CN111521584A - 微粒检测传感器、灰尘传感器、空调设备 - Google Patents

Abstract

一种对流体中包含的微粒的浓度进行检测的微粒检测传感器，所述微粒检测传感器包括发光元件、SPAD阵列受光部及信号处理部，所述信号处理部基于点亮期间内的第一脉冲计数值及熄灭期间内的第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度。

Description

微粒检测传感器、灰尘传感器、空调设备

技术领域

本发明涉及对流体中包含的微粒的浓度进行检测的微粒检测传感器及使用该微粒检测传感器的灰尘传感器及空调设备。

背景技术

伴随科学技术的进步，空气污染逐渐成为问题。与之相伴，例如专利文献1中提出了一种灰尘传感器，其对煤尘等微粒、烟雾粒子、大气污染物质或室内灰尘等微粒的浓度进行检测，并检测空气的污染状况。需要说明的是，以下将上述气体中悬浮的煤尘等微粒、烟雾粒子、大气污染物质或室内灰尘等微粒将统称记为“灰尘”。

特别是，近年来，以PM2.5(粒径为2.5μm以下)为代表的微小粒子状物质被指出存在引起健康危害的危险性。因此，需要对于粒径为2.5μm以下的微粒的浓度也能够高精度检测的微粒检测传感器、灰尘传感器。

在此，微粒的浓度是作为气体或液体的流体中包含的微粒的质量浓度、个数浓度等。质量浓度表示单位体积的流体中包含的微粒的质量合计的量，其单位由[μg/m³]等表示。另外，个数浓度是表示单位体积的流体中包含的微粒的个数，其单位由[1/m³]等表示。需要说明的是，在本说明书处理的微粒以粒径约为0.1μm～几十μm范围的微粒为对象。

这样的微粒检测传感器、灰尘传感器例如搭载于自动运转的空气净化器、带有空气净化功能的空调等空调设备，通过上述传感器对空气污染进行检测，根据其污染程度进行空调设备的风量调节、工作控制。

图17示出现有的灰尘传感器500的电路构成的一例。如图17所示，灰尘传感器500包括向检测区域503投射光的发光元件501(例如LED等)和接受由于检测区域503中存在的灰尘粒子而散射的散射光504的受光元件505(例如光电二极管)。此外，灰尘传感器500包括：驱动发光元件501的驱动电路510；将受光元件505中的受光电流转换为电压信号的IV转换电路506；对该电压信号进行增幅的多级增幅电路508；用于去除低频噪声的由电阻和电容器构成的高通滤波器HPF507；以及对增幅电路的增幅率进行调节的可变电阻R509。

图18示出灰尘传感器500的工作波形的一例。图18的横轴表示时间变化。图18的(a)示出发光元件501的驱动信号波形(脉冲信号)，表示H电平时发光元件501点亮、L电平时发光元件501熄灭。图18的(b)示出输出信号波形，若发光元件501点亮，则来自灰尘粒子的散射光504射入受光元件505，因此输出信号获得与发光元件501点亮的时机同步的脉冲信号。

散射光504的强度(光量)依赖于灰尘粒子的浓度而增减，因此上述脉冲信号的振幅依赖于灰尘的浓度而增减。将该状态示出在图18的(b)中的(b1)、(b2)及(b3)中。例如，随着灰尘粒子变为高浓度而散射光的受光量增加，因此，脉冲信号的振幅也随着浓度变高而上升。由此能够通过对上述脉冲信号的峰值电压值进行计测来检测灰尘粒子浓度。

但是，在图18的(b)所示的输出信号中，除了由散射光504产生的脉冲信号以外，还叠加有受光元件505、增幅电路508产生的散粒噪声、热噪音等噪声成分、基于外部干扰光噪声、电磁噪声等的噪声成分。因此，上述脉冲信号的峰值电压的计测值中包含以上噪声成分。

图19示出上述脉冲信号的峰值电压的计测值相对于灰尘浓度的依存性。所计测的峰值电压值依赖于灰尘浓度而变化，因此能够根据峰值电压的计测值检测灰尘浓度。在此，灰尘粒子浓度为零(无灰尘)的情况下的计测值由上述噪声成分决定。

若灰尘浓度降低，则来自灰尘粒子的散射光量降低，因此基于散射光504的信号成分(峰值电压)减小，作为结果，该散射光成分也埋没在噪声成分中。因此，随着灰尘粒子的浓度变为低浓度，出现灰尘浓度的计测精度下降、低浓度区域中无法计测的浓度范围。另外，例如，在由于周围温度变化等传感器的工作条件变化而噪声成分变化的情况下，也会影响灰尘浓度的计测精度。

此外，通常，已知来自微粒的散射光强度与粒径的六次方成比例，灰尘粒子的粒径越小则灰尘传感器500计测的峰值电压计测值越低，与图19中的低浓度时的计测同样地，散射光成分的峰值电压值被埋没在噪声成分中，因此，灰尘粒子的粒径越小则灰尘浓度的计测精度越低。

另一方面，以往在光通信、测距传感器等领域中，作为用于检测微弱光的受光元件，使用应用光电二极管的雪崩增幅(avalanche)效应的雪崩光电二极管(APD)。雪崩光电二极管在施加低于击穿电压(break减少voltaga)的逆偏置电压时以线性模式工作，输出电流以相对于受光量具有正相关的方式变化。雪崩光电二极管在施加击穿电压以上的逆偏置电压时以盖革模式工作。盖革模式的雪崩光电二极管由于即使是单个光子射入也会引起雪崩增倍(雪崩增幅)，因此能够获得很大的输出电流。因此，盖革模式的雪崩光电二极管被称为单光子雪崩二极管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。

另外，将多个SPAD以阵列状行列配置，从而能够进一步提高光检测效率。SPAD阵列的光检测效率由开口率(可光检测区域占SPAD阵列受光部整体的比例)、量子效率(射入SPAD的光生成载流子的概率)、雪崩倍增率(所产生的载流子引起雪崩倍增的概率)的乘积定义。

另外，通过针对盖革模式的雪崩光电二极管串联增加有源灭弧电阻，从而能够获得与光子射入同步的脉冲信号输出(数字信号)。图20的(a)是示出针对盖革模式的雪崩光电二极管串联增加有源灭弧电阻的电路构成的一例的图。图20的(a)所示的电路包括雪崩光电二极管APD600、有源灭弧电阻R600(NMOS晶体管(n型金属氧化膜半导体电场效应晶体管)的电阻成分)及缓冲器BUF600。

雪崩光电二极管APD600(以下称为APD600)是盖革模式的雪崩光电二极管，通过施加击穿电压以上的逆偏置电压VHV600，从而针对光射入产生雪崩倍增并产生电流。电流流入与APD600串联连接的有源灭弧电阻R600(以下称为电阻R600)，从而电阻R600的端子间电压增加。与之相伴，APD600的逆偏置电压VHV600下降，雪崩倍增停止。

若由雪崩倍增产生的电流消失，则电阻R600的端子间电压下降，恢复为APD600被再次施加击穿电压以上的逆偏置电压VHV600的状态。APD600与电阻R600之间的节点A600的电压变化经由缓冲器BUF600输出。由此，从缓冲器BUF600输出与光子射入同步的数字化的脉冲信号。需要说明的是，上述输出的脉冲信号也可以是二值脉冲信号。将图20的(a)的电路的工作波形示出在图20的(b)中。专利文献2公开了图20的(b)中示出的图。

另外，专利文献3中公开了一种为了检测来自微小粒子的微弱的散射光而将以盖革模式工作的雪崩光电二极管用于受光元件的微粒检测电路。专利文献3中公开的微粒检测电路包括对来自微小粒子的散射光进行计测的电流电压转换电路和对来自粒径很大的粒子的散射光进行计测的电流电压转换电路的两个电流电压转换电路。由此，能够扩大针对由雪崩光电二极管受光的散射光的输入动态范围，使用一个受光电路检测从微粒到较大粒子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-356583号公报(2000年12月26日公开)

专利文献2：日本特开2012-60012号公报(2012年3月22日公开)

专利文献3：日本特开平7-92075号公报(1995年4月7日公开)

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，上述的现有技术存在下述问题。即，在专利文献1公开的电路构成的情况下，如上所述，输出信号中混合有来自灰尘粒子的散射光成分和噪声成分，因而对峰值电压值进行计测的方式无法区分散射光成分与噪声成分。因此，随着灰尘浓度变为低浓度或灰尘粒径变小而计测精度下降、出现无法计测的浓度范围的可能性变高。

特别是，周围温度越高，则受光元件的散粒噪声、电路元件的热噪音越增加，输出信号中出现的噪声成分越大。因此，在周围温度为高温的情况下，灰尘浓度的检测精度的大幅度下降、由于噪声成分的增大而无法计测灰尘浓度的可能性变高。

另外，在专利文献1公开的电路构成中，为了检测来自灰尘粒子的微弱的散射光，使用多个增幅电路形成高增益的放大器，因此存在针对电磁噪声、外部干扰光噪声的耐受性变差的可能。这是由于，连接在电路元件之间的金属布线成为天线，在该布线中电磁噪声耦合，从而在信号布线中噪声叠加，该噪声被增幅器增幅。

特别是，作为由电磁噪声引起的耐受性恶化的对策，需要抑制由电磁噪声产生的影响。作为上述对策，存在使用金属制的屏蔽壳体覆盖灰尘传感器整体或传感器框体壳体使用导电性树脂并使该导电性树脂接地来屏蔽电磁噪声等。另外，在电路上也需要通过高通滤波器进行噪声去除等对策，因此存在与包含上述多个增幅电路而构成传感器的部件数量增加相伴的传感器成本升高的可能。

另外，在专利文献3中公开的微粒检测电路中需要多个电源电压、需要向雪崩光电二极管施加100V以上的偏置电压，因此不适合搭载于空气净化机等家庭用空调设备。另外，由于各电流电压转换电路的工作电压不同，因此需要由光电耦合器等构成的绝缘放大器，可能会由部件数量增加导致成本增加。

此外，在专利文献3中，说明了通过将IV转换电路的反馈电阻Rf的值设定为最优值来抑制热噪音等噪声成分并提高S/N比(Signal to Noise Ratio)的方法，但并未提及区分散射光成分与噪声成分并进行去除的具体方法。因此，在低浓度的计测、微小粒子的计测中存在计测精度下降的可能。

本发明是鉴于前述问题提出的，目的在于实现一种能够高精度检测微粒浓度，且能够抑制由周围温度的变化、外部干扰光噪声/电磁噪声、制造偏差等导致的计测精度下降，并能够通过构成该传感器的部件数量削减来抑制该传感器的成本上升的微粒检测传感器。

解决问题的方案

为了解决上述课题，(1)本发明的一实施方式是一种微粒检测传感器，其对流体中包含的微粒的浓度进行检测，该微粒检测传感器包括：发光元件，其向所述微粒投射光；SPAD阵列受光部，其具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个SPAD，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号；以及信号处理部，其基于计数所述脉冲信号得到的脉冲计数值计算所述微粒的浓度，所述信号处理部基于第一脉冲计数值和第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值为所述发光元件投射所述光的点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

(2)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)的构成的基础上，在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间的长度与在所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间的长度相同。

(3)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)或上述(2)的构成的基础上，所述信号处理部计算从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值，并基于所述第三脉冲计数值计算所述微粒的浓度。

(4)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)、上述(2)或上述(3)的构成的基础上，具有计数上述脉冲信号的脉冲计数器，所述脉冲计数器由增加/减少计数器构成，对所述点亮期间内的所述脉冲信号进行增加计数，对所述熄灭期间内的所述脉冲信号进行减少计数。

(5)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)至上述(4)中任一构成的基础上，包括：温度检测部，其对所述SPAD阵列受光部的周围温度进行计测；以及电压设定部，其将根据所述周围温度的计测结果决定的逆偏置电压提供至所述SPAD阵列受光部，由所述温度检测部进行的所述周围温度的计测是在温度检测期间内进行计测，所述逆偏置电压在电压设定期间内由所述电压设定部根据所述周围温度的计测结果来更新，所述温度检测期间及所述电压设定期间与由在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间及在所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间所构成的计测期间同步设定。

(6)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(5)的构成的基础上，所述信号处理部针对用于计算所述微粒的浓度的预先设定的第一运算系数，使用预先设定的温度修正系数和在所述温度检测部计测的所述周围温度的计测结果进行温度修正，从而计算第二运算系数，使用所述第二运算系数及从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值来计算所述微粒的浓度。

(7)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(6)的构成的基础上，在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，基于至少两个以上的任意温度下的所述微粒的浓度的计测结果计算所述温度修正系数。

(8)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(5)的构成的基础上，具有对驱动所述发光元件的驱动部、所述SPAD阵列受光部及所述电压设定部进行控制的控制部，所述控制部具有输出第一调节信号、第二调节信号及第三调节信号的功能，所述第一调节信号、第二调节信号及第三调节信号用于对所述驱动部、所述SPAD阵列受光部及所述电压设定部各自的工作条件进行调节，所述驱动部具有根据所述第一调节信号对所述发光元件的发光光量进行调节的功能，所述SPAD阵列受光部具有根据所述第二调节信号来设定构成所述SPAD阵列受光部的各SPAD单元的有效和无效的功能，所述电压设定部具有根据所述第三调节信号对所述逆偏置电压进行调节的功能，所述第一调节信号、所述第二调节信号及所述第三调节信号基于在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中的检查结果而决定。

(9)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)至上述(8)中任一构成的基础上，在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，计测第四脉冲计数值，所述第四脉冲计数值是在没有所述微粒的状态下的杂散光分量的脉冲计数值，在所述信号处理部中进行微粒的浓度运算时，从第三脉冲计数值减去所述第四脉冲计数值，所述第三脉冲计数值是从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值而得到的。

(10)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(9)的构成的基础上，所述第四脉冲计数值根据对所述SPAD阵列受光部的周围温度进行计测的温度检测部的计测结果进行温度修正。

