WO2021024698A1 - エアロゾル計測装置 - Google Patents

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WO2021024698A1
WO2021024698A1 PCT/JP2020/027080 JP2020027080W WO2021024698A1 WO 2021024698 A1 WO2021024698 A1 WO 2021024698A1 JP 2020027080 W JP2020027080 W JP 2020027080W WO 2021024698 A1 WO2021024698 A1 WO 2021024698A1
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WO
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light
etalon
aerosol
measuring device
scattered light
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Application number
PCT/JP2020/027080
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English (en)
French (fr)
Inventor
宮下　万里子
大山　達史
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/499—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using polarisation effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • This disclosure relates to an aerosol measuring device.
  • the lidar is a technique for observing aerosols floating in the air such as yellow sand, pollen, dust, and minute water droplets by measuring and analyzing the scattered light of pulsed light emitted into the atmosphere.
  • the scattered light usually includes Mie scattered light and Rayleigh scattered light.
  • the Mie scattered light is scattered light generated by Mie scattering, which is a scattering phenomenon caused by fine particles having a particle size equal to or larger than the wavelength of the emitted light.
  • the Mie scattered light is, for example, scattered light from an aerosol which is an object to be measured.
  • Rayleigh scattering is a scattering phenomenon caused by fine particles and atmospheric molecules smaller than the wavelength of emitted light. By excluding Rayleigh scattered light from scattered light, Mie scattered light can be obtained.
  • Patent Document 1 discloses a technique for spectroscopically separating scattered light from a single laser beam into Mie scattered light and Rayleigh scattered light using a filter.
  • Patent Document 2 discloses an interferometer that selectively transmits light having the same spectrum interval as the emitted laser light by utilizing the fact that the mode interval of the spectrum of the laser light in the multi-longitudinal mode is constant. A technique for dispersing scattered light using the technique is disclosed.
  • the present disclosure provides an aerosol measuring device capable of easily measuring an aerosol.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring aerosol contained in the atmosphere, and is a light source, emitted light emitted from the light source, and scattering scattered by the aerosol. It is arranged between the etalon through which light passes, the light source and the etalon, and between the etalon and the aerosol by the first polarizing element through which the first polarized wave contained in the emitted light passes. It includes a wavelength plate that converts the first polarized wave into a second polarized wave, and a second polarizing element through which the second polarized wave contained in the scattered light passing through the etalon passes.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring aerosol contained in the atmosphere, and is a first type through which a light source and emitted light emitted from the light source pass.
  • the first polarized wave which is arranged between the light source and the first etalon, and the first polarized wave contained in the emitted light passes through the etalon, the second etalon through which the scattered light scattered by the aerosol passes, and the first etalon.
  • a wavelength plate arranged between the 1-polarizer and the first etalon and the aerosol, or between the second etalon and the aerosol, and converting the first polarized wave into a second polarized wave. It includes a second polarizing element through which the second polarized wave contained in the scattered light passing through the second etalon passes.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring an aerosol contained in the atmosphere, from a light source, emitted light emitted from the light source, and the aerosol.
  • An aerosol through which the scattered light of the above is passed and a receiver that outputs a signal corresponding to the light receiving intensity of the scattered light are provided, and the polarization component of the emitted light in the aerosol and the scattered light in the aerosol are provided. It is different from the polarization component.
  • one aspect of the present disclosure can be realized as a program for causing a computer to execute the method executed by the aerosol measuring device.
  • it can be realized as a computer-readable non-temporary recording medium in which the program is stored.
  • aerosols can be easily measured.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the spectrum of the multi-laser light irradiated by the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the 0th transmitted light and the 1st transmitted light passing through the optical element of the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the 0th transmitted light and the 2nd transmitted light passing through the optical element of the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the spectrum of the multi-laser light irradiated by the aerosol measuring
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a spectrum of scattered light generated by scattering the multi-laser light irradiated by the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a calculation result of an interferogram when scattered light including Mie scattered light and Rayleigh scattered light is interfered with by a Michelson interferometer.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a part of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the dependence of the frequency interval of the interference fringes by the Michelson interferometer when there is no scattering by the aerosol and only the atmospheric scattering is considered.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the aerosol measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a modified example of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a modification 1 of the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a modification 2 of the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a modification 3 of the fourth embodiment.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring aerosol contained in the atmosphere, and is scattered by a light source, emitted light emitted from the light source, and the aerosol. It is arranged between the etalon through which the scattered light passes, the first polarizing element which is arranged between the light source and the etalon and the first polarized wave contained in the emitted light passes through, and between the etalon and the aerosol.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring the aerosol contained in the atmosphere, through which the light source and the emitted light emitted from the light source pass.
  • a second polarizing element through which the second polarized wave contained in the scattered light passing through the second etalon passes.
  • the aerosol measuring device is an aerosol measuring device for measuring an aerosol contained in the atmosphere, and is a light source, the emitted light emitted from the light source, and the said.
  • An etalon through which scattered light from an aerosol passes and a receiver that outputs a signal corresponding to the received intensity of the scattered light are provided, and the polarization component of the emitted light in the aerosol and the scattered light in the etalon. Is different from the polarization component of.
  • the aerosol measuring device internally interferes with incident light with at least one etalon emitted as light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals.
  • a light source that emits light emitted toward at least one etalon to irradiate a scatterer contained in the atmosphere with light having a plurality of oscillation frequencies as irradiation light through the at least one etalon.
  • a first polarizing element arranged between the light source and the at least one etalon and passing the first polarized wave contained in the emitted light, and between the at least one etalon and the scatterer.
  • the first polarized wave contained in the incident light which is arranged on the optical path of either the irradiation light or the scattered light generated by scattering the irradiation light by the scatterer, is used as the second polarized wave.
  • a receiver that receives the second polarized wave that has passed through the second polarizing element and outputs a signal corresponding to the light receiving intensity is provided.
  • the aerosol measuring device As described above, in the aerosol measuring device according to each of the above aspects, Rayleigh scattered light contained in the scattered light is used by utilizing the interference of light using one etalon or the first etalon and the second etalon. Can be removed, and Mie scattered light due to the aerosol can be obtained. Therefore, the aerosol can be easily measured based on the light receiving intensity of the Mie scattered light received by the light receiver without requiring complicated signal processing.
  • the etalon and the receiver close to each other, it is possible to realize the miniaturization of the aerosol measuring device.
  • the emitted light emitted from the light source is incident on the etalon, a part of the emitted light is reflected on the incident surface of the etalon. Therefore, a part of the emitted light reflected by the incident surface of the etalon may be received by the receiver as stray light.
  • the first polarizing element is arranged between the light source and the etalon, and the second polarizing element is arranged on the light incident side of the receiver. Since the stray light is a part of the emitted light that has passed through the first polarizing element, the main polarization component of the stray light is the first polarized wave. Since the second polarizer arranged on the light incident side of the receiver suppresses the transmission of the first polarized wave, it is possible to suppress the stray light from entering the receiver.
  • the main polarization component of the Mie scattered light that has passed through the etalon is converted into a second polarized wave. ing. Therefore, the second polarized wave contained in the Mie scattered light passes through the second polarizing element and is received by the receiver.
  • the aerosol measuring device since the Mie scattered light can be received by the receiver while suppressing the stray light, the S / N ratio is improved and the aerosol measurement accuracy is improved. be able to.
  • the aerosol measuring device may further include a third polarizer that is arranged between the wavelength plate and the etalon and allows the second polarized wave to pass through. ..
  • the aerosol measuring device may further include a third polarizing element that allows the second polarized wave to pass through.
  • the wave plate may be arranged between the aerosol and the second etalon, and the third polarizer may be arranged between the wavelength plate and the second etalon.
  • the scattered light contains a polarizing component other than the first polarized wave
  • the scattered light after passing through the wave plate contains a polarizing component other than the second polarized wave.
  • the transmission of polarized light components other than the second polarized wave contained in the scattered light after passing through the wave plate can be suppressed by the third polarizer. Therefore, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the aerosol measuring device may further include a condensing unit that is arranged between the aerosol and the etalon and collects the scattered light.
  • the aerosol measuring device may further include a condensing unit that is arranged between the aerosol and the second etalon and collects the scattered light. ..
  • the etalon or the first etalon may internally interfere with the emitted light to generate light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals.
  • the frequency interval may be 3.9 GHz or less.
  • the Etalon can accurately suppress the transmission of Rayleigh scattered light, so that the receiver can receive Mie scattered light based on the aerosol. Therefore, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • first etalon and the second etalon may have the same optical characteristics as each other.
  • the Mie scattered light contained in the scattered light passing through the second etalon can be extracted with high intensity.
  • first polarized wave and the second polarized wave may be orthogonal to each other.
  • the Mie scattered light mainly containing the second polarized wave interferes with the stray light mainly containing the first polarized wave, and the change in the intensity of the Mie scattered light is suppressed. That is, since the intensity of the Mie scattered light is suppressed from being changed due to the stray light, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • a receiver that receives the second polarized wave that has passed through the second polarizing element and outputs a signal according to the light receiving intensity may be further provided.
  • the wave plate may be a 1/2 wave plate.
  • the 1/2 wavelength plate rotates the polarization direction by 90 °, so that it is possible to sufficiently suppress the interference between the first polarized wave and the second polarized wave. Therefore, the Mie scattered light mainly containing the second polarized wave interferes with the stray light mainly containing the first polarized wave, and the change in the intensity of the Mie scattered light is suppressed. That is, since the intensity of the Mie scattered light is suppressed from being changed due to the stray light, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the scattered light may be Mie scattered light.
  • the light source may be a laser element or a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED).
  • the light source can emit high-intensity emitted light, so that the scatterer can be irradiated with sufficient intensity of irradiation light even if the intensity is attenuated by etalon.
  • the wavelength plate may be arranged on the optical path of the scattered light, and the scattered light that has passed through the wavelength plate may be incident on the at least one etalon.
  • the wave plate may be arranged on the optical path of the irradiation light, and the scatterer may be irradiated with the irradiation light that has passed through the wave plate.
  • the aerosol measuring device may further include a third polarizer that is arranged between the scatterer and the wavelength plate and allows the first polarized wave to pass through.
  • the aerosol measuring device when the shape of the aerosol is non-spherical, the polarization of the irradiation light is partially eliminated, and the scattered light contains a polarization component other than the first polarized wave.
  • the transmission of polarized light components other than the first polarized wave contained in the scattered light can be suppressed by the third polarizer. Therefore, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the at least one etalon may be a single etalon.
  • the etalon expands under the influence of heat and the optical characteristics of the etalon change, the emitted light and the scattered light pass through the same single etalon, so that the effect of the change in the optical characteristics of the etalon is affected. It can be suppressed sufficiently. Therefore, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the at least one etalon includes a first etalon and a second etalon having the same optical characteristics as each other, and the light source emits the emitted light toward the first etalon.
  • the scatterer is irradiated with the irradiation light via the first etalon, the first polarizer is arranged between the light source and the first etalon, and the second polarizer is the first. It may be arranged between the etalon of 2 and the receiver.
  • the optical path of the emitted light and the irradiation light and the optical path of the scattered light can be easily separated. Therefore, the degree of freedom in arranging each element of the aerosol measuring device and designing the optical path can be increased.
  • a plurality of first polarizing elements that allow the first polarized wave contained in the emitted light to pass through and the incident light are internally interfered with each other and separated from each other at equal frequency intervals.
  • the irradiation light and the scattering body scatter the irradiation light and the irradiation light on a step of irradiating the scattering body contained therein and a wavelength plate for converting the first polarized wave contained in the incident light into a second polarized wave.
  • the step of receiving the second polarized wave that has passed through the second polarized wave and outputting a signal according to the light receiving intensity is included.
  • the S / N ratio can be improved and the aerosol measurement accuracy can be improved, as in the aerosol measuring device described above.
  • all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram is a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (Large Scale Integration). It may be executed by one or more electronic circuits including.
  • the LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips.
  • functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip.
  • it is called LSI or IC, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration).
  • a Field Programmable Gate Array (FPGA) programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logistic device capable of reconfiguring the junction relationship inside the LSI or setting up the circuit partition inside the LSI can also be used for the same purpose.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • circuits, units, devices, members or parts can be executed by software processing.
  • the software is recorded on one or more ROMs, optical disks, non-temporary recording media such as hard disk drives, and when the software is executed by a processor, the functions identified by the software It is executed by a processor and peripheral devices.
  • the system or device may include one or more non-temporary recording media on which the software is recorded, a processor, and the required hardware device, such as an interface.
  • each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device 1 according to the present embodiment.
  • the aerosol measuring device 1 irradiates the irradiation light L2 toward the atmosphere, and the scattering body 2 contained in the atmosphere scatters the irradiation light L2.
  • the scattering body 2 contained in the atmosphere scatters the irradiation light L2.
  • the scatterer 2 exists in the target space for measurement by the aerosol measuring device 1.
  • the target space is, for example, a room in a building such as a residence, office, nursing facility, or hospital.
  • the target space is, for example, a space partitioned by walls, windows, doors, floors, ceilings, etc., and is a closed space, but is not limited to this.
  • the target space may be an outdoor open space. Further, the target space may be the internal space of a moving body such as a bus or an airplane.
  • the scatterer 2 contains an aerosol as a measurement target and molecules constituting the atmosphere.
  • the aerosol is dust floating in the target space, suspended particulate matter such as PM2.5, biological particles, or minute water droplets.
  • Biological particles also include molds or mites floating in the air, pollen, and the like.
  • minute water droplets include substances dynamically generated from the human body such as coughing or sneezing.
  • Aerosol which is the object to be measured, is sufficiently large compared to the molecules that make up the atmosphere.
  • the aerosol since the particle size of the aerosol is equal to or larger than the wavelength of the irradiation light L2, the aerosol scatters the irradiation light L2 to generate Mie scattered light. Since the molecules constituting the atmosphere are sufficiently smaller than the wavelength of the irradiation light L2, Rayleigh scattered light is generated by scattering the irradiation light L2. Therefore, the scattered light L3 acquired by the aerosol measuring device 1 includes Mie scattered light and Rayleigh scattered light. The Mie scattered light here is backscattered light due to Mie scattering.
  • the aerosol measuring device 1 extracts Mie scattered light from the scattered light L3, and measures the presence / absence and concentration of the aerosol based on the extracted Mie scattered light.
  • the aerosol measuring device 1 irradiates the irradiation light L2 in different directions in the target space.
  • the irradiation direction of the irradiation light L2 is changed by, for example, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirror (not shown).
  • the irradiation direction of the irradiation light L2 may be changed by changing the direction of the entire aerosol measuring device 1.
  • the aerosol measuring device 1 can create an aerosol distribution in the target space by scanning the target space with the irradiation light L2.
  • the aerosol measuring device 1 includes an etalon 10, a light source 20, a mirror 22, a first polarizer 30, a condensing unit 40, a condensing lens 45, a wave plate 50, and the like.
  • a second polarizer 60, a receiver 70, and an analysis unit 80 are provided.
  • An example of the condensing unit 40 is a condensing lens 40a.
