CN112334755A - 粒子检测装置 - Google Patents

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Abstract

粒子检测装置(100)具有：第1光源(11)，其射出第1照射光(L1)；第1聚光部件(31)，其具有凹状的第1反射面；第2聚光部件(32)，其具有与第1反射面对置的凹状的第2反射面；第2光源(21)，其射出第2照射光(L2)；以及第1受光元件(41)，其输出表示与第1入射光的强度对应的值的第1检测信号(D1)，在第1光源(11)射出第1照射光(L1)时，第1受光元件(41)检测第1照射光被照射到存在于对象空间(30)内的检测位置处的粒子而产生的散射光作为第1入射光，在第2光源(21)射出第2照射光(L2)时，第1受光元件(41)检测第2照射光(L2)中的由第1反射面反射后的光以及由第1反射面和第2反射面双方反射后的光作为第1入射光。

Description

粒子检测装置
技术领域
本发明涉及检测浮游粒子的粒子检测装置。
背景技术
已提出如下的各种粒子检测装置(也称作“粒子传感器”)：通过检测对存在花粉或尘埃等浮游的微小体即粒子的空间照射光时由粒子产生的散射光，判定粒子的量、粒子的大小或粒子的种类等。例如，专利文献1记载有如下的粒子传感器：由作为聚光部件的聚光镜反射对粒子照射从光源射出的光时由粒子产生的散射光，由受光元件检测被聚光后的散射光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/063862号(例如图13、图15、段落0171～0173)
发明内容
发明要解决的课题
但是，被取入粒子传感器内的空气中浮游的粒子的一部分作为污垢附着于聚光镜，由此，有时聚光镜的光反射特性变化。该情况下，由粒子传感器的受光元件检测的散射光的强度产生变化，存在无法准确地检测粒子这样的问题。
本发明正是为了解决上述现有技术的课题而完成的，其目的在于，提供能够检测聚光部件的污垢程度的粒子检测装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的粒子检测装置检测对象空间内浮游的粒子，其特征在于，所述粒子检测装置具有：第1光源，其射出在所述对象空间内行进的第1照射光；第1聚光部件，其具有凹状的第1反射面；第2聚光部件，其具有隔着所述对象空间而与所述第1反射面对置的凹状的第2反射面；第2光源，其射出第2照射光；以及第1受光元件，其输出表示与第1入射光的强度对应的值的第1检测信号，在所述第1光源射出所述第1照射光时，所述第1受光元件检测所述第1照射光被照射到存在于所述对象空间内的预定的检测位置处的粒子而产生的散射光作为所述第1入射光，在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述第1受光元件检测所述第2照射光中的由所述第1反射面反射后的光以及由所述第1反射面和所述第2反射面双方反射后的光作为所述第1入射光。
发明效果
根据本发明，能够检测粒子检测装置的聚光部件的污垢程度。
附图说明
图1是概略地示出本发明的实施方式1的粒子检测装置的光学系统的结构和控制系统的结构的图。
图2是概略地示出实施方式1的粒子检测装置的光学系统的结构和用于取入空气的结构的图。
图3是概略地示出实施方式1的变形例的粒子检测装置的光学系统的结构和控制系统的结构的图。
图4的(a)～(c)是概略地示出实施方式1的粒子检测装置的粒子检测时的第1照射光的路径和散射光的路径的图。
图5的(a)和(b)是概略地示出实施方式1的粒子检测装置的污垢检测时的第2照射光的路径的图。
图6是示出实施方式1的粒子检测装置的第1受光元件与第2光源的位置关系的图。
图7是示出实施方式1的粒子检测装置的动作的流程图。
图8是概略地示出本发明的实施方式2的粒子检测装置的光学系统的结构和控制系统的结构的图。
图9的(a)～(d)是概略地示出实施方式2的粒子检测装置的粒子检测时的第1照射光的路径和散射光的路径的图。
图10的(a)和(b)是概略地示出实施方式2的粒子检测装置的污垢检测时的第2照射光的路径的图。
图11是示出实施方式2的粒子检测装置的动作的流程图。
图12是概略地示出实施方式2的变形例的粒子检测装置的光学系统的结构和控制系统的结构的图。
图13是概略地示出本发明的实施方式3的粒子检测装置的光学系统的结构和控制系统的结构的图。
图14是概略地示出本发明的实施方式1～3的变形例的粒子检测装置的控制系统的结构的硬件结构图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式的微小体检测装置即粒子检测装置进行说明。以下的实施方式只不过是例子，能够在本发明的范围内进行各种变更。
在粒子检测装置中，由作为光检测器的受光元件检测对作为在对象空间中浮游的微小体的粒子照射光时由粒子产生的散射光。浮游粒子例如是PM2.5、PM10、花粉或尘埃等。此外，为了提高入射到受光元件的散射光的光量，散射光被作为聚光部件的聚光镜聚光。
但是，浮游粒子的一部分有时附着于聚光镜的光反射区域。该情况下，聚光镜的光反射特性变化(即光反射性能降低)，入射到受光元件的光的光量降低。
因此，在本发明的实施方式中，对能够检测聚光镜的光反射特性的变化的粒子检测装置和能够根据聚光镜的光反射特性的变化的检测结果调整控制系统的动作的粒子检测装置进行说明。
为了容易理解图示的光学系统的结构，在各图中，根据需要示出xyz直角坐标系的坐标轴。在各图中，x轴是与连接实施方式的粒子检测装置的吸气口的中心和排气口的中心的第1中心轴Ax平行的坐标轴。从吸气口朝向排气口的方向是+x轴方向，其相反方向是-x轴方向。在各图中，y轴是与连接第1聚光镜的中心位置和第2聚光镜的中心位置的第2中心轴Ay平行的坐标轴。朝向受光元件的方向是-y轴方向，其相反方向是+y轴方向。在各图中，z轴是与第3中心轴Az平行的坐标轴，第3中心轴Az与从第1光源射出的第1照射光行进的方向平行。第1照射光从第1光源行进的方向是+z轴方向，其相反方向是-z轴方向。