(11)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(8)的构成的基础上，所述SPAD阵列受光部具有将所述多个SPAD以阵列状配置的区域即SPAD阵列区域分割为至少两个以上的基准区域，并选择所述基准区域中的至少一个以上作为计测区域的功能，所述第二调节信号设定为，以从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值除以第四脉冲计数值得到的值成为最大的方式选择所述计测区域，其中，所述第四脉冲计数值为在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中且在没有所述微粒的状态下的所述点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

(12)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)至上述(11)中任一构成的基础上，所述SPAD阵列受光部具有光学带通滤波器，所述光学带通滤波器在相对于所述散射光的入射方向上仅使所述发光元件的发光波长附近的光透射。

(13)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)至上述(12)中任一构成的基础上，将除了所述发光元件以外的构成要素的至少两个以上在同一半导体基板上集成化。

(14)另外，本发明一实施方式的微粒检测传感器在上述(1)的构成的基础上，所述点亮期间、所述熄灭期间、在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间即第一脉冲计数期间及在所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间即第二脉冲计数期间作为预先设定的期间而被控制，所述第一脉冲计数期间与所述点亮期间同步而控制，所述第二脉冲计数期间与所述熄灭期间同步而控制，使由所述点亮期间和所述熄灭期间构成的计测重复进行至少一次以上。

(15)另外，本发明一实施方式的灰尘传感器具备上述(1)至上述(12)中任一构成的微粒检测传感器，具有用于检测在气体中悬浮的灰尘微粒的检测区域，并对所述灰尘微粒的浓度进行检测。

(16)另外，本发明一实施方式的空调设备搭载上述(15)的构成的灰尘传感器。

(17)本发明一实施方式的微粒检测传感器的控制方法对流体中包含的微粒的浓度进行检测，包含以下步骤：通过发光元件向所述微粒投射光的步骤；通过具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个SPAD的SPAD阵列受光部，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号；以及由信号处理部基于计数所述脉冲信号得到的值即脉冲计数值计算所述微粒的浓度的步骤，在计算所述微粒的浓度的步骤中，基于第一脉冲计数值和第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值为所述发光元件投射所述光的点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

发明效果

根据本发明的一方案，能够高精度检测粒子浓度，能够实现能够抑制由周围温度的变化、外部干扰光噪声/电磁噪声、制造偏差等导致的计测精度下降，并通过削减构成该传感器的部件数量来抑制该传感器的成本上升的微粒检测传感器。

附图说明

图1是示出本发明第一实施方式的微粒检测传感器的概略构成的一例的框图。

图2的(a)是示出上述微粒检测传感器的构成SPAD阵列受光部的SPAD单元的概略电路构成的一例的图。(b)是示出上述SPAD单元的工作波形的一例的图。(c)是示出所述SPAD阵列受光部的构成的一例的图。(d)是说明SPAD_OUT的输出的图。

图3是示出SPAD阵列受光部的构成的一例的图。

图4是示出所述微粒检测传感器的工作波形的一例的图。

图5的(a)是示出各脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。(b)是示出第三脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。(c)是示出第三脉冲计数值的微粒浓度依存性的波形例的曲线图。

图6是示出本发明第二实施方式的微粒检测传感器的概略构成的一例的框图。

图7是示出所述微粒检测传感器的工作波形的一例的图。

图8是示出最优逆偏置电压相对于周围温度的设定例的曲线图。

图9的(a)是示出任意温度下的第一脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。(b)是示出第三脉冲计数值相对于微粒浓度的温度依存性的一例的曲线图。

图10是示出第三脉冲计数值的梯度α(T)的温度依存性的一例的曲线图。

图11的(a)是示出第一脉冲计数值和第二脉冲计数值相对于SPAD单元数的依存性的一例的曲线图。(b)是示出第一脉冲计数值和第二脉冲计数值的相对于发光光量的依存性的一例的曲线图。(c)是示出第一脉冲计数值和第二脉冲计数值相对于逆偏置电压的依存性的一例的曲线图。

图12的(a)是示出杂散光射入SPAD阵列受光部的情况下的第三脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。(b)是示出杂散光分量的温度依存性大的情况下的第三脉冲计数值相对于微粒浓度的温度依存性的一例的曲线图。(c)第四脉冲计数值的温度依存性的一例的曲线图。

图13是示出本发明第三实施方式的微粒检测传感器的SPAD阵列受光部的计测区域选择方法的一例的图。

图14的(a)是示出S/N比较大的情况下的第一脉冲计数值与微粒浓度的关系的一例的图。(b)是示出S/N比较小的情况下的第一脉冲计数值与微粒浓度的关系的一例的图。

图15是示出本发明第四实施方式的灰尘传感器的概略构成的一例的示意图。(a)是从上表面观察上述灰尘传感器的图。(b)是(a)的A-A’的剖视图。

图16是示出本发明的空调设备的概略构成的一例的示意图。

图17是示出现有的灰尘传感器的概略电路构成的一例的图。

图18是示出上述灰尘传感器的工作波形的一例的图。(a)示出发光元件的驱动信号波形(脉冲信号)。(b)示出输出信号波形。

图19是示出上述脉冲信号的峰值电压值相对于灰尘浓度的依存性的曲线图。

图20的(a)是示出针对盖革模式的雪崩光电二极管串联增加有源灭弧电阻的电路构成的一例的图。(b)是示出(a)的电路的工作波形的图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，为了便于说明，对与各实施方式中示出的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，并适当省略其说明。另外，本发明涉及对气体或液体等流体中包含的微粒的浓度进行检测的微粒检测传感器，以粒径约为0.1μm～几十μm的微粒为其检测对象。

〔第一实施方式〕

图1是示出本发明第一实施方式的微粒检测传感器1的概略构成的一例的框图。微粒检测传感器1由发光元件10、驱动部20、SPAD阵列受光部30、脉冲计数器40、信号处理部50及控制部60构成。

发光元件10向检测对象的微粒投射投射光E1。关于发光元件10，设想使用发光二极管(LED)或激光器二极管(LD)等，但本实施方式并非限定于此。作为发光元件10，还也可以使用有机EL(有机电致发光)元件、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直腔面发射激光器)等。

驱动部20驱动发光元件10。SPAD阵列受光部30由用于接受来自微粒的散射光E2并将以盖革模式工作的多个SPAD以阵列状配置的SPAD阵列构成。脉冲计数器40计数从SPAD阵列受光部30输出的数字化的二值脉冲信号。信号处理部50进行脉冲计数的计数值(以下称为脉冲计数值)的数据保存、运算。控制部60对信号处理部50、发光元件10的驱动期间及脉冲计数器40的脉冲计数期间进行控制。

图2示出SPAD阵列受光部30的构成例及其工作波形的例子。图2的(a)是示出构成微粒检测传感器1的SPAD阵列受光部30的SPAD单元cell_1(SPAD单元cell)的概略电路构成的一例的图。SPAD单元cell_1在雪崩光电二极管APD1(以下称为APD1)的阳极侧(节点A1侧)连接有源灭弧电阻R1(NMOS、ON电阻)(以下称为电阻R1)。SPAD单元cell_1经由AND电路AND1，向射入APD1的光输出数字化的脉冲信号。

在AND电路AND1的另一输入中，输入选择信号S_1，能够对应于选择信号S_1的H/L电平选择SPAD单元cell_1的有效/无效。在不需要SPAD单元cell_1的选择的情况下，预先将选择信号S_1固定为H电平即可。另外，在APD1的负极侧施加APD1的击穿电压以上的逆偏置电压VHV1，APD1以盖革模式工作。

图2的(b)是示出SPAD单元cell_1的工作波形的一例的图。如上述〔背景技术〕中所说明，若向以盖革模式工作的APD1射入投射光E1，则由于光射入而产生的载流子引起雪崩倍增并产生电流，电流流入与APD1串联连接的电阻R1。由此，电阻R1的端子间电压增加，与之相伴，APD1的逆偏置电压VHV1下降，雪崩倍增停止。

若由雪崩倍增引起的电流消失，则电阻R1的端子间电压下降，恢复为再次向APD1施加击穿电压以上的逆偏置电压VHV1的状态。表示该状态的波形是图2的(b)示出的节点A1的波形。若产生由雪崩倍增引起的大电流，则节点A1的电压值急剧上升，雪崩倍增停止后缓慢下降。节点A1的从上升到下降所需的时间被称为失效时间。在该期间内，即使SPAD单元cell_1有新的投射光E1的射入也不会发生雪崩倍增。

需要说明的是，该失效时间(死区时间)依赖于电路参数，能够设定为大约100ns以下。此外，将向AND电路AND1输入的选择信号S_1设为H，经由AND电路AND1输出节点A1的波形，从而能够获得图2的(b)的OUT1所示的脉冲信号。由此，在信号处理中不需要增幅电路、高通滤波器等电路，能够通过投射光E1的射入将由APD1产生的模拟的电流脉冲信号转换为数字化的二值脉冲信号。其结果为，在信号处理中，不需要增幅电路、高通滤波器等电路，部件数量少，且能够形成光检测效率及S/N比高的受光部。

图2的(c)是示出SPAD阵列受光部30的构成的一例的图。SPAD阵列受光部30为将多个(N个)SPAD单元cell_1～SPAD单元cell_N的各输出与逻辑OR电路连接的结构。向SPAD阵列受光部30的输出信号SPAD_OUT输出作为SPAD单元cell_1～SPAD单元cell_N的输出信号的输出信号OUT1～输出信号OUTN的逻辑OR的结果。图2的(d)是说明输出信号SPAD_OUT的输出的图。像这样，通过使SPAD阵列受光部30构成为取多个SPAD单元cell_1～SPAD单元cell_N的输出的逻辑OR，从而与由一个SPAD单元cell形成受光元件的情况相比，在将多个SPAD单元cell以阵列状(矩阵状)配置的SPAD阵列中，能够进一步提高光检测效率。

图3是示出SPAD阵列受光部30的构成的一例的图。在图3中，标注了编号的各区域表示图2的(a)示出的SPAD单元cell_1～SPAD单元cell_N，多个SPAD单元cell以阵列状配置。通过像这样将多个SPAD单元cell以阵列状配置，从而与由一个SPAD单元cell形成受光元件的情况相比，受光元件的受光面积扩大，作为结果，受光元件的视野角扩大，因此光检测效率提高。需要说明的是，在图3中，示出由10单元×10单元的合计100个单元构成的SPAD阵列，但本发明中处理的SPAD阵列受光部30不限定于上述个数。

另外，SPAD阵列受光部30的输出取所构成的各SPAD单元cell的输出的逻辑OR，因此，即使在例如从两个SPAD单元cell同时输出脉冲信号的情况下，也向SPAD阵列受光部30的输出仅输出一个脉冲信号。

在SPAD单元cell数量很多或由SPAD阵列受光部30受光的光量很多的情况下，如上所述，各SPAD单元cell同时输出脉冲信号的频度变高。因此，SPAD单元cell数量越多或SPAD阵列受光部30的受光光量越多，SPAD阵列受光部30的输出脉冲数相对于射入光量的线性度越低。像这样，通过增加SPAD单元cell数量而能够将光检测效率设定得很高，但会导致输出脉冲数相对于由SPAD阵列受光部30受光的光量的线性度下降。因此，SPAD阵列受光部30根据针对微粒检测传感器1所要求的性能、使用用途设定为最优SPAD单元cell数量很重要。

(微粒检测传感器的工作)

图4是示出微粒检测传感器1的工作波形的一例的图。第一控制信号TS1是对发光元件10的驱动进行控制的驱动信号，第一控制信号TS1从图1的控制部60输出。在图4中，示出驱动部20在第一控制信号TS1为H电平时将发光元件10点亮，在L电平时将发光元件10熄灭。在图4中，作为一例，示出以测量周期的50％(Duty比50％)反复进行发光元件10的点亮和熄灭的情况下的工作波形。需要说明的是，Duty比不限定于50％。

第二控制信号TS2是对脉冲计数器40进行脉冲计数的期间进行控制的信号。第二控制信号TS2表示对SPAD阵列受光部30的输出脉冲信号进行脉冲计数的期间，从控制部60输出。第二控制信号TS2设定为分别与发光元件10的点亮期间ONT及熄灭期间OFFT同步。脉冲计数器40在第二控制信号TS2为H电平的期间内对SPAD阵列受光部30的输出信号SPAD_OUT进行脉冲计数。

在此，将与点亮期间ONT同步的脉冲计数期间设为第一脉冲计数期间PT1，将与熄灭期间OFFT同步的脉冲计数期间设为第二脉冲计数期间PT2。另外，将在第一脉冲计数期间PT1及第二脉冲计数期间PT2内计数的脉冲计数值分别设为第一脉冲计数值PC1及第二脉冲计数值PC2。将如图4所示连续的点亮期间ONT与熄灭期间OFFT相加设为计测期间MT(一次计测)，连续重复进行该计测(一次点亮期间ONT与一次熄灭期间OFF为一组)。

需要说明的是，在图4的工作波形例中，各脉冲计数期间以比发光元件10的驱动期间(点亮期间ONT或熄灭期间OFFT)短的时间示出，各脉冲计数期间也可以以与驱动期间完全相同的时间设定。另外，各脉冲计数期间也可以设定为比驱动期间更短。作为各脉冲计数期间和驱动期间的设定条件，只要满足“驱动期间≥脉冲计数期间”即可，需要注意避免设定为驱动期间＜脉冲计数期间及避免设定为一个脉冲计数期间横跨点亮期间ONT和熄灭期间OFFT。

图4的(a)～图4的(c)中的输出信号SPAD_OUT的波形表示各不相同的微粒浓度下的SPAD阵列受光部30的输出信号SPAD_OUT的波形(输出波形)。具体来说，图4的(a)表示没有微粒情况下的输出信号SPAD_OUT的波形，图4的(b)表示低浓度情况下的输出信号SPAD_OUT的波形，图4的(c)表示高浓度情况下的输出信号SPAD_OUT的波形。