  • the Etalon 10 internally interferes with the incident light and emits it as light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. Light having a plurality of oscillation frequencies is also referred to as multi-light having a plurality of peaks in the frequency spectrum.
  • the etalon 10 is a single etalon. That is, the etalon 10 is one member integrally configured.
  • the shape of the etalon 10 is, for example, a cylinder or a prism.
  • the etalon 10 has a translucent portion 11 and two multilayer films 12 and 13.
  • the translucent portion 11 is formed by using a transparent material such as quartz or quartz or air.
  • the translucent portion 11 is sandwiched between the two multilayer films 12 and 13, and is in contact with each of the two multilayer films 12 and 13.
  • the two multilayer films 12 and 13 are dielectric multilayer films having a laminated structure of a plurality of dielectric films, respectively.
  • the two multilayer films 12 and 13 are each formed by alternately laminating a dielectric film having a low refractive index and a dielectric film having a high refractive index.
  • the dielectric film for example, a titanium oxide film, a hafnium oxide film, a silicon oxide film, or the like is used.
  • the light transmitting portion 11 may be an air layer, and the two multilayer films 12 and 13 may be fixed by a frame or the like so as to maintain a constant distance.
  • the first polarized wave that has passed through the first polarizer 30 is incident on the etalon 10. That is, the polarization component of the emitted light L1a after passing through the first polarizing element 30 is the first polarized wave.
  • the first polarized wave is, for example, a p-wave (also referred to as p-polarized wave).
  • the first polarized wave may be an s wave (also referred to as s polarized wave).
  • the etalon 10 internally interferes with the emitted light L1a, and emits light having a plurality of oscillation frequencies at equal frequency intervals as the irradiation light L2.
  • the emitted light L1a is incident from the multilayer film 12 of the etalon 10 and emitted from the multilayer film 13.
  • the first surface 12a of the multilayer film 12 opposite to the translucent portion 11 is an incident surface on which the emitted light L1a is incident.
  • the second surface 13a of the multilayer film 13 opposite to the translucent portion 11 is an exit surface from which the irradiation light L2 is emitted.
  • the second surface 13a, which is the exit surface, is a surface opposite to the first surface 12a, which is the incident surface.
  • the first surface 12a and the second surface 13a are parallel to each other.
  • the direction orthogonal to the first surface 12a and the second surface 13a is parallel to the central axis of the etalon 10.
  • the irradiation light L2 emitted from the etalon 10 irradiates the scatterer 2.
  • the scattered light L3 is generated from the scatterer 2.
  • the scattered light L3 is condensed by the condenser lens 40a.
  • the focused scattered light L3 passes through the wave plate 50.
  • the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 is incident on the etalon 10.
  • the scattered light L4 is scattered light whose polarization direction is changed by the wave plate 50.
  • the scattered light L4 is incident from the multilayer film 13 of the etalon 10, and the Mie scattered light L5, which is a part of the scattered light L4, is emitted from the multilayer film 12.
  • the second surface 13a of the multilayer film 13 opposite to the light transmitting portion 11 is an incident surface on which the scattered light L4 is incident.
  • the first surface 12a of the multilayer film 12 opposite to the light transmitting portion 11 is an exit surface from which the Mie scattered light L5 is emitted. That is, the incident surface of the emitted light L1 and the incident surface of the scattered light L4 are different.
  • the etalon 10 has a first portion 10a including a path through which the emitted light L1a passes and a second portion 10b including a path through which the scattered light L4 passes.
  • the boundary between the first portion 10a and the second portion 10b is schematically represented by a broken line.
  • the first portion 10a and the second portion 10b are different portions from each other.
  • the shape of the etalon 10 is cylindrical
  • the first portion 10a and the second portion 10b correspond to a semi-cylindrical portion when the etalon 10 is virtually divided on a surface including the central axis.
  • the circular upper and lower surfaces of the columnar Etalon 10 correspond to the entrance surface and the emission surface of light.
  • the scattered light L3 includes light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals.
  • the scattered light L4 in which the polarization direction of the scattered light L3 is converted includes light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. Therefore, the scattered light L4 causes interference when passing through the etalon 10.
  • the thickness of the etalon 10 is adjusted so that the Mie scattered light L5 contained in the scattered light L4 is passed and the Rayleigh scattered light is suppressed from passing.
  • the Rayleigh scattered light can be appropriately removed from the scattered light L4, so that the Mie scattered light L5 caused by the aerosol can be received by the receiver 70.
  • the function of Etalon] will be explained in detail.
  • the etalon 10 is located on the optical path of the emitted light L1a emitted from the light source 20 and passed through the first polarizer 30. Specifically, the etalon 10 is located between the mirror 22 and the opening provided in the outer housing of the aerosol measuring device 1. The opening is provided for the irradiation light L2 emitted from the etalon 10 to pass through. Further, the etalon 10 is located on the optical path of the scattered light L3 generated from the scatterer 2. Specifically, the etalon 10 is located between the condenser lens 40a and the condenser lens 45.
  • the light source 20 emits the emitted light L1 toward the etalon 10. By emitting the emitted light L1, the light source 20 irradiates the scatterer contained in the atmosphere with the irradiation light L2 via the etalon 10. Note that "emitting the emitted light L1 toward the etalon 10" means not only emitting the emitted light L1 directly toward the etalon 10, but also as shown in FIG. 1, an optical member such as a mirror 22. It also means that the emitted light L1 is incident on the etalon 10 via the above.
  • the emitted light L1 is, for example, pulsed light, but may be continuous light.
  • the emitted light L1 may be monochromatic light having a peak in a specific wavelength band, or light including a broad wavelength band.
  • the peak bandwidth is, for example, in the range of 10 pm to 10 nm.
  • the emitted light L1 is, for example, ultraviolet light, blue light, infrared light, or the like.
  • the emitted light L1 passes through the first polarizer 30 after being reflected by the mirror 22.
  • the emitted light L1a after passing through the first polarizer 30 is interfered with inside the etalon 10 and is emitted into the atmosphere as irradiation light L2 which is light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. ..
  • the light source 20 is, for example, a semiconductor laser element that emits pulsed laser light as emitted light L1.
  • the beam mode of the emitted light L1 is, for example, a multi-mode, but may be a single mode.
  • the light source 20 emits a laser beam having a peak in the vicinity of 405 nm as the emitted light L1.
  • the light source 20 may be an LED (Light Emitting Diode) element.
  • the light source 20 may be a discharge lamp such as a halogen lamp.
  • the mirror 22 reflects the emitted light L1. By arranging the mirror 22 at an appropriate angle with respect to the emitted light L1, the course of the emitted light L1 can be bent in a desired direction. In the present embodiment, the mirror 22 reflects the emitted light L1 and causes it to enter the first polarizer 30.
  • the aerosol measuring device 1 does not have to include the mirror 22.
  • the emitted light L1a emitted from the light source 20 and passed through the first polarizer 30 is vertically incident on the first surface 12a of the etalon 10.
  • the emitted light L1a may be obliquely incident on the first surface 12a of the etalon 10.
  • the first polarizer 30 is arranged between the light source 20 and the etalon 10. Specifically, the first polarizer 30 is arranged on the optical path of the emitted light L1. In the example shown in FIG. 1, the first polarizer 30 is arranged between the mirror 22 and the etalon 10. The first polarizer 30 may be arranged between the light source 20 and the mirror 22.
  • the first polarizing element 30 passes the first polarized wave contained in the emitted light L1.
  • the first polarizing element 30 suppresses the passage of polarized components other than the first polarized wave. That is, the emitted light L1a after passing through the first polarizing element 30 substantially includes only the first polarized wave.
  • the first polarizing element 30 passes a p wave, which is an example of the first polarized wave.
  • the light collecting unit 40 collects the scattered light L3 generated by the scattering body 2 contained in the atmosphere scattering the irradiation light L2.
  • the condensing unit 40 for example, there is a convex condensing lens 40a, at least one reflecting mirror, and the like.
  • the light collected by the condenser lens 40a is converted into parallel light by a lens group including a collimating lens and emitted. Therefore, the scattered light L3 collected by the condenser lens 40a is incident on the wave plate 50.
  • the light collecting unit 40 may not be arranged.
  • the wave plate 50 is arranged on the optical path of the scattered light L3 between the etalon 10 and the scatterer 2.
  • the wave plate 50 is arranged between the condenser lens 40a and the etalon 10.
  • the wave plate 50 converts the first polarized wave contained in the incident light into the second polarized wave.
  • the wave plate 50 is a 1/2 wave plate.
  • the wave plate 50 converts the first polarized wave into a second polarized wave by rotating the polarization direction by 90 °. That is, the polarization direction of the first polarized wave and the polarization direction of the second polarized wave are orthogonal to each other.
  • the first polarized wave is a p wave and the second polarized wave is an s wave.
  • the first polarized wave may be an s wave and the second polarized wave may be a p wave.
  • the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 is light in which the polarization direction of the scattered light L3 is rotated by 90 °.
  • the scattered light L4 mainly contains an s wave.
  • the intensity of the s wave contained in the scattered light L4 is substantially the same as the intensity of the p wave contained in the scattered light L3.
  • the scattered light L4 is incident on the etalon 10.
  • the scattered light L4 is incident on the second surface 13a of the etalon 10 from the front, that is, at an incident angle of 0 °.
  • the condensing lens 45 collects the Mie scattered light L5 that has passed through the etalon 10 among the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50.
  • the condenser lens 45 is, for example, a convex lens.
  • the condenser lens 45 collects Mie scattered light L5 on the light receiving surface of the receiver 70.
  • a second polarizer 60 is arranged on the light incident side of the light receiving surface of the receiver 70.
  • the Mie scattered light L5 collected by the condenser lens 45 is incident on the receiver 70 via the second polarizer 60.
  • the second polarizer 60 is arranged between the etalon 10 and the receiver 70. Specifically, the second polarizer 60 is arranged on the optical path of the Mie scattered light L5. In the example shown in FIG. 1, the second polarizer 60 is arranged between the condenser lens 45 and the receiver 70. The second polarizer 60 is arranged at a position closer to the receiver 70 than the etalon 10. For example, the second polarizer 60 may contact and cover the light receiving surface of the receiver 70.
  • the second polarizing element 60 passes the second polarized wave of the Mie scattered light L5.
  • the second polarizing element 60 suppresses the passage of polarized components other than the second polarized wave. Specifically, the second polarizing element 60 suppresses the passage of the first polarized wave.
  • the Mie scattered light L5a after passing through the second polarizing element 60 substantially contains only the second polarized wave.
  • the second polarizer 60 passes the s wave and suppresses the passage of the p wave.
  • the light receiver 70 receives the Mie scattered light L5a that has passed through the second polarizer 60, and outputs a signal according to the light receiving intensity.
  • the light receiving intensity is the intensity of the Mie scattered light L5a, and is represented by, for example, the signal level of the signal output by the light receiver 70.
  • the light receiver 70 is an element that performs photoelectric conversion, and is, for example, a PMT (Photomultiplier Tube). Alternatively, the receiver 70 may have a PMT and a photon counter. Further, the receiver 70 may be an avalanche photodiode.
  • PMT Photomultiplier Tube
  • the receiver 70 may have a PMT and a photon counter. Further, the receiver 70 may be an avalanche photodiode.
  • the analysis unit 80 analyzes the aerosol contained in the scatterer 2 by analyzing the signal output from the receiver 70. For example, the analysis unit 80 determines the presence / absence and concentration of aerosol based on the signal level of the signal. Specifically, the analysis unit 80 determines the concentration of the aerosol corresponding to the signal level by referring to the correspondence information in which the signal level and the concentration of the aerosol are associated with each other. Correspondence information is stored in advance in, for example, a memory (not shown) included in the analysis unit 80.
  • the analysis unit 80 calculates the distance to the aerosol by the TOF (Time Of Flight) method based on the time required from the irradiation of the irradiation light L2 to the reception of the Mie scattered light L5a.
  • the analysis unit 80 identifies the position of the aerosol in the target space based on the calculated distance and the direction in which the irradiation light L2 is irradiated. By repeating the identification of the position of the aerosol while changing the irradiation direction of the irradiation light L2, the analysis unit 80 creates the distribution of the aerosol in the target space.
  • the analysis unit 80 is composed of one or a plurality of electronic circuits including a plurality of circuit components. Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit. That is, the function executed by the analysis unit 80 is realized by hardware such as an electronic circuit. Alternatively, the analysis unit 80 may be realized by a non-volatile memory in which the program is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor in which the program is executed, or the like. The function executed by the analysis unit 80 may be realized by software executed by the processor.
  • Each component included in the aerosol measuring device 1 is housed inside a housing (not shown), for example.
  • the housing is an outer housing of the aerosol measuring device 1 and has a light-shielding property.
  • the housing is provided with an opening for passing the irradiation light L2 and the scattered light L3.
  • One aperture may be provided corresponding to each of the irradiation light L2 and the scattered light L3.
  • the condenser lens 40a may be provided in the aperture.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the aerosol measuring device 1 according to the present embodiment.
  • the light source 20 emits the emitted light L1 (S10).
  • the emitted light L1 is reflected by the mirror 22 and is bent in the traveling direction, and passes through the first polarizer 30.
  • the first polarizing element 30 passes the first polarized wave contained in the emitted light L1 and removes polarized components other than the first polarized wave (S12).
  • the emitted light L1a after passing through the first polarizer 30 is incident on the first surface 12a of the etalon 10.
  • the emitted light L1a is converted into multi-light, which is light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. That is, the etalon 10 internally interferes with the incident light, and emits light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals as irradiation light L2 (S14).
  • the irradiation light L2 is irradiated toward the scatterer 2 in the atmosphere and is scattered by the scatterer 2.
  • the polarization direction of the irradiation light L2 is the same as the polarization direction of the emission light L1a.
  • the condenser lens 40a collects the scattered light L3 generated from the scatterer 2 (S16).
  • the scattered light L3 collected by the condenser lens 40a passes through the wave plate 50.
  • the wave plate 50 converts the first polarized wave contained in the scattered light L3 into the second polarized wave by rotating the polarization direction of the scattered light L3 (S18).
  • the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 is incident on the second surface 13a of the etalon 10 from the front. By passing through the etalon 10, the Mie scattered light L5 is extracted. That is, the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 interferes inside the etalon 10 and passes through the etalon 10 (S20).
  • the etalon 10 substantially removes the Rayleigh scattered light among the scattered light L4 and allows only the Mie scattered light L5 to pass through.
  • the Mie scattered light L5 that has passed through the etalon 10 is incident on the second polarizer 60.
  • the second polarizing element 60 passes the second polarized wave contained in the Mie scattered light L5 and removes the polarized light component other than the second polarized wave (S22).
  • the light receiver 70 receives the Mie scattered light L5a after passing through the second polarizer 60, and outputs a signal according to the light receiving intensity (S24).
  • the analysis unit 80 analyzes the aerosol contained in the scatterer 2 by analyzing the signal output from the receiver 70 (S26).