《1》实施方式1
《1-1》粒子检测装置的结构
图1是概略地示出实施方式1的粒子检测装置100的光学系统50的结构和控制系统的结构的图。图1示出沿与yz平面平行的面切断光学系统50的截面的构造。此外，图1利用功能块示出粒子检测和污垢检测用的控制系统的结构要素。
实施方式1的粒子检测装置100将空气取入到装置内部的对象空间30，检测对被取入的空气中浮游的粒子照射第1照射光L1时由粒子产生的散射光，根据检测结果判定粒子的个数、大小、种类等。粒子检测装置100还能够检测照射第1照射光L1时由粒子产生的散射光，根据检测结果判定作为粒子的浓度的个数浓度或重量浓度。“个数浓度”由每单位体积的粒子的个数表示。“重量浓度”由每单位体积的粒子的重量表示。
此外，粒子检测装置100能够使用第2照射光L2检测装置内部的光学系统50的结构要素的污垢。光学系统50的结构要素的污垢还包含与经年劣化相伴的光学系统50的结构要素(例如由玻璃、塑料、金属等构成的光学部件)的光学特性的变化。
粒子检测装置100的光学系统50具有照射第1照射光L1的第1光源11、输出与入射光的光量对应的值的电信号即第1检测信号D1的光电转换单元即第1受光元件41、具有用于将照射第1照射光L1时由粒子产生的散射光引导至第1受光元件41的受光面的第1反射面(也称作“光反射区域”)的第1聚光部件即第1聚光镜31和具有第2反射面(也称作“光反射区域”)的第2聚光部件即第2聚光镜32。粒子检测装置100的光学系统50能够具有调整从第1光源11射出的第1照射光L1的行进方向(例如发散角)等的光学部件即透镜12、以及用于使通过对象空间30后的第1照射光L1不会返回对象空间30的光学部件即束阱36。
第1光源11例如是射出激光的激光光源或射出LED光的LED(Light EmittingDiode：发光二极管)光源。第1照射光L1可以是单色光或白色光或其他波长的光的任意一方。
当在对象空间30内取入空气时，在对象空间30内存在浮游粒子。透镜12将从第1光源11射出的第1照射光L1引导至对象空间30内的检测位置33。
透镜12对入射的第1照射光L1的发散角进行变更。例如，从第1光源11射出的第1照射光L1被透镜12聚光。或者，从第1光源11射出的第1照射光L1被透镜12转换成平行光。透镜12例如可以是具有聚光功能的柱面透镜或环形透镜。透镜12的功能不限于此。此外，在能够将第1照射光L1的强度设定得足够大的情况下等，可以不具有透镜12。
如图1所示，粒子检测装置100的控制系统也可以具有驱动第1光源11的第1光源驱动部61、以及根据从第1受光元件41输出的第1检测信号D1对与取入到对象空间30的空气中浮游的粒子的数量对应的数值进行计数的粒子计数部(也称作“第1粒子计数部”)71。
此外，粒子检测装置100的光学系统50具有第2光源21、以及具有对入射的光的路径进行变更的功能的部件或装置即光路径变更部件。光路径变更部件例如是分束器22。粒子检测装置100将从第2光源21射出的第2照射光L2经由分束器22(在图1中使其由分束器22反射)引导成朝向第1聚光镜31和第2聚光镜32，将由第1聚光镜31反射后的光以及由第1聚光镜31和第2聚光镜32依次反射后的光经由分束器22(在图1中使其透过分束器22)引导至第1受光元件41的受光面。能够彼此颠倒第2光源21的位置和第1受光元件41的位置。第2光源21、分束器22和第1受光元件41构成污垢检测光学系统20。
第2光源21例如是激光光源或LED光源。此外，从第2光源21射出的第2照射光L2可以是单色光、多色光、白色光或其他波长的光的任意一方。
分束器22是具有将入射的光分割成2个以上光线的功能的光路径变更部件。入射到分束器22的光的一部分反射，另一部分透过分束器22。分束器22也可以是按照每个偏振成分对入射的光进行分离的偏振分束器。分束器22例如是光学拾取器、反射型液晶投影仪、光通信设备、光子随机数发生器等中使用的光学部件。分束器22可以是光入射时的反射光的强度与透过光的强度之比大致为1：1的半透半反镜。半透半反镜呈板状的构造，能够具有使入射光透过和反射的宽区域。
此外，如图1所示，粒子检测装置100的控制系统也可以具有驱动第2光源21的第2光源驱动部62、以及根据从第1受光元件41输出的第1检测信号D1判定第1聚光镜31和第2聚光镜32的污垢的污垢等级判定部(也称作“第1污垢等级判定部”)73。此外，粒子检测装置100的控制系统也可以具有进行第1光源驱动部61、第2光源驱动部62、粒子计数部71和污垢等级判定部73的控制等各种处理的中央处理控制部63。
此外，粒子检测装置100的控制系统也可以具有用于使用户得知粒子的数量、污垢等级值的判定结果等的结果输出部64。粒子计数部71、污垢等级判定部73和中央处理控制部63构成用于控制粒子检测装置100的整体动作的控制部。
图2是概略地示出粒子检测装置100的光学系统50的结构和用于取入空气的结构的图。图2示出沿与zx平面平行的面切断光学系统50和空气流路的截面的构造。此外，图2利用功能块示出用于取入空气的控制系统的结构要素。
如图2所示，粒子检测装置100也可以具有向装置内部的对象空间30导入空气的作为吸入口的吸气口34、排出被导入到对象空间30的空气的作为排出口的排气口35、以及生成从吸气口34朝向排气口35的空气流的送风机等空气流发生部65。空气流发生部65的动作例如由中央处理控制部63控制。
图3是概略地示出实施方式1的变形例的粒子检测装置101的光学系统的结构和控制系统的结构的图。在图3中，对与图1所示的结构要素相同或对应的结构要素标注与图1所示的标号相同的标号。图3所示的粒子检测装置101与图1所示的粒子检测装置100的不同之处在于，粒子计数部71从污垢等级判定部73接受阈值Vth。除了这点以外，图3所示的粒子检测装置101与图1所示的粒子检测装置100相同。
在图1和图3中，利用虚线示出经由第1聚光镜31和第2聚光镜32的主要光路径。光路径的详细情况使用图4的(a)～(c)以及图5的(a)和(b)在后面叙述。
