JP7054854B2 - 成分検知センサ - Google Patents

Description

本発明は、成分検知センサに関する。

従来、例えば、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）。

特開２０１７－１６１４２４号公報

ところで、浴室内においては、例えば壁面または床面などに水に加えて石鹸成分が残存していると、当該石鹸成分を起因としてカビが発生しやすい。つまり、石鹸成分を検出できれば、カビの発生しやすい箇所を特定することが可能となる。

そこで、本発明の目的は、石鹸成分を検出可能な成分検知センサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成分検知センサは、対象物に向けて、走査しながら光を照射する発光部と、発光部から照射されて対象物を反射した光を受光し、電気信号に変換して測定する受光部と、受光部の測定結果に基づいて、対象物に含まれる成分を検出する演算部とを備え、受光部は、成分の一つである炭素化合物成分による吸収が第一所定値よりも大きな第一波長帯の光と、成分の一つである水分による吸収が第二所定値以下であり、かつ炭素化合物成分による吸収が第一所定値以下である第二波長帯の光と、水分による吸収が第二所定値よりも大きな第三波長帯の光とを測定し、演算部は、受光部による第一波長帯の光に対する第一測定結果と、第二波長帯の光に対する第二測定結果とを比較して炭素化合物成分の量を検出するとともに、受光部による第三波長帯の光に対する第三測定結果と第二測定結果とを比較して水分量を検出し、炭素化合物成分の量と、水分量とに基づいて、水分に対する炭素化合物成分の含有濃度を算出する。

本発明によれば、石鹸成分を検出可能な成分検知センサを提供することができる。

図１は、実施の形態に係る成分検知センサの使用イメージを示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る成分検知センサの概略構成を示す斜視図である。 図３は、実施の形態に係る成分検知センサの制御ブロック図である。 図４は、実施の形態に係るセンサ部の走査範囲を模式的に示す平面図である。 図５は、実施の形態に係るセンサ部の構成と対象物とを示す模式図である。 図６は、実施の形態に係るセンサ部の制御ブロック図である。 図７は、ラウリン酸の吸光スペクトルを示す図である。 図８は、水分の吸光スペクトルを示す図である。 図９は、ラウリン酸の量と、カビの発生度との関係を示すグラフである。 図１０は、変形例１に係る受光部の概略構成を示す模式図である。 図１１は、変形例２に係る受光部の概略構成を示す模式図である。 図１２は、変形例３に係る受光部の概略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成分検知センサについて、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。

まず、実施の形態に係る成分検知センサ１００について説明する。

図１は実施の形態に係る成分検知センサ１００の使用イメージを示す斜視図である。図１では、成分検知センサ１００が、例えば浴室Ｂの天面に設置された状態を例示している。成分検知センサ１００は、この状態で浴室Ｂの壁面及び床面などを走査することで、各部分の石鹸成分及び水分を検出する。

なお、成分検知センサ１００は、浴室Ｂ内の壁面及び床面などを走査可能な位置に設置されていればよい。このため、成分検知センサ１００は、浴室Ｂの壁面、天面または床面に埋め込まれていてもよい。

図２は、実施の形態に係る成分検知センサ１００の概略構成を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る成分検知センサ１００の制御ブロック図である。図２においては、下方が浴室Ｂの天面側となる。図２及び図３に示すように、成分検知センサ１００は、センサ部１と、報知部２と、走査部３と、制御部４とを備えている。

センサ部１は、定位置から対象物に対して光を走査させながら照射して、各照射位置における成分の含有量を検出する。具体的には、センサ部１は、対象物である浴室Ｂ内の壁面及び床面に対して定位置から光を走査させながら照射して、各照射位置における石鹸成分及び水分を検出する。センサ部１は、走査部３によって姿勢が変動されるように、走査部３に設置されている。センサ部１は、走査部３によって姿勢が変動されることで、浴室Ｂ内の壁面及び床面を走査しながら光を照射して、当該浴室Ｂの部分毎の石鹸成分及び水分を検出する。センサ部１の詳細については、後述する。

図４は、実施の形態に係るセンサ部１の走査範囲Ａを模式的に示す平面図である。走査範囲Ａは、成分検知センサ１００によって石鹸成分及び水分が検出される検出エリアである。つまり、走査範囲Ａは、成分検知の対象物である。なお、図４では、浴室Ｂの一つの壁面に対応する走査範囲Ａを示しているが、他の壁面、床面、あるいは天面においても同様である。図４に示すように、走査部３は、センサ部１からの光が走査範囲Ａを走査する間に、当該光の走査を一時的に複数回停止する。図４では、一行あたり等間隔で６箇所停止され、一列あたり等間隔で６箇所停止される場合を、照射範囲Ｒとして図示している。照射範囲Ｒは、センサ部１が一回の停止時に光を照射する範囲である。

報知部２は、センサ部１の検出結果に基づく情報を報知する報知部である。報知部２は、例えば、浴室Ｂの壁面に設けられた表示モニタなどである。なお、報知部２は、浴室Ｂの別の部屋に設けられていてもよい。

走査部３は、センサ部１の姿勢を変動させて、照射範囲Ｒを走査させる。具体的には、図２に示すように走査部３は、回転台３１と、第一回転部３２と、第二回転部３３とを備えている。回転台３１は、浴室Ｂの天面に固定されており、第一回転部３２及び第二回転部３３を保持している。