输出信号SPAD_OUT的波形中示出的实线的脉冲信号表示从发光元件10投射的投射光E1由微粒散射并由SPAD阵列受光部30接受其散射光E2而产生的散射光成分的脉冲信号。由微粒散射的光量(散射光量)依赖于微粒的浓度(或个数)而变化，因此，作为结果，上述散射光成分的脉冲信号的数量依赖于微粒浓度而变化。换言之，若微粒浓度增加，则散射光成分的脉冲信号数也增加。

另外，输出信号SPAD_OUT的波形中示出的虚线的脉冲信号表示噪声成分的脉冲信号。作为噪声成分的脉冲信号例如包含下述的(1)及(2)。(1)在以盖革模式工作的APD(SPAD)中热产生的载流子引起雪崩倍增而产生的脉冲信号(被称为暗脉冲)。(2)太阳光、荧光灯等外部干扰光射入而产生的脉冲信号。需要说明的是，上述(1)记载的载流子表示即使没有光射入也热产生的电子或空穴。

这些噪声成分不依赖于上述散射光的受光量，因此在发光元件10的点亮期间ONT内和熄灭期间OFFT内均同样地产生。因此，点亮期间ONT内的第一脉冲计数值PC1计数散射光成分的脉冲数和噪声成分的脉冲数双方，熄灭期间OFFT内的第二脉冲计数值PC2计数仅有噪声成分的脉冲数。

(微粒浓度的计算)

图5的(a)是示出各脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。图5的(a)的实线波形中的(5-1)表示点亮期间ONT内的第一脉冲计数值PC1，(5-2)表示熄灭期间OFFT内的第二脉冲计数值PC2。(5-2)的第二脉冲计数值PC2仅为噪声成分，因此取恒定值而不依赖于微粒浓度。与此相对，(5-1)的第一脉冲计数值PC1包含散射光成分和噪声成分双方，因此成为依赖于微粒浓度而变化的散射光成分与不依赖于微粒浓度的噪声成分的叠加(和)。在图5的(a)中，截距为噪声成分的脉冲计数值。

在此，图5的(a)的实线表示噪声成分没有变化的情况，虚线部表示噪声成分的变化、波动。由虚线部表示的噪声成分的变化例如在SPAD阵列受光部30周边的周围温度T变化、外部干扰光噪声的射入光量变化等情况下发生。需要说明的是，噪声成分不限于以图5的(a)的虚线部示出的波形的变化。图5的(a)的虚线部表明，在每次测量时，若周围温度T等测量环境变化，则噪声成分的计数值上下浮动。

上述噪声成分的变化比较平缓，在一次计测期间MT内(点亮一次+熄灭一次)基本没有变化的情况下，某一次计测中的第一脉冲计数值PC1所包含的噪声成分的值与第二脉冲计数值PC2所包含的噪声成分的值变成基本相同。在该情况下，从第一脉冲计数值PC1减去第二脉冲计数值PC2得到的第三脉冲计数值PC3中只有散射光成分的脉冲计数值。因此，通过上述减算处理，能够获得不受噪声成分变化的影响的仅有散射光成分的第三脉冲计数值PC3。

图5的(b)是示出第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。(5-3)的第三脉冲计数值PC3中不存在噪声成分变化的影响。因此，能够使用某个微粒浓度下计测的第三脉冲计数值PC3和为了运算微粒浓度而预先设定的后述的第一运算系数x1，通过信号处理部50的运算来检测微粒浓度。

在此，将第一脉冲计数值PC1设为PC1，将第二脉冲计数值PC2设为PC2，将第三脉冲计数值PC3设为PC3，将微粒浓度设为D，将针对微粒浓度的斜率设为α，将第一脉冲计数值PC1及第二脉冲计数值PC2中的噪声成分的计数值分别设为N1、N2。由于如上所述N1＝N2，因此上述运算处理能够以下式表示。如下述(式1-d)所示，微粒浓度D能够通过由第一脉冲计数值PC1及第二脉冲计数值PC2或第三脉冲计数值PC3除以梯度α计算。在该情况下，上述第一运算系数x1为上述梯度α。

(1)PC1＝α×D+N1 (式1-a)

(2)PC2＝N2 (式1-b)

(3)PC3＝PC1-PC2＝α×D (式1-c)

D＝(PC1-PC2)/α＝PC3/α (式1-d)

需要说明的是，严格来说N1≒N2，因此D≒PC3/α，但在上式中，为了简化而记为N1＝N2。

另外，如上所述，N1＝N2成立仅是第一脉冲计数期间PT1的长度与第二脉冲计数期间PT2的长度相同的情况。因此，在将第一脉冲计数期间PT1设为PT1、将第二脉冲计数期间PT2设为PT2的情况下，各脉冲计数期间需要设定为PT1＝PT2这样的相同长度。例如，优选第一脉冲计数期间PT1及第二脉冲计数期间PT2使用同一时钟信号生成。

另外，在各脉冲计数期间设定为PT1≠PT2的情况下，由于N1≠N2，因此无法直接使用(式1-c)的运算式。但是，各脉冲计数值的噪声成分的脉冲计数值N1及N2分别与第一脉冲计数期间PT1及第二脉冲计数期间PT2成比例。由此，减算处理时通过将第二脉冲计数值PC2以第一脉冲计数期间PT1与第二脉冲计数期间PT2的比值修正后减算，从而能够获得与上述相同的结果。这一情况能够以下式表示。

N2＝N1×PT2/PT1 (式2-a)

(1)PC1＝α×D+N1 (式2-b)

(2)PC2＝N2 (式2-c)

(3)PC3’＝PC1-PC2×PT1/PT2＝α×D (式2-d)

D＝(PC1-PC2×PT1/PT2)/α (式2-e)

在此，PC3≠PC3’。上式表示，即使在第一脉冲计数期间PT1与第二脉冲计数期间PT2的时间长度不同的情况下，也能够使用PT1、PT2、α及所计测的第一脉冲计数值PC1、第二脉冲计数值PC2，通过运算来检测微粒浓度。

在该情况下，第一运算系数x1为三个即第一脉冲计数期间PT1、第二脉冲计数期间PT2及梯度α。例如在以PT1＞PT2的方式设定各脉冲计数期间的情况下，若第二脉冲计数期间PT2设定得较长，则能够缩短计测时间而不降低散射光成分的检测精度。其结果为，能够将微粒检测传感器1的响应时间设定得很快。需要说明的是，第二脉冲计数期间PT2能够设定为例如20ms以上。详细见后述。

(脉冲计数期间与计测精度的关系)

以下说明脉冲计数期间与计测精度(计测误差)的关系。

图5的(c)是示出第三脉冲计数值PC3的微粒浓度依存性的波形例的曲线图。(5-4)是将各脉冲计数期间设定得较长的情况下的第三脉冲计数值PC3，(5-5)是将各脉冲计数期间设定得较短的情况下的第三脉冲计数值PC3。在此，波形的实线部分表示减算后的第三脉冲计数值PC3的平均值，以虚线示出的宽度表示第三脉冲计数值PC3的计测误差的宽度。任意微粒浓度下的计测误差宽度除以由微粒检测传感器1检测的微粒浓度的平均值得到的值与该微粒浓度下的“计测精度”对应。在图5的(c)的波形例的情况下，(5-4)的将各脉冲计数期间设定得较长的情况与(5-5)的将各脉冲计数期间设定得较短的情况相比为“计测精度”高的设定。

另外，通常能够由脉冲计数器40计测的脉冲计数值存在上限。在脉冲计数器40的计测中，随着微粒浓度变为高浓度而脉冲计数值上升，由于在某个微粒浓度以上时达到上限，因此无法进行达到上限的微粒浓度以上的高浓度下的计测。若将直到脉冲计数值达到上限的微粒浓度设为“可计测范围”，则作为结果，(5-4)的将各脉冲计数期间设定得较长的“可计测范围”被设定得较窄。另外，(5-5)的将各脉冲计数期间设定得较短的“可计测范围”被设定得较宽。

在由于温度波动等而噪声成分几乎不变的稳定的工作条件下，通常，通过将各脉冲计数期间设定得较长，能够抑制计测误差，能够将微粒检测传感器的“计测精度”设定得较高。但是，如上所述，各脉冲计数期间设定得越长，“可计测范围(动态范围)”被设定得越窄。

(最优脉冲计数期间的设定)

作为上述计测误差产生的要因，考虑例如(1)SPAD阵列的本质计测误差、(2)温度的波动、外部干扰光噪声的波动、(3)商用电源频率(50Hz等)的影响、(4)微粒的存在概率的偏差等多种要因。各脉冲计数值的计测误差最小的各脉冲计数期间的最优值针对计测误差的产生要因而各不相同。因此，微粒检测传感器1的各脉冲计数期间优选考虑各产生要因的最优值(最优范围)而以总的计测误差最小的方式设定。以下示出用于设定各脉冲计数期间的最优值的一例。

首先，在计测误差要因是温度波动、外部干扰光的波动、商用电源频率(50Hz等)等噪声成分的变化的情况下，对各脉冲计数值有影响的仅是噪声成分的脉冲计数值。在此，若在一次计测期间MT内(点亮一次+熄灭一次)噪声成分变化，则点亮期间ONT内的第一脉冲计数值PC1和熄灭期间内的第二脉冲计数值PC2的各噪声成分的计数值产生偏移。其结果为，减算后的第三脉冲计数值PC3针对每次测量产生偏差，该偏差成为计测误差。

为了抑制该计测误差，理想状态是各脉冲计数期间的时间设定得尽可能短。但是，若将各脉冲计数期间设定得比需要期间更短，则一次计测期间MT内能够计测的散射光成分、噪声成分的脉冲数减少，作为结果，每次计测的第三脉冲计数值PC3产生偏移，计测误差增加。

另外，在周围温度T随时间变化的情况下，各脉冲计数期间越短，越能够抑制变化的影响，但若使各脉冲计数期间过短，则无法计数大量脉冲信号而采样数减少，因此本质计测精度(采样精度)下降。

此外，优选以基于商用电源频率的计测误差最小的方式设定脉冲计数期间。周围温度T、外部干扰光噪声等周围环境始终以极短周期(1μs以下等)波动的状况很少，此外，来自荧光灯、白热灯等照明设备的外部干扰光的波动在商用电源频率(50Hz等)下波动的情况很多。在此，为了抑制由商用电源频率引起的波动引起的计测误差，优选将各脉冲计数期间(或发光元件10的驱动期间)设定为20ms左右(50Hz)或设定为20ms的整数倍程度。由此，在第一脉冲计数期间PT1和第二脉冲计数期间PT2分别计数的第一脉冲计数值PC1及第二脉冲计数值PC2的波动按时间平均化。其结果为，能够抑制由商用电源频率产生的减算后的第三脉冲计数值PC3的计测误差。

另一方面，在考虑误差要因是由微粒浓度等引起的散射光成分的变化、波动的情况下，理想将各脉冲计数期间设定得较长。例如，在微粒的浓度很低的(微粒的数量少的)情况下，针对一个微粒从检测区域中通过的时间周期，考虑将与点亮期间ONT同步的第一脉冲计数期间PT1设定得很短而为一个粒子的通过时间(周期)的1/10左右的情况。在实施10次上述脉冲计数(计测)中的第一脉冲计数期间PT1内能够接受来自微粒的散射光的频度为1～2次程度，在其余的8～9次的第一脉冲计数期间PT1内，完全无法接受来自微粒的散射光。因此，每次计测的计测误差变大。为了抑制该计测误差，需要将至少第一脉冲计数期间PT1的时间设定得比一个微粒从检测区域中通过的时间周期长。

在考虑误差要因是由微粒浓度等引起的散射光成分的变化、波动的情况下，各脉冲计数期间的最优设定根据针对微粒检测传感器1所要求的目标性能而变化。例如，在微粒浓度为低浓度的情况下的计测中需要将微粒检测传感器1的计测精度设定得较高的情况下，第一脉冲计数期间PT1也需要与之配合设定得较长。这是由于，作为目标的微粒浓度越低，则一个微粒从检测区域中通过的时间周期越长。与此相对，在不需要将低浓度下的计测精度设定得很高的情况下，不需要将第一脉冲计数期间PT1设定为比需要期间更长，只要设定为各脉冲计数值的计测精度不会极端下降的等级例如20ms等即可。

作为一例，作为针对微粒检测传感器1要求的目标性能，说明设定即使微粒的个数浓度为0.01个/mm³的低浓度也确保高计测精度的各脉冲计数期间的最优设定范围的情况。在此，将微粒的检测区域的大小设为2mm×2mm×2mm立方体的区域，微粒在一方向上以速度：1m/s移动。在上述情况下，由于一个微粒从检测区域中通过的时间周期约为25ms，因此作为各脉冲计数期间，优选设定为至少25ms以上。另外，为了抑制由商用电源频率(50Hz)引起的计测误差，优选设定为20ms的整数倍，因此取两者的最大公约数，优选各脉冲计数期间设定为100ms左右。

需要说明的是，上述各脉冲计数期间的设定结果只不过是一例，各脉冲计数期间并非限定于上述设定。如上所述，各脉冲计数期间的最优值根据针对微粒检测传感器1所要求的目标性能(要求规格)而不同，因此优选根据针对计测精度、可计测范围、周围温度T等工作条件的变化的耐受性等目标性能来设定各脉冲计数期间。

另外，图5的(c)的波形表示一次计测期间MT内的第三脉冲计数值PC3，在需要进一步减小(抑制)计测误差的情况下，实施多次计测并进行每次计测的第三脉冲计数值PC3的平均化处理即可。例如，在第一脉冲计数期间PT1＝点亮期间ONT、第二脉冲计数期间PT2＝熄灭期间OFFT的情况下，若设定各脉冲计数期间为100ms，则一次计测周期为200ms。在该情况下，能够实现以1秒间隔输出5次计测结果的平均值的微粒检测传感器1。

