JPWO2017010043A1 - 機能水濃度センサ - Google Patents

Abstract

機能水濃度センサ（１）は、機能水（９０）が入れられる容器（４０）と、紫外光（１１）を発する光源（１０）と、光源（１０）から発せられて容器（４０）内を通過した紫外光（１１）によって励起されて蛍光（２１）を発する蛍光体（２０）と、蛍光（２１）を受光する受光素子（３０）とを備え、光源（１０）が発する紫外光（１１）のピーク波長は、機能水（９０）に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。

Description

本発明は、機能水濃度センサに関する。

従来、除菌、脱臭、脱色などにオゾンが利用されている。オゾンは強力な酸化力を有するので、その濃度を制御する必要がある。そのため、オゾン濃度を測定するオゾン濃度計が開発されている。例えば、特許文献１に記載の光吸収式オゾン濃度計では、試料を収納する試料セルに紫外光を照射し、試料セルを透過した透過光の強度を検出することで、オゾン濃度を測定する。

特開２００２−５８２６号公報

ところで、オゾンに限らず、所定の機能を有する機能水の濃度を小型で安価なセンサで検出することが求められている。小型のセンサであれば、例えば、除菌能力を有する機能水を利用した除菌装置などに組み込むことが可能となる。除菌装置内で機能水の濃度を検出することで、当該除菌装置などの除菌能力の低下などを適切に把握することができる。しかしながら、例えば、上記従来のオゾン濃度計では、紫外領域に感度を有する高価なフォトダイオードが用いられており、小型で安価なセンサを実現することはできない。

そこで、本発明は、小型で安価な機能水濃度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る機能水濃度センサは、機能水が入れられる容器と、紫外光を発する光源と、前記光源から発せられて前記容器内を通過した紫外光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、前記蛍光を受光する受光素子とを備え、前記光源が発する紫外光のピーク波長は、前記機能水に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。

本発明によれば、小型で安価な機能水濃度センサを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る機能水濃度センサの動作を説明するための模式図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体の別の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態１に係るオゾン水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係るオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体を備えない場合の次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る機能水濃度センサにおける光路長毎のオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１６は、本発明の実施の形態２の変形例２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１７は、本発明の実施の形態２の変形例３に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１８は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１９は、本発明の実施の形態２の変形例５に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図２０は、本発明の実施の形態３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２１は、本発明の実施の形態３の変形例１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２２は、本発明の実施の形態３の変形例２に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２３は、本発明の実施の形態３の変形例３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る機能水濃度センサについて、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、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。

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。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略全て又は略一致などの表現を用いている。例えば、略一致は、完全に一致することを意味するだけでなく、実質的に一致する、すなわち、数％程度の誤差を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。

（実施の形態１）
［機能水濃度センサの概要］
まず、本実施の形態に係る機能水濃度センサの概要について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の動作を説明するための模式図である。

本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、容器４０に入れられた機能水９０の濃度を測定するセンサである。具体的には、機能水濃度センサ１は、機能水９０に紫外光を照射し、機能水９０を透過中に吸収された後の紫外光（透過光）を蛍光体２０によって波長変換する。機能水濃度センサ１は、波長変換後の光（例えば、可視光）を検出することで、機能水９０の濃度を測定する。

機能水９０は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を付与された水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、されようとしているものである。具体的には、機能水９０は、次亜塩素酸水、又は、オゾン水などである。

図１に示すように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、光源１０と、蛍光体２０と、受光素子３０と、容器４０と、制御回路５０とを備える。なお、図１には示していないが、機能水濃度センサ１は、外光が受光素子３０に入射するのを抑制するために、遮光性の筐体の内部に収納されている。このとき、光源１０が発した紫外光１１のうち入射窓４１に入射されなかった光（すなわち、迷光）を吸収するように、筐体の内面は、紫外光を吸収する材料から形成されていてもよい。

以下では、機能水濃度センサ１が備える各構成要素について詳細に説明する。

［光源］
光源１０は、紫外光１１を発する。紫外光１１は、例えば、ピーク波長が３５０ｎｍ以下の光である。紫外光１１の詳細については、後で説明する。

光源１０は、紫外光１１のピーク波長を変更可能であってもよい。具体的には、光源１０は、測定対象である機能水９０に応じて異なるピーク波長を有する紫外光１１を発してもよい。つまり、光源１０は、機能水９０に固有の吸光スペクトルに基づいて予め定められたピーク波長の光を紫外光１１として発してもよい。

光源１０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子などの固体発光素子であるが、これに限定されない。光源１０は、半導体レーザ、小型の水銀ランプなどでもよい。

図１に示すように、光源１０は、容器４０の入射窓４１に近接配置されている。近接とは、互いの距離が所定の範囲内であることを意味し、接触している場合も含む。例えば、光源１０は、入射窓４１との間の距離が５ｍｍ以内になるように配置されている。つまり、光源１０は、発した紫外光１１の略全てが入射窓４１に入射するように、すなわち、発した紫外光１１が容器４０の外部にほとんど漏れないように配置されている。光源１０からの紫外光１１は、図２に示すように、入射窓４１に対して略垂直に入射する。なお、光源１０と入射窓４１との間の距離は、５ｍｍ以内に限らず、特に限定されない。

［蛍光体］
蛍光体２０は、光源１０から発せられて容器４０内を通過した紫外光１１によって励起されて蛍光２１を発する。具体的には、蛍光体２０は、機能水９０を透過した後の紫外光１１（透過光）を波長変換することで、波長変換後の光として蛍光２１を発する。蛍光２１は、例えば可視光である。具体的には、蛍光体２０は、紫外光１１を受けて、ピーク波長が可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）に存在する蛍光２１を発する。

蛍光体２０は、受光素子３０の感度に応じたピーク波長を有する光を蛍光２１として発してもよい。具体的には、蛍光体２０は、受光素子３０の感度が高い波長領域にピーク波長を有する蛍光２１を発する。例えば、受光素子３０が緑色領域（５００ｎｍ〜５７０ｎｍ）に高い感度を有する場合、蛍光体２０は、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を蛍光２１として発してもよい。

図３及び図４は、本実施の形態に係る蛍光体２０の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。図３及び図４において、破線が、励起光である紫外光１１のスペクトルを示しており、実線が、蛍光２１のスペクトルを示している。