第一回転部３２は、一部が回転台３１に対して回転するように回転台３１に設けられている。具体的には、第一回転部３２は、第一基台３２１と、第一基台３２１に対して立設した壁部３２２と、第一基台３２１を回転させる第一モータ３２３とを備えている。第一モータ３２３の回転軸は上下方向に沿う方向となっている。第一モータ３２３が駆動することで、第一基台３２１及び壁部３２２が回転台３１に対して回転する。第一基台３２１及び壁部３２２の回転方向は、図２中、矢印Ｙ１で示している。

第二回転部３３は、一部が第一回転部３２に対して回転するように第一回転部３２に設けられている。具体的には、第二回転部３３は、第二基台３３１と、第二基台３３１を回転させる第二モータ３３２とを備えている。第二基台３３１は、第二モータ３３２を介して、壁部３２２に取り付けられている。第二基台３３１には、センサ部１が固定されている。第二モータ３３２の回転軸は、第一モータ３２３の回転軸に対して直交している。第二モータ３３２が駆動することで、第二基台３３１が第一回転部３２に対して回転する。第二基台３３１の回転方向は、図２中、矢印Ｙ２で示している。

第一モータ３２３及び第二モータ３３２のそれぞれの回転角を制御することにより、センサ部１の姿勢が変動する。これにより、図４に示すように、照射範囲Ｒが走査範囲Ａ内を走査することとなる。例えば、第一モータ３２３は、回転角が制御されることによって、主走査方向の照射範囲Ｒのピッチを調整する。また、第二モータ３３２は、回転角が制御されることによって、副走査方向の照射範囲Ｒのピッチを調整する。

図３に示すように、制御部４は、例えばマイクロコントローラで構成されており、センサ部１と、報知部２と、走査部３とを制御する。制御部４は、センサ部１と、報知部２と、走査部３とを制御するための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。

具体的には、制御部４は、走査部３の第一モータ３２３と第二モータ３３２とを制御することにより、照射範囲Ｒの位置が走査範囲Ａ内を一時的に複数回停止しながら走査するように、センサ部１の姿勢を制御する。一時停止時においては、制御部４は、センサ部１を制御して、その位置にある照射範囲Ｒ内の石鹸成分及び水分を検出する。制御部４は、報知部２を制御して、検出結果に基づく情報を報知する。

［センサ部］
次に、実施の形態に係るセンサ部１の概要について説明する。

図５は、実施の形態に係るセンサ部１の構成と対象物（走査範囲Ａ）とを示す模式図である。図６は、実施の形態に係るセンサ部１の制御ブロック図である。

本実施の形態では、図５及び図６に示すように、センサ部１は、空間を隔てて存在する対象物に含まれる成分を検出する。

センサ部１は、筐体１０と、発光部２０と、受光部４０と、信号処理回路５０とを備えている。以下では、センサ部１の各構成要素について詳細に説明する。

［筐体］
筐体１０は、発光部２０と、受光部４０と、信号処理回路５０とを収容している。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、第一受光モジュール４１、第二受光モジュール４２及び第三受光モジュール４３が受光する光に対して遮光性を有する樹脂材料又は金属材料から形成されている。

筐体１０の外壁には、複数の開口が設けられており、これらの開口に、発光部２０のレンズ２１と、受光部４０のレンズ４１１、４２１、４３１とが取り付けられている。

［発光部］
発光部２０は、第一検知光と、第二検知光と、参照光とを走査範囲Ａに向けて発する発光部である。ここで、第一検知光は、炭素化合物成分による吸収が第一所定値よりも大きな第一波長帯を含む光である。また、第二検知光は、水分による吸収が第二所定値よりも大きな第三波長帯を含む光である。参照光は、水分による吸収が第二所定値以下であり、かつ炭素化合物成分による吸収が第一所定値以下である第二波長帯を含む光である。具体的には、発光部２０は、レンズ２１と、光源２２とを備えている。

レンズ２１は、光源２２が発した光を、走査範囲Ａに対して集光する集光レンズである。レンズ２１は、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

光源２２は、第一検知光をなす第一波長帯と、第二検知光をなす第三波長帯と、参照光をなす第二波長帯とを含む連続した光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源である。具体的には、光源２２は、化合半導体からなるＬＥＤ光源である。

図７は、ラウリン酸の吸光スペクトルを示す図である。ラウリン酸は、石鹸成分の一つである界面活性剤成分である。界面活性剤成分は、炭素化合物成分の一種でもある。つまり、本実施の形態では、炭素化合物成分の一つであるラウリン酸を検出することで、石鹸成分を検出する。図７に示すように、ラウリン酸は、約１２００ｎｍ及び約１７５０ｎｍの波長に吸収ピークを有する。このため、第一検知光をなす第一波長帯としては、ラウリン酸の吸光度が第一所定値よりも高い波長帯を選択する。つまり、第一波長帯は、ラウリン酸によって吸収されやすい波長帯と言える。第一所定値として用いられる吸光度は、例えば０．２５である。例えば、第一波長帯は、１２００ｎｍ及び１７５０ｎｍの少なくとも１つを含む波長帯とする。