  • the aerosol measuring device 1 repeats the above processes from step S10 to step S26 while changing the irradiation direction of the irradiation light L2. For example, when the irradiation light L2 is emitted in a predetermined direction in the target space and the scattered light L3 can be acquired, the position and concentration of the aerosol contained in the scattering body 2 that is the source of the scattered light L3 can be determined. Identify. As a result, the aerosol measuring device 1 can generate, for example, a distribution map showing the position and concentration of the aerosol in the target space. The aerosol measuring device 1 may generate a distribution map showing only the position of the aerosol.
  • the etalon 10 internally interferes with the emitted light L1a, which is the laser light emitted from the light source 20 and passed through the first polarizer 30, and has a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. It is emitted as irradiation light L2 which is a multi-laser light composed of light having.
  • the etalon 10 does not substantially remove and convert the polarized light component of the passing light. That is, the polarization component of light before passing through Etalon 10 and the polarization component of light after passing through Etalon 10 are the same.
  • the multi-laser light will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the spectrum of the multi-laser light emitted by the aerosol measuring device 1 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the signal strength.
  • Part (a) of FIG. 3 shows the frequency spectrum of the irradiation light L2, which is the multi-laser light after passing through the etalon 10.
  • the frequencies of the plurality of peaks included in the frequency spectrum correspond to the plurality of oscillation frequencies included in the irradiation light L2, respectively.
  • the frequency intervals LW2 of the plurality of peaks are equal to each other, for example, 3 GHz.
  • an example in which the signal intensities of a plurality of peaks are equal to each other is shown, but they may be different from each other.
  • the center wavelength ⁇ of the irradiation light L2 is, for example, 405 nm.
  • the part (b) of FIG. 3 is an enlarged view of the part (a) of FIG. 3, and shows only one peak of the spectrum, that is, the light corresponding to one oscillation frequency included in the irradiation light L2 in an enlarged manner. ing.
  • the full width at half maximum LW1 of the peak is, for example, 360 MHz.
  • the full width at half maximum LW1 is 1/20 or more and 1/5 or less of the frequency interval LW2, but may be 1/10 or more and 1/8 or less.
  • the emitted light L1a passes through the etalon 10, it is interfered with in the etalon 10 and emitted as the irradiation light L2.
  • the etalon 10 utilizes the interference between the incident light and the light that is repeatedly reflected in the etalon 10.
  • the phase of the incident light and the phase of the light repeatedly reflected in the etalon 10 match, interference that strengthens the light occurs, and the light is enhanced and transmitted in the etalon 10.
  • the multilayer films 12 and 13 of the etalon 10 can transmit or reflect light.
  • the transmittance of each of the multilayer films 12 and 13 is, for example, 75%, but is not limited to this.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams for explaining the light passing through the etalon 10 of the aerosol measuring device 1 according to the present embodiment, respectively. Specifically, FIG. 4 schematically shows the 0th transmitted light and the 1st transmitted light. FIG. 5 schematically represents the 0th transmitted light and the 2nd transmitted light.
  • Etalon 10 allows a part of the incident light to pass through as it is. As shown in FIGS. 4 and 5, the light transmitted as it is without being reflected by the multilayer films 12 and 13 of the etalon 10 is the 0th transmitted light.
  • the first transmitted light is light that is reflected once by the multilayer film 12 after the incident light is reflected once by the multilayer film 13. Interference occurs when the phases of the 0th transmitted light and the 1st transmitted light match, and the light corresponding to the first interference fringe is emitted. Interfering fringes will be described later with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the second transmitted light is light in which the incident light is reflected twice by the multilayer film 13 and the multilayer film 12, respectively. Interference occurs when the phases of the 0th transmitted light and the 2nd transmitted light match, and the light corresponding to the second interference fringe is emitted.
  • the etalon 10 can emit the irradiation light L2 having a plurality of oscillation frequencies separated by the same frequency interval LW2 when the emitted light L1a is incident.
  • the length ⁇ x of the etalon 10 for realizing the frequency interval LW2 is determined based on the following equation (1).
  • the length ⁇ x of the etalon 10 is the distance between the multilayer film 12 and the multilayer film 13, that is, the thickness of the translucent portion 11, as shown in FIGS. 4 and 5.
  • n 0 is the refractive index in vacuum, for example 1.0.
  • n is the refractive index of the translucent portion 11 of the etalon 10, which is 1.47 in the case of quartz.
  • c is the speed of light, which is 3 ⁇ 10 8 m / s.
  • optical path difference dx when Fabry-Perot interference is caused by Etalon 10 is expressed by the following equation (2).
  • the optical path difference dx is 100 mm.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the frequency spectrum of the scattered light L3 generated by scattering the multi-laser light emitted by the aerosol measuring device 1 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the signal strength.
  • Part (a) of FIG. 6 shows the frequency spectrum of the scattered light L3.
  • the scattered light L3, like the irradiation light L2, is composed of light having a plurality of oscillation frequencies separated by the same frequency interval MW2.
  • Each of the plurality of peaks included in the frequency spectrum corresponds to the plurality of peaks included in the irradiation light L2.
  • the frequency interval MW2 of the scattered light L3 is equal to the frequency interval LW2 of the irradiation light L2.
  • the signal intensities of a plurality of peaks are equal to each other is shown, but they may be different from each other.
  • Part (b) of FIG. 6 is an enlarged view of part (a) of FIG. 6, and shows one peak of the spectrum, that is, only one light included in the scattered light L3 in an enlarged manner.
  • the scattered light L3 includes Mie scattered light and Rayleigh scattered light.
  • the spectrum of Mie scattered light is substantially the same as the spectrum of irradiation light L2 before scattering.
  • the frequency width of Rayleigh scattered light is widened by the thermal motion of the molecules that make up the atmosphere.
  • the intensity of Rayleigh scattered light is usually lower than the intensity of Mie scattered light.
  • the spectrum of the scattered light L3 has a shape in which the base of the peak is widened as compared with the spectrum of the irradiation light L2 shown in FIG.
  • the high peak at the center corresponds to Mie scattered light
  • the base part corresponds to Rayleigh scattered light.
  • the signal intensity of Rayleigh scattered light by the molecules constituting the atmosphere and the signal intensity of Mie scattered light by the aerosol are set to 3: 1.
  • the signal strength here is represented by the area of the peak.
  • the full width at half maximum MW1 of the peak representing the Mie scattered light is equal to the full width at half maximum LW1 of the irradiation light L2.
  • the full width at half maximum RW of the foot portion representing the Rayleigh scattered light is about 3.4 GHz to 3.9 GHz according to a general actual measurement.
  • ⁇ f RW.
  • c is the speed of light, which is 3 ⁇ 10 8 m / s.
  • ⁇ is the central wavelength, which is 405 nm here.
  • the frequency spectrum of the scattered light L4 after passing through the wave plate 50 becomes the same as the frequency spectrum of the scattered light L3.
  • the scattered light L4 by passing the scattered light L4 through the etalon 10, light having a plurality of peaks appearing at a frequency interval of 3 GHz, that is, Me scattered light is transmitted, and light of another frequency component, that is, Rayleigh scattered light can be removed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the calculation result of the interferogram when the scattered light including the Mie scattered light by the aerosol and the Rayleigh scattered light by the molecules constituting the atmosphere are interfered with by the Michelson interferometer.
  • the horizontal axis represents the optical path difference dx that causes interference
  • the vertical axis represents the intensity of the interference light.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the region VIII surrounded by the broken line in FIG. 7.
  • an interference fringe appears every time the optical path difference dx becomes an integral multiple of ⁇ x.
  • n is a natural number.
  • FIG. 8 shows the 0th interference fringe, the 1st interference fringe, and the 2nd interference fringe.
  • the first interference fringe is the light generated by the interference between the 0th transmitted light and the 1st transmitted light shown in FIG.
  • the second interference fringe is the light generated by the interference between the 0th transmitted light and the second transmitted light shown in FIG.
  • the interference light including the 0th interference fringe to the nth interference fringe is received as the Mie scattered light L5a.
  • the length ⁇ x of the etalon 10 by adjusting the length ⁇ x of the etalon 10, it is possible to remove the interference fringes based on the Rayleigh scattered light caused by atmospheric scattering. A method for determining a length ⁇ x suitable for removing Rayleigh scattered light will be described.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the dependence of the frequency interval of the interference fringe by the Michelson interferometer when only atmospheric scattering is considered without scattering by aerosol.
  • the horizontal axis represents dx and the vertical axis represents the signal strength.
  • the frequency intervals LW2 of the irradiation light L2 are 2.4 GHz, 3.0 GHz, 3.6 GHz, 3.7 GHz, 3.8 GHz, 3.9 GHz, 4 GHz, 5 GHz, respectively. It shows the calculation result of the interferogram in the case of 6 GHz, 10 GHz, 15 GHz, and 30 GHz.
  • the frequency interval LW2 increases, the number of appearing interference fringes increases, and the signal strength of the appearing interference fringes increases.
  • the frequency interval LW2 is 2.4 GHz
  • the frequency interval LW2 in the range of 3.0 GHz to 4 GHz
  • the 0th interference fringe and the 1st interference fringe appear, and the second and higher interference fringes do not appear.
  • the frequency interval LW2 is 5 GHz
  • a second interference fringe appears in addition to the 0th interference fringe and the first interference fringe.
  • the range in which the first interference fringe and above appear is represented by a broken line frame.
  • the appearance of the second or higher interference fringes when only atmospheric scattering is taken into consideration means that interference is occurring only by Rayleigh scattered light. That is, it means that the Rayleigh scattered light is transmitted when the Rayleigh scattered light is incident on the etalon 10. Therefore, if the frequency interval LW2 is 3.9 GHz or less, the first interference fringe becomes small, and the transmission of Rayleigh scattered light is suppressed.
  • the size of the first interference fringe when the frequency interval LW2 is 3.9 GHz is 50% or less of the size of the first interference fringe of the frequency interval LW2. Therefore, since the first interference fringe is small, it is possible to suppress the Rayleigh scattered light from passing through the etalon 10.
  • the length ⁇ x of the etalon 10 made of quartz is about 26 mm according to the formula (1). That is, by using the Etalon 10 having a length ⁇ x of 26 mm or more, Rayleigh scattered light can be efficiently removed, and the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the aerosol measuring device 1 can be miniaturized by arranging the etalon 10, the light source 20, and the receiver 70 as close as possible.
  • the etalon 10 when the emitted light L1 emitted by the light source 20 is incident on the etalon 10, a part of the emitted light L1 is reflected by the first surface 12a which is an incident surface. Therefore, the reflected light L1r reflected by the first surface 12a may be received by the receiver 70 as stray light.
  • the reflected light L1r has a higher intensity than the Mie scattered light L5. Therefore, when the reflected light L1r is received by the light receiver 70, the light receiving intensity of the Mie scattered light L5 required for detecting the aerosol cannot be detected.
  • the first polarizer 30 is arranged between the light source 20 and the etalon 10, and the second polarizer 60 is located on the light incident side of the receiver 70. Is placed.
  • the reflected light L1r is a part of the emitted light L1a that has passed through the first polarizer 30. That is, the main polarization component of the reflected light L1r is the first polarized wave. Since the second polarizer 60 arranged on the light incident side of the receiver 70 suppresses the transmission of the first polarized wave, it is possible to suppress the reflected light L1r from being incident on the receiver 70.
  • the main polarization component of the Mie scattered light L5 is converted into a second polarized wave. Therefore, the second polarized wave contained in the Mie scattered light L5 passes through the second polarizer 60 and is received by the receiver 70.
  • the light mainly containing the first polarized wave is represented by a thick solid line
  • the light including the second polarized wave is represented by a thick broken line.
  • the wave plate 50 and the second polarizer 60 are not provided, there is a possibility that the emitted light L1 having a strong intensity and the scattered light L3 having a weak intensity interfere with each other in the etalon 10.
  • the intensity of the Mie scattered light L5 passing through the etalon 10 changes, and there is a problem that the aerosol cannot be detected accurately.
  • the emitted light L1a mainly containing the first polarized wave and the scattered light L4 mainly containing the second polarized wave pass through the inside of the etalon 10. To do. Since there is almost no interference between the first polarized wave and the second polarized wave, the change in the intensity of the Mie scattered light L5a is suppressed, and the aerosol can be detected with high accuracy.
  • the Mie scattered light L5a can be received by the receiver 70 with an appropriate intensity while suppressing the stray light, the S / N ratio can be improved and the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the aerosol measuring device 1 according to the first embodiment includes a single etalon 10.
  • the aerosol measuring device according to the present embodiment includes a plurality of etalons.
  • the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the aerosol measuring device 101 according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the aerosol measuring device 101 includes two etalons 110 and 115 instead of the etalon 10.
  • Etalons 110 and 115 are examples of a first etalon and a second etalon having the same optical characteristics as each other, respectively.
  • the etalons 110 and 115 each have the same optical characteristics as the etalon 10 according to the first embodiment, and interfere the incident light internally to generate light having a plurality of oscillation frequencies separated from each other at equal frequency intervals. Emit out. That is, when the same light is incident on each of the etalon 110 and 115, the frequency interval of the light emitted from the etalon 110 and the frequency interval of the light emitted from the etalon 115 are the same.
  • the Etalon 110 is arranged on the optical path of the emitted light L1. Specifically, the etalon 110 is arranged between the first polarizer 30 and the scatterer 2. Of the emitted light L1 emitted by the light source 20, the emitted light L1a mainly containing the first polarized wave that has passed through the first polarizing element 30 is incident on the etalon 110. The etalon 110 internally interferes with the incident emitted light L1a, and irradiates the scatterer 2 with irradiation light L2 having a plurality of oscillation frequencies at different frequency intervals.
  • the etalon 110 has a translucent portion 111 and multilayer films 112 and 113, similarly to the etalon 10 according to the first embodiment.
  • the translucent portion 111 and the multilayer films 112 and 113 are the same as the translucent portion 11 of the etalon 10 and the multilayer films 12 and 13, respectively.
  • the Etalon 115 is arranged on the optical path of the scattered light L3 or the scattered light L4. Specifically, the etalon 115 is arranged between the wave plate 50 and the second polarizer 60. When the scattered light L3 emitted from the scattering body 2 passes through the wave plate 50, the scattered light L4 emitted from the wavelength plate 50 is incident on the etalon 115. The Etalon 115 internally interferes with the incident scattered light L4 to remove the Rayleigh scattered light from the scattered light L4 and allow the Mie scattered light L5 to pass therethrough.
  • Etalon 115 has a translucent portion 116 and multilayer films 117 and 118, as in the case of Etalon 10 according to the first embodiment.
  • the translucent part 116 and the multilayer films 117 and 118 are the same as the translucent part 11 of the etalon 10 and the multilayer films 12 and 13, respectively.
  • the aerosol measuring device 101 since the aerosol measuring device 101 according to the present embodiment includes the two etalons 110 and 115, the optical path of the emitted light L1a and the optical path of the scattered light L4 can be easily separated. That is, since the emitted light L1a side and the scattered light L4 side pass through different etalons, it is possible to prevent the emitted light L1a and the scattered light L4 from interfering with each other in the etalon. As a result, the measurement accuracy of the aerosol can be improved.