図３に示す蛍光体２０は、ＹＰＶ蛍光体（ユーロピウム賦活リン・バナジン酸イットリウム； Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋）である。蛍光体２０は、図３に示すように、３５０ｎｍ以下の紫外光１１を受けた場合に、約６２０ｎｍにピーク波長を有する蛍光２１（赤色光）を発する。

図４に示す蛍光体２０は、ＬＡＰ蛍光体（セリウム、テルビウム賦活リン酸ランタン蛍光体； ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋）である。蛍光体２０は、図４に示すように、３００ｎｍ以下の紫外光１１を受けた場合に、約５５０ｎｍにピーク波長を有する蛍光２１（緑色光）を発する。

本実施の形態では、蛍光体２０は、例えば、出射窓４２に近接配置されたガラス板などの透光性板に設けられている。具体的には、蛍光体２０は、ガラス板の表面に塗布された樹脂材料に含有されている。あるいは、蛍光体２０は、ガラス板の内部に分散されて含有されてもよい。あるいは、蛍光体２０は、板状のセラミック（例えば、アルミナなど）に分散されて含有されてもよい。

［受光素子］
受光素子３０は、蛍光２１を受光する。具体的には、受光素子３０は、受光した蛍光２１を光電変換することで、蛍光２１の受光量（すなわち、強度）に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、制御回路５０に出力される。

受光素子３０は、所定の波長領域に高い感度を有する。本実施の形態では、受光素子３０は、可視光領域に高い感度を有する。すなわち、受光素子３０は、紫外光に対する感度よりも可視光に対して高い感度を有する。なお、受光素子３０は、紫外領域（３８０ｎｍ以下）に感度を有しなくてもよい。

受光素子３０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。受光素子３０は、フォトトランジスタなどでもよい。受光素子３０としては、紫外領域に感度をほとんど有しない汎用の安価なフォトダイオードを用いることができる。

受光素子３０は、蛍光体２０に近接配置されている。例えば、受光素子３０は、蛍光体２０との間の距離が５ｍｍ以内になるように、又は、蛍光体２０に接触して配置されている。具体的には、受光素子３０は、蛍光体２０が発する蛍光２１のうち、受光素子３０側に進行する光の略全てを受光するように配置されている。なお、受光素子３０と蛍光体２０との間の距離は、５ｍｍ以内に限らず、特に限定されない。

［容器］
容器４０は、機能水９０が入れられる容器である。容器４０は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状のセルであるが、特に限定されない。容器４０は、紫外光１１を透過させる２つの透過窓を備える。具体的には、図１に示すように、容器４０は、入射窓４１と、出射窓４２とを備える。

入射窓４１は、光源１０から発せられた紫外光１１が入射する窓である。入射窓４１は、容器４０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。入射窓４１（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、入射窓４１は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。入射窓４１には、紫外光１１が略垂直に入射する。具体的には、紫外光１１は、板状のガラス（入射窓４１）の厚み方向に沿って入射する。つまり、紫外光１１は、入射面の法線方向に入射する。

出射窓４２は、容器４０に入射した紫外光１１が蛍光体２０に向けて出射する窓である。出射窓４２は、容器４０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。出射窓４２（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、出射窓４２は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。出射窓４２からは、紫外光１１が略垂直に出射される。具体的には、紫外光１１は、板状のガラス（出射窓４２）の厚み方向に沿って出射する。つまり、紫外光１１は、出射面の法線方向に出射される。

本実施の形態では、容器４０の本体（具体的には、２つの透過窓以外の部分）は、紫外光を遮蔽（吸収又は反射）する材料から形成される。例えば、容器４０の本体は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料、又は、金属材料などから形成される。なお、容器４０全体が紫外光１１に対して透光性を有してもよい。具体的には、容器４０全体が石英ガラスなどから形成されてもよい。

本実施の形態では、光源１０、容器４０、蛍光体２０及び受光素子３０は、この順で略同一直線上に配置されている。図１に示すように、容器４０の入射窓４１及び出射窓４２も当該直線上に配置されている。これにより、図２に示すように、光源１０から発せられた紫外光１１は、途中、蛍光体２０によって波長変換されるものの、最短距離で受光素子３０に到達する。したがって、光源１０から受光素子３０までの間で光漏れ（迷光）が発生するのを抑制するので、蛍光２１の強度を精度良く検出することができ、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。

なお、容器４０は、所定の配管の一部でもよい。具体的には、容器４０内を機能水９０が流れていてもよい。例えば、機能水９０は、容器４０と反応槽（図示せず）との間で循環されてもよい。反応槽は、機能水９０の機能を発揮させるための容器である。例えば、機能水９０が除菌、脱臭などの機能を有する場合、機能水９０は、反応槽内で対象物（例えば、空気などの気体）に接触することで、当該対象物の除菌、脱臭などを行う。この場合、機能水９０が除菌、脱臭などを行いながら、機能水濃度センサ１が機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ１を脱臭装置などに組み込んで用いることができる。

［制御回路］
制御回路５０は、光源１０及び受光素子３０を制御するコントローラである。制御回路５０は、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。制御回路５０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。

制御回路５０は、受光素子３０から出力された電気信号に基づいて、機能水９０の濃度を測定（算出）する。具体的には、制御回路５０は、電気信号に基づいて蛍光２１の強度を算出し、算出した蛍光２１の強度に基づいて機能水９０の透過度（又は吸光度）を算出する。制御回路５０は、後述するランベルト・ベールの法則に基づいて、算出した透過度から機能水９０の濃度を算出する。なお、制御回路５０は、蛍光２１の強度と機能水９０の濃度とを対応付けたテーブルを予めメモリに記憶しており、当該テーブルを参照することで、機能水９０の濃度を決定してもよい。

また、制御回路５０は、光源１０の点灯及び消灯、紫外光１１の強度及び波長などを制御してもよい。すなわち、制御回路５０は、ユーザ指示又はプログラムなどに基づいて所定のタイミングで所定の強度及び波長の紫外光１１を光源１０に発光させる。例えば、制御回路５０は、機能水９０の種類に基づいて紫外光１１の強度及び波長を変更してもよい。

また、制御回路５０は、機能水９０の濃度の測定結果に基づいて光源１０をフィードバック制御してもよい。例えば、受光素子３０によって検出された受光量が小さすぎる場合、すなわち、機能水９０の濃度が高すぎる場合には、紫外光１１の強度を強くする、又は、波長を異ならせてもよい。