図８は、水分の吸光スペクトルを示す図である。図８に示すように、水分は、約１４５０ｎｍ及び約１９４０ｎｍの波長に吸収ピークを有する。このため、第二検知光をなす第三波長帯としては、水の吸光度が第二所定値よりも高い波長帯を選択する。つまり、第三波長帯は、水分によって吸収されやすい波長帯と言える。第二所定値として用いられる吸光度は、例えば、０．３である。例えば、第三波長帯は、１４５０ｎｍ及び１９４０ｎｍの少なくとも１つを含む波長帯とする。

参照光をなす第二波長帯としては、ラウリン酸による吸収が第一所定値以下であり、かつ、水分による吸収が第二所定値以下である波長帯を選択する。つまり、第二波長帯は、炭素化合物成分及び水分によって吸収されにくい波長帯と言える。例えば、第二波長帯は、１１００ｎｍ及び１３００ｎｍの少なくとも一つを含む波長帯とする。

このように、光源２２が、第一波長帯と第二波長帯と第三波長帯とを連続して含む光を照射するので、走査範囲Ａには、第一検知光と参照光と第二検知光とが照射される。

［受光部］
受光部４０は、発光部２０から照射されて走査範囲Ａを反射した光を受光し、電気信号に変換して測定する。受光部４０は、第一受光モジュール４１と、第二受光モジュール４２と、第三受光モジュール４３とを備えている。

図５に示すように第一受光モジュール４１は、レンズ４１１と、第一バンドパスフィルタ４１２と、第一受光素子４１３とを備えている。

レンズ４１１は、走査範囲Ａによって反射された反射光を第一受光素子４１３に集光するための集光レンズである。レンズ４１１は、例えば、焦点が第一受光素子４１３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ４１１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

第一バンドパスフィルタ４１２は、反射光から第一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、第一バンドパスフィルタ４１２は、レンズ４１１と、第一受光素子４１３との間に配置されており、レンズ４１１を透過して第一受光素子４１３に入射する反射光の光路上に設けられている。これにより、第一バンドパスフィルタ４１２は、第一波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。

第一受光素子４１３は、走査範囲Ａによって反射され、第一バンドパスフィルタ４１２を透過した第一波長帯の光を受光し、第一電気信号に変換する受光素子である。第一受光素子４１３は、受光した第一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）に応じた第一電気信号を生成する。つまり、第一電気信号は、第一測定結果である。生成された第一電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第一受光素子４１３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、第一受光素子４１３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。

第二受光モジュール４２は、レンズ４２１と、第二バンドパスフィルタ４２２と、第二受光素子４２３とを備えている。

レンズ４２１は、走査範囲Ａによって反射された反射光を第二受光素子４２３に集光するための集光レンズである。レンズ４２１は、例えば、焦点が第二受光素子４２３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ４２１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

第二バンドパスフィルタ４２２は、反射光から第二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、第二バンドパスフィルタ４２２は、レンズ４２１と、第二受光素子４２３との間に配置されており、レンズ４２１を透過して第二受光素子４２３に入射する反射光の光路上に設けられている。これにより、第二バンドパスフィルタ４２２は、第二波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。

第二受光素子４２３は、走査範囲Ａによって反射され、第二バンドパスフィルタ４２２を透過した第二波長帯の光を受光し、第二電気信号に変換する受光素子である。第二受光素子４２３は、受光した第二波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量に応じた第二電気信号を生成する。つまり、第二電気信号は、第二測定結果である。生成された第二電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第二受光素子４２３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、第二受光素子４２３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。

第三受光モジュール４３は、レンズ４３１と、第三バンドパスフィルタ４３２と、第三受光素子４３３とを備えている。

レンズ４３１は、走査範囲Ａによって反射された反射光を第三受光素子４３３に集光するための集光レンズである。レンズ４３１は、例えば、焦点が第三受光素子４３３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ４３１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

第三バンドパスフィルタ４３２は、反射光から第三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、第三バンドパスフィルタ４３２は、レンズ４３１と、第三受光素子４３３との間に配置されており、レンズ４３１を透過して第三受光素子４３３に入射する反射光の光路上に設けられている。これにより、第三バンドパスフィルタ４３２は、第三波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。

第三受光素子４３３は、走査範囲Ａによって反射され、第三バンドパスフィルタ４３２を透過した第三波長帯の光を受光し、第三電気信号に変換する受光素子である。第三受光素子４３３は、受光した第三波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量に応じた第三電気信号を生成する。つまり、第三電気信号は、第三測定結果である。生成された第三電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第三受光素子４３３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、第三受光素子４３３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。

［信号処理回路］
信号処理回路５０は、発光部２０の光源２２を点灯制御するとともに、第一受光素子４１３、第二受光素子４２３及び第三受光素子４３３から出力された第一電気信号、第二電気信号及び第三電気信号を処理することで、ラウリン酸の量及び水分量を演算する回路である。

信号処理回路５０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５０は、無線通信などの通信機能を有し、第一受光素子４１３からの第一電気信号、第二受光素子４２３からの第二電気信号及び第三受光素子４３３からの第三電気信号を受信してもよい。

具体的には、図６に示すように、信号処理回路５０は、光源制御部５１、第一増幅部５２１、第二増幅部５２２、第三増幅部５２３、第一信号処理部５３１、第二信号処理部５３２、第三信号処理部５３３及び演算部５６を備えている。