对象空间30内浮游的粒子是浮游的微小粒子状的物质，也被称作微小体。在图1和图3中，利用点状的圆形记号描绘存在于检测位置33的1个粒子，但是，在对象空间30内存在浮游的大量粒子。在图1和图3中，利用圆形记号放大描绘1个粒子，但是，粒子包含肉眼无法视觉辨认的程度的大小(粒径)的粒子。作为检测对象的粒子例如是浮游的花粉、浮游的尘埃或香烟的烟中包含的粒子等。尘埃也被称作屋尘。此外，粒子包含扁虱等微小生物的尸骸、其断片或微小生物的粪便等浮游的粒子。此外，粒子包含所谓的微小粒子状物质即PM2.5或PM10等。PM2.5是浮游粒子中的粒子的大小为2.5μm以下的粒子。PM2.5的成分例如包含碳、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、硅、钠或铝等无机元素等。PM10是空气中浮游的粒子中的粒子的大小为10μm以下的粒子。微小粒子状物质是指微米大小的固体或液体的微粒子。
如图1和图3所示，第1照射光L1被照射到通过检测位置33的粒子。此时，由粒子产生散射光。“散射光”是指照到粒子的第1照射光L1使其传播状态变化而产生的光。“传播”是指波动在介质中扩散。即，“传播”是指光在空间中行进。对象空间30是空气中、液体中或真空中等空间。“散射光”还包含由第1照射光L1产生的粒子的荧光和拉曼散射光等。作为检测对象的粒子是被照射第1照射光L1时产生散射光的微小物质即可，没有特别限定。
第1聚光镜31和第2聚光镜32将由粒子产生的散射光的一部分引导至第1受光元件41的受光面。第1聚光镜31例如是椭圆镜。第2聚光镜32例如理想上是球面镜。但是，第2聚光镜32也可以是椭圆镜。第1聚光镜31和第2聚光镜32也可以是1个聚光镜的一部分区域。第1聚光镜31和第2聚光镜32是反射光并聚光的聚光部件。
这里，椭圆镜不需要必须具有理想的椭圆球形状的反射面(即椭圆面)。椭圆镜是具有反射从某个点发散的光并会聚到另一个点的功能的镜，是广义的椭圆镜。另外，光会聚的另一个点也可以是具有某种程度的宽度(即某种程度的范围)的区域。当穿过作为椭圆的2个焦点中的一个焦点的第1焦点的光线被椭圆面反射时，反射后的光穿过作为另一个焦点的第2焦点。
第1聚光镜31反射从粒子直接入射的散射光并将其引导至第1受光元件41的受光面。例如，吸气口34和排气口35使空气通过第1聚光镜31的第1焦点的位置，将粒子引导至第1焦点的位置。另一方面，在第1聚光镜31的第2焦点的位置配置有第1受光元件41。
吸气口34例如是吸入嘴。排气口35例如是排出嘴。吸气口34将包含检测对象粒子的空气或液体引导至对象空间30。此外，排气口35使包含检测对象粒子的空气或液体从对象空间30排出。在吸气口34与排气口35之间形成有粒子的通过区域。
第1照射光L1被照到位于第1焦点的粒子。粒子检测装置100构成为第1照射光L1的路径包含第1聚光镜31的第1焦点。
第2聚光镜32例如是球面镜。该情况下，以第2聚光镜32的凹状的光反射区域的中心位置位于第1聚光镜31的第1焦点附近(优选一致)的方式配置第2聚光镜32。由此，由位于第1焦点的位置即检测位置33的粒子产生的散射光由第2聚光镜32反射，然后由第1聚光镜31反射，被引导至第1受光元件41的受光面。第2聚光镜32不需要是完全的球面镜，只要是由第2聚光镜32反射的散射光经由第1聚光镜31大致被引导至第1受光元件41的受光面的形状即可。
另外，在图1～图3中，从第1光源11射出的第1照射光L1与连接吸气口34的中心位置和排气口35的中心位置的直线(与x轴平行的直线)正交。但是，第1照射光L1的方向不限于图1～图3所示的方向。即，从第1光源11照射的第1照射光L1不需要与z轴平行。如图2所示，在空气流动时，空气中浮游的粒子伴随着空气的移动大致向+x轴方向移动。
束阱36是用于使从第1光源11射出的第1照射光L1不会在通过对象空间30后反射而再次返回到对象空间30的光封闭部、光吸收部件或将光放出到空气外部的导光部。束阱36是在第1照射光L1通过对象空间30后不会使第1照射光L1的反射光再次返回到对象空间30的单元即可，也可以是其他单元。
在从第1光源11射出第1照射光L1时，第1受光元件41检测由粒子产生的散射光。第1受光元件41例如是使用光电二极管、焦电元件或光电子增倍管的光子计数器等。第1受光元件41具有接收光的受光面，输出与入射到受光面的入射光(也称作“第1入射光”)的强度即入射光的光量对应的值的电流或电压作为第1检测信号D1。
粒子计数部71根据对从第1受光元件41接收到的第1检测信号D1的波形的峰值数进行计数而得到的计数值，判定粒子的个数、粒子的重量或粒子的种类等。例如，粒子计数部71检测由通过检测位置处的多个粒子分别产生的散射光的强度的增减，由此判定粒子的个数、粒子的重量或粒子的种类等。
在从第1受光元件41输出的第1检测信号D1是电流信号的情况下，粒子计数部71能够根据将从第1受光元件41输出的电流信号的电流值转换成电压的电流电压转换电路(即IV转换电路)或与由通过检测位置处的多个粒子分别产生的散射光的强度对应的信号波形，判定粒子的个数、粒子的重量或粒子的种类等。
在从第1受光元件41输出的第1检测信号D1是电压信号的情况下，为了转换成稳定的电压，粒子计数部71可以具有接收从第1受光元件41输出的电压值的缓冲电路。该缓冲电路例如是电压跟随器。
为了进行粒子的计数，粒子计数部71也可以具有将第1检测信号D1放大成适当电平的信号的增益电路。粒子检测装置100也可以具有存储粒子计数部71中使用的阈值电压的作为存储部的存储器72。粒子计数部71例如如下所述进行粒子的计数。
粒子计数部71针对与由通过检测位置33处的粒子分别产生的散射光的光量(即光功率)对应地从第1受光元件41输出的第1检测信号D1即脉冲状或尖峰状的电输出波形(例如电压波形)，设定粒子计数用的阈值电压Vth，对超过阈值电压Vth的波形的个数进行计数，输出计数值N。计数值N是与检测到的粒子的个数对应的值。
此外，粒子计数部71能够设定多个彼此不同的阈值电压Vth_1、Vth_2、…、Vth_k作为阈值电压Vth。k是2以上的整数。该情况下，通过将作为第1检测信号D1的电压波形与这些阈值电压Vth_1、Vth_2、…、Vth_k进行比较，能够判定通过检测位置33处的粒子各自的大小或重量。