［紫外光］
続いて、本実施の形態に係る光源１０が発する紫外光１１の詳細について説明する。

光源１０が発する紫外光１１（機能水９０を透過する前の紫外光）のピーク波長は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。吸収ピークは、機能水９０が有する吸光スペクトルにおいて、吸光度の極大値を示す波長である。言い換えると、吸収ピークは、機能水９０による吸収量が極大となる光の波長である。

ここで、機能水９０の濃度と、機能水９０による紫外光１１の吸光度との関係について示す。一般的に、ランベルト・ベールの法則により、媒質に入射する前の光の強度をＩ_０、長さＬの媒質を透過した後の光の強度をＩとしたとき、以下の（式１）及び（式２）を満たす。

ここで、“ａ”は吸光係数であり、“Ｃ”は媒質のモル濃度である。“Ｌ”は、紫外光１１が透過する媒質（すなわち、機能水９０）の長さ（すなわち、光路長）であり、本実施の形態では、容器４０の入射窓４１から出射窓４２までの距離に相当する。

吸光度は、機能水９０による紫外光１１の吸収率を示しており、値が大きい程、機能水９０による吸収が盛んであることを示している。例えば、吸光度が「１」であれば、紫外光１１の全てが吸収され、吸光度が「０」であれば、紫外光１１は全く吸収されないことを示している。なお、透過度は、機能水９０による紫外光１１の透過率を示している。

図５Ａは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図５Ａにおいて、横軸は、機能水９０（次亜塩素酸水）に照射する光（紫外光１１）の波長を示し、縦軸は、機能水９０の吸光度を示している。

図５Ａに示すように、次亜塩素酸水は、その濃度に依存せずに、約２９２ｎｍが吸収ピークであり、当該吸収ピークを含む所定の範囲の光を多く吸収している。所定の範囲は、吸収ピークにおける吸光度の所定の割合以上の吸光度を有する範囲である。所定の割合は、例えば、５％〜２０％である。例えば、次亜塩素酸水が吸収可能な紫外光の所定の範囲は、２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。したがって、本実施の形態では、機能水９０が次亜塩素酸水である場合、光源１０は、ピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍの範囲にある紫外光１１を発する。

吸収ピークを含む所定の範囲内では、所定の波長の光に対する吸光度は、次亜塩素酸水の濃度が高い程大きく、濃度が低い程小さい。図５Ａに示すように、吸収ピークである約２９２ｎｍの近傍では、この傾向が顕著に現れている。

図５Ｂは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図５Ｂにおいて、横軸は、機能水９０の濃度であり、縦軸は、機能水９０の紫外光１１に対する透過度を示している。

図５Ｂにおいて、黒丸は実測値であり、実線及び破線は（式１）に基づき、最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。

また、波長が２９２ｎｍの光の方が、波長が２７５ｎｍの光に比べて、濃度変化に対する透過度の変化の割合が大きい。すなわち、紫外光１１が、吸光スペクトルにおける吸収ピークに近い光である程、透過度に基づいて機能水９０の濃度を算出しやすい。

図６Ａは、本実施の形態に係るオゾン水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図６Ａにおいて、横軸は、機能水９０（オゾン水）に照射する光（紫外光１１）の波長を示し、縦軸は、機能水９０の吸光度を示している。

図６Ａに示すように、オゾン水は、その濃度に依存せずに、約２６０ｎｍが吸収ピークであり、当該吸収ピークを含む所定の範囲の光を多く吸収している。例えば、オゾン水が吸収可能な紫外光の所定の範囲は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。したがって、本実施の形態では、機能水９０がオゾン水である場合、光源１０は、ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にある紫外光１１を発する。

次亜塩素酸水の場合と同様に、吸収ピークを含む所定の範囲内では、所定の波長に対する吸光度は、オゾン水の濃度が高い程大きく、濃度が低い程小さい。図６Ａに示すように、吸収ピークである約２６０ｎｍの近傍では、この傾向が顕著に現れている。

図６Ｂは、本実施の形態に係るオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図６Ｂにおいて、横軸は、機能水９０の濃度であり、縦軸は、機能水９０の紫外光１１に対する透過度を示している。なお、黒丸は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。

図６Ｂでは、波長が２６０ｎｍの光を照射したときのオゾン濃度に対する透過度を示している。図６Ｂに示すように、オゾン濃度が高い程、透過度が小さくなっている。

図５Ｂ及び図６Ｂに示したように、透過度と機能水９０の濃度とは、ランベルト・ベールの法則に基づいて、互いに依存関係を有する。したがって、機能水９０を透過する前の入射光の強度と、機能水９０を透過した後の透過光（出射光）の強度とを取得することで、（式１）に基づいて、機能水９０による吸光度（又は透過度）を算出することができる。

以上のように、本実施の形態では、機能水９０が次亜塩素酸水である場合、光源１０は、ピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍの範囲に存在する光を、紫外光１１として発する。例えば、光源１０は、ピーク波長が２７５ｎｍの光を紫外光１１として発する。

また、機能水９０がオゾン水である場合、光源１０は、ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に存在する光を、紫外光１１として発する。例えば、光源１０は、ピーク波長が２６０ｎｍの光を紫外光１１として発する。

［機能水の濃度の測定］
上述したように、本実施の形態では、紫外光１１の入射前の強度と透過後の強度とに基づいて、機能水９０の濃度を測定する。具体的には、透過光である紫外光１１を直接検出するのではなく、蛍光体２０によって蛍光２１に変換した後、変換後の蛍光２１を受光素子３０が検出する。本実施の形態では、蛍光２１の強度を、透過光（紫外光１１）の強度の代わりに用いることで、機能水９０の濃度を測定する。

以下では、まず、紫外光１１の強度に基づいて機能水９０の濃度が正しく測定できることを確認するために、蛍光体２０を用いずに紫外光１１の透過後の強度を直接検出した結果について、図７を用いて説明する。

図７は、本実施の形態に係る蛍光体２０を備えない場合の次亜塩素酸水の濃度と紫外光１１の透過度との関係を示す図である。図７において、黒丸及び黒三角は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線である。