  • the scattered light L3 is incident on the wave plate 50.
  • the irradiation light L2 is incident on the wave plate 50.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the aerosol measuring device 201 according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, in the aerosol measuring device 201, the arrangement of the wave plate 50 is different from that of the aerosol measuring device 101 according to the second embodiment.
  • the wave plate 50 is arranged on the optical path of the irradiation light L2 emitted from the etalon 110. That is, the irradiation light L2 is incident on the wave plate 50, and the polarization direction of the irradiation light L2 is changed. Specifically, the wave plate 50 rotates the polarization direction of the irradiation light L2 by 90 °. Since the irradiation light L2 has the same polarization direction as the first polarized wave, the irradiation light L2a emitted from the wave plate 50 becomes the second polarized wave. When the first polarized wave is a p wave, the irradiation light L2a emitted from the wave plate 50 becomes an s wave.
  • the scattered light L3 generated by the irradiation light L2a being scattered by the scatterer 2 mainly includes the same polarization direction as the irradiation light L2a. That is, the scattered light L3 is equivalent to the scattered light L4 according to the first and second embodiments.
  • the scattered light L3 is incident on the etalon 115 without passing through the wave plate 50. Since the scattered light L3 according to the present embodiment is equivalent to the scattered light L4 according to the first and second embodiments, the aerosol measuring device 201 according to the present embodiment is the aerosol measuring device according to the first and second embodiments. Similar to 1 and 101, the aerosol can be measured accurately while suppressing the influence of stray light.
  • the aerosol measurement is performed as in the first and second embodiments.
  • the accuracy can be improved.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device 202 according to a modified example of the present embodiment.
  • the aerosol measuring device 202 includes an etalon 10 instead of the two etalons 110 and 115 as compared with the aerosol measuring device 201 according to the third embodiment.
  • Etalon 10 is the same as in the first embodiment.
  • the wave plate 50 is arranged between the scatterer 2 and the etalon 10. That is, as in the third embodiment, the irradiation light L2 emitted from the etalon 10 is incident on the wave plate 50, and its polarization direction is rotated by 90 °. Since the irradiation light L2 has the same polarization direction as the first polarized wave, the irradiation light L2a emitted from the wave plate 50 becomes the second polarized wave.
  • the aerosol measuring device 202 can measure the aerosol with high accuracy while suppressing the influence of stray light, similarly to the aerosol measuring devices 1, 101 and 201 according to the first to third embodiments.
  • the aerosol measuring device includes a third polarizer arranged on the optical path of the scattered light L3 or L4.
  • a third polarizer arranged on the optical path of the scattered light L3 or L4.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the aerosol measuring device 301 according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, the aerosol measuring device 301 is different from the aerosol measuring device 101 according to the second embodiment in that it newly includes a third polarizer 90.
  • the third polarizer 90 is arranged between the scatterer 2 and the etalon 115. Specifically, the third polarizer 90 is arranged between the condensing unit 40 and the wave plate 50.
  • the third polarizing element 90 passes the first polarized wave and suppresses the passage of polarized components other than the first polarized wave. That is, the third polarizer 90 is a polarizer having the same optical characteristics as the first polarizer 30.
  • the scattered light L3 generated by the scatterer 2 is light generated by the scattering body 2 scattering the irradiation light L2. At this time, depending on the shape of the scatterer 2, some polarized light may be eliminated during scattering.
  • the polarization directions of the irradiation light L2 and the scattered light L3 are the same. That is, when the irradiation light L2 is a p-wave, the scattered light L3 is also a p-wave.
  • the polarization of the irradiation light L2 is partially eliminated, and the scattered light L3 contains light having a different polarization direction.
  • the scattered light L3 includes not only a p wave but also a polarization component that is neither an s wave nor a p wave or an s wave.
  • the third polarizing element 90 passes the same polarization component as the irradiation light L2 among the scattered light L3, and suppresses the passage of the polarization component different from the irradiation light L2.
  • the irradiation light L2 is a p-wave
  • the scattered light L3a that has passed through the third polarizer 90 has a polarization component other than the p-wave removed and contains only the p-wave.
  • the scattered light L3a enters the etalon 115 after passing through the wave plate 50. Since the scattered light L3a substantially contains only the p wave, the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 contains only the s wave. Since scattered light L4 containing substantially only s waves is incident on the etalon 115, the measurement accuracy of the aerosol can be further improved.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device 302 according to a modification 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 15, the aerosol measuring device 302 includes a third polarizer 91 instead of the third polarizer 90 as compared with the aerosol measuring device 301.
  • the third polarizer 91 is arranged between the scatterer 2 and the etalon 115. Specifically, the third polarizer 91 is arranged between the wave plate 50 and the etalon 115.
  • the third polarizing element 91 passes the second polarized wave and suppresses the passage of polarized components other than the second polarized wave. That is, the third polarizer 91 is a polarizer having the same optical characteristics as the second polarizer 60.
  • the scattered light L3 contains light having a different polarization direction. Therefore, when the scattered light L3 passes through the wave plate 50, the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 is polarized by converting the same polarization component (that is, the first polarized wave) as the irradiation light L2 by the wave plate 50. A polarized component other than the component (that is, the second polarized wave) is included. Specifically, when the irradiation light L2 is a p wave, the scattered light L4 includes not only an s wave but also a polarized component that is neither a p wave nor a p wave or an s wave.
  • the third polarizing element 91 passes the polarization component of the scattered light L4, which is the same polarization component as the irradiation light L2, converted by the wave plate 50, and suppresses the passage of the polarization component.
  • the irradiation light L2 is a p wave
  • the scattered light L4a that has passed through the third polarizer 91 has polarization components other than the s wave removed and contains only the s wave.
  • the scattered light L4a that has passed through the third polarizer 91 is incident on the etalon 115. Since scattered light L4 containing substantially only s waves is incident on the etalon 115, the measurement accuracy of the aerosol can be further improved.
  • the wave plate 50 may be arranged between the etalon 110 and the scatterer 2 as in the third embodiment. That is, the irradiation light L2 may be incident on the wave plate 50.
  • the aerosol measuring device 301 or 302 may include only one etalon 10 as in the first embodiment.
  • 16 and 17 are diagrams showing the configurations of aerosol measuring devices 303 and 304 according to the modified examples 2 and 3, respectively, of the present embodiment.
  • the aerosol measuring devices 303 and 304 respectively, replace the two etalons 110 and 115 as compared to the aerosol measuring devices 301 and 302 according to the fourth embodiment and its modifications.
  • Etalon 10 is the same as in the first embodiment.
  • the third polarizer 90 is arranged between the scatterer 2 and the etalon 10. Specifically, the third polarizer 90 is arranged between the condensing unit 40 and the wave plate 50.
  • the scattered light L3 passes through the condensing unit 40, the third polarizer 90, and the wave plate 50 in this order, and is incident on the etalon 10. Since the scattered light L3a that has passed through the third polarizer 90 substantially contains only p waves, the scattered light L4 that has passed through the wave plate 50 contains substantially only s waves. That is, since the scattered light L4 containing substantially only the s wave is incident on the etalon 10, the measurement accuracy of the aerosol can be further improved.
  • the third polarizer 91 is arranged between the wave plate 50 and the etalon 10.