粒子计数部71能够从存储器72中预先保持的阈值电压取得粒子计数用的阈值电压Vth来使用。
在散射光的光量较小的情况下，通过将阈值电压Vth降低到适当的电压值，还能够抑制由于散射光的光量较小而引起的粒子计数值的减少。
《1-2》粒子的检测
接着，对在粒子检测装置100中，第1光源11照射第1照射光L1时的散射光与从第1受光元件41输出的第1检测信号D1的关系进行说明。图4的(a)～(c)是概略地示出粒子检测装置100的粒子检测时的第1照射光L1的路径和散射光的路径的图。图4的(a)～(c)中示出散射光中的代表性光线。
图4的(a)～(c)示出沿与yz平面平行的面切断光学系统50的截面的构造。但是，以与y轴平行的轴线Ay为中心在360度的方向具有第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域。因此，以轴线Ay为中心在360度的方向的全部面中，使用图4(a)～(c)的说明成立。
图4的(a)示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、由第1聚光镜31反射后透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的光路径中行进的散射光(例如图4的(a)中的第1路径中行进的光L11、L12)。将该光路径称作第1路径。第1路径所示的散射光是第1路径中行进的光L11、L12之间的角度θa的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
图4的(b)示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、由第2聚光镜32反射后由第1聚光镜31反射进而透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的散射光(例如图4的(b)中的第2路径中行进的光L13、L14)。将该光路径称作第2路径。第2路径所示的散射光是第2路径中行进的光L13、L14之间的角度θb的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
图4的(c)示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、不由第1聚光镜31和第2聚光镜32反射而直接入射到分束器22后透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的散射光(例如图4的(c)中的第3路径中行进的光L15、L16)。将该光路径称作第3路径。第3路径所示的散射光是第3光L15、L16之间的角度θc的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
如上所述，通过沿着第1路径、第2路径和第3路径将散射光引导至第1受光元件41的受光面，散射光的检测效率提高。此外，通过提高散射光的检测效率，能够提高粒子的个数浓度或重量浓度的检测精度。
《1-3》污垢的检测
接着，对检测附着于第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域的污垢程度的光学系统即污垢检测光学系统20进行说明。检测污垢程度也称作“污垢检测”。此外，将表示污垢程度的值称作“污垢等级值”。
粒子检测装置100检测附着于第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域的污垢程度。为了检测污垢程度，通过第2光源21对第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域照射第2照射光L2，监视反射光。此外，粒子检测装置100还能够检测由于经年变化等而使第1聚光镜31和第2聚光镜32的光反射特性劣化时的影响。本申请中的“污垢”还包含光学部件的经年变化引起的光反射特性的变化。
污垢检测光学系统20也可以具有与第1受光元件41不同的受光元件。但是，通过将第1受光元件41用于粒子的检测和污垢的检测双方，能够削减光学系统50的部件数量，能够使粒子检测装置100小型化和轻量化。
从第2光源21射出的第2照射光L2由分束器22反射而入射到第1聚光镜31。
入射到第1聚光镜31的第2照射光L2是发散光。而且，以使由第1聚光镜31反射后的第2照射光L2在第1受光元件41的受光面处聚光的方式配置第2光源21。即，第2光源21配置于与第1聚光镜31的第2焦点在光学上共轭的位置。该情况下，第2照射光L2由第2聚光镜32反射而再次入射到第1聚光镜31后，进而由第1聚光镜31反射而入射到分束器22，第2照射光L2的一部分透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面。
特别地，当由第1聚光镜31反射后的第2照射光L2通过第2聚光镜32的球面镜的焦点时，由第2聚光镜32反射后的第2照射光L2再次入射到第1聚光镜31。因此，能够利用从第2光源21到第1受光元件41的光路径，效率最高地将第2照射光L2引导至第1受光元件41的受光面。
粒子检测装置100具有污垢等级判定部73，该污垢等级判定部73接收从第1受光元件41输出的第1检测信号D1。污垢等级判定部73使用由第1受光元件41的受光面接收第2照射光L2时的输出信号即第1检测信号D1，判定第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域的污垢程度，输出表示该判定结果的值作为污垢等级值Y。污垢等级值Y例如被送出到中央处理控制部63。中央处理控制部63将基于污垢等级值Y的信息显示到结果输出部64。由此，使用户得知聚光镜的污垢程度。污垢等级值Y还能够用作用于判定粒子检测装置100的寿命的指标。粒子检测装置100也可以具有存储污垢等级判定部73使用的信息的作为存储部的存储器74。