図７では、蛍光体２０を備えずに、出射窓４２から出射された透過光（紫外光１１）を、紫外領域に感度を有するフォトダイオードを用いて検出した。図７の（ａ）は、紫外光１１のピーク波長が２７５ｎｍである場合を示しており、図５Ｂに示したグラフと同じである。図７の（ｂ）は、（ａ）に示すグラフの縦軸を対数で換算したものである。

ランベルト・ベールの法則に基づいた場合、透過度は、（式１）で示したように、濃度の指数関数として表される。このため、透過度と濃度との関係は、対数グラフ上では、直線で表される。図７の（ｂ）に示すように、実測値（黒丸及び黒三角）は、近似直線に略一致しており、紫外光１１を検出することで、機能水９０の濃度が測定できることが分かる。

続いて、蛍光体２０を用いた結果について、図８を用いて説明する。

図８は、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。図８において、黒四角は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線である。

図８では、蛍光体２０として、ＹＰＶ蛍光体を用いた。蛍光体２０は、励起光である紫外光１１の強度に応じた強さの蛍光２１を発する。具体的には、励起光である紫外光１１と蛍光２１とは比例関係にある。したがって、制御回路５０は、受光素子３０によって検出された蛍光２１の強度を紫外光１１の強度に変換することで、紫外光１１の透過度を算出した。

図８の（ａ）は、紫外光１１のピーク波長が２７５ｎｍの場合を示しており、図８の（ｂ）は、（ａ）に示すグラフを対数グラフに変換したものである。図８の（ｂ）に示すように、蛍光２１を検出した場合も、紫外光１１を直接検出した場合と同様に、実測値（黒四角）は、近似曲線（実線）に略一致している。したがって、蛍光２１を検出することで、機能水９０の濃度を測定することができることが分かる。つまり、紫外光１１を直接検出する必要はないことが分かる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、機能水９０が入れられる容器４０と、紫外光１１を発する光源１０と、光源１０から発せられて容器４０内を通過した紫外光１１によって励起されて蛍光２１を発する蛍光体２０と、蛍光２１を受光する受光素子３０とを備え、光源１０が発する紫外光１１のピーク波長は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。

このように、蛍光体２０が紫外光１１を波長変換することで蛍光２１を発し、受光素子３０は、蛍光体２０によって発せられた蛍光２１を受光する。蛍光２１は、紫外光１１より長波長の光であり、例えば、可視光である。このため、受光素子３０としては、紫外領域に感度を有する必要がなく、可視光領域に感度を有する安価なフォトダイオードを利用することができる。

また、光源１０として小型で長寿命なＬＥＤ素子などを利用することができるので、機能水濃度センサ１を小型化及び長寿命化することができる。

さらに、本実施の形態では、光源１０が発する紫外光１１は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内にピーク波長が含まれるように、例えば、機能水９０に固有の吸光スペクトルに基づいて決定される。つまり、紫外光１１を機能水９０によって吸収させることで、紫外光１１の強度の変化を検出することで、機能水９０の濃度を測定する。このため、検知剤などの濃度の測定を目的とした物質を機能水９０に添加する必要がない。したがって、機能水９０が検知剤と反応して化学変化を起こすこともないので、濃度を測定後（紫外光１１が照射された後）の機能水９０であっても、本来の機能を発揮することができる。つまり、機能水濃度センサ１は、機能水９０の機能を維持しながら濃度の測定が可能なので、機能水９０を利用する装置などに組み込むことが可能になる。

例えば、機能水９０が次亜塩素酸水などの除菌能力を有する液体である場合、機能水９０の除菌能力などを失わないので、機能水９０をそのまま除菌に利用することができる。例えば、機能水９０を循環させながら濃度の測定と除菌とを行うことができるので、濃度の測定結果を除菌に反映させるなどのフィードバック制御が可能となる。このように、機能水濃度センサ１は、除菌装置などの機器への組み込みが可能である。

このとき例えば、機能水９０が除菌などに利用されて機能水９０の濃度が低下した場合、機能水９０を追加するなどのフィードバック制御を行う。これにより、機能水９０の濃度を高め、除菌などの機能を充分に発揮させることができる。また、フィードバック制御により、機能水９０の濃度が高くなりすぎるのを防止することで、有害なガス又は臭気ガスなどの発生を防止することができる。

また、例えば、蛍光体２０は、受光素子３０の感度に応じたピーク波長を有する光を蛍光２１として発する。

これにより、例えば、受光素子３０の感度が高い領域を有効に利用することができるので、検出可能な光量の範囲が大きくなる。したがって、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。

また、本実施の形態において、蛍光体２０は、全方向へ均等に蛍光する。つまり、蛍光体２０から発せられる蛍光２１は全方向に放出されるので、蛍光体２０と受光素子３０とが離れている場合、受光素子３０が受光する蛍光２１の光量が小さくなる。

これに対して、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１では、例えば、受光素子３０は、蛍光体２０に近接配置されている。

これにより、蛍光体２０が発した蛍光２１のうち受光素子３０に入射する光の量を多くすることができるので、蛍光２１が弱い場合でも検出することができる。したがって、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができる。また、受光素子３０に入射されずに機能水濃度センサ１の筐体（図示せず）内を進行する光（迷光）を少なくすることができる。このため、迷光が受光素子３０に入射することによる検出誤差を抑制し、蛍光２１を精度良く検出することができる。

また、例えば、光源１０、容器４０、蛍光体２０及び受光素子３０は、この順で略同一直線上に配置されている。

これにより、反射又は屈折などにより紫外光１１又は蛍光２１の進行方向を変化させる必要がないので、レンズ又はミラーなどの部材を設けなくてもよく、小型化及び低コスト化を実現することができる。また、レンズ又はミラーなどの部材によって光の進行方向を変化させた場合、迷光の発生、あるいは、部材による光の吸収などにより受光素子３０に入射する蛍光２１の光量が減少する恐れがある。これに対して、機能水濃度センサ１は、レンズ又はミラーなどを備えないので、受光素子３０に入射する蛍光２１の光量の減少を抑制し、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。

また、例えば、容器４０は、光源１０から発せられた紫外光１１が入射する入射窓４１を備え、光源１０からの紫外光１１は、入射窓４１に略垂直に入射する。

これにより、入射窓４１への入射面での紫外光１１の屈折及び反射を抑制することができる。つまり、光源１０が発した光を容器４０内の機能水９０に効率良く照射させることができるので、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。