通常，由于能够通过N次的平均化使计测误差减小至1/√N倍，因此，在该情况下能够通过平均化将计测误差减小至1/√5倍。在需要进一步减小计测误差的情况下，能够通过使平均化次数进一步增加来减小计测误差。但是，在使平均化次数增加的情况下，微粒检测传感器1的输出速率(输出时间的间隔)变长而响应时间延迟，因此优选上述平均化次数根据针对微粒检测传感器1所要求的目标性能(计测精度、响应时间)设定为最优平均化次数。

另外，针对任意一次计测的计测结果进一步进行移动平均处理，将其移动平均值设为微粒检测传感器1的输出值，从而能够实现能够进一步抑制计测误差且使计测结果平滑化的微粒检测传感器1。

说明移动平均处理。例如，所谓M次移动平均处理，是在任意一次计测(或输出)中的一个计测结果(或输出结果)的基础上，将包含最近的(过去的)M-1个计测结果(或输出结果)的平均值设为该计测(或输出)中的输出结果的处理。此外，移动平均处理针对每次计测(输出)连续地重复进行将上述平均值设为输出结果的处理。

通过将微粒检测传感器1的输出设为基于移动平均处理的平均值即移动平均值，从而无需将输出速率(输出间隔)设定得很长，能够增加平均化次数。此外，移动平均值由最近的计测结果(M-1个)平滑化。因此，例如，与最近(过去)的计测结果相比，即使在由于突发的噪声、瞬间的外部干扰光噪声的射入而计测结果突发变化很大的情况下，也通过进行移动平均化处理而抑制突发的计测结果变化的影响。其结果为，能够抑制搭载微粒检测传感器1的设备的误工作。

但是，由于移动平均值输出由最近的计测结果(M-1个)平滑化，因此作为微粒检测传感器1的响应时间变慢。优选根据针对微粒检测传感器1所要求的性能(计测精度、响应时间)选择最优平均化处理、输出方法。

具体地进行说明。例如，在针对以1秒间隔输出的输出值(计测5次平均值)进一步进行10次移动平均处理的情况下，以任意一次输出值和过去9次输出值的平均为输出结果，以1秒间隔重复进行该处理。由此，输出保持1秒间隔的状态，输出10次平均值(合计50个次计测的平均值)。在从任意时刻起计测值变大的情况下，通过过去9次输出值平滑化，因此不会骤然变化，移动平均输出值平缓地变化。由此，针对由噪声等引起的瞬发的计测值变化的影响(误工作等)被抑制，但针对计测值变化的响应时间变慢。

(第一实施方式的效果)

如以上所示，在第一实施方式中，微粒检测传感器1将由SPAD阵列受光部30接受的微弱的散射光以数字信号化的脉冲信号的形式输出，并对该脉冲信号进行脉冲计数。由此，能够实现不需要高增益的增幅电路且能够接受微弱的散射光的高精度的微粒检测传感器1。

另外，由于不是以高增益的增幅电路对模拟信号进行增幅的电路构成，因此能够实现电磁噪声耐受性强的微粒检测传感器1，能够削减屏蔽壳体、过滤器等电磁噪声对策部件(材料)的部件数量。其结果为，能够削减微粒检测传感器1的成本。

此外，通过从发光元件10的点亮期间ONT的第一脉冲计数值PC1减去熄灭期间OFFT的第二脉冲计数值PC2，从而能够实现抑制噪声成分的变化、波动的影响的微粒浓度的检测。

另外，通过将各脉冲计数期间(或驱动期间)设定为最优值，从而能够实现能够应对微粒检测传感器1的计测精度、可计测范围、响应时间等多种目标性能(要求规格)的微粒检测传感器1。

另外，作为第一实施方式中的各脉冲计数值的减算处理的方法之一，考虑在图1的信号处理部50中实施的方法。在信号处理部50中，除了减算处理以外，还一并根据各脉冲计数值实施微粒浓度的运算、平均化处理。因此，不限于上述运算方法，能够灵活地设定包含减算处理的运算方法，因此能够实现基于运算次数削减等的电路规模缩小、响应速度提高。

具体来说，除了上述第一实施方式所示的在每一次计测中实施脉冲计数值的减算和浓度运算并将其重复多次、最后实施平均化并输出的方法以外，例如，也可以是针对多个计测值实施平均化的方法。上述方法具体来说针对第一脉冲计数值PC1及第二脉冲计数值PC2分别进行移动平均处理、累计处理，针对每次计测更新各脉冲计数值(计测结果)。并且，最后仅执行一次各平均化(累计)的各脉冲计数值的减算和浓度运算，输出浓度检测结果。

前者的方法需要对每次计测输出的多个计测值进行数据保存，相应的SRAM等数据保存电路需要相应的计测次数。与此相对，若是后者的方法，则仅是在每次计测更新平均化(或累计)的脉冲计数值，因此数据保存电路各有一个即可，能够削减电路。

(变形例)

以下说明第一实施方式的变形例。在本变形例中，由增加/减少计数器构成图1的脉冲计数器40。也就是说，使用增加/减少计数器进行脉冲计数值的减算。

在本变形例中，将点亮期间ONT内的第一脉冲计数期间PT1设为增加计数期间(若计数脉冲信号则计数值增加)，将熄灭期间OFFT内的第二脉冲计数期间PT2设为减少计数期间(若计数脉冲信号则计数值减少)。换言之，增加/减少计数器对点亮期间ONT内的脉冲信号进行增加计数，对熄灭期间OFFT内的脉冲信号进行减少计数。

由此，一次计测后的脉冲计数值与以上说明的从第一脉冲计数值PC1减去第二脉冲计数值PC2得到的第三脉冲计数值PC3相同。在该情况下，与在信号处理部50中进行减算的方法对比，从脉冲计数器40向信号处理部50输出的数据数量能够从两个减为一个，因此具有能够削减信号处理部50中的数据保存电路等电路元件的效果。但与第一实施方式对比，脉冲计数器40的电路规模增加。

如以上所示，无论使用第一实施方式的减算方法还是使用第一实施方式的变形例的减算方法，最终的结果本身并没有差异，但考虑电路规模、响应速度、微粒检测传感器1的成本方面、尺寸等，优选选择最优减算方法。

〔第二实施方式〕

在第二实施方式中，说明针对周围温度变化的温度修正方法、针对由制造偏差引起的特性偏移的修正方法及抑制由杂散光分量引起的计测误差的方法。

图6是示出本发明第二实施方式的微粒检测传感器1A的概略构成的一例的框图。在第二实施方式中，在图1的微粒检测传感器1的构成要素的基础上还具有温度检测部70、电压设定部80及存储部90。温度检测部70检测SPAD阵列受光部30的周围温度T。电压设定部80设定向SPAD阵列供给的逆偏置电压VHV。

存储部90存储微粒检测传感器1A各自的初始设定值、运算系数等。存储部90是使用非易失性存储器等的存储部，作为非易失性存储器考虑EEPROM(注册商标)、熔断微调(fuse trimming)等构成，但本实施方式并不限定于以上构成。关于微粒检测传感器1A的基本浓度检测方法，与第一实施方式相同。具体来说，微粒检测传感器1A与微粒检测传感器1同样地，对与发光元件10的点亮和熄灭同步计数的各脉冲计数值进行减算，运算微粒浓度。

(由周围温度变化引起的逆偏置电压的调节)

首先，说明周围温度T变化时对向SPAD阵列供给的逆偏置电压VHV(参照图2的(a))进行调节的方法。在SPAD阵列的周围温度T变化的情况下，构成SPAD阵列受光部30的雪崩光电二极管APD1(SPAD)(参照图2的(a))的击穿电压依赖于周围温度T而变化。因此，在向SPAD阵列供给的逆偏置电压VHV被设定为恒定的情况下，由于周围温度T的变化而SPAD的雪崩倍增率变化，作为结果，SPAD阵列受光部30的输出脉冲数大幅度变化。特别是，在周围温度T变为高温的情况下，由于存在所计测的各脉冲计数值大幅度增大的可能性，因此可能无法正常检测微粒浓度。因此，需要配合周围温度T的变化对向SPAD阵列供给的逆偏置电压VHV进行调节的机构。

在此，图6的第三控制信号TS3是对电压设定部80设定逆偏置电压VHV的电压设定期间VT进行控制的信号。第三控制信号TS3表示上述的电压设定期间VT。第四控制信号TS4是对温度检测部70进行温度检测的温度检测期间TT进行控制的信号。第四控制信号TS4表示上述温度检测期间TT。另外，作为图6的温度检测部70的构成，例如考虑对PN结二极管的顺方向电压值的温度变化进行计测的构成(热敏二极管)、热敏电阻等对电阻的温度变化进行计测的构成。需要说明的是，对于温度传感器的构成/种类没有限定。

说明图6的第二实施方式中的逆偏置电压VHV的调节机构。首先，在温度检测部70中，在第四控制信号TS4(温度检测期间)的时机对周围温度T进行检测，在信号处理部50中根据周围温度T的检测结果决定最优逆偏置电压VHV设定值。并且，在第三控制信号TS3(电压设定期间)的时机，在电压设定部80中将逆偏置电压VHV更新/设定为最优值，并通过电压设定部80将最优逆偏置电压VHV向SPAD阵列受光部30供给。

另外，通过进行以下的(1)及(2)，从而能够稳定计测一次计测期间MT内的脉冲计数值。(1)将由第四控制信号TS4控制的温度检测期间TT和由第三控制信号TS3控制的电压设定期间VT与计测期间MT同步设定。(2)此外，由第三控制信号TS3控制的电压设定期间VT更新时机设定为计测期间MT的最初或最后，且不设定在各脉冲计数期间内。这是由于，由此逆偏置电压VHV至少不会在一次计测期间MT内突然变更。

另外，来自发光元件10的投射光E1照射温度检测部70(二极管等)，从而存在产生温度计测值的计测误差的可能性，因此优选温度检测期间TT至少设定在发光元件10的熄灭期间OFFT内。

图7是示出微粒检测传感器1A的工作波形的一例的图。在图7中，第一控制信号TS1及第二控制信号TS2是与图4相同的设定，以Duty50％反复点亮和熄灭，在点亮时和熄灭时分别设定各脉冲计数期间。第三控制信号TS3设定为，在点亮期间ONT的第一脉冲计数期间PT1即将开始前为H电平。在第三控制信号TS3为H电平的期间内更新/设定最优逆偏置电压VHV。

另外，第四控制信号TS4设定为，在熄灭期间OFFT的第二脉冲计数期间PT2结束后为H电平。在第四控制信号TS4为H电平的期间，通过温度检测部70检测周围温度T。此外，如上所述，使用在温度检测期间TT内计测的周围温度T的检测结果，在信号处理部50中决定最优逆偏置电压VHV设定值。并且，在下一计测中，在第三控制信号TS3为H电平的电压设定期间VT更新逆偏置电压VHV值的设定。

由此，在一次计测期间MT内逆偏置电压VHV无变化，在计测期间MT内(各脉冲计数期间内)向SPAD阵列供给恒定的逆偏置电压VHV值。另外，能够在每一次计测期间MT将逆偏置电压VHV更新为最优值，能够实现能够在宽温度范围内工作的微粒检测传感器1A。

图8是示出针对周围温度T的最优逆偏置电压VHV的设定例的曲线图。在图8所示的设定例的情况下，采用预先决定预先决定的表格并根据周围温度T的检测结果决定逆偏置电压VHV的最优值方法。具体来说，若周围温度T在T1～T2的范围内，则逆偏置电压VHV的电压设定值为V1。当然，无需限定为图8的表格，决定逆偏置电压VHV的最优值的表格、函数优选根据所使用的构成SPAD阵列的雪崩光电二极管APD的特性决定。

(基于周围温度变化的第三脉冲计数值的调节)

接下来，说明在周围温度T变化的情况下对第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的梯度进行修正的方法。图9的(a)是示出任意温度下的第一脉冲计数值PC1相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。在图5中，第一脉冲计数值PC1相对于微粒浓度的依存性以成为线性特性(比例)的方式图示。但是，如前所述，实际上，若微粒浓度增加且脉冲计数值增加，则构成SPAD阵列的各SPAD单元同时发生雪崩倍增的频度变高，因此第一脉冲计数值PC1相对于微粒浓度的线性度降低。因此，如图9的(a)所示，表现随着微粒浓度增加而第一脉冲计数值PC1饱和的特性。换言之，第一脉冲计数值PC1相对于微粒浓度的依存性不成比例。

即使周围温度T变化，如前所述，SPAD阵列的逆偏置电压VHV也根据周围温度T(的检测结果)而自动调节，SPAD阵列的雪崩倍增率被优化。因此，作为第一脉冲计数值PC1的微粒浓度依存性，能够优化为与图9的(a)相同特性。但是，随着周围温度T变为高温，作为结果，脉冲计数值相对于微粒浓度的依存性(斜率)由于周围温度T而变化。这是由于，热产生的载流子增加，由此引起的噪声脉冲数(暗脉冲数)增加，因此微粒浓度为零时的计数值(截距)即噪声成分的计数值增加。

使用图9的(a)的圆圈和实线/虚线部分对该情况进行等效说明。最左侧的圆圈部位为某个温度下的噪声成分的脉冲计数值，其右侧(正中间)的圆圈为高于该温度的温度下的噪声成分的脉冲计数值，最右侧的圆圈为更高温度下的噪声成分的脉冲计数值。各圆圈部位处的斜率等效表示各温度下的脉冲计数值相对于微粒浓度的梯度。由此可知，随着周围温度T升高而梯度减小。

图9的(b)是示出第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的温度依存性的一例的曲线图。在图9的(b)中，(9-1)表示高温情况下的上述温度依存性，(9-2)表示常温(25℃等)情况下的上述温度依存性，(9-3)表示低温情况下的上述温度依存性。为了简化说明，在此，仅示出较低浓度区域的上述温度依存性，第三脉冲计数值PC3的浓度依存性(斜率)以线性特性示出。