  • the scattered light L4a that has passed through the third polarizer 91 is incident on the etalon 10 as in the modified example of the fourth embodiment. Since scattered light L4 containing substantially only s waves is incident on the etalon 10, the measurement accuracy of the aerosol can be further improved.
  • the wave plate 50 does not have to be a 1/2 wave plate.
  • the wave plate 50 may be a 1/4 wave plate.
  • the aerosol measuring devices 101, 201, 301 and 302 include two etalons 110 and 115, respectively, but may include a single etalon 10.
  • another processing unit may execute the processing executed by the specific processing unit. Further, the order of the plurality of processes may be changed, or the plurality of processes may be executed in parallel. Further, the distribution of the components of the aerosol measuring device to a plurality of devices is an example. For example, the components of one device may be included in another device. Further, the aerosol measuring device may be realized as a single device.
  • the processing described in the above embodiment may be realized by centralized processing using a single device (system), or may be realized by distributed processing using a plurality of devices. Good. Further, the number of processors that execute the above program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.
  • all or a part of the components such as the analysis unit may be composed of dedicated hardware, or may be realized by executing a software program suitable for each component. May be good. Even if each component is realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a semiconductor memory. Good.
  • a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a semiconductor memory. Good.
  • a component such as an analysis unit may be composed of one or a plurality of electronic circuits.
  • the one or more electronic circuits may be general-purpose circuits or dedicated circuits, respectively.
  • One or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the IC or LSI may be integrated on one chip or may be integrated on a plurality of chips.
  • it is called an IC or an LSI, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called a system LSI, a VLSI (Very Large Scale Integration), or a ULSI (Ultra Large Scale Integration).
  • FPGA Field Programmable Gate Array programmed after manufacturing the LSI can also be used for the same purpose.
  • the general or specific aspects of the present disclosure may be realized by a system, an apparatus, a method, an integrated circuit or a computer program.
  • a computer-readable non-temporary recording medium such as an optical disk, HDD or semiconductor memory in which the computer program is stored.
  • it may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program and a recording medium.
  • the present disclosure can be used as an aerosol measuring device or the like capable of easily measuring an aerosol, and can be used, for example, for measuring harmful fine particles indoors and observing weather outdoors.

Abstract

本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、光源から出射された出射光、及びエアロゾルで散乱された散乱光が通過するエタロンと、光源とエタロンとの間に配置され、出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、エタロンとエアロゾルとの間に配置され、第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、エタロンを通過する散乱光に含まれる第２偏光波が通過する第２偏光子とを備える。

Description

エアロゾル計測装置
　本開示は、エアロゾル計測装置に関する。
　従来、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）を用いて大気中のエアロゾルを計測する技術が知られている。ライダーは、大気中に出射したパルス状の光の散乱光を測定し、解析することにより黄砂、花粉、埃又は微小水滴などの空気中を浮遊するエアロゾルを観測する技術である。
　散乱光には、通常、ミー散乱光とレイリー散乱光とが含まれる。ミー散乱光は、出射光の波長と同等以上の粒径の微粒子によって起こる散乱現象であるミー散乱により発生する散乱光である。ミー散乱光は、例えば、計測対象物であるエアロゾルからの散乱光である。レイリー散乱は、出射光の波長よりも小さな微粒子及び大気分子によって起こる散乱現象である。散乱光からレイリー散乱光を除外することで、ミー散乱光を得ることができる。
　例えば、特許文献１には、単一のレーザ光による散乱光をミー散乱光とレイリー散乱光とにフィルタを用いて分光分離する技術が開示されている。また、例えば、特許文献２には、マルチ縦モードのレーザ光のスペクトルのモード間隔が一定であることを利用して、出射したレーザ光と同じスペクトル間隔の光を選択的に透過させる干渉計を用いて散乱光を分光する技術が開示されている。
国際公開第２００３／０７３１２７号 特許第６２４３０８８号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、温度変化などによってレーザ光のピーク波長が変化した場合に、光路差をレーザ光の１波長分掃引させながら同調させる必要があるので、測定方法が複雑化する。
　そこで、本開示は、エアロゾルを簡単に計測することができるエアロゾル計測装置を提供する。
　本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過するエタロンと、前記光源と前記エタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、前記エタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、前記エタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、を備える。
　また、本開示の別の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光が通過する第１のエタロンと、前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過する第２のエタロンと、前記光源と前記第１のエタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、前記第１のエタロンと前記エアロゾルとの間、又は前記第２のエタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、前記第２のエタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、を備える。
　また、本開示の別の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルからの散乱光が通過するエタロンと、前記散乱光の受光強度に応じた信号を出力する受光器と、を備え、前記エタロン内における前記出射光の偏光成分と、前記エタロン内における前記散乱光との偏光成分とが異なる。
　また、本開示の一態様は、上記エアロゾル計測装置が実行する方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することができる。あるいは、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。
　本開示によれば、エアロゾルを簡単に計測することができる。
図１は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の動作を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置が照射するマルチレーザ光のスペクトルの一例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の光学素子を通過する第０の透過光及び第１の透過光を説明するための図である。 図５は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の光学素子を通過する第０の透過光及び第２の透過光を説明するための図である。 図６は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置が照射したマルチレーザ光を散乱させることで発生する散乱光のスペクトルの一例を示す図である。 図７は、ミー散乱光とレイリー散乱光とを含む散乱光をマイケルソン干渉計で干渉させた場合のインターフェログラムの計算結果を表す図である。 図８は、図７の一部を拡大して示す図である。 図９は、エアロゾルによる散乱がなく、大気散乱だけを考慮した場合のマイケルソン干渉計による干渉フリンジの周波数間隔の依存性を説明するための図である。 図１０は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の効果を説明するための図である。 図１１は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１２は、実施の形態３に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１３は、実施の形態３の変形例に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１４は、実施の形態４に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１５は、実施の形態４の変形例１に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１６は、実施の形態４の変形例２に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。 図１７は、実施の形態４の変形例３に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。
　（本開示の概要）
　本開示の第１の態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過するエタロンと、前記光源と前記エタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、前記エタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、前記エタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、を備える。
　また、例えば、本開示の第２の態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光が通過する第１のエタロンと、前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過する第２のエタロンと、前記光源と前記第１のエタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、前記第１のエタロンと前記エアロゾルとの間、又は前記第２のエタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、前記第２のエタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、を備える。
　また、例えば、本開示の第３の態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルからの散乱光が通過するエタロンと、前記散乱光の受光強度に応じた信号を出力する受光器と、を備え、前記エタロン内における前記出射光の偏光成分と、前記エタロン内における前記散乱光の偏光成分とが異なる。
　また、例えば、本開示の第４の態様に係るエアロゾル計測装置は、入射する光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光として出射する少なくとも１つのエタロンと、前記少なくとも１つのエタロンに向けて出射光を出射することで、前記少なくとも１つのエタロンを介して、前記複数の発振周波数を有する光を照射光として、大気中に含まれる散乱体に照射する光源と、前記光源と前記少なくとも１つのエタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波を通過させる第１偏光子と、前記少なくとも１つのエタロンと前記散乱体との間において、前記照射光、及び、前記照射光を前記散乱体が散乱させることで発生する散乱光のいずれか一方の光路上に配置され、入射する光に含まれる前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、前記散乱光が前記少なくとも１つのエタロンの内部で干渉されることで前記少なくとも１つのエタロンを通過するミー散乱光のうち、前記第２偏光波を通過させる第２偏光子と、前記第２偏光子を通過した前記第２偏光波を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光器とを備える。
　このように、上記各態様に係るエアロゾル計測装置では、１つのエタロンを、又は、第１のエタロン及び第２のエタロンを用いた光の干渉を利用することで、散乱光に含まれるレイリー散乱光を除去することができ、エアロゾルに起因するミー散乱光を取得することができる。このため、複雑な信号処理を必要とせずに、受光器によって受光されたミー散乱光の受光強度に基づいてエアロゾルを簡単に計測することができる。
　また、例えば、エタロンと受光器とを近くに配置することにより、エアロゾル計測装置の小型化を実現することができる。なお、光源が出射する出射光がエタロンに入射する際、出射光の一部は、エタロンの入射面で反射される。このため、エタロンの入射面で反射された出射光の一部は、迷光として受光器で受光される恐れがある。
　これに対して、本態様に係るエアロゾル計測装置では、光源とエタロンとの間に第１偏光子が配置され、かつ、受光器の光入射側に第２偏光子が配置されている。迷光は、第１偏光子を通過した出射光の一部であるので、迷光の主な偏光成分は第１偏光波である。受光器の光入射側に配置された第２偏光子が第１偏光波の透過を抑制するので、迷光が受光器に入射するのを抑制することができる。
　なお、エタロンを通過後の出射光である照射光、及び、散乱光のいずれか一方は波長板を通過するので、エタロンを通過したミー散乱光の主な偏光成分は第２偏光波に変換されている。このため、ミー散乱光に含まれる第２偏光波は、第２偏光子を通過し、受光器によって受光される。
　以上のように、各態様に係るエアロゾル計測装置によれば、迷光を抑制しながら、ミー散乱光を受光器によって受光することができるので、Ｓ／Ｎ比が向上し、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、本開示の第１の態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記波長板と前記エタロンとの間に配置され、前記第２偏光波を通過させる第３偏光子を備えてもよい。また、例えば、本開示の第２の態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記第２偏光波を通過させる第３偏光子を備えてもよい。前記波長板は、前記エアロゾルと前記第２のエタロンとの間に配置され、前記第３偏光子は、前記波長板と前記第２のエタロンとの間に配置されてもよい。
　散乱光に第１偏光波以外の偏光成分が含まれる場合、波長板を通過した後の散乱光には、第２偏光波以外の偏光成分が含まれる。上記各態様に係るエアロゾル計測装置によれば、波長板を通過した後の散乱光に含まれる第２偏光波以外の偏光成分の透過を第３偏光子によって抑制することができる。このため、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、本開示の第１の態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記エアロゾルと前記エタロンとの間に配置され、前記散乱光を集光する集光部を備えてもよい。また、例えば、本開示の第２の態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記エアロゾルと前記第２のエタロンとの間に配置され、前記散乱光を集光する集光部を備えてもよい。
　これにより、エタロン内での干渉効率を高めることができる。また、光の受光感度を高めることができるので、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記エタロン又は前記第１のエタロンは、前記出射光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を生成してもよい。
　また、例えば、前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下であってもよい。