以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。

［変形例１］
図９は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ１ａの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ１ａは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、新たにスリット部６０を備える点が異なっている。

スリット部６０は、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。具体的には、スリット部６０は、入射窓４１と形状が略同一の開口を有する。スリット部６０は、例えば、開口（スリット）が設けられた板である。スリット部６０は、光源１０から見た時に、開口と入射窓４１とが略一致するように設けられている。

スリット部６０は、紫外光１１を遮蔽（反射又は吸収）する材料から形成されている。スリット部６０は、例えば、容器４０の本体と同じ材料から形成される。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ａによれば、光源１０から発せられた紫外光１１のうち開口以外に照射された光は、スリット部６０によって遮蔽されて容器４０内に進行しない。開口を通った光は、入射窓４１に入射し、機能水９０を透過して出射窓４２から出射される。このように、不要領域へ紫外光が照射されることによる迷光を低減し、検出精度を高めることができる。

［変形例２］
図１０は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ１ｂの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ１ｂは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、新たにレンズ部６１を備える点が異なっている。

レンズ部６１は、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の発散を抑制する。レンズ部６１は、例えば、蛍光体２０に集光する集光レンズ、又は、紫外光１１を平行光として出射するコリメートレンズなどである。レンズ部６１は、例えば、透光性を有する石英ガラスから形成される。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｂによれば、機能水９０を透過する紫外光１１の光量を増加させることができるので、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。

［変形例３］
図１１は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ１ｃの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ１ｃは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、蛍光体２０の代わりに蛍光体２０ｃを備える点と、容器４０の出射窓４２の代わりに出射窓４２ｃを備える点とが異なっている。

蛍光体２０ｃは、容器４０の出射窓４２ｃに設けられている。例えば、出射窓４２ｃは、蛍光体２０ｃを含有する蛍光体含有ガラスから形成されている。出射窓４２ｃでは、蛍光体粒子が分散されて含まれている。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｃによれば、蛍光体２０ｃと出射窓４２ｃとを共通化しているので、容器４０と受光素子３０との間の距離を短くすることができる。これにより、機能水濃度センサ１ｃを小型化することができる。また、出射窓４２ｃから出射された蛍光２１の迷光を少なくすることができるので、検出精度を高めることができる。

［変形例４］
図１２は、本実施の形態の変形例４に係る機能水濃度センサ１ｄの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ１ｄは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、蛍光体２０の代わりに蛍光体２０ｄを備える点が異なっている。

蛍光体２０ｄは、受光素子３０の表面に設けられている。具体的には、蛍光体２０ｄは、受光素子３０の表面に塗布された樹脂材料に含有されている。樹脂材料は、例えば、シリコーン樹脂などの透光性を有する材料である。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｄによれば、蛍光体２０ｄを受光素子３０の表面に設けているので、蛍光体２０ｄが発した蛍光２１の受光量を大きくすることができる。これにより、出射窓４２ｃから出射された蛍光２１の迷光を少なくすることができるので、検出精度を高めることができる。また、容器４０と受光素子３０との間の距離を短くすることができるので、機能水濃度センサ１ｄを小型化することができる。

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る機能水濃度センサについて、図１３を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。

図１３は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２の構成及び動作を説明するための模式図である。図１３に示すように、機能水濃度センサ２は、実施の形態１に係る機能水濃度センサ１と比較して、新たに反射部７０を備える点が異なっている。

［反射部（第１反射部）］
反射部７０は、容器４０の内部に設けられた、紫外光１１を反射する第１反射部の一例である。反射部７０は、紫外光１１を鏡面反射する。具体的には、反射部７０は、光源１０から発せられ、入射窓４１を通過した紫外光１１を、蛍光体２０に向けて反射する。反射された紫外光１１は、出射窓４２を通過して蛍光体２０に照射されて、蛍光体２０を励起する。蛍光体２０は、励起されて蛍光２１を発し、蛍光２１が受光素子３０に入射される。反射部７０が設けられていることで、図１３に示すように、紫外光１１の光路長が容器４０の幅の約２倍になる。

反射部７０は、容器４０の内面である。具体的には、反射部７０は、容器４０の内面を鏡面処理することにより形成される。例えば、容器４０が金属材料から形成されている場合は、内面を研磨することにより鏡面化することで、反射部７０が形成される。容器４０が樹脂材料から形成されている場合は、内面に金属蒸着膜などを形成することにより、反射部７０が形成される。

なお、反射部７０は、容器４０とは別体でもよい。すなわち、反射部７０は、容器４０の所定の位置に配置された反射板でもよい。反射部７０は、例えば、表面が鏡面処理されたガラス板又は樹脂板でもよい。反射部７０は、容器４０の内面に固定されている。

［光路長と濃度との関係］
ここで、機能水９０がオゾン水である場合において、その濃度と透過度との関係を光路長毎に測定した結果について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２における光路長毎のオゾン水の濃度に対する紫外光１１の透過度を示す図である。

図１４の（ａ）及び（ｂ）において、横軸はオゾン水（機能水９０）の濃度であり、縦軸は紫外光１１の透過度を示している。図１４の（ｂ）は、オゾン濃度が０〜０．０５ｍｇ／Ｌで、かつ、透過度が、０．９６〜１の範囲（図１４の（ａ）の破線の枠）を拡大した図である。

図１４に示すように、光路長Ｌが長い程、透過度が小さくなっていることが分かる。光路長が長い程、紫外光１１が透過する時間が長くなり、機能水９０と接触する時間が長くなる。このため、機能水９０によって吸収される紫外光１１の光量も多くなり、透過度が小さくなる。

この傾向は、オゾン水の濃度が低い場合でも現れている。図１４の（ｂ）に示すように、オゾン水の濃度が低くても透過度の変化量が大きくなるので、透過度の変化を検出しやすくなる。すなわち、検出分解能が高くなるので、透過度に基づいて精度良くオゾン水の濃度を測定することができる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２は、さらに、容器４０の内部に設けられた、紫外光１１を反射する反射部７０を備える。

これにより、容器４０の内部に設けられた反射部７０によって容器４０の内部で紫外光１１を反射させることで、紫外光１１の光路長を長くすることができる。このため、機能水９０の濃度が低くて吸光度が低い場合であっても、紫外光１１の光路長を長くすることで紫外光１１が多く吸収されるので、紫外光１１の強度の変化を受光素子３０によって検出することができる。つまり、機能水９０の濃度の測定範囲を大きくすることができる。このように、機能水濃度センサ２のサイズを大きくすることなく、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができる。