此外，中央处理控制部63也可以根据污垢等级值Y校正由粒子计数部71得到的粒子计数数N。
图5的(a)和(b)是概略地示出粒子检测装置100的污垢检测时的第2照射光L2的路径的图。在图5的(a)和(b)中，示出第2照射光L2中的代表性光线。
图5的(a)和(b)示出沿与yz平面平行的面切断光学系统50的截面的构造。但是，以与y轴平行的轴线Ay为中心在360度的方向具有第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域。因此，以轴线Ay为中心在360度的方向的全部面中，使用图5的(a)和(b)的说明成立。
在图5的(a)中，第2照射光L2中的、由第1聚光镜31的光反射区域反射后的光L21、L22通过第1聚光镜31的椭圆面形状的光反射区域的第1焦点而入射到第2聚光镜32。然后，光L21、L22由第2聚光镜32的光反射区域反射，再次由第1聚光镜31的光反射区域反射，透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面。将该光路径称作第4路径。第4路径所示的光是第4路径中行进的光L21、L22之间的角度θd的范围内存在的光线组。第4路径的光受到第1聚光镜31和第2聚光镜32双方的光反射特性的影响。因此，在污垢检测中，通过使用第4路径的光作为检测光，能够检测第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域的污垢状态。
在图5的(b)中，第2照射光L2中的、由第1聚光镜31的光反射区域反射后的光L23、L24入射到分束器22后，透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面。将该光路径称作第5路径。第5路径中行进的光是光L23、L24之间的角度θe的范围内存在的光线组。
图5的(b)中还示出第2照射光L2中的、由第1聚光镜31反射后入射到分束器22后透过分束器22而未入射到第1受光元件41的受光面的光L25。将该光路径称作第6路径。第6路径所示的光L25是图5的(b)所示的光L25、L24之间的角度θf的范围内存在的光线组。
第6路径的第2照射光L2未入射到第1受光元件41的受光面，因此不用于污垢检测。如果减小第6路径的立体角，则能够提高光利用效率。通过由第1受光元件41检测第4路径和第5路径的第2照射光L2，能够检测并判定第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域的污垢程度。
此外，优选第1受光元件41具有足够宽的受光面，使得能够使第5路径和第6路径的第2照射光L2入射。该情况下，不仅是第4路径和第5路径的第2照射光L2，第6路径的第2照射光L2也被用于污垢程度的检测和判定。
图6是示出第1受光元件41与第2光源21的位置关系的图。图6中示出第1受光元件41、分束器22、第2光源21和第2聚光镜32。在图6中，示出从第2光源21的表面(即末端)射出第2照射光L2的状况。但是，第2光源21的发光点也可以存在于第2光源21的表面以外的位置。
在图6中，示出第2照射光L2的返回光(即由第1聚光镜31反射后的反射光)在第1受光元件41的表面聚光的状况。但是，第1受光元件41的受光面也可以存在于第1受光元件41的表面以外的位置，该情况下，光在比第1受光元件41的表面更靠内侧的受光面聚光。
第2光源21能够相对于分束器22的反射面22a配置于与第1受光元件41在光学上对称的关系的位置。或者，第2光源21能够配置于与第1聚光镜31的第2焦点在光学上共轭的位置。共轭的位置关系意味着处于即使颠倒2个要素，整体的性质也没有变化的相互关系的光学配置关系。
如图6所示，沿着y轴，相对于分束器22的反射面22a，在距离LS的位置配置第2光源21，在距离LP的位置配置第1受光元件41，该情况下，优选使距离LS和距离LP相等。由此，第2光源21配置于与第1聚光镜31的第2焦点在光学上共轭的位置。
在透镜等图6中未示出的其他光学元件配置于光路径中的情况下，距离LS和距离LP在实际距离中有时不相等。该情况下，第2光源21和第1受光元件41相对于分束器22的反射面22a处于实质上在光学上对称的位置关系即可。由此，第2光源21配置于与第1聚光镜31的第2焦点在光学上共轭的位置。
此外，在图6中，相对于y轴，分束器22的反射面22a倾斜大致45度，但是，也可以设定为45度以外的角度。
如上所述，将第2光源21和第1受光元件41相对于分束器22的反射面22a配置于实质上在光学上对称的关系的位置(即，在光学上共轭地配置第2光源21和第1受光元件41)。由此，能够对由第1受光元件41检测的散射光的入射角度范围即实质上使用的第1聚光镜31的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域照射第2照射光L2，将其反射光引导至第1受光元件41的受光面。
在从第2光源21射出的第2照射光L2通过作为第2聚光镜32的光通过区域的开口部32a时，通过开口部32a的缘部的第2照射光L2的光线具有角度η1的宽度。另一方面，在入射到第1受光元件41的受光面的第2照射光L2通过第2聚光镜32的开口部32a时，通过开口部32a的缘部的第2照射光L2的光线以角度η2聚光。
通过将第2光源21和第1受光元件41的受光面相对于分束器22的反射面22a配置于实质上在光学上对称的关系的位置，能够使角度η1和角度η2相等。
由此，来自第2光源21的第2照射光L2能够对第1聚光镜31和第2聚光镜32的光反射区域的较宽范围照射光并得到反射光。
这是在第1聚光镜31的椭圆镜在并非无限远的有限位置具有第2焦点的情况下使第2光源21和第1受光元件41的受光面成为在光学上共轭的配置而得到的效果。
在分束器22具有光反射率Rb和光透过率Tb时，分束器22反射从第2光源21射出的第2照射光L2中的Rb/(Rb+Tb)比例的光(分束器22没有损失的理想情况下)。例如，设光反射率Rb为10％，设光透过率Tb为90％，使光透过率Tb大于光反射率Rb(即Rb<Tb)。一般而言，为了将由粒子产生的微弱散射光高效地引导至第1受光元件41的受光面，优选设定成分束器22的光透过率Tb大于光反射率Rb。