通过从第一脉冲计数值PC1减去第二脉冲计数值PC2，从而去除噪声成分的计数值，因此第三脉冲计数值PC3未出现噪声成分(截距)。但是，如上所述，结果为其斜率(参照图9的(a))根据周围温度T而不同。因此，若周围温度T变化，则根据第三脉冲计数值PC3的计测值(图9的(b)的PC)运算的微粒浓度成为各不相同的结果(D1～D3)，该检测结果的差(D1～D3)为针对周围温度T的计测误差。因此，为了提高针对周围温度T变化的微粒浓度的计测精度，需要针对计测结果实施针对周围温度T变化的温度修正。以下说明其计测结果的温度修正方法。

(温度修正)

微粒检测传感器1A针对用于计算微粒的浓度的预先设定的第一运算系数x1，使用预先设定的温度修正系数y1和温度检测部70计测的周围温度T的计测结果进行温度修正，从而计算第二运算系数x2，使用从第二运算系数x2及第一脉冲计数值PC1中减去第二脉冲计数值PC2得到的第三脉冲计数值PC3，计算微粒的浓度。

图10是示出第三脉冲计数值PC3的梯度α(T)的温度依存性的一例的曲线图。为了简化说明，梯度α(T)设为温度T的一次函数(线性特性)。在此，将针对温度T的梯度α(T)的斜率设为β(常数)，将基准温度To处的斜率设为α(To)，则梯度α(T)、T与β的关系能够以下式表示。

α(T)＝α(To)+(T-To)×β (式3-a)

在此，将微粒浓度设为D，计测温度T下的微粒浓度D与第三脉冲计数值PC3(PC3(T))的关系成为以下的(式3-b)，将(式3-a)代入(式3-b)，则微粒浓度D成为以下的(式3-c)。

PC3(T)＝α(T)×D (式3-b)

D＝PC3(T)/α(T)＝PC3(T)/(α(To)+(T-To)×β) (式3-c)

根据该(式3-c)，能够使用计测温度T下的第三脉冲计数值PC3(PC(T))、温度检测部70计测的温度检测结果T(温度T)、基准温度To、基准温度To处的梯度α(To)、梯度α(T)的斜率β，检测温度修正后的微粒浓度D。也就是说，能够利用所计测的第三脉冲计数值PC3和温度修正后的运算系数(梯度α(T)(第二运算系数x2))，实现不依赖于周围温度T的准确微粒浓度D的检测。

在此，To、α(To)及β是用于对运算使用的运算系数进行温度修正的温度修正系数y1，例如，存储在图6所述的存储部90中，在信号处理部50中的运算时作为温度修正系数y1使用。需要说明的是，以上为了简化说明而将α(T)设为T的一次函数，但在二次函数以上的高阶函数的情况下，也能够实现相同的修正。

此外，在温度修正系数y1由于制造时的偏差等而针对每个微粒检测传感器1A不同的情况下，在制造时的检查工序中，在至少两个点以上的周围温度T(包含基准温度To)下进行计测。并且，根据各计测温度下的关于微粒浓度的梯度α(T)的计测结果计算β，将所计测的各系数针对各微粒检测传感器1A作为初始设定值存储在存储部90中。由此，能够对由制造偏差引起的周围温度T依存性的偏移进行修正，作为结果，能够进一步抑制微粒浓度的关于周围温度T变化的计测误差。

但是，能够通过实施针对上述制造偏差的修正抑制关于周围温度变化的计测误差，但在检查工序中需要两点以上的温度条件下的检查，存在微粒检测传感器1A的制造成本增加的可能性。因此，优选根据针对微粒检测传感器1A所要求的目标(计测精度、成本)选择是否实施上述制造偏差修正方法。需要说明的是，在由于制造偏差等而温度修正系数y1针对每个微粒检测传感器1A基本没有变化的情况下，也可以作为固定值加入信号处理部50的运算式，或者在使用微粒检测传感器1A外部的微型计算机等进行运算处理的情况下，储存在微型计算机等存储器中。

如以上所示，在第二实施方式的构成中，能够实现在宽温度范围内工作且能够针对周围温度T的变化计测准确的微粒浓度的微粒检测传感器1A。

(针对制造偏差的调节)

接下来，说明针对微粒检测传感器1A的制造偏差的修正方法。通常，SPAD阵列受光部30形成在半导体基板上。因此，由于半导体的结晶缺陷、杂质浓度的偏差等制造偏差，存在所构成的每个SPAD的雪崩倍增率、噪声成分(暗脉冲等)产生偏差的情况，存在导致微粒浓度的计测精度下降的可能性。

另外，发光元件10也存在由于制造偏差而发光光量、指向性等光学特性产生偏差的可能性，同样地存在导致计测精度下降的可能性。此外，由于SPAD阵列受光部30的击穿电压的偏差、逆偏置电压VHV的电压设定部80的制造偏差，从而向SPAD阵列受光部30供给的逆偏置电压VHV未优化，同样地存在计测精度下降、导致无法计测的可能性。

因此，为了提高微粒浓度的计测精度，优选使由上述制造偏差引起的计测误差、工作条件的偏移在制造时能够调节的构成。以下说明用于实现该构成的方法的一例。

(脉冲计数值的优化)

说明对噪声成分的脉冲计数值进行优化的方法。图11的(a)是示出第一脉冲计数值PC1和第二脉冲计数值PC2相对于SPAD单元数的依存性的一例的曲线图。在图11的(a)中，(11-1)表示点亮期间内的第一脉冲计数值PC1相对于SPAD单元数的依存性的一例，(11-2)表示熄灭期间内的第二脉冲计数值PC2相对于SPAD单元数的依存性的一例。在图11的(a)中，微粒浓度、发光光量、各脉冲计数期间固定为某个值。

如图11的(a)的(11-2)所示，利用噪声成分的脉冲计数值根据SPAD单元cell数量的增减而增减，在制造时的检查工序中，选择噪声成分的脉冲计数值为最优值的SPAD单元cell数量。SPAD单元cell数量的选择通过从图6所示的控制部60输出的第二调节信号S2进行。该SPAD单元cell数量的优化结果(第二调节信号S2)作为初始设定值存储在存储部90中。

需要说明的是，作为SPAD单元cell数量的选择方法没有特别限定，可以是从SPAD阵列整体统一增减的选择调节，也可以是选择预先规定的区域的有效/无效的调节方法。换言之，第二调节信号S2是用于对SPAD阵列受光部30的工作条件进行调节的信号，SPAD阵列受光部30也可以具有根据第二调节信号S2设定构成SPAD阵列受光部30的各SPAD单元cell的有效和无效的功能。另外，将噪声成分修正为最优值的含义，如前所述，是为了根据噪声成分的计数值的大小使梯度α变化。

(梯度α的优化)

说明对脉冲计数值的梯度α进行优化的方法。图11的(b)是示出第一脉冲计数值PC1和第二脉冲计数值PC2相对于发光光量的依存性的一例的曲线图。在图11的(b)中，(11-1)表示点亮期间内的第一脉冲计数值PC1相对于发光光量的依存性的一例，(11-2)表示熄灭期间内的第二脉冲计数值PC2相对于发光光量的依存性的一例。

在图11的(b)中，微粒浓度、脉冲计数期间固定为某个值，SPAD单元cell数量设定为以上述方法优化的值。在此，(11-1)由于包含来自微粒的散射光成分的脉冲计数值，因此针对发光光量的增加而脉冲计数值增加，与此相对，(11-2)由于是仅噪声成分的脉冲计数值，因此为恒定的值。利用该依存性，在制造时的检查工序中，选择脉冲计数值的梯度α为最优值的发光光量。根据从图6所示的控制部60输出的第一调节信号S1，在发光元件10的驱动部20中调节发光光量。换言之，第一调节信号S1是用于对驱动部20的工作条件进行调节的信号，驱动部20具有根据第一调节信号S1对发光元件10的发光光量进行调节的功能。第一调节信号S1作为初始设定值存储在存储部90中。

(逆偏置电压的优化)

说明向SPAD阵列受光部30供给的逆偏置电压VHV的优化方法。图11的(c)是示出第一脉冲计数值PC1和第二脉冲计数值PC2相对于逆偏置电压的依存性的一例的曲线图。在图11的(c)中，(11-1)表示点亮期间内的第一脉冲计数值PC1相对于逆偏置电压VHV的依存性的一例，(11-2)表示熄灭期间内的第二脉冲计数值PC2相对于逆偏置电压VHV的依存性的一例。

若逆偏置电压VHV与最优范围相比过大，则雪崩倍增率过大，各脉冲计数值极端增加，无法实现正常的计测。另外，若逆偏置电压VHV与最优范围相比过小，则逆偏置电压VHV低于SPAD的击穿电压，成为线性模式而非盖革模式下的工作。因此，各脉冲计数值极端减少，无法实现正常的计测。

逆偏置电压VHV之所以相对于最优范围偏移，其理由如上所述为SPAD单元cell、电压设定部80的制造偏差，通过将逆偏置电压VHV设定为最优范围，能够实现正常的计测。作为具体的方法，在制造时的检查工序中，计测各脉冲计数值的逆偏置电压VHV依存性，选择各脉冲计数值成为最优值的逆偏置电压VHV。例如，如图11的(c)所示，也可以是，在检查工序中，根据各脉冲计数值的计测结果粗略检测逆偏置电压VHV的正常工作范围，选择其中间值作为逆偏置电压VHV。在此，由于目的在于设定避免脉冲计数值极端增减的逆偏置电压VHV，因此可以是粗略设定。

逆偏置电压VHV的调节如下进行：根据图6所示的从控制部60输出的第三调节信号S3，由电压设定部80设定逆偏置电压VHV(初始值)，将逆偏置电压VHV向SPAD阵列受光部30供给。换言之，第三调节信号S3是用于对电压设定部80的工作条件进行调节的信号，电压设定部80具有根据第三调节信号S3对逆偏置电压VHV进行调节的功能。检查时决定的第三调节信号S3作为初始设定值存储在存储部90中。作为初始设定值存储的逆偏置电压VHV值是在基准温度To下最优的逆偏置电压VHV，图8中说明的关于周围温度T的逆偏置电压VHV的表格优选配合基准温度To下的修正结果进行调节。

如以上所示，根据检查工序中的检查结果，对SPAD单元cell数量、发光光量、逆偏置电压VHV的设定值进行调节，预先将对以上设定值进行调节的第一调节信号S1～第三调节信号S3作为初始设定值存储在存储部90中。由此，能够抑制由制造偏差引起的计测误差、每个微粒检测传感器1A的计测值偏移，能够实现微粒浓度的计测精度高的微粒检测传感器1A。

(针对温度修正系数的制造偏差的调节)

接下来，示出在制造偏差调节的基础上，对关于周围温度T的梯度的温度修正系数的制造偏差进行调节的情况下的具体的计测和调节的顺序的一例。

首先，在制造时的检查工序中，对检查温度To(基准温度To)、无微粒状态下的熄灭时的第二脉冲计数值PC2的逆偏置电压VHV依存性进行计测。需要说明的是，在此也可以设为有微粒状态下的计测。根据该计测结果，检测第二脉冲计数值PC2未极端增减的逆偏置电压VHV的正常工作范围，将其中间值设为逆偏置电压的设定值VHVo，并将其值作为第三调节信号S3存储在存储部90中。

接下来，在检查温度To(基准温度To)、逆偏置电压VHVo、无微粒状态下，对第二脉冲计数值PC2的SPAD单元cell数量的依存性进行计测。需要说明的是，在此也可以设为有微粒状态下的计测。根据该计测结果，决定第二脉冲计数值PC2(噪声成分)成为最优值的SPAD单元cell数量Co，并将其值作为第二调节信号S2存储在存储部90中。

接下来，在检查温度To(基准温度To)、逆偏置电压VHVo、SPAD单元cell数量Co下，进行无微粒的状态(微粒浓度＝0)和有微粒的状态(作为基准的微粒浓度Do)的两次计测。根据上述两次计测值，计测第一脉冲计数值PC1或第三脉冲计数值PC3的梯度α(To)，并对该梯度α(To)相对于发光光量的依存性进行计测。根据其计测结果，确定梯度α(To)成为最优值的发光光量Lo，并将其值作为第一调节信号S1存储在存储部90中。

接下来，对梯度α(T)的温度修正系数的制造偏差进行调节。基准温度To中的梯度α(To)在上述梯度修正时计测，因此在其他检查温度T1下对上述设定条件(逆偏置电压VHVo(T1)、SPAD单元cell数量Co、发光光量Lo)下的梯度α(T1)进行计测。在此，逆偏置电压VHVo(T1)是在检查温度T1下的测量中基于图8针对基准温度To下的初始设定值即逆偏置电压VHVo进行自动调节得到的逆偏置电压的值。如图10所示，若α(T)的温度依存性为线性特性，则能够根据梯度α(To)和梯度α(T1)的计测值计算梯度α(T)的关于温度的斜率β。将该斜率β、基准温度To及基准温度的梯度α(To)作为后述的运算系数α(T)(第三运算系数x3)的温度修正系数存储在存储部90中。通过上述调节方法，能够在制造时的检查工序中抑制由上述制造偏差引起的计测误差。

在此，在存储部90中存储的基准温度To是检查温度To(基准温度To)下的温度检测结果To_1。之所以需要存储检查温度To下的温度检测结果To_1，理由如下。即，计测值To(检查温度To)只不过是温度检测部70的计测结果，该计测值To(检查温度To)针对各微粒检测传感器1A存在偏差，因此需要预先针对各微粒检测传感器1A存储检查温度To下的温度检测结果To_1。换言之，无需求算绝对温度输出。根据这样的方法，能够实现包含温度检测部70的制造偏差在内的修正。

(由杂散光分量引起的计测误差的抑制)