光源制御部５１は、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。光源制御部５１は、光源２２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。光源制御部５１は、光源２２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、光源２２を制御する。具体的には、光源制御部５１は、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）のパルス信号を光源２２に出力することで、光源２２を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。

第一増幅部５２１は、第一受光素子４１３が出力した第一電気信号を増幅して第一信号処理部５３１に出力する。具体的には、第一増幅部５２１は、第一電気信号を増幅するオペアンプである。

第一信号処理部５３１は、マイクロコントローラで構成される。第一信号処理部５３１は、第一電気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。第一信号処理部５３１は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第一電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第一電気信号から抑制することが可能である。

第二増幅部５２２は、第二受光素子４２３が出力した第二電気信号を増幅して第二信号処理部５３２に出力する。具体的には、第二増幅部５２２は、第二電気信号を増幅するオペアンプである。

第二信号処理部５３２は、マイクロコントローラで構成される。第二信号処理部５３２は、第二電気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。第二信号処理部５３２は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第二電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。

第三増幅部５２３は、第三受光素子４３３が出力した第三電気信号を増幅して第三信号処理部５３３に出力する。具体的には、第三増幅部５２３は、第三電気信号を増幅するオペアンプである。

第三信号処理部５３３は、マイクロコントローラで構成される。第三信号処理部５３３は、第三電気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。第三信号処理部５３３は、第三電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第三電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。

演算部５６は、例えば、マイクロコントローラである。演算部５６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。

演算部５６は、第一受光素子４１３から出力された第一電気信号と、第三受光素子４３３から出力された第三電気信号とに基づいて、対象物が含むラウリン酸を検出する。具体的には、演算部５６は、第一電気信号の電圧レベルと第三電気信号の電圧レベルとの比（信号比）に基づいて、対象物が含むラウリン酸の量を検出する。本実施の形態では、演算部５６は、第一信号処理部５３１によって処理された第一電気信号と、第三信号処理部５３３によって処理された第三電気信号とに基づいて、対象物が含むラウリン酸の量を検出する。

また、演算部５６は、第二受光素子４２３から出力された第二電気信号と、第三受光素子４３３から出力された第三電気信号とに基づいて、対象物が含む水分を検出する。具体的には、演算部５６は、第二電気信号の電圧レベルと第三電気信号の電圧レベルとの比（信号比）に基づいて、対象物が含む水分量を検出する。本実施の形態では、演算部５６は、第二信号処理部５３２によって処理された第二電気信号と、第三信号処理部５３３によって処理された第三電気信号とに基づいて、対象物が含む水分量を検出する。

このように演算部５６は、対象物に含まれる成分（ラウリン酸及び水分）の量を検出する。

［成分検出処理］
続いて、演算部５６による成分検出処理について説明する。本実施の形態では、演算部５６は、反射光に含まれる検知光の光エネルギーＰｄと、参照光の光エネルギーＰｒとを比較することで、対象物に含まれる成分量を検出する。

例えば、ラウリン酸を検出する場合には、検知光は第一検知光となる。つまり、この場合には、光エネルギーＰｄは、第一受光素子４１３から出力される第一電気信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、第三受光素子４３３から出力される第三電気信号の強度に対応する。

また、水分を検出する場合には、検知光は第二検知光である。つまり、この場合には、光エネルギーＰｄは、第二受光素子４２３から出力される第二電気信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、第三受光素子４３３から出力される第三電気信号の強度に対応する。

なお、以下の説明では、ラウリン酸を検出する場合について説明する。なお水分を検出する場合には、「第一検知光」を「第二検知光」に、「第一波長帯」を「第二波長帯」に、「第一受光素子４１３」を「第二受光素子４２３」に、「第一バンドパスフィルタ４１２」を「第二バンドパスフィルタ４２２」に、「ラウリン酸」を「水分」に、「第一電気信号」を「第二電気信号」に読み替えればよい。

光エネルギーＰｄは、次の（式１）で表される。

（式１） Ｐｄ＝Ｐｄ０×Ｇｄ×Ｒｄ×Ｔｄ×Ａａｄ×Ｉｖｄ

ここで、Ｐｄ０は、光源２２が発した光のうち、第一検知光をなす第一波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｄは、第一波長帯の光の第一受光素子４１３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｄは、光源２２が発した光のうち、対象物（走査範囲Ａ）で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる第一検知光）になる部分の割合に相当する。

Ｒｄは、対象物による第一検知光の反射率である。Ｔｄは、第一バンドパスフィルタ４１２により検知光の透過率である。Ｉｖｄは、第一受光素子４１３における反射光に含まれる第一検知光に対する受光感度である。

Ａａｄは、対象物に含まれる成分（ラウリン酸）による第一検知光の吸収率あり、次の（式２）で表される。

（式２） Ａａｄ＝１０^{－αａ×Ｃａ×Ｄ}

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（ラウリン酸）による第一検知光の吸光係数である。Ｃａは、対象物に含まれる成分（ラウリン酸）の体積濃度である。Ｄは、第一検知光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。

より具体的には、成分（ラウリン酸）が均質に分散した対象物では、光が対象物に入射し、反射して対象物から出射する場合において、Ｃａは、対象物の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Ｄは、反射して対象物から出射するまでの光路長に相当する。例えば、Ｃａは、対象物を覆っている液相に含まれる成分（ラウリン酸）の濃度である。また、Ｄは、対象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。