また、例えば、反射部７０は、容器４０の内面である。

これにより、容器４０の内面を反射部７０として利用するので、別部材が必要とならずにコストを削減することができる。また、別部材として反射板などを設ける場合に比較して、容器４０内の空間を有効に利用することができ、例えば、光路長をより長く確保することができる。

なお、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２は、蛍光体２０を備えなくてもよい。すなわち、受光素子３０は、紫外領域に感度を有するフォトダイオードであり、機能水９０を透過した紫外光１１を直接検出してもよい。この場合でも、本実施の形態によれば、サイズを大きくすることなく、測定可能な濃度の範囲を大きくし、また、測定精度を高めることができる。すなわち、機能水濃度センサ２の小型化、高精度化、高感度化を実現することができる。

以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。

［変形例１］
図１５は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ２ａの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ２ａは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、複数の反射部７０を備える点が異なっている。複数の反射部７０は、紫外光１１を多重反射させるように配置されている。

また、図１５では、機能水９０が容器４０内を流れている場合、すなわち、容器４０が機能水の９０の流路を形成する配管の一部である例について示している。容器４０の形状、すなわち、配管の形状は、例えば円筒又は角筒であるが、特に限定されない。例えば、図１５における紙面上下方向に機能水９０が流れている。なお、これは、以下の変形例２〜５についても同様である。

本変形例では、機能水濃度センサ２ａは、複数の反射部７０として３つの反射部７１〜７３を備える。反射部７１〜７３の機能及び材料などは、図１３に示す反射部７０と同様である。反射部７１及び７２は、容器４０の内面のうち、光源１０及び受光素子３０に対向する面に設けられおり、反射部７３は、容器４０の内面のうち、光源１０及び受光素子３０と同じ側の面に設けられている。

図１５に示すように、反射部７１は、光源１０から発せられ、入射窓４１を通過した紫外光１１を反射部７３に向けて反射する。反射部７３は、反射部７１によって反射された紫外光１１を反射部７２に向けて反射する。反射部７２は、反射部７３によって反射された紫外光１１を蛍光体２０に向けて反射する。反射部７２によって反射された紫外光１１は、出射窓４２を通過して蛍光体２０に照射されて、蛍光体２０を励起する。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ａは、複数の第１反射部７０を備え、複数の反射部７０は、紫外光１１を多重反射させるように配置されている。

これにより、３つの反射部７１〜７３によって紫外光１１は多重反射されるので、容器４０の内部を進行する紫外光１１の光路長をより長くすることができる。光路長を長くすることで、より薄い機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ２ａの高感度化を実現することができる。

なお、本変形例において、容器４０の内面の全てを鏡面化してもよい。

［変形例２］
図１６は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ２ｂの構成及び動作を説明するための模式図である。本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂは、機能水９０の濃度に応じて光源１０及び受光素子３０の配置位置又は向きが可変である。図１６の（ａ）は、機能水９０の濃度が高い場合を示しており、（ｂ）は、機能水９０の濃度が低い場合を示している。

本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、制御回路５０の代わりに制御回路５０ｂを備える点が異なっている。また、容器４０の内面の全面に、反射部７０が設けられている。なお、反射部７０は、容器４０の内面の全面に設けられていなくてもよく、紫外光１１が照射される範囲内に設けられていればよい。

制御回路５０ｂは、制御回路５０の機能に加えて、さらに、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを機能水９０の濃度に応じて変更する。なお、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方には、例えば、アクチュエータなどの可動機構（図示せず）が設けられている。制御回路５０ｂは、アクチュエータを介して光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを変更する。これにより、制御回路５０ｂは、光源１０から受光素子３０までの光路長を変更する。光路長は、紫外光１１が機能水９０を透過する長さ、すなわち、入射窓４１から機能水９０中に入射してから出射窓４２に入射するまでの距離に相当する。

具体的には、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度が高い場合、図１６の（ａ）に示すように、光路長が短くなるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。本変形例では、制御回路５０ｂは、紫外光１１の容器４０内での反射回数が少なくなるように、光源１０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、光源１０が発する紫外光１１の入射窓４１に対する入射角が大きくなるように、すなわち、紫外光１１が入射窓４１に対してより斜めに入射するように、光源１０の向きを変更する。

このとき、制御回路５０ｂは、出射窓４２から出射される紫外光１１の向きに応じて受光素子３０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、紫外光１１が受光面に垂直に入射するように受光素子３０の向きを変更する。なお、本実施の形態では、蛍光体２０が設けられており、受光素子３０は、紫外光１１ではなく、蛍光２１を受光する。蛍光体２０は、全方位に蛍光２１を発するので、制御回路５０ｂは、受光素子３０の向きを変更しなくてもよい。

また、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度が低い場合、図１６の（ｂ）に示すように、光路長が長くなるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。本変形例では、制御回路５０ｂは、紫外光１１の容器４０内での反射回数が多くなるように、光源１０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、光源１０が発する紫外光１１の入射窓４１に対する入射角が小さくなるように、すなわち、紫外光１１が入射窓４１に対してより垂直に近い角度で入射するように、光源１０の向きを変更する。このとき、制御回路５０ｂは、受光素子３０の向きを変更してもよいが、上述したように本変形例では、蛍光２１を検出するので、変更しなくてもよい。

なお、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度の予測値（例えば、前回の測定値）に基づいて、光源１０から受光素子３０までの光路長が、当該予測値近辺の濃度を最適に測定可能な光路長になるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。

例えば、機能水９０の濃度が高すぎる場合には、紫外光１１のほとんどが吸収されてしまうので、受光素子３０は蛍光２１をほとんど受光できなくなる。受光素子３０が蛍光２１をほとんど受光できなかった場合に、光路長を短くすることで、機能水９０による紫外光１１の吸収を抑制することができ、受光素子３０によって蛍光２１を受光させることができる。これにより、より濃い機能水９０の濃度を測定することができる。