此外，为了检测微弱散射光，优选粒子计数部71的增益电路的增益值设定成通常数十倍以上的高放大率。因此，在分束器22的光透过率Tb较小的情况下，通过将放大率设定得较高，能够由第1受光元件41检测散射光。
此外，在分束器22的光反射率Rb较小的情况下，入射到第1聚光镜31的第2照射光L2的强度变低。而且，由第1聚光镜31和第2聚光镜32反射而被引导至第1受光元件41的受光面的第2照射光L2的强度也变低。因此，在被引导至第1受光元件41的受光面的第2照射光L2的光量不足的情况下，通过将污垢等级判定部73的增益电路的放大率设定得较高，能够设定成污垢检测光学系统20中适当的信号电平。相反，在被引导至第1受光元件41的受光面的第2照射光L2的光量充分大的情况下，优选将污垢等级判定部73的增益电路的放大率设定得较低。
此外，为了得到适当的信号电平，能够设污垢等级判定部73的增益电路为可变放大电路。
除了进行增益电路的放大率的设定调整以外，通过调整从第2光源21射出的第2照射光L2的光量，也能够实现由污垢检测光学系统20设定适当的信号电平。或者，还能够一并使用它们(即增益电路的放大率和第2照射光L2的光量调整)。
此外，如果以得到与由粒子产生的散射光相同程度的光量的方式设定分束器22的光反射率Rb和光透过率Tb，则能够不需要污垢等级判定部73的可变放大电路，能够成为简单的电路结构。
另外，如果使用上述增益电路的放大率或第2照射光L2的光量调整，则分束器22能够具有光反射率Rb为光透过率Tb以上的值这样的特性。即，可以设为Rb≧Tb。
此外，污垢检测光学系统20也可以具有用于调整第2光源21射出的第2照射光L2的发散角的透镜等光学部件。
《1-4》粒子检测装置的动作
接着，对实施方式1的粒子检测装置100的粒子计数和污垢检测的动作进行说明。
图7是示出粒子检测装置100的动作的流程图。粒子检测装置100能够按照图7中的步骤S1～S11进行动作。中央处理控制部63控制步骤S1～S11所示的动作。图7是动作的一例，粒子检测装置100的动作不限于图7的例子。
对粒子检测装置100接通主电源，第1光源驱动部61和第2光源驱动部62处于动作开始等待状态即待机状态。此时，粒子计数部71、污垢等级判定部73和结果输出部64处于如果被输入来自第1受光元件41的第1检测信号D1则能够开始处理的状态。
作为粒子检测装置100的主要功能，图7所示的一连串动作具有实施粒子计数的处理(步骤S1～S3)、检测污垢等级值的处理(步骤S4～S8)以及根据污垢等级值进行粒子计数值的校正等的处理(步骤S9～S11)。此外，也可以代替校正粒子计数值的处理或在校正粒子计数值的处理的基础上，进行根据污垢等级值调整粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth的处理。
另外，在图1的粒子检测装置100中，进行根据污垢等级值校正粒子计数值N的处理。在图3的粒子检测装置101中，进行根据污垢等级值调整粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth的处理。
在图7的步骤S1中，空气流发生部65开始驱动。由此，在粒子检测装置100的光学系统50的内部被吸入浮游有粒子的空气。此时，空气流发生部65的每单位时间的空气的吸入量(或流量)V保持在中央处理控制部63的内部存储器，以用于由粒子计数部71计算个数浓度或重量浓度。此外，能够设空气的吸入量V为流量传感器(未图示)等的输出值、或空气流发生部65预先具有的空气的抽吸流量值。
在步骤S2中，第1光源11被点亮。由此，对粒子照射第1照射光L1，从接收到由粒子产生的散射光的第1受光元件41输出第1检测信号D1。
在步骤S3中，粒子计数部71进行基于第1检测信号D1的计算即判定。此时，粒子计数部71使用中央处理控制部63的内部存储器中保持的空气的吸入量V，计算粒子的个数浓度或重量浓度。此外，粒子计数部71计算出的粒子计数数和个数浓度或重量浓度的值能够保持在中央处理控制部63的内部存储器。
粒子计数值N除以每单位时间的空气的吸入量(或流量)V，进而除以空气的吸入量V中的考虑到实际被照射第1照射光L1的实效体积比率的换算值K(该值是在光学设计上决定的已知值)，由此能够计算个数浓度或重量浓度的值。
在污垢检测动作的步骤S4～S8中，具有由第1受光元件41实际取得第2光源21的第2照射光L2由第1聚光镜31和第2聚光镜32反射后的光的功率的受光步骤(步骤S6和S7)、以及该受光步骤的前处理(步骤S4和S5)和后处理(步骤S8)。
在步骤S4中，使第1光源11熄灭或降低到能够忽略第1照射光L1的功率的等级。由此，成为粒子中产生的散射光不对污垢等级值的检测造成影响的状态。
在步骤S5中，使粒子计数部71对粒子的检测停止或无效。由此，与步骤S4的情况同样，成为散射光不对污垢等级值的检测造成影响的状态。在后述的受光步骤中，能够排除粒子计数或空气的抽吸量(流量)，得到粒子计数值或个数浓度或重量浓度的值。
由粒子产生的散射光远远小于来自第2光源21的第2照射光L2的情况下，散射光对污垢等级值的检测造成的影响较小，因此，也能够不执行步骤S4和S5的处理。
在步骤S6中，第2光源21点亮。由此，使从第2光源21射出的第2照射光L2照射到第1聚光镜31和第2聚光镜32，使其反射光入射到第1受光元件41，输出第1受光元件41的检测信号D1。
在步骤S7中，污垢等级判定部73取得污垢等级值Y。由此，能够取得根据从第1受光元件41输出的第1检测信号D1转换后的污垢等级值。将取得的污垢等级值Y与污垢等级值的初始值Y0进行比较(例如根据它们的差分值或比率进行比较)，进行污垢等级值Y的判定。污垢等级值的初始值Y0保持在存储器74，使得能够在由污垢等级判定部73判定污垢等级值Y时使用。此外，污垢等级值的初始值Y0也可以是由污垢等级判定部73取得的过去的污垢等级值或预先设定的初始污垢等级值。
在步骤S8中，熄灭第2光源21。由此，污垢检测的处理结束。