したがって、αａ×Ｃａ×Ｄは、対象物に含まれる成分量（ラウリン酸の量）に相当する。以上のことから、対象物に含まれるラウリン酸の量に応じて、第一電気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。

同様に、第三受光素子４３３に入射する参照光の光エネルギーＰｒは、次の（式３）で表される。

（式３） Ｐｒ＝Ｐｒ０×Ｇｒ×Ｒｒ×Ｔｒ×Ｉｖｒ

本実施の形態では、参照光は、対象物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）と比較して分かるように、ラウリン酸による吸収率Ａａｄに相当する項は（式３）には含まれていない。

（式３）において、Ｐｒ０は、光源２２が発した光のうち、参照光をなす第三波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｒは、光源２２が発した参照光の第三受光素子４３３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｒは、参照光のうち、対象物で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる参照光）になる部分の割合に相当する。Ｒｒは、対象物による参照光の反射率である。Ｔｒは、第三バンドパスフィルタ４３２による参照光の透過率である。Ｉｖｒは、第三受光素子４３３の反射光に対する受光感度である。

本実施の形態では、光源２２から照射される光、つまり、第一検知光と参照光とは、同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、第一検知光の結合効率Ｇｄと参照光の結合効率Ｇｒとは略等しくなる。また、第一検知光と参照光とはピーク波長が比較的近いので、第一検知光の反射率Ｒｄと参照光の反射率Ｒｒとが略等しくなる。

したがって、（式１）と（式３）との比（信号比）を取ることにより、次の（式４）が導き出される。

（式４） Ｐｄ／Ｐｒ＝Ｚ×Ａａｄ

ここで、Ｚは、定数項であり、（式５）で示される。

（式５） Ｚ＝（Ｐｄ０／Ｐｒ０）×（Ｔｄ／Ｔｒ）×（Ｉｖｄ／Ｉｖｒ）

光エネルギーＰｄ０及びＰｒ０はそれぞれ、光源２２の初期出力として予め定められている。また、透過率Ｔｄ及び透過率Ｔｒはそれぞれ、第一バンドパスフィルタ４１２及び第三バンドパスフィルタ４３２の透過特性により予め定められている。受光感度Ｉｖｄ及び受光感度Ｉｖｒはそれぞれ、第一受光素子４１３及び第三受光素子４３３の受光特性により予め定められている。したがって、（式５）で示されるＺは、定数とみなすことができる。

演算部５６は、第一電気信号に基づいて第一検知光の光エネルギーＰｄを算出し、第三電気信号に基づいて参照光の光エネルギーＰｒを算出する。具体的には、第一電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｄに相当し、第三電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｒに相当する。

したがって、演算部５６は、（式４）に基づいて、対象物に含まれるラウリン酸の吸収率Ａａｄを算出することができる。これにより、演算部５６は、（式２）に基づいてラウリン酸の量を算出することができる。

［ラウリン酸の量及び水分量に関連した情報］
演算部５６は、算出したラウリン酸の量及び水分量の少なくとも一方に基づく情報を算出し、制御部４に出力する。この情報には、例えば、水分に対するラウリン酸の含有濃度、乾燥度、対象物に対する石鹸成分（ラウリン酸）の粘着度及び固着度、カビの発生度などが挙げられる。

演算部５６は、ラウリン酸の量と、水分量とに基づいて、水分に対するラウリン酸の含有濃度を算出する。具体的には、演算部５６は、ラウリン酸の量と、水分量との比率を求めることにより、水分に対するラウリン酸の含有濃度を算出する。

演算部５６は、水分量に基づいて、対象物の乾燥度を算出する。例えば、対象物の乾燥時における重量をＷ１とし、対象物が含有する水分量をＷ２（αａ×Ｃａ×Ｄに相当）とすると、乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で求めることができる。なお、水分量も求めなくとも、信号比（第二電気信号の電圧レベルと第三電気信号の電圧レベルとの比）の変化率と、対象物の乾燥度との関係を示すテーブルを演算部５６の不揮発性メモリに予め記憶させていれば、演算部５６は、検出した信号比とテーブルとに基づいて、対象物の乾燥度Ｄｒを検出することができる。例えば、乾燥度Ｄｒが高くなると、石鹸成分の粘着度及び固着度のそれぞれは低くなる傾向がある。つまり、乾燥度Ｄｒと、石鹸成分の粘着度及び固着度のそれぞれとは、負の相関がある。演算部５６は、乾燥度Ｄｒを用いることで、対象物に対する石鹸成分（ラウリン酸）の粘着度及び固着度を推定することができる。

演算部５６は、ラウリン酸の量に基づいてカビの発生度を算出する。カビの発生度とは、対象物に対するカビの発生可能性を示す指標であり、可能性が高ければカビの発生度も高くなる。図９は、ラウリン酸の量と、カビの発生度との関係を示すグラフである。図９に示すように、ラウリン酸の量と、カビの発生度とは、正の相関がある。このため、演算部５６は、例えば、カビの発生度を複数段階（本実施の形態では３段階）のレベルに分けたテーブルを予め不揮発性メモリに記憶させており、算出したラウリン酸の量とテーブルとに基づいて、カビの発生度合いのレベルを求めることができる。