　これにより、レイリー散乱光の透過をエタロンが精度良く抑制することができるので、受光器には、エアロゾルに基づくミー散乱光を受光させることができる。したがって、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記第１のエタロンと前記第２のエタロンとは、互いに同じ光学特性を有してもよい。
　これにより、２つのエタロンの光学特性が同じであるので、第２のエタロンを通過する散乱光に含まれるミー散乱光を高強度で抽出することができる。
　また、例えば、前記第１偏光波と前記第２偏光波とは、直交していてもよい。
　これにより、第１偏光波と第２偏光波とが互いに干渉し合うことを十分に抑制することができる。このため、第２偏光波を主に含むミー散乱光が、第１偏光波を主に含む迷光と干渉し、ミー散乱光の強度が変化することが抑制される。つまり、ミー散乱光の強度が迷光に起因して変化することが抑制されるので、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記第２偏光子を通過した前記第２偏光波を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光器をさらに備えてもよい。
　これにより、例えば、エタロンと受光器とを近くに配置することにより、エアロゾル計測装置の小型化を実現することができる。
　また、例えば、前記波長板は、１／２波長板であってもよい。
　これにより、１／２波長板が偏光方位を９０°回転させるので、第１偏光波と第２偏光波とが互いに干渉し合うことを十分に抑制することができる。このため、第２偏光波を主に含むミー散乱光が、第１偏光波を主に含む迷光と干渉し、ミー散乱光の強度が変化することが抑制される。つまり、ミー散乱光の強度が迷光に起因して変化することが抑制されるので、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記散乱光は、ミー散乱光であってもよい。
　また、例えば、前記光源は、レーザ素子又は発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）であってもよい。
　これにより、高強度の出射光を光源が出射することができるので、エタロンによって強度が減衰したとしても、十分な強度の照射光を散乱体に照射することができる。
　また、例えば、前記波長板は、前記散乱光の光路上に配置され、前記少なくとも１つのエタロンには、前記波長板を通過した前記散乱光が入射してもよい。また、例えば、前記波長板は、前記照射光の光路上に配置され、前記散乱体には、前記波長板を通過した前記照射光が照射されてもよい。
　これにより、波長板の配置の自由度を高めることができる。
　また、例えば、本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記散乱体と前記波長板との間に配置され、前記第１偏光波を通過させる第３偏光子を備えてもよい。
　例えば、エアロゾルの形状が非球形である場合には、照射光の偏光が一部解消され、散乱光には、第１偏光波以外の偏光成分が含まれる。本態様に係るエアロゾル計測装置によれば、散乱光に含まれる第１偏光波以外の偏光成分の透過を第３偏光子によって抑制することができる。このため、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記少なくとも１つのエタロンは、単一のエタロンであってもよい。
　これにより、エタロンが熱の影響を受けて膨張し、エタロンの光学特性が変化したとしても、出射光と散乱光とが同じ単一のエタロンを通過するので、エタロンの光学特性の変化による影響を十分に抑えることができる。したがって、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記少なくとも１つのエタロンは、互いに同じ光学特性を有する第１のエタロン及び第２のエタロンを含み、前記光源は、前記第１のエタロンに向けて前記出射光を出射することで、前記第１のエタロンを介して前記照射光を前記散乱体に照射し、前記第１偏光子は、前記光源と前記第１のエタロンとの間に配置され、前記第２偏光子は、前記第２のエタロンと前記受光器との間に配置されていてもよい。
　これにより、出射光及び照射光の光路と散乱光の光路とを容易に分離させることができる。このため、エアロゾル計測装置の各素子の配置及び光路の設計の自由度を高めることができる。
　また、本開示の一態様に係るエアロゾル計測方法は、出射光に含まれる第１偏光波を通過させる第１偏光子と、入射する光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光として出射する少なくとも１つのエタロンとを、前記出射光がこの順で通過するように前記出射光を出射することで、前記複数の発振周波数を有する光を照射光として、大気中に含まれる散乱体に照射するステップと、入射する光に含まれる前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板に、前記照射光、及び、前記照射光を前記散乱体が散乱させることで発生する散乱光のいずれか一方を通過させるステップと、前記散乱光が前記少なくとも１つのエタロンの内部で干渉されることで前記少なくとも１つのエタロンを通過するミー散乱光のうち、前記第２偏光波を通過させる第２偏光子を通過した前記第２偏光波を受光し、受光強度に応じた信号を出力するステップとを含む。
　これにより、上述したエアロゾル計測装置と同様に、Ｓ／Ｎ比が向上し、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、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によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、若しくはＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
　さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは一つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウェアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及び必要とされるハードウェアデバイス、例えばインタフェース、を備えていてもよい。
　以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、本明細書において、垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、円柱又は角柱などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　（実施の形態１）
　［１．構成］
　まず、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１の構成を示す図である。
　図１に示されるように、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１は、大気中に向けて照射光Ｌ２を照射し、大気中に含まれる散乱体２が照射光Ｌ２を散乱させることで発生する散乱光Ｌ３を検出し、検出した散乱光Ｌ３の信号を処理することで、散乱体２に含まれるエアロゾルの有無及び濃度を計測する。散乱体２は、エアロゾル計測装置１による計測の対象空間中に存在する。
　対象空間は、例えば、住居、オフィス、介護施設又は病院などの建物の一部屋である。対象空間は、例えば、壁、窓、ドア、床及び天井などで仕切られた空間であり、閉じられた空間であるが、これに限らない。対象空間は、屋外の開放された空間であってもよい。また、対象空間は、バス又は飛行機などの移動体の内部空間であってもよい。
　散乱体２は、計測対象物であるエアロゾル、及び、大気を構成する分子を含む。エアロゾルは、具体的には、対象空間内を浮遊している塵埃、ＰＭ２．５などの浮遊粒子状物質、生物系粒子、又は、微小水滴などである。生物系粒子には、空中に浮遊するカビ若しくはダニ、又は花粉なども含まれる。また、微小水滴には、咳又はくしゃみなどの人体から動的に発生する物質が含まれる。
　計測対象物であるエアロゾルは、大気を構成する分子に比べて十分に大きい。本実施の形態では、エアロゾルの粒径が照射光Ｌ２の波長以上であるので、エアロゾルは、照射光Ｌ２を散乱させることでミー散乱光を発生させる。大気を構成する分子は、照射光Ｌ２の波長よりも十分に小さいので、照射光Ｌ２を散乱させることでレイリー散乱光を発生させる。したがって、エアロゾル計測装置１が取得する散乱光Ｌ３には、ミー散乱光とレイリー散乱光とが含まれる。ここでのミー散乱光は、ミー散乱による後方散乱光である。本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１は、散乱光Ｌ３からミー散乱光を抽出し、抽出したミー散乱光に基づいてエアロゾルの有無及び濃度を計測する。
　本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１は、対象空間内の異なる方向に向けて照射光Ｌ２を照射する。照射光Ｌ２の照射方向は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー（図示せず）などによって変更される。あるいは、エアロゾル計測装置１全体の向きを変更することで、照射光Ｌ２の照射方向が変更されてもよい。エアロゾル計測装置１は、照射光Ｌ２で対象空間内を走査することにより、対象空間内のエアロゾルの分布を作成することができる。
　図１に示されるように、エアロゾル計測装置１は、エタロン１０と、光源２０と、ミラー２２と、第１偏光子３０と、集光部４０と、集光レンズ４５と、波長板５０と、第２偏光子６０と、受光器７０と、分析部８０とを備える。なお、集光部４０の一例が集光レンズ４０ａである。以下では、エアロゾル計測装置１が備える各構成要素について説明する。
　エタロン１０は、入射する光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光として出射する。複数の発振周波数を有する光は、周波数スペクトルにおいて複数本のピークを有するマルチ光とも呼称される。本実施の形態では、エタロン１０は、単一のエタロンである。つまり、エタロン１０は、一体的に構成された１つの部材である。エタロン１０の形状は、例えば、円柱体又は角柱体などである。
　図１に示されるように、エタロン１０は、透光部１１と、２つの多層膜１２及び１３とを有する。透光部１１は、例えば石英又は水晶などの透明な材料又は空気を用いて形成されている。透光部１１は、２つの多層膜１２及び１３に挟まれており、２つの多層膜１２及び１３の各々に接触している。２つの多層膜１２及び１３はそれぞれ、複数の誘電体膜の積層構造を有する誘電体多層膜である。例えば、２つの多層膜１２及び１３はそれぞれ、屈折率が低い誘電体膜と屈折率が高い誘電体膜とを交互に積層することで形成されている。誘電体膜としては、例えば、チタン酸化膜、ハフニウム酸化膜、シリコン酸化膜などが用いられる。なお、透光部１１は、空気層であってもよく、２つの多層膜１２及び１３は、一定距離を保つように枠体などによって固定されていてもよい。
　エタロン１０には、光源２０から発せられた出射光Ｌ１のうち、第１偏光子３０を通過した第１偏光波が入射する。つまり、第１偏光子３０を通過した後の出射光Ｌ１ａの偏光成分は、第１偏光波である。本実施の形態では、第１偏光波は、例えばｐ波（ｐ偏光とも呼称される）である。あるいは、第１偏光波は、ｓ波（ｓ偏光とも呼称される）であってもよい。
　エタロン１０は、出射光Ｌ１ａを内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で複数の発振周波数を有する光を照射光Ｌ２として出射する。
　本実施の形態では、出射光Ｌ１ａは、エタロン１０の多層膜１２から入射し、多層膜１３から出射される。多層膜１２の、透光部１１とは反対側の第１面１２ａは、出射光Ｌ１ａが入射する入射面である。多層膜１３の、透光部１１とは反対側の第２面１３ａは、照射光Ｌ２が出射される出射面である。出射面である第２面１３ａは、入射面である第１面１２ａとは反対側の面である。第１面１２ａと第２面１３ａとは、互いに平行である。第１面１２ａ及び第２面１３ａに直交する方向は、エタロン１０の中心軸に平行である。
　エタロン１０から出射された照射光Ｌ２は、散乱体２に照射される。照射光Ｌ２が散乱体２によって散乱されることにより、散乱体２から散乱光Ｌ３が発生する。散乱光Ｌ３は、集光レンズ４０ａによって集光される。集光された散乱光Ｌ３は、波長板５０を通過する。エタロン１０には、波長板５０を通過した散乱光Ｌ４が入射する。散乱光Ｌ４は、波長板５０によって偏光方位が変換された散乱光である。
　本実施の形態では、散乱光Ｌ４は、エタロン１０の多層膜１３から入射し、散乱光Ｌ４の一部であるミー散乱光Ｌ５が、多層膜１２から出射される。多層膜１３の、透光部１１とは反対側の第２面１３ａは、散乱光Ｌ４が入射する入射面である。多層膜１２の、透光部１１とは反対側の第１面１２ａは、ミー散乱光Ｌ５が出射される出射面である。つまり、出射光Ｌ１の入射面と散乱光Ｌ４の入射面とは異なっている。
　また、図１に示されるように、エタロン１０は、出射光Ｌ１ａが通過する経路を含む第１部分１０ａと、散乱光Ｌ４が通過する経路を含む第２部分１０ｂとを有する。図１では、第１部分１０ａと第２部分１０ｂとの境界を破線で模式的に表している。第１部分１０ａと第２部分１０ｂとは、互いに異なる部分である。例えば、エタロン１０の形状が円柱状である場合、第１部分１０ａと第２部分１０ｂとは、中心軸を含む面で仮想的にエタロン１０を分割したときの半円柱状の部分に相当する。なお、円柱状のエタロン１０の円形の上面及び底面が光の入射面及び出射面に相当する。
　散乱光Ｌ３には、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光が含まれる。散乱光Ｌ３の偏光方位が変換された散乱光Ｌ４も同様に、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光が含まれる。このため、エタロン１０を通過する際に、散乱光Ｌ４が干渉を起こす。本実施の形態では、エタロン１０の厚みが調整されており、散乱光Ｌ４に含まれるミー散乱光Ｌ５を通過させ、レイリー散乱光の通過を抑制する。これにより、散乱光Ｌ４からレイリー散乱光を適切に除去することができるので、エアロゾルに起因するミー散乱光Ｌ５を受光器７０に受光させることができる。上記の記載である「散乱光Ｌ４からレイリー散乱光を適切に除去することができるので、エアロゾルに起因するミー散乱光Ｌ５を受光器７０に受光させることができる。」ことについては、下記［３．エタロンの機能］の箇所で、詳細に説明する。
　本実施の形態では、エタロン１０は、光源２０から出射され、かつ、第１偏光子３０を通過した出射光Ｌ１ａの光路上に位置している。具体的には、エタロン１０は、ミラー２２と、エアロゾル計測装置１の外郭筐体に設けられた開口との間に位置している。当該開口は、エタロン１０から出射される照射光Ｌ２が通過するために設けられている。さらに、エタロン１０は、散乱体２から発生する散乱光Ｌ３の光路上に位置している。具体的には、エタロン１０は、集光レンズ４０ａと集光レンズ４５との間に位置している。
　光源２０は、エタロン１０に向けて出射光Ｌ１を出射する。光源２０は、出射光Ｌ１を出射することによって、エタロン１０を介して、照射光Ｌ２を大気中に含まれる散乱体に照射する。なお、「エタロン１０に向けて出射光Ｌ１を出射する」とは、出射光Ｌ１を直接的にエタロン１０に向けて出射するだけでなく、図１に示されるように、ミラー２２などの光学部材を介してエタロン１０に出射光Ｌ１を入射させることも意味する。
　出射光Ｌ１は、例えばパルス光であるが、連続光であってもよい。出射光Ｌ１は、特定の波長帯域にピークを有する単色光であってもよく、ブロードな波長帯域を含む光であってもよい。ピークの帯域幅は、例えば、１０ｐｍから１０ｎｍの範囲である。出射光Ｌ１は、例えば、紫外光、青色光又は赤外光などである。出射光Ｌ１は、ミラー２２で反射された後、第１偏光子３０を通過する。第１偏光子３０を通過した後の出射光Ｌ１ａは、エタロン１０の内部で干渉されて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光である照射光Ｌ２として大気中に出射される。
　光源２０は、例えば、パルスレーザ光を出射光Ｌ１として発する半導体レーザ素子である。出射光Ｌ１のビームモードは、例えばマルチモードであるが、シングルモードであってもよい。一例として、光源２０は、４０５ｎｍの近傍にピークを有するレーザ光を出射光Ｌ１として発する。あるいは、光源２０は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）素子であってもよい。また、光源２０は、ハロゲンランプなどの放電ランプであってもよい。
　ミラー２２は、出射光Ｌ１を反射する。出射光Ｌ１に対してミラー２２を適切な角度で配置することにより、出射光Ｌ１の進路を所望の方向に曲げることができる。本実施の形態では、ミラー２２は、出射光Ｌ１を反射して、第１偏光子３０に入射させる。なお、エアロゾル計測装置１は、ミラー２２を備えなくてもよい。
　本実施の形態では、光源２０から出射され、かつ、第１偏光子３０を通過した出射光Ｌ１ａは、エタロン１０の第１面１２ａに対して垂直に入射する。あるいは、出射光Ｌ１ａは、エタロン１０の第１面１２ａに対して斜めに入射してもよい。
　第１偏光子３０は、光源２０とエタロン１０との間に配置されている。具体的には、第１偏光子３０は、出射光Ｌ１の光路上に配置されている。図１に示される例では、第１偏光子３０は、ミラー２２とエタロン１０との間に配置されている。第１偏光子３０は、光源２０とミラー２２との間に配置されていてもよい。
　第１偏光子３０は、出射光Ｌ１に含まれる第１偏光波を通過させる。第１偏光子３０は、第１偏光波以外の偏光成分の通過を抑制する。つまり、第１偏光子３０を通過した後の出射光Ｌ１ａは、実質的に第１偏光波のみを含んでいる。本実施の形態では、第１偏光子３０は、第１偏光波の一例であるｐ波を通過させる。
　集光部４０は、大気中に含まれる散乱体２が照射光Ｌ２を散乱させることで発生する散乱光Ｌ３を集光する。集光部４０の一例として、例えば、凸状の集光レンズ４０ａ、又は、少なくとも１つの反射鏡などがある。例えば、集光レンズ４０ａで集光された光は、コリメートレンズを含むレンズ群により、平行光に変換されて出射される。よって、集光レンズ４０ａによって集光された散乱光Ｌ３は、波長板５０に入射する。散乱光Ｌ３の信号強度が強い場合は、特に、集光部４０が配置されていなくてもよい。
　波長板５０は、エタロン１０と散乱体２との間において、散乱光Ｌ３の光路上に配置されている。本実施の形態では、波長板５０は、集光レンズ４０ａとエタロン１０との間に配置されている。波長板５０は、入射する光に含まれる第１偏光波を第２偏光波に変換する。
　具体的には、波長板５０は、１／２波長板である。波長板５０は、第１偏光波の偏光方位を９０°回転させることにより、第２偏光波に変換する。すなわち、第１偏光波の偏光方位と第２偏光波の偏光方位とは直交している。本実施の形態では、第１偏光波がｐ波であり、第２偏光波がｓ波である。なお、第１偏光波がｓ波であり、第２偏光波がｐ波であってもよい。
　波長板５０を通過した散乱光Ｌ４は、散乱光Ｌ３の偏光方位が９０°回転した光である。散乱光Ｌ３がｐ波を主に含む場合、散乱光Ｌ４はｓ波を主に含む。散乱光Ｌ４が含むｓ波の強度は、散乱光Ｌ３が含むｐ波の強度とほぼ同じである。
　散乱光Ｌ４は、エタロン１０に入射する。本実施の形態では、散乱光Ｌ４は、エタロン１０の第２面１３ａに対して正面から、すなわち、入射角が０°で入射する。
　集光レンズ４５は、波長板５０を通過した散乱光Ｌ４のうち、エタロン１０を通過したミー散乱光Ｌ５を集光する。集光レンズ４５は、例えば凸レンズである。集光レンズ４５は、受光器７０の受光面にミー散乱光Ｌ５を集光する。受光器７０の受光面の光入射側には、第２偏光子６０が配置されている。集光レンズ４５によって集光されたミー散乱光Ｌ５は、第２偏光子６０を介して受光器７０に入射する。
　第２偏光子６０は、エタロン１０と受光器７０との間に配置されている。具体的には、第２偏光子６０は、ミー散乱光Ｌ５の光路上に配置されている。図１に示される例では、第２偏光子６０は、集光レンズ４５と受光器７０との間に配置されている。第２偏光子６０は、エタロン１０よりも受光器７０に近い位置に配置されている。例えば、第２偏光子６０は、受光器７０の受光面を接触して覆っていてもよい。
　第２偏光子６０は、ミー散乱光Ｌ５のうち、第２偏光波を通過させる。第２偏光子６０は、第２偏光波以外の偏光成分の通過を抑制する。具体的には、第２偏光子６０は、第１偏光波の通過を抑制する。第２偏光子６０を通過した後のミー散乱光Ｌ５ａは、実質的に第２偏光波のみを含んでいる。本実施の形態では、第２偏光子６０は、ｓ波を通過させ、ｐ波の通過を抑制する。