在步骤S9中，由结果输出部64显示污垢等级的判定结果，向用户提供基于污垢等级值的信息。
在步骤S10中，中央处理控制部63根据污垢等级值Y校正粒子计数数N。使用污垢等级判定部73中取得的污垢等级值Y，对中央处理控制部63的内部存储器中保持的粒子计数数、个数浓度或重量浓度进行该校正。此外，校正后的粒子计数数、校正后的个数浓度或校正后的重量浓度的值能够保持在中央处理控制部63的内部存储器。
步骤S10中进行的与污垢等级值对应的粒子计数数的校正处理例如能够使用式(1)或式(2)进行。
Nc＝(Y/Y0)×N
＝((Y0+ΔY)/Y0)×N (1)
Nc＝(Y0/(Y0-ΔY))×N (2)
这里，Y表示污垢等级值，Nc表示校正后的粒子计数数，N表示校正前的粒子计数数，ΔY表示相对于污垢等级值的初始值Y0的增加量。
在步骤S10中，作为与上述不同的粒子计数数的校正方法，能够使用根据污垢等级值调整粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth1的方法。这里，Vth1是指校正前的阈值电压。与其对应的图是图3。图7的步骤S10被记载成“校正粒子计数数”，但是，该情况成为“校正阈值电压”。
即，例如能够使用式(3)或式(4)根据污垢等级值调整粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth。
Vthc＝(Y0/Y)×Vth
＝(Y0/(Y0+ΔY))×Vth (3)
Vthc＝((Y0-ΔY)/Y0)×Vth (4)
这里，Vthc是校正后的粒子计数用的阈值电压。
在第1聚光镜31或第2聚光镜32产生污垢而使入射到第1受光元件41的受光面的散射光的光量降低时，能够使用以上的校正和调整。通过将阈值电压Vth降低到适当的电压值以使粒子的个数浓度或重量浓度正确，能够抑制由于散射光的光量较小引起的粒子计数值的减少，能够更加准确地计算粒子的个数浓度或重量浓度。
在步骤S11中，将校正后的粒子计数数、校正后的个数浓度或校正后的重量浓度的值显示在结果输出部64。由此，能够对用户提供更加准确的信息。
另外，也可以在以上的动作的基础上追加执行其他动作。
此外，也可以代替图7的步骤S4和S8的处理而追加不在粒子检测装置100的内部抽吸空气的处理。例如，也可以在步骤S5与S7之间设置使空气流发生部65停止的动作。
《1-5》效果
如以上说明的那样，实施方式1的粒子检测装置100、101能够判定浮游粒子的数量、重量、种类。此外，粒子检测装置100、101还能够计算浮游粒子的粒子浓度或重量浓度。
此外，粒子检测装置100、101能够检测将由粒子产生的散射光引导至第1受光元件41的受光面的光学系统50的污垢程度。进而，粒子检测装置100、101能够根据光学系统50的污垢等级值校正粒子计数值或调整阈值电压。
《2》实施方式2
《2-1》实施方式2的结构
图8是概略地示出实施方式2的粒子检测装置200的光学系统51的结构和控制系统的结构的图。图8示出沿与yz平面平行的面切断光学系统51的截面的构造。此外，图8利用功能块示出控制系统的结构要素。在图8中，对与图1所示的结构要素相同或对应的结构要素标注与图1所示的标号相同的标号。此外，沿与zx平面平行的面切断粒子检测装置200的光学系统51和空气流路的截面与图2的截面相同。
实施方式2的粒子检测装置200的第1聚光镜81在光反射区域的一部分具有作为光通过区域的开口部81a。由粒子产生的散射光的一部分通过开口部81a而入射到第2受光元件42的受光面。粒子检测装置200具有检测通过开口部81a的散射光的第2受光元件42。也可以在第2受光元件42的前方具有透镜43。透镜43例如是用于将由粒子产生且通过开口部81a后的散射光引导至第2受光元件42的受光面的聚光透镜。
在图8中，能够在第2受光元件42的前表面，设为对散射光进行偏振分离来进行偏振检测的结构或包含提取荧光或拉曼散射光的波长滤波器等的进行波长检测的结构。
粒子检测装置200能够具有接收从第2受光元件42输出的第2检测信号D2的第2粒子计数部75和第2污垢等级判定部77。
第1粒子计数部71和第1污垢等级判定部73与实施方式1中的粒子计数部71和污垢等级判定部73分别在实质上相同。从第1粒子计数部71和第1污垢等级判定部73输出的粒子计数数N1和污垢等级值Y1与实施方式1中的粒子计数数N和污垢等级值Y分别大致相同。
图8所示的第2受光元件42通过检测由粒子产生且通过开口部81a后的散射光，输出第2检测信号D2。第2检测信号D2用于粒子的类别、粒子的个数浓度或重量浓度的检测。第2粒子计数部75根据上述各种检测的用途，输出粒子的类别、粒子的个数浓度或重量浓度。
第2污垢等级判定部77是用于监视透镜43的污垢程度或透镜43的光透过率的变化的信号处理部。从第2光源21射出的第2照射光L2通过第1聚光镜81的开口部81a，透过透镜43而入射到第2受光元件42的受光面。根据从第2受光元件42输出的第2检测信号D2的变化，检测透镜43的污垢程度或光透过率的变化，从第2污垢等级判定部77输出与透镜43有关的污垢等级值Y2。
第1粒子计数部71、第1污垢等级判定部73、第2粒子计数部75、第2污垢等级判定部77和中央处理控制部63a构成用于对粒子检测装置200的整体动作进行控制的控制部。
污垢等级值Y2例如被送出到中央处理控制部63a，由结果输出部64显示与透镜43有关的污垢等级值，由此能够使用户得知透镜43的污垢程度，该污垢等级值Y2用于粒子检测装置200的寿命的指标等。
此外，也可以根据污垢等级值Y2进行由第2粒子计数部75得到的粒子计数数N2的误差校正。
在实施方式2的粒子检测装置200的光学系统51中，存在由粒子产生的散射光被引导至第1受光元件41的受光面的2种路径、以及被引导至第2受光元件42的受光面的1种路径。
《2-2》粒子的检测
接着，对在粒子检测装置200中，第1光源11照射第1照射光L1时的散射光与从第1受光元件41输出的第1检测信号D1的关系进行说明。图9的(a)～(d)是概略地示出粒子检测装置200的粒子检测时的第1照射光L1的路径和散射光的路径的图。图9的(a)～(d)中示出散射光中的代表性光线。