制御部４は、報知部２を制御して、演算部５６の算出結果に基づく情報（水分に対するラウリン酸の含有濃度、乾燥度、対象物に対する石鹸成分（ラウリン酸）の粘着度及び固着度、カビの発生度など）を報知する。ユーザは、報知内容を確認することで、浴室Ｂに対する適切なメンテナンスを検討することが可能である。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る成分検知センサ１００によれば、対象物（走査範囲Ａ）に向けて、走査しながら光を照射する発光部２０と、発光部２０から照射されて対象物を反射した光を受光し、電気信号に変換して測定する受光部４０と、受光部４０の測定結果に基づいて、対象物に含まれる成分を検出する演算部５６とを備え、受光部４０は、成分の一つである炭素化合物成分による吸収が第一所定値よりも大きな第一波長帯の光と、成分の一つである水分による吸収が第二所定値以下であり、かつ炭素化合物成分による吸収が第一所定値以下である第二波長帯の光と、水分による吸収が第二所定値よりも大きな第三波長帯の光とを測定し、演算部５６は、受光部４０による第一波長帯の光に対する第一測定結果（第一電気信号）と、第二波長帯の光に対する第二測定結果（第二電気信号）とを比較して炭素化合物成分の量を検出するとともに、受光部４０による第三波長帯の光に対する第三測定結果（第三電気信号）と第二測定結果とを比較して水分量を検出し、炭素化合物成分の量と、水分量とに基づいて、水分に対する炭素化合物成分の含有濃度を算出する。

石鹸成分には、炭素化合物成分が含まれている。このため、水分に対する炭素化合物成分の含有濃度を算出することができれば、石鹸成分を検出することができる。これにより、石鹸成分を検出可能な成分検知センサ１００を提供することができる。

また、演算部５６は、水分量に基づいて、対象物の乾燥度を算出する。

これによれば、演算部５６が対象物の乾燥度を算出するので、演算部５６はさらに乾燥度に基づいて対象物に対する石鹸成分（ラウリン酸）の粘着度及び固着度を推定することができる。

また、演算部５６は、炭素化合物成分の量に基づいて、対象物に対するカビの発生可能性を示す指標（カビの発生度）を算出する。

これによれば、演算部５６が対象物に対するカビの発生可能性を示す指標を自動で算出することができる。

また、第一波長帯は、１２００ｎｍ及び１７５０ｎｍの少なくとも一つを含み、第三波長帯は、１４５０ｎｍ及び１９４０ｎｍの少なくとも一つを含む。

これによれば、第一波長帯が１２００ｎｍ及び１７５０ｎｍの少なくとも一つを含んでいるので、炭素化合物成分の一つであるラウリン酸を検出することができる。また、第三波長帯が１４５０ｎｍ及び１９４０ｎｍの少なくとも一つを含んでいるので、水分を確実に検出することができる。

また、受光部４０は、第一受光素子４１３、第二受光素子４２３及び第三受光素子４３３を備え、第一受光素子４１３は、第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタ４１２を有し、第二受光素子４２３は、第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタ４２２を有し、第三受光素子４３３は、第三波長帯の光を透過する第三バンドパスフィルタ４３２を有する。

これによれば、各受光素子と、各バンドバスフィルタとが一対一で設けられているので、第一波長帯、第二波長帯及び第三波長帯のそれぞれの光を同時に検出することができる。これにより、高速でリアルタイムな検出処理が可能である。

また、成分検知センサ１００は、演算部５６の算出結果に基づく情報を報知する報知部２を備える。

これによれば、報知部２は、演算部５６の算出結果に基づく情報（水分に対するラウリン酸の含有濃度、乾燥度、対象物に対する石鹸成分（ラウリン酸）の粘着度及び固着度、カビの発生度など）を報知する。したがって、ユーザは、報知内容を確認することで、対象物に対する適切なメンテナンスを検討することが可能である。

また、炭素化合物成分は、界面活性剤成分である。

これによれば、成分検知センサ１００が検出する炭素化合物成分は、石鹸成分に含まれる可能性が高い界面活性剤成分であるので、石鹸成分をより確実に検出することができる。特に、本実施の形態では、界面活性剤成分の中でも、石鹸成分に含まれる可能性が高いラウリン酸を検出対象としているので、石鹸成分を一層確実に検出することができる。

［変形例１］
上記実施の形態では、光源２２と、第一受光素子４１３と、第二受光素子４２３と、第三受光素子４３３とが直線状に配列されている場合を例示した。しかし、光源２２と、第一受光素子４１３と、第二受光素子４２３と、第三受光素子４３３との配置は、如何様でもよい。この変形例１では、その他の配置例について説明する。図１０は、変形例１に係る受光部４０ａの概略構成を示す模式図である。図１０は、光源２２ａの光軸方向から各部を見た図である。図１０に示すように、変形例１では、光源２２ａを中心とした円周上に、第一受光素子４１３ａと、第二受光素子４２３ａと、第三受光素子４３３ａとが配置されている。また、第一受光素子４１３ａには、第一バンドパスフィルタ４１２ａが対向配置されていて、第二受光素子４２３ａには、第二バンドパスフィルタ４２２ａが対向配置されていて、第三受光素子４３３ａには、第三バンドパスフィルタ４３２ａが対向配置されている。この場合においては、光源２２ａの光軸に対して、各受光素子が等間隔で配置されることになるので、各受光素子に対して入射する光を均一にすることが可能である。