接下来，说明抑制在减算后的第三脉冲计数值PC3中出现的由杂散光分量的脉冲计数值引起的计测误差。在此，所谓杂散光，不同于散射到微粒并射入SPAD阵列受光部30的散射光成分，表示从发光元件10投射的光射入SPAD阵列受光部30的不需要的光。杂散光分量例如通过(1)来自发光元件10的投射光E1由微粒检测传感器1A的框体、罩等反射而射入SPAD阵列受光部30或(2)从发光元件10投射的光直接射入SPAD阵列受光部30而被脉冲计数。理想来说，优选以使这样的杂散光分量为0(零)或尽可能小的方式配置构成SPAD阵列受光部30、发光元件10、检测区域。但是，由于现实上很难实现，因此需要对由上述杂散光分量的脉冲计数值引起的计测误差进行修正或抑制的机构。

图12的(a)是示出向SPAD阵列受光部30射入杂散光的情况下的第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的依存性的一例的曲线图。杂散光分量与在图5等中说明的噪声成分的脉冲计数值类似，不依赖于微粒浓度而相对于微粒浓度取恒定值。另外，如上所述，杂散光分量通过来自微粒检测传感器1A的框体、传感器罩的反射光、来自发光元件10的直接光射入SPAD阵列受光部30而产生。因此，由于制造时的构成要素的安装位置的偏差等而各微粒检测传感器1A存在杂散光分量的脉冲计数值产生偏差的可能性。

作为抑制由该杂散光分量的脉冲计数引起的计测误差的方法，例如，在制造时的检查工序中，通过实施无微粒状态下的计测(至少一次以上的计测)，对仅有杂散光分量的第四脉冲计数值PC4进行计测。在微粒浓度计测时，从所计测的第三脉冲计数值PC3进一步减去第四脉冲计数值PC4并在信号处理部50中运算微粒浓度以进行检测即可。将第三脉冲计数值PC3的梯度α设为运算系数(第三运算系数x3)，微粒浓度D能够以下式表示。

PC3＝α×D+PC4 (式4-a)

D＝(PC3-PC4)/α (式4-b)

另外，在检查工序中计测的第四脉冲计数值PC4作为初始设定值存储在图6的存储部90中，并在信号处理部50中的运算时作为第四运算系数x4使用。通过该方法，能够包含制造偏差在内抑制由杂散光分量的第四脉冲计数值PC4引起的计测误差，在无法完全去除杂散光分量的微粒检测传感器1A构造中，也能够抑制计测精度下降。

另外，上述方法有效的情况限于由杂散光分量产生的第四脉冲计数值PC4较小、没有因周围温度T而大幅度变化的情况。图12的(b)是示出在杂散光分量的温度依存性大的情况下的第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的温度依存性的一例的曲线图。在图12的(b)中，(12-1)表示高温情况下的上述温度依存性，(12-3)表示低温情况下的上述温度依存性，(12-2)表示(12-1)及(12-3)的中间温度(常温等)情况下的上述温度依存性。

杂散光分量与散射光成分的差异仅为是否依赖于粒子浓度。散射光成分依赖于粒子浓度，而杂散光分量不依赖于粒子浓度。也就是说，杂散光分量的脉冲计数值的温度依存性与散射光成分的脉冲计数值的温度依存性相同。因此，在梯度α(T)的温度依存性为图10的情况下，杂散光分量的温度依存性大的情况下的第三脉冲计数值PC3相对于微粒浓度的温度依存性如图12的(b)所示。在这样的情况下，也能够通过上述方法(从第三脉冲计数值PC3减去检查时的杂散光分量的第四脉冲计数值PC4)，一定程度上抑制由杂散光引起的计测误差。

但是，在需要针对全部周围温度T将微粒浓度的计测精度设定得很高的情况下，仅有上述方法是不充分的。在这样的情况下，如以下所示，优选在对杂散光分量的第四脉冲计数值PC4进行温度修正后进行微粒浓度的运算处理的方法。

首先，将计测温度T下的第三脉冲计数值PC3设为PC3(T)，将杂散光分量的第四脉冲计数值PC4设为PC4(T)，将第三脉冲计数值PC3的梯度设为α(T)。若以PC3(T)、PC4(T)及α(T)为运算系数并将微粒浓度设为D，则上述关系能够以下式表示。

PC3(T)＝α(T)×D+PC4(T) (式4-c)

在此，PC4(T)的周围温度依存性如图12的(c)所示，在关于周围温度T为一次函数(线性特性)的情况下，若将PC4(T)的关于温度的斜率设为γ，将基准温度To下的第四脉冲计数值PC4设为PC4(To)，则PC4(T)能够以下式表示。

PC4(T)＝PC4(To)+(T-To)×γ (式4-d)

在此，PC3(T)的关于微粒浓度的梯度α(T)能够以上述(式3-a)表示，因此根据(式3-a)、(式4-c)及(式4-d)，微粒浓度D能够使用以下算式计算。

D＝{PC3(T)-PC4(T)}/α(T)

＝{PC3(T)-PC4(To)-(T-To)×γ}/(α(To)+(T-To)×β) (式4-e)

在上式(式4-e)中，以PC3(T)的梯度α(T)为运算系数(第三运算系数x3)。在上式(式4-e)中，使用周围温度T下的温度检测结果T、周围温度T下的第三脉冲计数值PC3的计测结果即PC3(T)及在存储部90中存储的PC4(To)、梯度α(To)、To、β、γ的温度修正系数(常数)进行运算。根据上式(式4-e)，即使在杂散光分量的射入无法忽略的微粒检测传感器1A中，也能够实现包含杂散光分量的温度依存性的温度修正。

另外，在上述温度修正系数由于制造时的偏差等而针对各微粒检测传感器1A不同(产生偏差)的情况下，通过进行下述处理，能够对由制造偏差引起的周围温度T依存性的偏移进行修正。即，在制造时的检查工序中，使用至少两点以上的周围温度T(包含基准温度)进行计测。然后，根据各计测温度下的梯度α和第四脉冲计数值PC4的计测结果计算斜率β和斜率γ，将计测出的各常数针对各微粒检测传感器1A存储在储部90中。由此，能够对由制造偏差引起的周围温度T依存性的偏移进行修正，作为结果，能够进一步提高微粒浓度的计测精度。

但是，能够通过实施针对制造偏差的修正进一步提高计测精度，但在检查工序中需要两点以上温度条件下的检查，存在传感器的制造成本增加的可能性。因此，优选根据针对微粒检测传感器1A所要求的目标规格(计测精度、成本)，选择是否实施上述制造偏差修正方法。

〔第三实施方式〕

在第二实施方式中，说明了杂散光射入SPAD阵列受光部30的情况下的修正方法。但是，在射入SPAD阵列受光部30的杂散光分量与散射光成分相比极端增大的情况下，脉冲计数值整体上升，关于微粒浓度的线性度降低。其结果为，存在即使使用上述抑制方法也无法获得微粒检测传感器1A所需的计测精度的可能性。由此，优选微粒检测传感器1A的SPAD阵列受光部30构成为，能够调节为尽可能避免上述杂散光分量射入或杂散光分量的影响尽可能小。作为第三实施方式，以下说明用于实现这样的构成的例子。

作为微粒检测传感器1B的构成如图6所示，取代SPAD阵列受光部30而具有SPAD阵列受光部30B。SPAD阵列受光部30B能够分割为至少两个以上的区域而进行选择。射入SPAD阵列受光部30B的杂散光分量以相同强度射入SPAD阵列的整体的情况很少，在某个特定区域中杂散光分量较强射入而其他区域中杂散光分量较弱射入的情况很多。另外，根据由制造偏差引起的各构成元件的安装位置偏移等，各SPAD阵列区域的杂散光射入强度的分布变化的情况很多。由此，针对每个微粒检测传感器1B选择杂散光分量的射入少且散射光成分的射入多的SPAD阵列的特定区域并进行计测，从而能够实现能够尽可能减小杂散光分量的影响的微粒检测传感器1B。具体来说，若将杂散光分量设为N、将散射光成分设为S，则通过选择其S/N比最高的SPAD阵列的区域进行计测，从而能够实现能够尽可能减小杂散光分量的影响的微粒检测传感器1B。

使用图13说明上述方法。图13是示出本发明第三实施方式的微粒检测传感器1B的SPAD阵列受光部30B的计测区域选择方法的一例的图。图13所示的SPAD阵列由12×12(144个单元)的SPAD单元cell构成。SPAD阵列受光部30B首先将其中的3×3(9个单元)的区域分割为基准区域BA0～基准区域BA15(16个区域)。并且，在微粒浓度计测时，SPAD阵列受光部30B如虚线包围所示，使用选择了基准区域BA的2×2的区域(计4个区域)的6×6(36个单元)的区域进行计测。将进行该计测的区域设为计测区域MA。

在制造时的检查工序中，依次选择上述基准区域BA的由2×2的4个区域构成的计测区域而进行计测。具体来说，首先，对由基准区域BA0、基准区域BA1、基准区域BA4及基准区域BA5构成的计测区域MA1进行计测。接下来，对由基准区域BA1、基准区域BA2、基准区域BA5及基准区域BA6构成的计测区域进行计测，并重复该处理。最终对由基准区域BA10、基准区域BA11、基准区域BA14及基准区域BA15构成的计测区域MA2进行计测。

对于计测来说，如图14的(a)及图14的(b)所示，在各计测区域MA中，分别实施在微粒浓度为0(零)的情况下的计测和在某个基准浓度Do的情况下的计测，计算散射光成分S与杂散光分量N的比，确定该S/N比最大的计测区域MA。在此，图14的(a)是示出S/N比较大的情况下的第一脉冲计数值PC1与微粒浓度的关系的一例的图。图14的(b)是示出S/N比较小的情况下的第一脉冲计数值PC1与微粒浓度的关系的一例的图。另外，杂散光分量N是粒子浓度为0(零)的计测结果本身，散射光成分S为从基准浓度Do下的计测结果减去杂散光分量N得到的值。

通过上述计测决定的SPAD阵列的计测区域MA根据图6所示的从控制部60输出的第二调节信号S2设定。该第二调节信号S2作为初始设定值存储在存储部90中。由此，能够实现杂散光分量的影响最小的SPAD区域中的散射光E2的计测，能够实现尽可能抑制杂散光分量的影响的微粒检测传感器1B。需要说明的是，若预先将微粒浓度为0(零)的情况下的第三脉冲计数值PC3设为PC3(0)、将基准浓度Do下的脉冲计数值设为PC3(Do)，则S/N比的运算能够通过以下的运算式(式5-a)简单地计算。另外，上述处理目的在于判定S/N比的大小，因此也可以将进一步简化的(式5-b)用作判定式。

S/N＝PC3(Do)/PC3(0)-1 (式5-a)

S/N＝PC3(Do)/PC3(0) (式5-b)

另外，在上述SPAD区域的设定的基础上，作为包含上述示出的制造偏差的调节、温度修正在内的检查工序中的调节的顺序，优选按以下所示的(1)～(5)的顺序实施。(1)逆偏置电压VHV的调节、(2)SPAD阵列的计测区域MA的选择(杂散光调节)、(3)SPAD单元数的调节(噪声计数值的调节)、(4)发光光量的调节(斜率的调节)、(5)温度修正(斜率与杂散光的温度修正系数的调节、杂散光初始值的存储)。通过进行这样的顺序的调节，从而能够唯一确定微粒检测传感器1B的特性，因此能够尽可能减少检查工序中的检查时间。例如，在最后实施(2)的情况下，由于此前调节的设定值存在偏移，因此需要再一次进行(3)～(5)的设定，因而检查时间变长，结果导致成本增加。

需要说明的是，在图13中，示出由12×12的SPAD单元cell构成的SPAD阵列，但当然未必限定于上述SPAD阵列设定。另外，计测区域MA也为由2×2的基准区域BA构成的正方形区域，但未必限定于这样的选择方法。例如，也可以将计测区域MA设为由纵向一列的基准区域BA0～基准区域BA3构成的区域，或者设为由横向一列的基准区域BA0、基准区域BA4、基准区域BA8及基准区域BA12构成的区域或圆形区域。计测区域MA通过适于每个微粒检测传感器1B的调节方法设定很重要。

(光学过滤器)

在第一实施方式及第二实施方式中，说明了通过从点亮期间内的第一脉冲计数值PC1减去熄灭期间内的第二脉冲计数值PC2，从而去除由热载流子产生的暗脉冲及由外部干扰光产生的噪声成分的脉冲计数值的去除方法。作为针对外部干扰光射入的噪声去除，存在仅有第一实施方式及第二实施方式中示出的方法而不充分的情况。上述方法在射入SPAD阵列受光部30B的外部干扰光较弱的情况下有效，但在外部干扰光较强射入的情况下存在无法准确计测微粒浓度的问题。这是由于，在外部干扰光较强射入的情况下，由于噪声成分的脉冲计数值很大，因此如前所述，散射光成分的计数值关于微粒浓度的梯度变化(线性度降低)。

为了避免该问题，优选设置抑制外部干扰光向SPAD阵列受光部30B的上表面方向(散射光射入的方向、与受光面垂直的方向)射入的光学过滤器(未图示)。具体来说，优选设置仅使散射光成分的波长附近的光(发光元件10的发光波长附近)透射而使除此以外的波长的光以指数函数式衰减的光学带通滤波器。作为光学带通滤波器的设置方法，也可以在SPAD阵列受光部30B的受光面方向(光入射方向)上设置市售(已有)的光学玻璃过滤器。或者也可以通过蒸镀等在SPAD阵列受光面上直接形成光学过滤器。通过像这样在SPAD阵列受光部30B的上表面方向设置光学带通滤波器，从而能够使除了散射光的波长以外的光(即外部干扰光噪声)以指数函数式衰减。其结果为，能够抑制因由外部干扰光射入导致的噪声成分计数值的增大而线性度降低，能够实现即使在外部干扰光很强射入的状况下微粒浓度的计测精度也很高的微粒检测传感器1B。

(构成要素的集成)