　受光器７０は、第２偏光子６０を通過したミー散乱光Ｌ５ａを受光し、受光強度に応じた信号を出力する。受光強度は、ミー散乱光Ｌ５ａの強度であり、例えば、受光器７０が出力する信号の信号レベルで表される。
　受光器７０は、光電変換を行う素子であり、例えば、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　Ｔｕｂｅ）である。あるいは、受光器７０は、ＰＭＴとフォトンカウンタとを有してもよい。また、受光器７０は、アバランシェフォトダイオードであってもよい。
　分析部８０は、受光器７０から出力された信号を分析することで、散乱体２に含まれるエアロゾルを分析する。例えば、分析部８０は、信号の信号レベルに基づいてエアロゾルの有無及び濃度を決定する。具体的には、分析部８０は、信号レベルとエアロゾルの濃度とを対応付けた対応情報を参照することで、信号レベルに対応するエアロゾルの濃度を決定する。対応情報は、例えば、分析部８０が備えるメモリ（図示せず）に予め記憶されている。
　また、分析部８０は、照射光Ｌ２が照射されてから、ミー散乱光Ｌ５ａを受光するまでに要する時間に基づいて、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式によってエアロゾルまでの距離を算出する。分析部８０は、算出した距離と照射光Ｌ２を照射した方向とに基づいて、対象空間内のエアロゾルの位置を特定する。照射光Ｌ２の照射方向を変更しながらエアロゾルの位置の特定を繰り返すことで、分析部８０は、対象空間内でのエアロゾルの分布を作成する。
　分析部８０は、複数の回路部品を含む１つ又は複数の電子回路で構成されている。１つ又は複数の電子回路はそれぞれ、汎用的な回路でもよく、専用の回路でもよい。つまり、分析部８０が実行する機能は、電子回路などのハードウェアで実現される。あるいは、分析部８０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で実現されてもよい。分析部８０が実行する機能は、プロセッサで実行されるソフトウェアで実現されてもよい。
　エアロゾル計測装置１が備える各構成要素は、例えば、図示しない筐体の内部に収容されている。筐体は、エアロゾル計測装置１の外郭筐体であり、遮光性を有する。筐体には、照射光Ｌ２及び散乱光Ｌ３を通過させるための開口が設けられている。開口は、照射光Ｌ２と散乱光Ｌ３との各々に対応させて１つずつ設けられていてもよい。集光レンズ４０ａは、当該開口に設けられていてもよい。
　［２．動作］
　次に、エアロゾル計測装置１の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１の動作を示すフローチャートである。
　図２に示されるように、まず、光源２０が出射光Ｌ１を出射する（Ｓ１０）。出射光Ｌ１は、ミラー２２に反射されて進行方向が曲げられて、第１偏光子３０を通過する。第１偏光子３０は、出射光Ｌ１に含まれる第１偏光波を通過させ、第１偏光波以外の偏光成分を除去する（Ｓ１２）。
　第１偏光子３０を通過した後の出射光Ｌ１ａは、エタロン１０の第１面１２ａに入射する。出射光Ｌ１ａは、エタロン１０を通過することによって、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光であるマルチ光に変換される。つまり、エタロン１０は、入射する光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を照射光Ｌ２として出射する（Ｓ１４）。照射光Ｌ２は、大気中の散乱体２に向けて照射されて散乱体２によって散乱される。なお、照射光Ｌ２の偏光方位は、出射光Ｌ１ａの偏光方位と同じである。
　次に、集光レンズ４０ａは、散乱体２から発生する散乱光Ｌ３を集光する（Ｓ１６）。集光レンズ４０ａによって集光された散乱光Ｌ３は、波長板５０を通過する。波長板５０は、散乱光Ｌ３の偏光方位を回転させることにより、散乱光Ｌ３に含まれる第１偏光波を第２偏光波に変換する（Ｓ１８）。波長板５０を通過した散乱光Ｌ４は、エタロン１０の第２面１３ａに対して正面から入射する。エタロン１０を通過することによって、ミー散乱光Ｌ５が抽出される。つまり、波長板５０を通過した散乱光Ｌ４をエタロン１０の内部で干渉させて、エタロン１０を通過させる（Ｓ２０）。言い換えると、エタロン１０は、散乱光Ｌ４のうち、レイリー散乱光を実質的に除去し、ミー散乱光Ｌ５のみを通過させる。エタロン１０を通過したミー散乱光Ｌ５は、第２偏光子６０に入射する。第２偏光子６０は、ミー散乱光Ｌ５に含まれる第２偏光波を通過させ、第２偏光波以外の偏光成分を除去する（Ｓ２２）。
　次に、受光器７０は、第２偏光子６０を通過した後のミー散乱光Ｌ５ａを受光し、受光強度に応じた信号を出力する（Ｓ２４）。
　分析部８０は、受光器７０から出力された信号を分析することで、散乱体２に含まれるエアロゾルを分析する（Ｓ２６）。
　エアロゾル計測装置１は、以上のステップＳ１０からステップＳ２６までの処理を、照射光Ｌ２の照射方向を変えながら繰り返し行う。例えば、対象空間内の所定の方向に向かって照射光Ｌ２を出射し、散乱光Ｌ３が取得できた場合に、散乱光Ｌ３の発生源となった散乱体２に含まれるエアロゾルの位置及び濃度を特定する。これにより、エアロゾル計測装置１は、例えば、対象空間内のエアロゾルの位置及び濃度を示す分布図を生成することができる。なお、エアロゾル計測装置１は、エアロゾルの位置のみを示す分布図を生成してもよい。
　［３．エタロンの機能］
　続いて、エタロン１０の具体的な機能について説明する。
　上述したように、エタロン１０は、光源２０から出射され、かつ、第１偏光子３０を通過したレーザ光である出射光Ｌ１ａを内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光からなるマルチレーザ光である照射光Ｌ２として出射する。なお、エタロン１０は、通過する光の偏光成分の除去及び変換を実質的に行わない。すなわち、エタロン１０を通過する前の光の偏光成分と、エタロン１０を通過した後の光の偏光成分とは同じである。以下ではまず、マルチレーザ光について図３を用いて説明する。
　図３は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１が出射するマルチレーザ光のスペクトルの一例を示す図である。図３の部分（ａ）及び（ｂ）の各々において横軸は周波数を表し、縦軸は信号強度を表している。
　図３の部分（ａ）は、エタロン１０を通過した後のマルチレーザ光である照射光Ｌ２の周波数スペクトルを示している。周波数スペクトルに含まれる複数のピークの周波数がそれぞれ、照射光Ｌ２に含まれる複数の発振周波数に対応している。複数本のピークの周波数間隔ＬＷ２が互いに等しく、例えば３ＧＨｚである。ここでは、複数本のピークの信号強度が互いに等しい例を示しているが、互いに異なっていてもよい。照射光Ｌ２の中心波長λは、例えば４０５ｎｍである。
　図３の部分（ｂ）は、図３の部分（ａ）の拡大図であり、スペクトルの１つのピーク、すなわち、照射光Ｌ２に含まれる１つの発振周波数に対応する光のみを拡大して示している。当該ピークの半値全幅ＬＷ１は、例えば３６０ＭＨｚである。半値全幅ＬＷ１は、周波数間隔ＬＷ２の１／２０以上１／５以下であるが、１／１０以上１／８以下であってもよい。
　本実施の形態では、出射光Ｌ１ａがエタロン１０を通過することで、エタロン１０内で干渉されて、照射光Ｌ２として出射される。エタロン１０は、入射する光と、エタロン１０内で反射を繰り返す光との干渉を利用する。入射する光の位相と、エタロン１０内の反射を繰り返す光の位相とが一致した場合、光を強め合う干渉が起こり、エタロン１０内で光が増強されて透過する。エタロン１０の多層膜１２及び１３は、光を透過したり、反射したりすることができる。多層膜１２及び１３の各々の透過率は、例えば７５％であるが、これに限らない。
　ここで、図４及び図５はそれぞれ、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１のエタロン１０を通過する光を説明するための図である。具体的には、図４は、第０の透過光及び第１の透過光を模式的に表している。図５は、第０の透過光及び第２の透過光を模式的に表している。
　エタロン１０は、入射する光の一部をそのまま透過させる。図４及び図５に示されるように、エタロン１０の多層膜１２及び１３で反射されずにそのまま透過する光が第０の透過光である。
　第１の透過光は、図４に示されるように、入射した光が多層膜１３で１回反射された後、多層膜１２で１回反射された光である。第０の透過光と第１の透過光との位相が一致することによって干渉が起こり、第１の干渉フリンジに対応する光が出射される。干渉フリンジについては、図７及び図８を用いて後で説明する。
　第２の透過光は、図５に示されるように、入射した光が多層膜１３及び多層膜１２でそれぞれ２回ずつ反射された光である。第０の透過光と第２の透過光との位相が一致することによって干渉が起こり、第２の干渉フリンジに対応する光が出射される。
　入射する光の位相と、反射を繰り返す光の位相とが一致しない場合、光入射側に反射され、エタロン１０を通過する光が弱くなる。この結果、透過光は、周期的なスペクトルを有する。つまり、エタロン１０は、出射光Ｌ１ａが入射した場合に、等しい周波数間隔ＬＷ２で離れた複数の発振周波数を有する照射光Ｌ２を出射することができる。
　周波数間隔ＬＷ２を実現するためのエタロン１０の長さΔｘは、以下の式（１）に基づいて定められる。なお、エタロン１０の長さΔｘは、図４及び図５に示されるように、多層膜１２と多層膜１３との距離、すなわち、透光部１１の厚さである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、ｎ０は、真空中の屈折率であり、例えば１．０である。ｎは、エタロン１０の透光部１１の屈折率であり、石英の場合１．４７である。ｃは、光速であり、３×１０８ｍ／ｓである。ＬＷ２＝３ＧＨｚである場合、上記式（１）より、エタロン１０の長さΔｘが３４ｍｍになる。また、エタロン１０の長さΔｘは、製造上、８０ｍｍ程度が限界である。このため、ＬＷ２の下限値は、１．３ＧＨｚ程度になる。
　エタロン１０によって、ファブリペロー干渉を起こす場合の光路差ｄｘは、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　例えば、Δｘ＝３４ｍｍの場合、光路差ｄｘは１００ｍｍになる。
　次に、図３に示される照射光Ｌ２を散乱体２が散乱させることで発生する散乱光Ｌ３について、図６を用いて説明する。
　図６は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１が出射したマルチレーザ光を散乱させることで発生する散乱光Ｌ３の周波数スペクトルの一例を示す図である。図６の部分（ａ）及び（ｂ）の各々において、横軸は周波数を表し、縦軸は信号強度を表している。
　図６の部分（ａ）は、散乱光Ｌ３の周波数スペクトルを示している。散乱光Ｌ３は、照射光Ｌ２と同様に、等しい周波数間隔ＭＷ２で離れた複数の発振周波数を有する光からなる。周波数スペクトルに含まれる複数のピークがそれぞれ、照射光Ｌ２に含まれる複数本のピークに対応している。散乱光Ｌ３の周波数間隔ＭＷ２は、照射光Ｌ２の周波数間隔ＬＷ２に等しい。ここでは、複数本のピークの信号強度が互いに等しい例を示しているが、互いに異なっていてもよい。
　図６の部分（ｂ）は、図６の部分（ａ）の拡大図であり、スペクトルの１つのピーク、すなわち、散乱光Ｌ３に含まれる１つの光のみを拡大して示している。
　上述したように、散乱光Ｌ３は、ミー散乱光とレイリー散乱光とを含んでいる。ミー散乱光のスペクトルは、散乱前の照射光Ｌ２のスペクトルと実質的に同じである。一方で、レイリー散乱光は、大気を構成する分子の熱運動によって周波数幅が広がる。また、レイリー散乱光の強度は、通常、ミー散乱光の強度よりも低い。
　このため、図６の部分（ｂ）に示されるように、散乱光Ｌ３のスペクトルは、図３に示される照射光Ｌ２のスペクトルと比較して、ピークの裾野が広がった形状を有する。中心の高いピークがミー散乱光に相当し、裾野部分がレイリー散乱光に相当する。なお、図６の部分（ｂ）では、大気を構成する分子によるレイリー散乱光の信号強度と、エアロゾルによるミー散乱光の信号強度とを３：１としている。なお、ここでの信号強度は、ピークの面積で表される。また、ミー散乱光を表すピークの半値全幅ＭＷ１は、照射光Ｌ２の半値全幅ＬＷ１に等しい。
　レイリー散乱光を表す裾野部分の半値全幅ＲＷは、一般的な実測によれば、３．４ＧＨｚから３．９ＧＨｚ程度であることが知られている。一例として、レイリー散乱光の半値全幅ＲＷは、３．６ＧＨｚ（Δλ＝１．９ｐｍ）とすることができる。
　なお、Δλは、以下の式（３）に基づいて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）において、Δｆ＝ＲＷである。ｃは、光速であり、３×１０８ｍ／ｓである。λは、中心波長であり、ここでは４０５ｎｍである。
　波長板５０を通過した後の散乱光Ｌ４の周波数スペクトルは、散乱光Ｌ３の周波数スペクトルと同じになる。本実施の形態では、エタロン１０に散乱光Ｌ４を通過させることによって、３ＧＨｚの周波数間隔で現れる複数本のピークを有する光、すなわち、ミー散乱光を透過させ、他の周波数成分の光、すなわち、レイリー散乱光を除去することができる。
　図７は、エアロゾルによるミー散乱光と大気を構成する分子によるレイリー散乱光とを含む散乱光を、マイケルソン干渉計で干渉させた場合のインターフェログラムの計算結果を表す図である。図７において、横軸は干渉を起こす光路差ｄｘを表し、縦軸は干渉光の強度を表している。図８は、図７の破線で囲まれた領域ＶＩＩＩを拡大した図である。
　図７及び図８に示されるように、光路差ｄｘがΔｘの整数倍になる度に、干渉フリンジが現れる。ｄｘ＝０の干渉フリンジを第０の干渉フリンジと定義し、ｄｘ＝ｎ×Δｘの干渉フリンジを第ｎの干渉フリンジと定義する。ｎは自然数である。図８は、第０の干渉フリンジ、第１の干渉フリンジ、第２の干渉フリンジを表している。第１の干渉フリンジは、図４に示される第０の透過光と第１の透過光との干渉によって生じる光である。第２の干渉フリンジは、図５に示される第０の透過光と第２の透過光との干渉によって生じる光である。
　受光器７０では、第０の干渉フリンジから第ｎの干渉フリンジまでを合わせた干渉光がミー散乱光Ｌ５ａとして受光される。本実施の形態では、エタロン１０の長さΔｘを調整することにより、大気散乱に起因するレイリー散乱光に基づく干渉フリンジを除去することができる。レイリー散乱光を除去するのに適した長さΔｘの決定方法について説明する。
　図９は、エアロゾルによる散乱がなく、大気散乱だけを考慮した場合のマイケルソン干渉計による干渉フリンジの周波数間隔の依存性を説明するための図である。図９の部分（ａ）から（ｌ）ではそれぞれ、横軸がｄｘを表し、縦軸が信号強度を表している。図９の部分（ａ）から（ｌ）はそれぞれ、照射光Ｌ２の周波数間隔ＬＷ２が２．４ＧＨｚ、３．０ＧＨｚ、３．６ＧＨｚ、３．７ＧＨｚ、３．８ＧＨｚ、３．９ＧＨｚ、４ＧＨｚ、５ＧＨｚ、６ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１５ＧＨｚ、３０ＧＨｚの場合のインターフェログラムの計算結果を表している。
　図９に示されるように、周波数間隔ＬＷ２が大きくなるにつれて、出現する干渉フリンジの個数が増加し、かつ、出現する干渉フリンジの信号強度が大きくなっている。例えば、周波数間隔ＬＷ２が２．４ＧＨｚの場合は、実質的に第０の干渉フリンジのみが出現しており、第１以上の干渉フリンジが出現していない。周波数間隔ＬＷ２が３．０ＧＨｚから４ＧＨｚの範囲では、第０の干渉フリンジと第１の干渉フリンジとが出現しており、第２以上の干渉フリンジが出現していない。周波数間隔ＬＷ２が５ＧＨｚの場合には、第０の干渉フリンジ及び第１の干渉フリンジに加えて、第２の干渉フリンジが出現している。図９では、第１の干渉フリンジ以上が現れている範囲を破線の枠で表している。
　大気散乱だけを考慮に入れた場合に第２以上の干渉フリンジが現れているということは、レイリー散乱光のみによる干渉が起きていることを意味する。すなわち、エタロン１０にレイリー散乱光を入射させた場合に、レイリー散乱光が透過することを意味する。したがって、周波数間隔ＬＷ２は３．９ＧＨｚ以下であれば、第１の干渉フリンジが小さくなるので、レイリー散乱光の透過が抑制される。
　すなわち、周波数間隔ＬＷ２が３．９ＧＨｚの場合の第１の干渉フリンジの大きさは、周波数間隔ＬＷ２の第１の干渉フリンジの大きさの５０％以下になっている。このため、第１の干渉フリンジが小さくなっているので、レイリー散乱光がエタロン１０を透過するのを抑制することができる。
　以上のことから、周波数間隔ＬＷ２は３．９ＧＨｚ以下であることで、散乱光Ｌ４からレイリー散乱光を効率良く除去することができる。周波数間隔ＬＷ２が３．９ＧＨｚである場合、式（１）により、石英で作られたエタロン１０の長さΔｘは、約２６ｍｍとなる。つまり、長さΔｘが２６ｍｍ以上のエタロン１０を用いることで、レイリー散乱光を効率良く除去することができ、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　［４．迷光の抑制］
　以上のように、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１では、エタロン１０を用いた光の干渉を利用することで、散乱光に含まれるレイリー散乱光を除去することができ、エアロゾルに起因するミー散乱光を取得することができる。このため、複雑な信号処理を必要とせずに、受光器７０によるミー散乱光の受光強度に基づいてエアロゾルを簡単に計測することができる。
　また、本実施の形態では、エタロン１０、光源２０及び受光器７０をできるだけ近くに配置することにより、エアロゾル計測装置１の小型化を実現することができる。一方で、図１０に示されるように、光源２０が出射する出射光Ｌ１がエタロン１０に入射する際、出射光Ｌ１の一部は、入射面である第１面１２ａで反射される。このため、第１面１２ａで反射された反射光Ｌ１ｒは、迷光として受光器７０で受光される恐れがある。反射光Ｌ１ｒは、ミー散乱光Ｌ５に比べて強度が大きい。このため、反射光Ｌ１ｒが受光器７０で受光された場合には、エアロゾルの検出に必要なミー散乱光Ｌ５の受光強度を検出できなくなる。
　これに対して、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１では、光源２０とエタロン１０との間に第１偏光子３０が配置され、かつ、受光器７０の光入射側に第２偏光子６０が配置されている。反射光Ｌ１ｒは、第１偏光子３０を通過した出射光Ｌ１ａの一部である。すなわち、反射光Ｌ１ｒの主な偏光成分は、第１偏光波である。受光器７０の光入射側に配置された第２偏光子６０が第１偏光波の透過を抑制するので、反射光Ｌ１ｒが受光器７０に入射するのを抑制することができる。
　なお、散乱光Ｌ３は波長板５０を通過するので、ミー散乱光Ｌ５の主な偏光成分は第２偏光波に変換されている。このため、ミー散乱光Ｌ５に含まれる第２偏光波は、第２偏光子６０を通過し、受光器７０によって受光される。なお、図１０では、第１偏光波を主に含む光を太実線で表し、第２偏光波を含む光を太破線で表している。
　また、第１偏光子３０、波長板５０及び第２偏光子６０が設けられていない場合、強度が強い出射光Ｌ１と強度が弱い散乱光Ｌ３とがエタロン１０内で干渉する恐れがある。出射光Ｌ１と散乱光Ｌ３との干渉が起きた場合、エタロン１０を通過するミー散乱光Ｌ５の強度が変化し、エアロゾルを精度良く検出できなくなるという問題がある。
　これに対して、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１では、エタロン１０の内部において、第１偏光波を主に含む出射光Ｌ１ａと、第２偏光波を主に含む散乱光Ｌ４とが通過する。第１偏光波と第２偏光波とでは干渉がほとんど起きないため、ミー散乱光Ｌ５ａの強度の変化が抑制され、エアロゾルを精度良く検出することができる。
　以上のように、迷光を抑制しながら、ミー散乱光Ｌ５ａを受光器７０によって適切な強度で受光することができるので、Ｓ／Ｎ比が向上し、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　（実施の形態２）
　続いて、実施の形態２について説明する。
　実施の形態１に係るエアロゾル計測装置１は、単一のエタロン１０を備える。これに対して、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置は、複数のエタロンを備える。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図１１は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１０１の構成を示す図である。図１１に示されるように、エアロゾル計測装置１０１は、エタロン１０の代わりに２つのエタロン１１０及び１１５を備える。