［変形例２］
上記実施の形態では、各受光素子と、各バンドバスフィルタとが一対一で設けられている場合を例示した。この変形例２では、第一検知光及び第二検知光を一つの受光素子で測定する場合について説明する。図１１は、変形例２に係る受光部４０ｂの概略構成を示す模式図である。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１１に示すように、参照光用の第二受光素子４２３ｂは、第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタ４２２ｂと、レンズ４２１ｂとを有しており、これらが第二受光素子４２３ｂの光軸上に並んで配置されている。これにより、第二バンドパスフィルタ４２２ｂを透過した第二波長帯の光（参照光）が第二受光素子４２３ｂに入射されるので、第二受光素子４２３ｂが第二電気信号（第二測定結果）を出力する。

一方、第一検知光及び第二検知光用の第一受光素子４１３ｂは、レンズ４１１ｂを有しており、このレンズ４１１ｂが第一受光素子４１３ｂの光軸上に配置されている。また、第一受光素子４１３ｂは、第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタ４１２ｂと、第三波長帯の光を透過する第三バンドパスフィルタ４３２ｂとを有している。第一バンドパスフィルタ４１２ｂと第三バンドパスフィルタ４３２ｂとは、第一受光素子４１３ｂの光軸上で切り替わるように設けられている。具体的には、制御部４によって制御される切替機構（図示省略）によって、第一バンドパスフィルタ４１２ｂと第三バンドパスフィルタ４３２ｂとが、光軸上に交互に配置される。

つまり、第一バンドパスフィルタ４１２ｂが光軸上に配置されている場合には、第一波長帯の光（第一検知光）が第一受光素子４１３ｂに入射されるので、第一受光素子４１３ｂが第一電気信号（第一測定結果）を出力する。一方、第三バンドパスフィルタ４３２ｂが光軸上に配置されている場合には、第三波長帯の光（第二検知光）が第一受光素子４１３ｂに入射されるので、第一受光素子４１３ｂが第三電気信号（第三測定結果）を出力する。つまり、一つの第一受光素子４１３ｂであっても、第一検知光及び第二検知光を確実に測定することができる。

変形例２によれば、受光部４０ｂは、第一受光素子４１３ｂ及び第二受光素子４２３ｂを備え、第一受光素子４１３ｂは、第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタ４１２ｂと、第三波長帯の光の透過する第三バンドパスフィルタ４３２ｂとを切替可能に有し、第二受光素子４２３ｂは、第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタ４２２ｂを有する。

これによれば、受光素子の総数を削減することができる。また、第一検知光及び第二検知光においては、位置が固定された一つの第一受光素子４１３ｂで測定されるので、光軸ズレを抑制することができ、より正確な測定が可能となる。

［変形例３］
上記実施の形態では、各受光素子と、各バンドバスフィルタとが一対一で設けられている場合を例示した。この変形例３では、第一検知光、第二検知光及び参照光を一つの受光素子で測定する場合について説明する。図１２は、変形例３に係る受光部４０ｃの概略構成を示す模式図である。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１２に示すように、第一受光素子４１３ｃは、レンズ４１１ｃを有しており、このレンズ４１１ｃが第一受光素子４１３ｃの光軸上に配置されている。また、第一受光素子４１３ｃは、第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタ４１２ｃと、第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタ４２２ｃと、第三波長帯の光を透過する第三バンドパスフィルタ４３２ｃとを有している。第一バンドパスフィルタ４１２ｃと、第二バンドパスフィルタ４２２ｃと、第三バンドパスフィルタ４３２ｃとは、第一受光素子４１３ｃの光軸上で切り替わるように設けられている。具体的には、制御部４によって制御される切替機構（図示省略）によって、第一バンドパスフィルタ４１２ｃと第二バンドパスフィルタ４２２ｃと第三バンドパスフィルタ４３２ｃとが、光軸上で切り替わって配置される。

つまり、第一バンドパスフィルタ４１２ｃが光軸上に配置されている場合には、第一波長帯の光（第一検知光）が第一受光素子４１３ｃに入射されるので、第一受光素子４１３ｃが第一電気信号（第一測定結果）を出力する。また、第二バンドパスフィルタ４２２ｃが光軸上に配置されている場合には、第二波長帯の光（参照光）が第一受光素子４１３ｃに入射されるので、第一受光素子４１３ｃが第二電気信号（第二測定結果）を出力する。さらに、第三バンドパスフィルタ４３２ｃが光軸上に配置されている場合には、第三波長帯の光（第二検知光）が第一受光素子４１３ｃに入射されるので、第一受光素子４１３ｃが第三電気信号（第三測定結果）を出力する。つまり、一つの第一受光素子４１３ｃであっても、第一検知光、第二検知光及び参照光を確実に測定することができる。

変形例３によれば、受光部４０ｃは、第一受光素子４１３ｃを備え、第一受光素子４１３ｃは、第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタ４１２ｃと、第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタ４２２ｃと、第三波長帯の光の透過する第三バンドパスフィルタ４３２ｃとを切替可能に有している。