逆に、機能水９０の濃度が低すぎる場合には、紫外光１１がほとんど吸収されずに、受光素子３０によって検出された蛍光２１の光量が、機能水９０がない場合と略同じになる。あるいは、受光素子３０の検出域を超えて飽和してしまう場合もある。この場合に、光路長を長くすることで、機能水９０による紫外光１１の吸収を促進することができ、受光素子３０によって適切な光量の蛍光２１を受光させることができる。これにより、より薄い機能水９０の濃度を測定することができる。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂでは、さらに、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを機能水９０の濃度に応じて変更することで、光源１０から受光素子３０までの光路長を変更する制御回路５０ｂを備える。

これにより、機能水９０の濃度の測定精度を向上させることができ、測定範囲を大きくすることができる。

［変形例３］
図１７は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ２ｃの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ２ｃは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、新たにスリット部６０ｃを備える点が異なっている。

スリット部６０ｃは、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。本変形例では、スリット部６０ｃは、紫外光１１を平行光に変換するコリメート部の一例である。具体的には、光源１０から発せられた紫外光１１は、スリット部６０ｃの開口を通過することで平行光として出射される。スリット部６０ｃは、例えば、開口（スリット）が設けられた板である。

スリット部６０ｃは、紫外光１１を遮蔽（反射又は吸収）する材料から形成されている。スリット部６０ｃは、例えば、容器４０の本体と同じ材料から形成される。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｃによれば、スリット部６０ｃによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、例えば、開口が設けられた板などの簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ２ｃの小型化及び低コスト化を実現することができる。

［変形例４］
図１８は、本実施の形態の変形例４に係る機能水濃度センサ２ｄの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ２ｄは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、新たにレンズ部６１ｄを備える点が異なっている。

レンズ部６１ｄは、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。本変形例では、レンズ部６１ｄは、紫外光１１を平行光に変換するコリメート部の一例である。具体的には、光源１０から発せられた紫外光１１は、レンズ部６１ｄを透過することで平行光として出射される。レンズ部６１ｄは、コリメートレンズであり、例えば、透光性を有する石英ガラスから形成される。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｄによれば、レンズ部６１ｄによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ２ｄの小型化及び低コスト化を実現することができる。

［変形例５］
図１９は、本実施の形態の変形例５に係る機能水濃度センサ２ｅの構成及び動作を説明するための模式図である。

本変形例に係る機能水濃度センサ２ｅは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、光源１０及び受光素子３０の組を複数備える点と、制御回路５０の代わりに制御回路５０ｅを備える点とが異なっている。

本変形例では、複数の光源１０及び複数の受光素子３０がアレイ化されている。例えば、複数の光源１０は、機能水９０の流れる方向に沿って一次元にアレイ化されている。複数の光源１０は、二次元又は三次元にアレイ化されていてもよい。複数の受光素子３０についても同様である。

図１９に示すように、機能水濃度センサ２ｅは、複数の光源１０として、光源１０ｅ１及び１０ｅ２を備える。また、機能水濃度センサ２ｅは、複数の受光素子３０として、受光素子３０ｅ１及び３０ｅ２を備える。光源１０ｅ１及び１０ｅ２並びに受光素子３０ｅ１及び３０ｅ２はそれぞれ、光源１０及び受光素子３０と機能は同じである。

本変形例では、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１とが対応付けられており、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２とが対応付けられている。言い換えると、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１とが組（例えば、第１組）を構成し、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２とが別の組（例えば、第２組）を構成する。具体的には、光源１０ｅ１から発せられた紫外光１１は、受光素子３０ｅ１に入射し、光源１０ｅ２から発せられた紫外光１１は、受光素子３０ｅ２に入射する。

光源１０と受光素子３０との複数の組は、光源１０から対応する受光素子３０までの光路長が互いに異なるように配置されている。図１９に示すように、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１との組（第１組）の光路長は、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２との組（第２組）の光路長より長い。

制御回路５０ｅは、制御回路５０の機能に加えて、さらに、機能水９０の濃度に応じて、光源１０と受光素子３０との複数の組を選択的に変更する。これにより、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度に応じて光路長を変更する。

例えば、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度が高い場合、光路長が長い光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１との組（第１組）を選択する。逆に、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度が低い場合、光路長が短い光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２との組（第２組）を選択する。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｅは、光源１０及び受光素子３０の組を複数備え、光源１０及び受光素子３０の複数の組は、光源１０から対応する受光素子３０までの光路長が互いに異なるように配置され、機能水濃度センサ２ｅは、さらに、機能水９０の濃度に応じて複数の組を選択的に変更する制御回路５０ｅを備える。

これにより、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する場合（本実施の形態の変形例２）と同様に、濃度に応じて適切な組を選択することで、適切な光路長を選択することができる。よって、機能水９０の濃度の測定精度を向上させることができ、測定範囲を大きくすることができる。

（実施の形態３）
続いて、実施の形態３に係る機能水濃度センサについて、図２０を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。

図２０は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３の構成を示す模式図である。具体的には、図２０の（ａ）は、機能水濃度センサ３の断面図であり、配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示している。図２０の（ｂ）は、（ａ）のＸＸ−ＸＸ線における断面を示している。つまり、機能水９０は、（ａ）では紙面奥行き方向に流れており、（ｂ）では紙面上下方向に流れている（白抜き矢印を参照）。

図２０に示すように、機能水濃度センサ３は、実施の形態１に係る機能水濃度センサ１と比較して、新たに反射部８０を備える点が異なっている。

［反射部（第２反射部）］
反射部８０は、蛍光体２０が設けられた反射面を有し、反射面によって蛍光２１を受光素子３０に向けて反射する第２反射部の一例である。反射部８０は、容器４０の外部に設けられている。

具体的には、反射部８０は、容器４０の外部に配置された反射板である。反射部８０は、例えば、少なくとも一方の主面（反射面）が鏡面処理されたガラス板又は樹脂板である。反射部８０の反射面には、蛍光体２０を含有する樹脂材料が塗布されている。

なお、本実施の形態では、反射面に蛍光体２０を含有する樹脂材料を塗布する例について示したが、これに限らない。蛍光体２０を含むガラス板などを反射面に取り付けてもよい。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３は、さらに、蛍光体２０が設けられた反射面を有し、容器４０の外部に設けられ、反射面によって蛍光２１を受光素子３０に向けて反射する反射部８０を備える。