另外，在第一实施方式～第三实施方式中，优选除了发光元件10以外的SPAD阵列受光部30B及各构成要素集成化形成在同一半导体基板上。由此，能够使各电路间的布线形成得较短。由此，例如能够抑制由于电磁噪声等与各构成要素间的布线耦合而产生的噪声成分，能够进一步提高微粒浓度的计测精度。另外，通过将上述构成要素集成化形成在同一基板上，从而能够削减构成微粒检测传感器1B的部件数量，能够实现微粒检测传感器的小型化、低成本化。

〔第四实施方式〕

在第四实施方式中，示出以使用微粒检测传感器1～微粒检测传感器1B检测在空气中(或气体中)悬浮的灰尘微粒浓度为目的的灰尘传感器100的构成例。图15是示出本发明的第四实施方式灰尘传感器100的概略构成的一例的示意图。图15的(a)是从上表面观察灰尘传感器100的图。图15的(b)是图15的(a)的A-A’的剖视图。

图15所示的灰尘传感器100在安装基板160上安装有集成电路IC。在集成电路IC上至少包含SPAD阵列受光部30B、脉冲计数器40、发光元件10的驱动部20、控制部60及包含信号处理部50的电路要素(上述实施方式的构成)。此外，在安装基板160上以覆盖集成电路IC的方式安装有用于抑制外部干扰光、杂散光向SPAD阵列受光部30B射入的传感器罩150(遮光罩)。在SPAD阵列170正上方的传感器罩150的上表面部分，设有用于将来自灰尘微粒SP的散射光E2取入SPAD阵列受光部30B的受光窗130(是使散射光E2透射的部分，孔等)。

此外，在该受光窗130的部分一并设有光学带通滤波器，抑制外部干扰光射入SPAD阵列受光部30B。在传感器罩150的上表面安装有用于投射发光光束120的发光元件模块110。发光元件模块110至少由发光元件10和透镜140等光学元件构成。该发光元件模块110与集成电路IC(的驱动部)电连接。发光光束120在从发光元件模块110朝向受光窗130(SPAD阵列受光部30B)的方向上平行于传感器罩150的上表面投射。在此，将发光光束120与SPAD阵列受光部30B的视野角重合的部分设为灰尘传感器100的检测区域A。需要说明的是，SPAD阵列受光部30B的视野角由SPAD阵列170的视野角、光学带通滤波器的视野角及受光窗130的配置等决定。

另外，在灰尘传感器100的侧面设有用于向受光窗130的上表面附近吹送空气(气体)的送风机构F，通过该空气(气体)的流动，灰尘微粒SP被以恒定速度送入检测区域A(图15的(a)的箭头)。在通过送风机构F送入的灰尘微粒SP从检测区域A中通过时，发光光束120由灰尘微粒SP散射，该散射光E2射入SPAD阵列受光部30B。如上述实施方式中所说明，以脉冲计数器40计数与该散射光E2的光量对应的脉冲信号，并使用运算系数进行运算，从而能够检测灰尘微粒SP的浓度。作为送风机构F，在风扇等送风机的基础上，还能够使用利用由加热器等产生的温度差、压力差的送风机构。

另外，在图15中，考虑了下述的(1)及(2)的位置偏移。(1)向安装基板160上安装SPAD阵列170(IC)时的安装位置的偏移。(2)由发光光束120位置的偏移等制造偏差产生的射入SPAD阵列受光部30的杂散光分量的射入位置的偏移。即使在产生以上偏移的情况下，也能够通过将受光窗130的面积设定得比检测区域A(发光光束直径)宽而抑制杂散光分量的影响。这是由于，能够进行使图13及图14中说明的杂散光分量的影响最小的SPAD阵列受光部30B的计测区域MA的调节(优化)。

通过设为图15的构成，从而能够实现下述灰尘传感器100：能够检测空气中(气体中)悬浮的灰尘微粒的微粒浓度，传感器尺寸小，能够耐受外部干扰光噪声的射入，灰尘微粒浓度的计测精度高，周围温度变化的影响少，且能够抑制杂散光分量的影响。

需要说明的是，灰尘传感器100的构成不限定于图15所示的构成。在图15中，主要构成为接受相对于发光光束120投射的方向即发光光束方向为90°方向附近的散射光E2的灰尘传感器100。但是，通过对SPAD阵列170、受光窗130、微粒取入位置(流动)的配置进行调节，从而还可以实现主要接受相对于发光光束方向为90°以上的散射光、相对于发光光束方向为90°以下的散射光的灰尘传感器10。另外，在即使不设置送风机构F也能够高效将微粒取入检测区域A的环境下使用的情况下，不需要设置送风机构F。由此还能够削减部件数量，并抑制灰尘传感器100的成本上升。

另外，通过将灰尘传感器100搭载于空调设备，从而能够实现具有能够准确检测PM2.5等微粒的浓度且由外部干扰光射入、周围温度变化引起的计测误差小的灰尘浓度检测部的空调设备200。

图16是示出本发明的空调设备200的概略构成的一例的示意图。空调设备200能够由空气净化机、空调或换气扇等实现。空调设备200由电源部201、空调机构202、MPU(MicroProcessing Unit：微处理单元)203及灰尘传感器100构成。电源部201向空调机构202、MPU203及灰尘传感器100供给电源电压。空调机构202是进行空调控制、换气等空调的机构。MPU203对空调设备200和灰尘传感器100的工作进行控制，此外，具有根据从灰尘传感器100输出的灰尘浓度信息对空调设备200的风量、工作ON/OFF进行控制的功能。另外，在MPU203中，也可以使用灰尘传感器100(灰尘传感器100内的微粒检测传感器1/1A/1B)的输出结果(脉冲计数值等)，实施微粒浓度的运算、微粒浓度的平均化处理等。

需要说明的是，图16所示的灰尘传感器100由上述实施方式中记载对微粒检测传感器1/1A/1B、检测区域A、微粒的取入机构250及光学机构260构成。在此，检测区域A是用于检测悬浮的微粒的区域。从微粒检测传感器1/1A/1B投射的投射光E1通过在检测区域A悬浮的微粒SP而散射，并由微粒检测传感器1/1A/1B接受该散射光E2，从而进行微粒浓度的检测。

微粒的取入机构250是从灰尘传感器100的外部取入微粒SP(灰尘粒子)，将微粒送入检测区域A，并从检测区域A排出微粒SP，进一步将微粒SP向灰尘传感器100的外部排出的机构。微粒的取入机构250包含：用于从灰尘传感器100的外部取入微粒(空气)并进一步排出的送风机构F；用于将微粒SP向检测区域A取入、排出的微粒SP的路径；用于从灰尘传感器100外部取入微粒SP的取入口(Inlet)；以及用于将微粒SP向外部排出的排出口(Outlet)等。

另外，光学机构260由下述的(1)～(5)等构成。(1)将从微粒检测传感器1/1A/1B投射的投射光E1聚光到检测区域A的透镜等光学部件、(2)该投射光E1的光路、(3)用于接受来自检测区域A的散射光E2的光路、(4)用于将散射光E2取入微粒检测传感器1/1A/1B内的受光部210的受光窗、(5)用于抑制不需要的光(杂散光、外部干扰光)射入微粒检测传感器1/1A/1B的遮光罩(传感器罩)及(6)抑制杂散光射入微粒检测传感器1/1A/1B的光学捕集构造。

〔基于软件的实现例〕

微粒检测传感器1/1A/1B的控制块(特别是信号处理部50)可以由在集成电路(IC芯片)等上形成的逻辑电路(硬件)实现，也可以由软件实现。

在后者的情况下，微粒检测传感器1/1A/1B具有执行作为实现各功能的软件的程序的命令的计算机。该计算机例如具有至少一个处理器(控制装置)，并具有存储有上述程序的计算机能够读取的至少一个记录介质。并且，在上述计算机中，通过由上述处理器从上述记录介质读取上述程序并执行来达成本发明的目的。作为上述处理器，例如能够使用CPU(Central Processing Unit：中央处理器单元)。作为上述记录介质，能够使用“非暂时的有形介质”，例如除了ROM(Read Only Memory：只读存储器)等以外，能够使用带、盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。另外，也可以还具有用于展开上述程序的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)。另外，上述程序也可以经由能够传输该程序的任意传送介质(通信网络、广播波等)向上述计算机供给。需要说明的是，本发明的一方案以通过电子传输使上述程序具现化的载置于载波的数据信号的方式也能够实现。

〔总结〕

本发明第一方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)是对流体中包含的微粒的浓度进行检测的微粒检测传感器，包括：向所述微粒投射光的发光元件(10)；SPAD阵列受光部(30/30B)，其具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个SPAD，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号；以及信号处理部(50)，其基于计数所述脉冲信号得到脉冲计数值计算所述微粒的浓度，所述信号处理部基于第一脉冲计数值(PC1)及第二脉冲计数值(PC2)计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值(PC1)为所述发光元件投射所述光的点亮期间(ONT)内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值(PC2)为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间(OFFT)内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

根据上述构成，将由SPAD阵列受光部接受的微弱的散射光以数字化的脉冲信号的形式输出，对该脉冲信号进行脉冲计数，从而能够实现能够接受微弱的散射光且计测精度高的微粒检测传感器。

此外，由于不需要以高增益的增幅电路对模拟信号进行增幅的构成，因此电磁噪声耐受性强，能够削减对于现有的灰尘传感器来说不可缺少的屏蔽壳体、过滤器等电磁噪声对策部件的部件数量，能够实现微粒检测传感器的小型化及低成本化。

本发明第二方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一方案的基础上，在所述点亮期间(ONT)内对所述第一脉冲计数值(PC1)进行计数的期间(第一脉冲计数期间PT1)的长度与在所述熄灭期间(OFFT)内对所述第二脉冲计数值(PC2)进行计数的期间(第二脉冲计数期间PT2)的长度相同。

根据上述构成，通过在发光元件的点亮期间和熄灭期间内将脉冲计数期间设为相同的时间，从而能够更高精度地实施上述噪声成分的去除，能够实现针对周围温度、外部干扰光射入的耐受性进一步提高的微粒检测传感器。

本发明第三方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一或第二方案的基础上，所述信号处理部(50)计算从所述第一脉冲计数值(PC1)减去所述第二脉冲计数值(PC2)得到的第三脉冲计数值(PC3)，并基于所述第三脉冲计数值计算所述微粒的浓度。

根据上述构成，通过从点亮期间内的第一脉冲计数值中减去熄灭期间内的第二脉冲计数值从而能够去除热产生的噪声成分和由于外部干扰光射入而产生的噪声成分，能够实现针对周围温度变化、外部干扰光射入的耐受性高的微粒检测传感器。

另外，在用于运算微粒浓度的信号处理部中，通过一并实施脉冲计数值的减算处理，从而能够灵活设定微粒浓度的运算方法，具有基于运算次数削减的响应速度提高、基于信号处理部的电路规模缩小的成本减少的效果。

本发明第四方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一至第三方案中的任一方案的基础上，具有计数上述脉冲信号的脉冲计数器(40)，所述脉冲计数器由增加/减少计数器构成，对所述点亮期间(ONT)内的所述脉冲信号进行增加计数，对所述熄灭期间(OFFT)内的所述脉冲信号进行减少计数。

根据上述构成，通过将脉冲计数器设为增加/减少计数器，从而不需要在信号处理部中进行脉冲计数值的减算处理，具有基于信号处理部的电路规模缩小的进一步的成本减少的效果。

本发明第五方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第一至第四方案中的任一方案的基础上，包括：温度检测部(70)，其对所述SPAD阵列受光部(30)的周围温度进行计测；以及电压设定部(80)，其将根据所述周围温度(T)的计测结果决定的逆偏置电压(VHV)提供至所述SPAD阵列受光部，由所述温度检测部进行的所述周围温度的计测是在温度检测期间(TT)内进行计测，所述逆偏置电压由所述电压设定部在电压设定期间(VT)内根据所述周围温度的计测结果而更新，所述温度检测期间及所述电压设定期间与由在所述点亮期间(ONT)内计数所述第一脉冲计数值(PC1)的期间(第一脉冲计数期间PT1)及在所述熄灭期间(OFFT)内计数所述第二脉冲计数值(PC2)的期间所(第二脉冲计数期间PT2)构成的计测期间(MT)同步设定。

根据上述构成，能够针对周围温度的变化将向SPAD阵列受光部供给的逆偏置电压自动调节为最优值，能够实现可工作温度范围宽的微粒检测传感器。另外，通过与由发光元件的点亮期间和熄灭期间构成的计测期间同步设定温度检测部的温度计测期间和逆偏置电压的调节期间，从而能够实现计测期间内逆偏置电压没有变化的构成。其结果为，能够实现更加稳定的计测。

本发明第六方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第五方案的基础上，所述信号处理部(50)使用预先设定的温度修正系数(y1)和在所述温度检测部计测的所述周围温度的计测结果对用于为了计算所述微粒的浓度的预先设定的第一运算系数(x1)进行温度修正，从而计算第二运算系数(x2)，使用所述第二运算系数及从所述第一脉冲计数值(PC1)减去所述第二脉冲计数值(PC2)得到的第三脉冲计数值(PC3)来计算所述微粒的浓度。

根据上述构成，通过使用周围温度的检测结果对微粒浓度的运算系数进行温度修正，从而能够实现抑制由周围温度变化引起的微粒浓度的计测误差的微粒检测传感器。

本发明第七方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第六方案的基础上，所述温度修正系数(y1)在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，基于至少两个以上的任意温度下的所述微粒的浓度的计测结果计算。

根据上述构成，在制造时的检查工序中检测用于进行上述温度修正的温度修正系数，并作为初始设定值存储在存储部中，从而能够实现抑制关于制造偏差的温度依存性的偏差的影响的微粒检测传感器。