これによれば、受光素子の総数を削減することができる。また、第一検知光、第二検知光及び参照光においては、位置が固定された一つの第一受光素子４１３ｃで測定されるので、光軸ズレを抑制することができ、より正確な測定が可能となる。

（その他）
以上、本発明に係る成分検知センサについて、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、光源２２がＬＥＤ光源である場合を例示したが、光源は半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などでもよい。

また、上記実施の形態では、第一検知光をなす第一波長帯と、参照光をなす第二波長帯と、第二検知光をなす第三波長帯とを含む連続した光を１つの光源２２が発する場合を例示して説明した。しかしながら、複数の光源を設け、１つの光源が第一検知光を発し、また別の光源が第二検知光を発し、さらに別の光源が参照光を発するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、信号処理回路５０に備わる光源制御部５１、第一信号処理部５３１、第二信号処理部５３２、第三信号処理部５３３及び演算部５６がそれぞれ専用のマイクロコントローラからなる場合を例示して説明したが、信号処理回路は、全体として１つのマイクロコントローラで実現されてもよい。

また、上記実施の形態では、成分検知センサ１００が浴室Ｂに設置されている場合を例示した。しかし、石鹸成分が存在しうる場所であれば、如何なる場所に成分検知センサを配置することが可能である。例えば、その他の設置箇所としては、例えば、キッチン、洗濯場、洗車場などが挙げられる。

また、上記実施の形態では、成分検知センサ１００がラウリン酸を検出する場合を例示した。しかしながら、成分検知センサは、検出対象となる成分に基づいて、第一検知光の第一波長帯及び参照光の第二波長帯を選択すれば、ラウリン酸以外の界面活性剤成分を検出することも可能であるし、界面活性剤成分以外の炭素化合物成分を検出することも可能である。

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。

２ 報知部
２０ 発光部
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 受光部
５６ 演算部
１００ 成分検知センサ
４１２、４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ 第一バンドパスフィルタ
４１３、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ 第一受光素子
４２２、４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ 第二バンドパスフィルタ
４２３、４２３ａ、４２３ｂ 第二受光素子
４３２、４３２ａ、４３２ｂ、４３２ｃ 第三バンドパスフィルタ
４３３、４３３ａ 第三受光素子
Ａ 走査範囲（対象物）

Claims (9)

1. 対象物に向けて光を照射する発光部と、
   前記発光部から照射されて前記対象物を反射した光を受光し、電気信号に変換して測定する受光部と、
   前記発光部及び前記受光部の姿勢を変動させて、前記発光部が照射した光を前記対象物に対して走査させる走査部と、
   前記受光部の測定結果に基づいて、前記対象物に含まれる成分を検出する演算部とを備え、
   前記受光部は、前記成分の一つである炭素化合物成分による吸収が第一所定値よりも大きな第一波長帯の光と、前記成分の一つである水分による吸収が第二所定値以下であり、かつ前記炭素化合物成分による吸収が前記第一所定値以下である第二波長帯の光と、前記水分による吸収が前記第二所定値よりも大きな第三波長帯の光とを測定し、
   前記演算部は、
   前記受光部による前記第一波長帯の光に対する第一測定結果と、前記第二波長帯の光に対する第二測定結果とを比較して前記炭素化合物成分の量を検出するとともに、前記受光部による前記第三波長帯の光に対する第三測定結果と前記第二測定結果とを比較して水分量を検出し、
   前記炭素化合物成分の量と、前記水分量とに基づいて、前記水分に対する前記炭素化合物成分の含有濃度を算出する
   成分検知センサ。
2. 前記演算部は、前記水分量に基づいて、前記対象物の乾燥度を算出する
   請求項１に記載の成分検知センサ。
3. 前記演算部は、前記炭素化合物成分の量に基づいて、前記対象物に対するカビの発生可能性を示す指標を算出する
   請求項１または２に記載の成分検知センサ。
4. 前記第一波長帯は、１２００ｎｍ及び１７５０ｎｍの少なくとも一つを含み、
   前記第三波長帯は、１４５０ｎｍ及び１９４０ｎｍの少なくとも一つを含む
   請求項１～３のいずれか一項に記載の成分検知センサ。
5. 前記受光部は、第一受光素子、第二受光素子及び第三受光素子を備え、
   前記第一受光素子は、前記第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタを有し、
   前記第二受光素子は、前記第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタを有し、
   前記第三受光素子は、前記第三波長帯の光を透過する第三バンドパスフィルタを有する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の成分検知センサ。
6. 前記受光部は、第一受光素子及び第二受光素子を備え、
   前記第一受光素子は、前記第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタと、前記第三波長帯の光の透過する第三バンドパスフィルタとを切替可能に有し、
   前記第二受光素子は、前記第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタを有する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の成分検知センサ。
7. 前記受光部は、第一受光素子を備え、
   前記第一受光素子は、前記第一波長帯の光を透過する第一バンドパスフィルタと、前記第二波長帯の光を透過する第二バンドパスフィルタと、前記第三波長帯の光の透過する第三バンドパスフィルタとを切替可能に有する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の成分検知センサ。
8. 前記演算部の算出結果に基づく情報を報知する報知部を備える
   請求項１～７のいずれか一項に記載の成分検知センサ。
9. 前記炭素化合物成分は、界面活性剤成分である
   請求項１～８のいずれか一項に記載の成分検知センサ。

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