明滅する光を照射する光源部１０と、対象物２で反射された光に含まれる第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタ３０ａと、第一のフィルタ３０ａを透過した第１の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子３０ｂと、対象物２で反射された光に含まれる第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタ３１ａと、第一の受光素子３０ｂと直列に接続されており、第二のフィルタ３１ａを透過した第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子３１ｂと、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂの接続点に接続され、当該接続点Ｃから入力される信号を増幅したアンプ信号を出力する信号増幅部４０と、アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプ５０と、抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器６０とを備える。

これにより、第一の受光素子３０ｂ及び第二の受光素子３１ｂの２つの受光素子を備えていても、信号増幅部４０には１つの信号（具体的には、差分電流）が出力される。つまり、水分量検出装置１は、波長帯ごと又は受光素子ごとにロックインアンプ５０などの回路を備える必要がない。よって、本実施の形態に係る水分量検出装置１は、受光素子を２つ備える場合であっても小型化することができる。また、ロックインアンプ５０の数を減らすことができるので、水分量検出装置１の低コスト化を実現できる。

また、第一の受光素子３０ｂと第二の受光素子３１ｂとは、同一の受光感度特性を有する受光素子である。

これにより、同一の受光感度特性を有する２つの受光素子を用いて、水分量検出装置１を実現することができる。

また、光源部１０は、光を走査しながら照射する。

これにより、対象物２の複数の範囲、又は、複数の対象物２において水分量を検出することができる。よって、乾燥制御部１０６は、当該検出結果から水分量が多い位置を重点的に乾燥するなど、効率的に乾燥が行え得る。

また、半導体発光素子は、ＬＥＤ素子である。

これにより、光源制御部２０が制御する点灯及び消灯の発光周期に対応した点灯及び消灯が可能なＬＥＤ素子を用いて水分量検出装置１を実現できる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る水分量検出装置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。

例えば、上記実施の形態では、一例として水分量検出装置１が衣類乾燥装置１００に搭載されている例について説明したが、水分量検出装置１は衣類乾燥装置１００以外の電気機器に搭載されていてもよい。例えば、屋内環境で使用される電気機器に使用されてもよい。例えば、浴室乾燥装置など送風して対象物（例えば、浴室の床など）を乾かす用途に用いられる装置に使用されてもよい。

また、上記実施の形態では、光源部１０がＬＥＤ素子を有する例について説明したが、光源制御部２０が制御する発光周期で点灯及び消灯が可能であれば、光源部１０はＬＥＤ素子以外の光源を有していてもよい。例えば、光源部１０は、半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などを有していてもよい。

また、上記実施の形態では、光源制御部２０は発光素子を点灯及び消灯させる発光周期、及び、発光素子の姿勢を制御する例について制御したが、光源制御部２０による制御はこれに限定されない。例えば、光源制御部２０は、発光素子に供給される電流量を制御することで、発光素子が発する光の強度を制御してもよい。

また、上記実施の形態では、水分量検出装置１が衣類乾燥装置１００に一体的に搭載されている例を説明したが、水分量検出装置は専用の機器であり、衣類乾燥装置１００に後付けで取付可能な構成であってもよい。

また、上記実施の形態では、水分量検出装置１は対象物２で反射した光を受光し、水分量を検出している例について説明したが、対象物２を透過した光を受光し、水分量を検出してもよい。

また、上記実施の形態では、光源部１０は１種類の発光素子で構成されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、光源部１０は、第一の波長帯の光を発する第一の発光素子と、第二の波長帯の光を発する第二の発光素子とを有していてもよい。さらに、第一の発光素子から出射され対象物２で反射された光を第一の受光素子のみが受光し、第二の発光素子から出射され対象物２で反射された光を第二の受光素子のみが受光する構造を有する場合、水分量検出装置１は第一のフィルタ３０ａ及び第二のフィルタ３１ａを備えていなくてもよい。

また、上記実施の形態では、信号処理部７０は、デジタル信号が示す信号強度に所定の定数を演算することで水分量を検出する例について説明したが、水分量の検出はこれに限定されない。例えば、信号処理部７０の不揮発性メモリには、デジタル信号が示す信号強度と水分量とが対応付けられたテーブルが格納されており、信号処理部７０は、当該テーブルを不揮発性メモリから読み出して水分量を検出してもよい。例えば、不揮発性メモリは、図４に示すグラフに対応するテーブルを格納していてもよい。例えば、信号処理部７０に入力される電気信号と水分量とが対応するテーブルを格納していてもよい。信号処理部７０に差分電流に対応する電圧に基づく信号が入力される場合、不揮発性メモリには電圧に基づく信号と水分量とが対応するテーブルが格納されていてもよい。

また、上記実施の形態において、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、プロセッサなど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など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。プロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、一つのチップに集積されていてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよし、複数の装置に備えられていてもよい。

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。

１ 水分量検出装置
２ 対象物
１０ 光源部
３０ａ 第一のフィルタ
３０ｂ 第一の受光素子
３１ａ 第二のフィルタ
３１ｂ 第二の受光素子
４０ 信号増幅部（アンプ）
５０ ロックインアンプ
６０ Ａ／Ｄ変換器
Ｃ 接続点
ｉ１ 第一の電流（検知信号）
ｉ２ 第二の電流（参照信号）

Claims (4)

1. 水による吸収が所定値よりも大きな第一の波長帯、及び、水による吸収が前記所定値以下である第二の波長帯を含む光を出射する半導体発光素子を有し、対象物に向けて所定の周波数で明滅する前記光を照射する光源部と、
   前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第一の波長帯の光を透過する第一のフィルタと、
   前記第一のフィルタを透過した前記第一の波長帯の光を受光し、検知信号を出力する第一の受光素子と、
   前記対象物で反射された前記光に含まれる前記第二の波長帯の光を透過する第二のフィルタと、
   前記第一の受光素子と直列に接続されており、前記第二のフィルタを透過した前記第二の波長帯の光を受光し、参照信号を出力する第二の受光素子と、
   前記第一の受光素子及び前記第二の受光素子の接続点に接続され、前記接続点から入力される信号を増幅したアンプ信号を出力するアンプと、
   前記アンプ信号が入力され、当該アンプ信号から前記所定の周波数の信号を抽出して抽出信号を出力するロックインアンプと、
   前記抽出信号が入力され、当該抽出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器とを備える
   水分量検出装置。
2. 前記第一の受光素子と前記第二の受光素子とは、同一の受光感度特性を有する受光素子である
   請求項１に記載の水分量検出装置。
3. 前記光源部は、前記光を走査しながら照射する
   請求項１又は２に記載の水分量検出装置。
4. 前記半導体発光素子は、ＬＥＤ素子である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の水分量検出装置。

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