本发明第八方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第五方案的基础上，具备对驱动所述发光元件(10)的驱动部(20)、所述SPAD阵列受光部(30)及所述电压设定部(80)进行控制的控制部(80)，所述控制部具有输出第一调节信号(S1)、第二调节信号(S2)及第三调节信号(S3)的功能，所述第一调节信号(S1)、第二调节信号(S2)及第三调节信号(S3)用于对所述驱动部、所述SPAD阵列受光部及所述电压设定部各自的工作条件进行调节，所述驱动部具有根据所述第一调节信号对所述发光元件的发光光量进行调节的功能，所述SPAD阵列受光部具有根据所述第二调节信号来设定构成所述SPAD阵列受光部的各SPAD单元的有效和无效的功能，所述电压设定部具有根据所述第三调节信号对所述逆偏置电压进行调节的功能，所述第一调节信号、所述第二调节信号及所述第三调节信号基于在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中的检查结果决定。

根据上述构成，能够针对每个微粒检测传感器调节逆偏置电压的最优值、基于噪声成分的脉冲计数值及脉冲计数值关于微粒浓度的梯度的偏移(制造偏差的修正)。另外，能够实现能够抑制每个微粒检测传感器的特性的制造偏差且满足针对微粒检测传感器所要求的目标性能(计测精度等)的微粒检测传感器。

本发明第九方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第一至第八方案中的任一方案的基础上，在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，计测第四脉冲计数值(PC4)，所述第四脉冲计数值(PC4)是在没有所述微粒的状态下的杂散光分量的脉冲计数值，在所述信号处理部(50)中进行微粒的浓度的运算时，从第三脉冲计数值(PC3)减去所述第四脉冲计数值，所述第三脉冲值(PC3)是所述第一脉冲计数值(PC1)减去所述第二脉冲计数值(PC2)而得到的。

根据上述构成，能够实现能够抑制由杂散光分量的射入引起的计测误差的微粒检测传感器。

本发明第十方案的微粒检测传感器(1A)也可以是，在上述第九方案的基础上，所述第四脉冲计数值(PC4)根据对所述SPAD阵列受光部(30)的周围温度进行计测的温度检测部(70)的计测结果进行温度修正。

根据上述构成，能够对杂散光分量的影响关于周围温度变化的变化进行修正，能够实现在杂散光分量的射入无法忽略的传感器中也能够抑制关于周围温度变化的计测误差的微粒检测传感器。

本发明第十一方案的微粒检测传感器(1B)也可以是，在上述第八方案的基础上，所述SPAD阵列受光部(30B)具有将所述多个SPAD以阵列状配置的区域即SPAD阵列区域分割为至少两个以上的基准区域(BA)并选择所述基准区域中的至少一个以上作为计测区域(MA)的功能，所述第二调节信号(S2)设定为，以从所述第一脉冲计数值(PC1)减去所述第二脉冲计数值(PC2)得到的第三脉冲计数值(PC3)除以第四脉冲计数值(PC4)得到的值成为最大的方式选择所述计测区域，其中，所述第四脉冲计数值(PC4)为在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中且在没有所述微粒的状态下的所述点亮期间(ONT)内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

根据上述构成，能够以射入SPAD阵列受光部的散射光成分与杂散光分量的比最大的方式，选择SPAD阵列区域的计测区域。因此，能够实现能够抑制由关于制造偏差的杂散光分量的射入位置的偏移产生的影响的微粒检测传感器。另外，通过采用上述构成，从而能够抑制由杂散光分量的射入量很多引起的残次品的产生率，也具有基于微粒检测传感器的合格率提高的成本减少的效果。

本发明第十二方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一至第十一方案中的任一方案的基础上，所述SPAD阵列受光部(30/30B)具有光学带通滤波器，所述光学带通滤波器在相对于所述散射光的入射方向上仅使所述发光元件(10)的发光波长附近的光透射。

根据上述构成，在外部干扰光强烈射入SPAD阵列受光部的情况下，也能够抑制由外部干扰光成分导致的脉冲计数值的增大，能够实现针对外部干扰光噪声的射入的耐受性高的微粒检测传感器。

本发明第十三方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一至第十二方案中的任一方案的基础上，将除了所述发光元件以外的构成要素的至少两个以上在同一半导体基板上集成化。

根据上述构成，通过在同一半导体基板上形成除了发光元件以外的至少两个以上电路构成要素，从而能够削减构成微粒检测传感器的部件数量，能够实现微粒检测传感器的小型化和低成本化。此外，通过将构成要素形成在同一基板上，从而能够缩短构成要素间的布线，因此能够降低由布线中的电磁噪声的耦合产生的噪声，能够实现电磁噪声耐受性高的微粒检测传感器。

本发明第十四方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)也可以是，在上述第一方案的基础上，所述点亮期间(ONT)、所述熄灭期间(OFFT)、在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值(PC1)进行计数的期间即第一脉冲计数期间(PT1)及在所述熄灭期间(OFFT)内对所述第二脉冲计数值(PC2)进行计数的期间即第二脉冲计数期间(PT2)作为预先设定的期间而被控制，所述第一脉冲计数期间与所述点亮期间同步而控制，所述第二脉冲计数期间与所述熄灭期间同步而控制，使由所述点亮期间和所述熄灭期间构成的计测重复进行至少一次以上。

根据上述构成，重复实施计测并使用累计的脉冲计数值运算微粒浓度来进行检测，从而能够减小计测误差。具体来说，若将计测次数设为N，则能够将计测误差减小为一次计测中的计测误差的1/√N倍。因此，能够实现更高计测精度的微粒检测传感器。

本发明第十五方案的灰尘传感器(100)也可以是，具备上述第一至第十四方案中任一方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)，具有用于检测在气体中悬浮的灰尘微粒的检测区域(A)，并对所述灰尘微粒的浓度进行检测。

根据上述构成，通过将空气中的灰尘微粒取入发光光束与SPAD阵列受光部的视野角重合的区域(检测区域)，从而能够实现以下的灰尘传感器。即，能够实现能够检测空气中悬浮的灰尘微粒的浓度的计测精度高且针对周围温度变化、外部干扰光射入的耐受性高、且由制造偏差引起的计测误差少的灰尘传感器。

本发明第十六方案的空调设备(200)也可以是，搭载上述第十五方案的灰尘传感器(100)。

根据上述构成，能够实现具有计测精度高、针对周围温度变化、外部干扰光射入的耐受性高、且由制造偏差引起的计测误差少的灰尘浓度检测部的空调设备。

本发明第十七方案的微粒检测传感器(1/1A/1B)的控制方法为对流体中包含的微粒的浓度进行检测的微粒检测传感器的控制方法，其包括：通过发光元件向所述微粒投射光的步骤；通过具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个SPAD的SPAD阵列受光部，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号的步骤；以及由信号处理部基于计数所述脉冲信号得到的值即脉冲计数值计算所述微粒的浓度的步骤，在计算所述微粒的浓度的步骤中，基于第一脉冲计数值和第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值为所述发光元件投射所述光的点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。根据上述构成，具有与第一方案相同的效果。

本发明各方案的微粒检测传感器1/1A/1B也可以通过计算机实现，在该情况下，使计算机作为上述微粒检测传感器1/1A/1B具有的各部分(软件要素)工作，从而由计算机实现上述微粒检测传感器1/1A/1B的微粒检测传感器1/1A/1B的控制程序及记录有该程序的计算机能够读取的记录介质也纳入本发明的范畴。

本发明不限定于上述各实施方式，能够在权利要求表示的范围内进行多种变更，将不同实施方式中分别公开的技术方法适当组合得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。此外，能够通过将各实施方式中分别公开的技术方法组合来形成新的技术特征。

附图标记说明

1/1A/1B 微粒检测传感器

10 发光元件

30/30B SPAD阵列受光部

40 脉冲计数器

50 信号处理部

60 控制部

70 温度检测部

80 电压设定部

100 灰尘传感器

200 空调设备

APD/APD1 雪崩光电二极管

BA/BA1～BA15 基准区域

MA/MA1/MA2 计测区域

MT 计测期间

ONT 点亮期间

OFF 熄灭期间

PC1～PC4 第一脉冲计数值～第四脉冲计数值

PT1～PT2 第一脉冲计数期间～第二脉冲计数期间

S1～S3 第一调节信号～第三调节信号

T 周围温度

TT 温度检测期间

TS1～TS4 第一控制信号～第四控制信号

VHV1/VHVo 逆偏置电压

VT 电压设定期间

x1～x3 第一运算系数～第三运算系数

y1 温度修正系数

Claims (17)

1.一种微粒检测传感器，其对流体中包含的微粒的浓度进行检测，

所述微粒检测传感器的特征在于，包括：

发光元件，其向所述微粒投射光；

SPAD阵列受光部，其具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个单光子雪崩二极管，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号；以及

信号处理部，其基于计数所述脉冲信号得到的脉冲计数值计算所述微粒的浓度，

所述信号处理部基于第一脉冲计数值和第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值为所述发光元件投射所述光的点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

2.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间的长度与所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间的长度相同。

3.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述信号处理部计算从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值，基于所述第三脉冲计数值计算所述微粒的浓度。

4.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

具有对所述脉冲信号进行计数的脉冲计数器，

所述脉冲计数器由增加/减少计数器构成，

对所述点亮期间内的所述脉冲信号进行增加计数，对所述熄灭期间内的所述脉冲信号进行减少计数。

5.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，包括：

温度检测部，其对所述SPAD阵列受光部的周围温度进行计测；以及

电压设定部，其将根据所述周围温度的计测结果决定的逆偏置电压提供至所述SPAD阵列受光部，

由所述温度检测部进行的所述周围温度的计测是在温度检测期间内进行计测，

所述逆偏置电压在电压设定期间内由所述电压设定部根据所述周围温度的计测结果来更新，

所述温度检测期间及所述电压设定期间与由在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间及在所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间所构成的计测期间同步设定。

6.如权利要求5所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述信号处理部针对用于计算所述微粒的浓度的预先设定的第一运算系数，使用预先设定的温度修正系数和在所述温度检测部计测的所述周围温度的计测结果进行温度修正，从而计算第二运算系数，

使用所述第二运算系数及从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值来计算所述微粒的浓度。

7.如权利要求6所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述温度修正系数在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，基于至少两个以上的任意温度下的所述微粒的浓度的计测结果计算。

8.如权利要求5所述的微粒检测传感器，其特征在于，

具有对驱动所述发光元件的驱动部、所述SPAD阵列受光部及对所述电压设定部进行控制的控制部，

所述控制部具有输出第一调节信号、第二调节信号及第三调节信号的功能，所述第一调节信号、第二调节信号及第三调节信号用于对所述驱动部、所述SPAD阵列受光部及所述电压设定部各自的工作条件进行调节，

所述驱动部具有根据所述第一调节信号对所述发光元件的发光光量进行调节的功能，

所述SPAD阵列受光部具有根据所述第二调节信号来设定构成所述SPAD阵列受光部的各SPAD单元的有效和无效的功能，

所述电压设定部具有根据所述第三调节信号对所述逆偏置电压进行调节的功能，

所述第一调节信号、所述第二调节信号及所述第三调节信号基于在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中的检查结果而决定。

9.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中，计测第四脉冲计数值，所述第四脉冲计数值是在没有所述微粒的状态下的杂散光分量的脉冲计数值的，

在所述信号处理部中进行微粒的浓度的运算时，从第三脉冲计数值减去所述第四脉冲计数值，所述第三脉冲数据值是从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值而得到的。

10.如权利要求9所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述第四脉冲计数值根据对所述SPAD阵列受光部的周围温度进行计测的温度检测部的计测结果进行温度修正。

11.如权利要求8所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述SPAD阵列受光部具有将所述多个SPAD以阵列状配置的区域即SPAD阵列区域分割为至少两个以上的基准区域，并选择所述基准区域中的至少一个以上作为计测区域的功能，

所述第二调节信号设定为，以从所述第一脉冲计数值减去所述第二脉冲计数值得到的第三脉冲计数值除以第四脉冲计数值得到的值成为最大的方式选择所述计测区域，其中，所述第四脉冲计数值为在所述微粒检测传感器制造时的检查工序中且在没有所述微粒的状态下的所述点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

12.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述SPAD阵列受光部具有光学带通滤波器，所述光学带通滤波器在相对于所述散射光的入射方向上仅使所述发光元件的发光波长附近的光透射。

13.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

将除了所述发光元件以外的构成要素的至少两个以上在同一半导体基板上集成化。

14.如权利要求1所述的微粒检测传感器，其特征在于，

所述点亮期间、所述熄灭期间、在所述点亮期间内对所述第一脉冲计数值进行计数的期间即第一脉冲计数期间及在所述熄灭期间内对所述第二脉冲计数值进行计数的期间即第二脉冲计数期间作为预先设定的期间而被控制，

所述第一脉冲计数期间与所述点亮期间同步而控制，

所述第二脉冲计数期间与所述熄灭期间同步而控制，

使由所述点亮期间和所述熄灭期间构成的计测重复进行至少一次以上。

15.一种灰尘传感器，其特征在于，

具备权利要求1所述的微粒检测传感器，

具有用于检测在气体中悬浮的灰尘微粒的检测区域，

并对所述灰尘微粒的浓度进行检测。

16.一种空调设备，其特征在于，

具备如权利要求15所述的灰尘传感器。

17.一种微粒检测传感器的控制方法，其对流体中包含的微粒的浓度进行检测，

所述微粒检测传感器的控制方法的特征在于，包含以下步骤：

通过发光元件向所述微粒投射光的步骤；

通过具有以阵列状配置并以盖革模式工作的多个SPAD的SPAD阵列受光部，接受由从所述发光元件投射的光产生的来自所述微粒的散射光并输出脉冲信号的步骤；以及

由信号处理部基于计数所述脉冲信号得到的值即脉冲计数值计算所述微粒的浓度的步骤，

在计算所述微粒的浓度的步骤中，基于第一脉冲计数值和第二脉冲计数值计算所述微粒的浓度，其中，所述第一脉冲计数值为所述发光元件投射所述光的点亮期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值，所述第二脉冲计数值为所述发光元件不投射所述光的熄灭期间内的所述脉冲信号的脉冲计数值。

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