　エタロン１１０及び１１５はそれぞれ、互いに同じ光学特性を有する第１のエタロン及び第２のエタロンの一例である。例えば、エタロン１１０及び１１５はそれぞれ、実施の形態１に係るエタロン１０と同じ光学特性を有し、入射する光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を出射する。つまり、エタロン１１０及び１１５の各々に同じ光を入射した場合、エタロン１１０から出射される光の周波数間隔と、エタロン１１５から出射される光の周波数間隔とは同じである。
　エタロン１１０は、出射光Ｌ１の光路上に配置されている。具体的には、エタロン１１０は、第１偏光子３０と散乱体２との間に配置されている。エタロン１１０には、光源２０が出射した出射光Ｌ１のうち、第１偏光子３０を通過した第１偏光波を主に含む出射光Ｌ１ａが入射する。エタロン１１０は、入射した出射光Ｌ１ａを内部で干渉させて、互いに異なる周波数間隔で複数の発振周波数を有する照射光Ｌ２を散乱体２に向けて照射する。
　エタロン１１０は、実施の形態１に係るエタロン１０と同様に、透光部１１１と、多層膜１１２及び１１３とを有する。透光部１１１と、多層膜１１２及び１１３はそれぞれ、エタロン１０の透光部１１と、多層膜１２及び１３と同じである。
　エタロン１１５は、散乱光Ｌ３又は散乱光Ｌ４の光路上に配置されている。具体的には、エタロン１１５は、波長板５０と第２偏光子６０との間に配置されている。エタロン１１５には、散乱体２から発せられる散乱光Ｌ３が波長板５０を通過することで、波長板５０から出射される散乱光Ｌ４が入射する。エタロン１１５は、入射した散乱光Ｌ４を内部で干渉させることにより、散乱光Ｌ４からレイリー散乱光を除去し、ミー散乱光Ｌ５を通過させる。
　エタロン１１５は、実施の形態１に係るエタロン１０と同様に、透光部１１６と、多層膜１１７及び１１８とを有する。透光部１１６と、多層膜１１７及び１１８はそれぞれ、エタロン１０の透光部１１と、多層膜１２及び１３と同じである。
　以上のように、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１０１では、２つのエタロン１１０及び１１５を備えるので、出射光Ｌ１ａの光路と散乱光Ｌ４の光路とを容易に分離することができる。つまり、出射光Ｌ１ａ側と散乱光Ｌ４側とで異なるエタロンを通過するので、出射光Ｌ１ａと散乱光Ｌ４とがエタロン内で干渉するのを抑制することができる。これにより、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　（実施の形態３）
　続いて、実施の形態３について説明する。
　実施の形態１及び２に係るエアロゾル計測装置１及び１０１では、散乱光Ｌ３が波長板５０に入射する。これに対して、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置は、照射光Ｌ２が波長板５０に入射する。以下では、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図１２は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２０１の構成を示す図である。図１２に示されるように、エアロゾル計測装置２０１は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置１０１と比較して、波長板５０の配置が相違している。
　具体的には、波長板５０は、エタロン１１０から出射される照射光Ｌ２の光路上に配置されている。つまり、波長板５０には、照射光Ｌ２が入射し、照射光Ｌ２の偏光方位が変換される。具体的には、波長板５０は、照射光Ｌ２の偏光方位を９０°回転させる。照射光Ｌ２は、第１偏光波と同じ偏光方位を有するので、波長板５０から出射される照射光Ｌ２ａは、第２偏光波になる。第１偏光波がｐ波である場合、波長板５０から出射される照射光Ｌ２ａはｓ波になる。
　照射光Ｌ２ａが散乱体２によって散乱されることにより発生する散乱光Ｌ３は、照射光Ｌ２ａと同じ偏光方位を主に含む。つまり、散乱光Ｌ３は、実施の形態１及び２に係る散乱光Ｌ４と同等である。散乱光Ｌ３は、波長板５０を通過することなく、エタロン１１５に入射される。本実施の形態に係る散乱光Ｌ３が実施の形態１及び２に係る散乱光Ｌ４と同等であるので、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２０１は、実施の形態１及び２に係るエアロゾル計測装置１及び１０１と同様に、迷光の影響を抑えながら、エアロゾルを精度良く計測することができる。
　以上のように、波長板５０が照射光Ｌ２の光路上に配置され、散乱光Ｌ３の光路上には配置されていない場合であっても、実施の形態１及び２と同様に、エアロゾルの計測精度を高めることができる。
　なお、エアロゾル計測装置２０１は、実施の形態１と同様に、１つのみのエタロン１０を備えてもよい。図１３は、本実施の形態の変形例に係るエアロゾル計測装置２０２の構成を示す図である。
　図１３に示されるように、エアロゾル計測装置２０２は、実施の形態３に係るエアロゾル計測装置２０１と比較して、２つのエタロン１１０及び１１５の代わりに、エタロン１０を備える。エタロン１０は、実施の形態１と同じである。
　エアロゾル計測装置２０２では、波長板５０は、散乱体２とエタロン１０との間に配置されている。つまり、実施の形態３と同様に、波長板５０には、エタロン１０から出射される照射光Ｌ２が入射し、その偏光方位を９０°回転させる。照射光Ｌ２は、第１偏光波と同じ偏光方位を有するので、波長板５０から出射される照射光Ｌ２ａは、第２偏光波になる。
　以降、実施の形態３と同様に、照射光Ｌ２ａが散乱体２によって散乱されることにより発生する散乱光Ｌ３が、エタロン１０及び第２偏光子６０を順に通過して受光器７０に受光される。したがって、エアロゾル計測装置２０２は、実施の形態１から３に係るエアロゾル計測装置１、１０１及び２０１と同様に、迷光の影響を抑えながら、エアロゾルを精度良く計測することができる。
　（実施の形態４）
　続いて、実施の形態４について説明する。
　本実施の形態に係るエアロゾル計測装置は、散乱光Ｌ３又はＬ４の光路上に配置された第３偏光子を備える。以下では、実施の形態１から３との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図１４は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置３０１の構成を示す図である。図１４に示されるように、エアロゾル計測装置３０１は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置１０１と比較して、新たに第３偏光子９０を備える点が相違している。
　第３偏光子９０は、散乱体２とエタロン１１５との間に配置されている。具体的には、第３偏光子９０は、集光部４０と波長板５０との間に配置されている。第３偏光子９０は、第１偏光波を通過させ、第１偏光波以外の偏光成分の通過を抑制する。つまり、第３偏光子９０は、第１偏光子３０と同じ光学特性を有する偏光子である。
　散乱体２が発生させる散乱光Ｌ３は、照射光Ｌ２を散乱体２が散乱させることにより生じる光である。このとき、散乱体２の形状によって、散乱の際に偏光が一部解消される場合がある。
　具体的には、散乱体２に含まれるエアロゾルの形状が球形である場合には、照射光Ｌ２と散乱光Ｌ３とでその偏光方位は同じである。すなわち、照射光Ｌ２がｐ波である場合には、散乱光Ｌ３もｐ波になる。一方で、散乱体２に含まれるエアロゾルの形状が非球形である場合、照射光Ｌ２の偏光が部分的に解消されて、異なる偏光方位の光が散乱光Ｌ３に含まれる。具体的には、照射光Ｌ２がｐ波である場合に、散乱光Ｌ３には、ｐ波だけでなく、ｓ波、又は、ｐ波及びｓ波のいずれでもない偏光成分も含まれる。
　第３偏光子９０は、散乱光Ｌ３のうち、照射光Ｌ２と同じ偏光成分を通過させ、照射光Ｌ２とは異なる偏光成分の通過を抑制する。照射光Ｌ２がｐ波である場合には、第３偏光子９０を通過した散乱光Ｌ３ａは、ｐ波以外の偏光成分が除去され、ｐ波のみを含んでいる。
　図１４に示されるように、散乱光Ｌ３ａは、波長板５０を通過した後、エタロン１１５に入射する。散乱光Ｌ３ａには実質的にはｐ波のみが含まれるので、波長板５０を通過した散乱光Ｌ４はｓ波のみが含まれる。エタロン１１５には、実質的にｓ波のみを含む散乱光Ｌ４が入射するので、エアロゾルの計測精度を更に高めることができる。
　なお、波長板５０と第３偏光子９０との位置関係は、逆であってもよい。図１５は、本実施の形態の変形例１に係るエアロゾル計測装置３０２の構成を示す図である。図１５に示されるように、エアロゾル計測装置３０２は、エアロゾル計測装置３０１と比較して、第３偏光子９０の代わりに第３偏光子９１を備える。
　第３偏光子９１は、散乱体２とエタロン１１５との間に配置されている。具体的には、第３偏光子９１は、波長板５０とエタロン１１５との間に配置されている。第３偏光子９１は、第２偏光波を通過させ、第２偏光波以外の偏光成分の通過を抑制する。つまり、第３偏光子９１は、第２偏光子６０と同じ光学特性を有する偏光子である。
　上述したように、散乱体２に含まれるエアロゾルの形状が非球形である場合、照射光Ｌ２の偏光が部分的に解消されて、異なる偏光方位の光が散乱光Ｌ３に含まれる。このため、散乱光Ｌ３が波長板５０を通過した場合、波長板５０を通過した散乱光Ｌ４には、照射光Ｌ２と同じ偏光成分（すなわち、第１偏光波）を波長板５０で変換した偏光成分（すなわち、第２偏光波）以外の偏光成分が含まれる。具体的には、照射光Ｌ２がｐ波である場合に、散乱光Ｌ４には、ｓ波だけでなく、ｐ波、又は、ｐ波及びｓ波のいずれでもない偏光成分も含まれる。
　第３偏光子９１は、散乱光Ｌ４のうち、照射光Ｌ２と同じ偏光成分を波長板５０で変換した偏光成分を通過させ、当該偏光成分の通過を抑制する。照射光Ｌ２がｐ波である場合には、第３偏光子９１を通過した散乱光Ｌ４ａは、ｓ波以外の偏光成分が除去され、ｓ波のみを含んでいる。
　図１５に示されるように、第３偏光子９１を通過した散乱光Ｌ４ａは、エタロン１１５に入射する。エタロン１１５には、実質的にｓ波のみを含む散乱光Ｌ４が入射するので、エアロゾルの計測精度を更に高めることができる。
　なお、図１５に示される例において、波長板５０は、実施の形態３と同様に、エタロン１１０と散乱体２との間に配置されていてもよい。すなわち、波長板５０には、照射光Ｌ２が入射してもよい。
　また、エアロゾル計測装置３０１又は３０２は、実施の形態１と同様に、１つのみのエタロン１０を備えてもよい。図１６及び図１７はそれぞれ、本実施の形態の変形例２及び３に係るエアロゾル計測装置３０３及び３０４の構成を示す図である。
　図１６及び図１７に示されるように、エアロゾル計測装置３０３及び３０４はそれぞれ、実施の形態４及びその変形例に係るエアロゾル計測装置３０１及び３０２と比較して、２つのエタロン１１０及び１１５の代わりに、エタロン１０を備える。エタロン１０は、実施の形態１と同じである。
　図１６に示されるように、エアロゾル計測装置３０３では、散乱体２とエタロン１０との間に第３偏光子９０が配置されている。具体的には、第３偏光子９０は、集光部４０と波長板５０との間に配置されている。この場合、実施の形態４と同様に、散乱光Ｌ３は、集光部４０、第３偏光子９０、波長板５０の順に通過して、エタロン１０に入射する。第３偏光子９０を通過した散乱光Ｌ３ａは、実質的にｐ波のみが含まれるので、波長板５０を通過した後の散乱光Ｌ４は、実質的にｓ波のみが含まれる。つまり、エタロン１０には、実質的にｓ波のみを含む散乱光Ｌ４が入射するので、エアロゾルの計測精度を更に高めることができる。
　また、図１７に示されるように、エアロゾル計測装置３０４では、波長板５０とエタロン１０との間に、第３偏光子９１が配置されている。この場合も、実施の形態４の変形例と同様に、第３偏光子９１を通過した散乱光Ｌ４ａは、エタロン１０に入射する。エタロン１０には、実質的にｓ波のみを含む散乱光Ｌ４が入射するので、エアロゾルの計測精度を更に高めることができる。
　（他の実施の形態）
　以上、１つ又は複数の態様に係るエアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　例えば、上記の実施の形態では、波長板５０は１／２波長板でなくてもよい。例えば、波長板５０は、１／４波長板であってもよい。
　また、例えば、実施の形態２から４に係るエアロゾル計測装置１０１、２０１、３０１及び３０２はそれぞれ、２つのエタロン１１０及び１１５を備えるが、単一のエタロン１０を備えてもよい。
　また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。また、エアロゾル計測装置が備える構成要素の複数の装置への振り分けは、一例である。例えば、一の装置が備える構成要素を他の装置が備えてもよい。また、エアロゾル計測装置は、単一の装置として実現されてもよい。
　例えば、上記実施の形態において説明した処理は、単一の装置（システム）を用いて集中処理することによって実現してもよく、又は、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、又は分散処理を行ってもよい。
　また、上記実施の形態において、分析部などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、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、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）又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。
　また、分析部などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
　１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、又は、ＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）も同じ目的で使うことができる。
　また、本開示の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、エアロゾルを簡単に計測することができるエアロゾル計測装置などとして利用でき、例えば、屋内での有害な微粒子の計測及び屋外での気象観測などに利用することができる。
１、１０１、２０１、２０２、３０１、３０２、３０３、３０４　エアロゾル計測装置
２　散乱体
１０、１１０、１１５　エタロン
１０ａ　第１部分
１０ｂ　第２部分
１１、１１１、１１６　透光部
１２、１３、１１２、１１３、１１７、１１８　多層膜
１２ａ　第１面
１３ａ　第２面
２０　光源
２２　ミラー
３０　第１偏光子
４０　集光部
４０ａ、４５　集光レンズ
５０　波長板
６０　第２偏光子
７０　受光器
８０　分析部
９０、９１　第３偏光子
Ｌ１、Ｌ１ａ　出射光
Ｌ１ｒ　反射光
Ｌ２、Ｌ２ａ　照射光
Ｌ３、Ｌ３ａ、Ｌ４、Ｌ４ａ　散乱光
Ｌ５、Ｌ５ａ　ミー散乱光

Claims (19)

  1. 　大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、
    　光源と、
    　前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過するエタロンと、
    　前記光源と前記エタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、
    　前記エタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、
    　前記エタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、
    　を備えるエアロゾル計測装置。
  2. 　さらに、前記波長板と前記エタロンとの間に配置され、前記第２偏光波が通過する第３偏光子を備える、
    　請求項１に記載のエアロゾル計測装置。
  3. 　さらに、前記エアロゾルと前記エタロンとの間に配置され、前記散乱光を集光する集光部を備える、
    　請求項１又は２に記載のエアロゾル計測装置。
  4. 　前記エタロンは、前記出射光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を生成する、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  5. 　前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下である、
    　請求項４に記載のエアロゾル計測装置。
  6. 　大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、
    　光源と、
    　前記光源から出射された出射光が通過する第１のエタロンと、
    　前記エアロゾルで散乱された散乱光が通過する第２のエタロンと、
    　前記光源と前記第１のエタロンとの間に配置され、前記出射光に含まれる第１偏光波が通過する第１偏光子と、
    　前記第１のエタロンと前記エアロゾルとの間、又は前記第２のエタロンと前記エアロゾルとの間に配置され、前記第１偏光波を第２偏光波に変換する波長板と、
    　前記第２のエタロンを通過する前記散乱光に含まれる前記第２偏光波が通過する第２偏光子と、
    　を備えるエアロゾル計測装置。
  7. 　前記第１のエタロンは、前記出射光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を生成する、
    　請求項６に記載のエアロゾル計測装置。
  8. 　前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下である、
    　請求項７に記載のエアロゾル計測装置。
  9. 　さらに、前記第２偏光波が通過する第３偏光子を備え、
    　前記波長板は、前記エアロゾルと前記第２のエタロンとの間に配置され、
    　前記第３偏光子は、前記波長板と前記第２のエタロンとの間に配置される、
    　請求項６から８のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  10. 　前記第１のエタロンと前記第２のエタロンとは、互いに同じ光学特性を有する、
    　請求項６から９のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  11. 　さらに、前記エアロゾルと前記第２のエタロンとの間に配置され、前記散乱光を集光する集光部を備える、
    　請求項６から１０のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  12. 　前記第１偏光波と前記第２偏光波とは、直交している、
    　請求項１から１１のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  13. 　前記第２偏光子を通過した前記第２偏光波を受光し、受光強度に応じた信号を出力する受光器をさらに備える、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  14. 　前記波長板は、１／２波長板である、
    　請求項１から１３のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  15. 　大気中に含まれるエアロゾルを計測するためのエアロゾル計測装置であって、
    　光源と、
    　前記光源から出射された出射光、及び前記エアロゾルからの散乱光が通過するエタロンと、
    　前記散乱光の受光強度に応じた信号を出力する受光器と、
    　を備え、
    　前記エタロン内における前記出射光の偏光成分と、前記エタロン内における前記散乱光の偏光成分とが異なる、
    　エアロゾル計測装置。
  16. 　前記エタロンは、前記出射光を内部で干渉させて、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有する光を生成する、
    　請求項１５に記載のエアロゾル計測装置。
  17. 　前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下である、
    　請求項１６に記載のエアロゾル計測装置。
  18. 　前記散乱光はミー散乱光である、
    　請求項１から１７のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
  19. 　前記光源は、レーザ素子又は発光ダイオードである、
    　請求項１から１８のいずれか一項に記載のエアロゾル計測装置。
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