例えば、実施の形態１などに示す構成では、蛍光体２０が発する蛍光２１の約半分は出射窓４２側に発せられて受光素子３０には入射しない。これに対して、本実施の形態では、反射部８０が蛍光２１を受光素子３０に向けて反射するので、より多くの蛍光２１を受光素子３０に入射させることができる。これにより、蛍光体２０が発した蛍光２１を有効に利用することができる。したがって、紫外光１１の強度が弱く、蛍光２１の強度が弱い場合でも多くの光を受光素子３０は受光できるので、機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水９０の濃度の測定可能な範囲を大きくすることができる。

以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。

［変形例１］
図２１は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ３ａの構成を示す模式図である。具体的には、図２１の（ａ）は、機能水濃度センサ３ａの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示しており、（ｂ）は、（ａ）のＸＸＩ−ＸＸＩ線における断面を示している。

本変形例に係る機能水濃度センサ３ａは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、新たにスリット部６０ｃを備える点が異なっている。スリット部６０ｃは、実施の形態２の変形例３で示したものと同じである。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ３ａによれば、スリット部６０ｃによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、例えば、開口が設けられた板などの簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ３ａの小型化及び低コスト化を実現することができる。

［変形例２］
図２２は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ３ｂの構成を示す模式図である。具体的には、図２２の（ａ）は、機能水濃度センサ３ｂの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示しており、（ｂ）は、（ａ）のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線における断面を示している。

本変形例に係る機能水濃度センサ３ｂは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、新たにレンズ部６１ｄを備える点が異なっている。レンズ部６１ｄは、実施の形態２の変形例４で示したものと同じである。

以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ３ｂによれば、レンズ部６１ｄによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ３ｂの小型化及び低コスト化を実現することができる。

［変形例３］
図２３は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ３ｃの構成を示す模式図である。具体的には、図２３は、機能水濃度センサ３ｃの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示している。

本変形例に係る機能水濃度センサ３ｃは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、反射部８０の代わりに反射部８０ｃを備える点が異なっている。

反射部８０ｃは、凹面ミラーである。具体的には、反射部８０ｃは、受光素子３０に焦点を有する楕円ミラーである。つまり、反射部８０ｃの反射面が楕円面の一部である。なお、反射部８０ｃは、反射面が放物面である放物面ミラーなどでもよい。

これにより、より多くの蛍光２１を受光素子３０に入射させることができるので、機能水９０の濃度の測定可能な範囲を大きくすることができる。

（その他）
以上、本発明に係る機能水濃度センサについて、上記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。

例えば、上記の実施の形態では、容器４０の外部に光源１０及び受光素子３０を配置したが、これに限らない。例えば、光源１０が入射窓４１に取り付けられていてもよい。すなわち、光源１０の発光面が容器４０内に露出していてもよい。同様に、受光素子３０が出射窓４２に取り付けられていてもよい。すなわち、受光素子３０の受光面が容器４０内に露出していてもよい。この場合、蛍光体２０も容器４０内に配置される。あるいは、容器４０の内部に光源１０及び受光素子３０を配置してもよい。この場合、容器４０は、入射窓４１及び出射窓４２を備えなくてもよい。

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、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ 機能水濃度センサ
１０、１０ｅ１、１０ｅ２ 光源
１１ 紫外光
２０、２０ｃ、２０ｄ 蛍光体
２１ 蛍光
３０、３０ｅ１、３０ｅ２ 受光素子
４０ 容器
４１ 入射窓
４２、４２ｃ 出射窓
５０、５０ｂ、５０ｅ 制御回路
６０、６０ｃ スリット部
６１、６１ｄ レンズ部
７０、７１、７２、７３ 反射部（第１反射部）
８０、８０ｃ 反射部（第２反射部）
９０ 機能水

Claims (17)

1. 機能水が入れられる容器と、
   紫外光を発する光源と、
   前記光源から発せられて前記容器内を通過した紫外光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
   前記蛍光を受光する受光素子とを備え、
   前記光源が発する紫外光のピーク波長は、前記機能水に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する
   機能水濃度センサ。
2. 前記蛍光体は、前記受光素子の感度に応じたピーク波長を有する光を前記蛍光として発する
   請求項１に記載の機能水濃度センサ。
3. 前記受光素子は、前記蛍光体に近接配置されている
   請求項１又は２に記載の機能水濃度センサ。
4. 前記光源、前記容器、前記蛍光体及び前記受光素子は、この順で略同一直線上に配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
5. さらに、
   前記容器の内部に設けられた、前記紫外光を反射する第１反射部を備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
6. 前記機能水濃度センサは、複数の前記第１反射部を備え、
   複数の前記第１反射部は、前記紫外光を多重反射させるように配置されている
   請求項５に記載の機能水濃度センサ。
7. さらに、
   前記光源及び前記受光素子の少なくとも一方の配置位置又は向きを前記機能水の濃度に応じて変更することで、前記光源から前記受光素子までの光路長を変更する制御回路を備える
   請求項５又は６に記載の機能水濃度センサ。
8. 前記第１反射部は、前記容器の内面である
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
9. 前記機能水濃度センサは、前記光源及び前記受光素子の組を複数備え、
   前記光源及び前記受光素子の複数の組は、前記光源から対応する前記受光素子までの光路長が互いに異なるように配置され、
   前記機能水濃度センサは、さらに、前記機能水の濃度に応じて前記複数の組を選択的に変更する制御回路を備える
   請求項５〜８のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
10. さらに、
    前記蛍光体が設けられた反射面を有し、前記容器の外部に設けられ、前記反射面によって前記蛍光を前記受光素子に向けて反射する第２反射部を備える
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
11. 前記第２反射部は、凹面ミラーである
    請求項１０に記載の機能水濃度センサ。
12. 前記第２反射部は、前記受光素子に焦点を有する楕円ミラーである
    請求項１１に記載の機能水濃度センサ。
13. 前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    前記機能水濃度センサは、さらに、
    前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の照射範囲を制限するスリット部を備える
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
14. 前記スリット部は、前記入射窓と形状が略同一の開口を有する
    請求項１３に記載の機能水濃度センサ。
15. 前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    前記機能水濃度センサは、さらに、
    前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の発散を抑制するレンズ部を備える
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
16. 前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    前記機能水濃度センサは、さらに、
    前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光を平行光に変換するコリメート部を備える
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
17. 前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    前記光源からの紫外光は、前記入射窓に略垂直に入射する
    請求項１〜１６のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。

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