图9的(a)～(d)示出沿与yz平面平行的面切断光学系统51的截面的构造。但是，以与y轴平行的轴线Ay为中心在360度的方向具有第1聚光镜81的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域。因此，以轴线Ay为中心在360度的方向的全部面中，使用图9的(a)～(d)的说明成立。
图9的(a)示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、由第1聚光镜81反射后透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的散射光(例如图9的(a)中的第6路径中行进的光L11a、L12a)。将该光路径称作第6路径。第6路径所示的散射光是第6路径中行进的光L11a、L12a之间的角度θg的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
在图9的(b)中示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、由第2聚光镜32反射后由第1聚光镜81反射进而透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的散射光(例如图9的(b)中的第7路径中行进的光L13a、L14a)。将该光路径称作第7路径。第7路径所示的散射光是第7路径中行进的光L13a、L14a之间的角度θh的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
在图9的(c)中示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、不由第1聚光镜81和第2聚光镜32反射而直接入射到分束器22后透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面的散射光(例如图9的(c)中的第8路径中行进的光L15a、L16a)。将该光路径称作第8路径。第8路径所示的散射光是第8路径中行进的光L15a、L16a之间的角度θi的范围内存在的光线组。另外，入射到分束器22的散射光的一部分反射而朝向第2光源21的位置或其周边行进。
在图9的(d)中示出第1照射光L1被照射到位于检测位置33的粒子而产生的散射光中的、不由第1聚光镜81和第2聚光镜32反射直接通过开口部81a而入射到第2受光元件42的散射光，并且是透过透镜43后入射到第2受光元件42的受光面的散射光。将该光路径称作第9路径。第9路径所示的散射光是第9路径中行进的光L17a、L18a之间的角度θj的范围内存在的光线组。
如上所述，沿着第6路径、第7路径和第8路径将散射光引导至第1受光元件41的受光面，并且，经由第9路径具有基于第2受光元件42的不同的检测功能，由此，散射光的检测效率提高。此外，通过提高散射光的检测效率，能够提高粒子的个数浓度或重量浓度的检测精度。
《2-3》污垢的检测
图10的(a)和(b)是概略地示出粒子检测装置200的污垢检测时的第2照射光L2的路径的图。在图10的(a)和(b)中，示出第2照射光L2中的代表性光线。
图10的(a)和(b)示出沿与yz平面平行的面切断光学系统51的截面的构造。但是，以与y轴平行的轴线Ay为中心在360度的方向具有第1聚光镜81的光反射区域和第2聚光镜32的光反射区域。因此，以轴线Ay为中心在360度的方向的全部面中，使用图10的(a)和(b)的说明成立。
在图10的(a)中，第2照射光L2中的、由第1聚光镜81的光反射区域反射后的光L21a、L22a通过第1聚光镜81的椭圆面形状的光反射区域的第1焦点而入射到第2聚光镜32。然后，光L21a、L22a由第2聚光镜32的光反射区域反射，再次由第1聚光镜81的光反射区域反射，透过分束器22而入射到第1受光元件41的受光面。将该光路径称作第10路径。第10路径中行进的光是光L21a、L22a之间的角度θk的范围内存在的光线组。第10路径与图5的(a)所示的粒子检测装置100中的第4路径实质上相同。因此，如果由第1受光元件41检测第10路径的第2照射光L2，则能够检测并判定第1聚光镜81和第2聚光镜32的污垢程度。
在图10的(b)中，示出第2照射光L2中的、通过作为第1聚光镜81的光通过区域的开口部81a并透过透镜43而入射到第2受光元件42的受光面的第2照射光L2。将该光路径称作第11路径。第11路径所示的光是第10路径中行进的光L23a、L24a之间的角度θm的范围内存在的光线组。进而，如果由第2受光元件42检测第11路径中行进的光，则能够检测并判定透镜43的污垢程度。
《2-4》粒子检测装置的动作
接着，对实施方式2的粒子检测装置200的粒子计数和污垢检测的动作进行说明。
图11是示出粒子检测装置200的动作的流程图。粒子检测装置200能够按照图11中的步骤S1、S2、S3b、S4、S5b、S6、S7b、S8、S9、S10、S11的顺序(根据需要能够返回步骤S2)进行动作。图11中的步骤S1、S2、S4、S6、S8、S9、S10与图7所示的对应步骤的动作相同。
粒子检测装置200的动作与实施方式1的粒子检测装置100的动作的不同之处在于，追加有第2受光元件42、第2污垢等级判定部77和第2粒子计数部75的动作。
与实施方式1的粒子检测装置100的情况同样，作为粒子检测装置200的主要功能，图11所示的一连串动作具有实施粒子计数的处理、检测污垢等级值的处理以及根据污垢等级值校正所述粒子计数值的处理。此外，也可以代替校正粒子计数值的处理或在校正粒子计数值的处理的基础上，进行根据污垢等级值调整第1粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth1c、Vth2c的处理。
另外，在图8的粒子检测装置200中，进行根据污垢等级值Y1、Y2校正粒子计数值N1、N2的处理。
图12是概略地示出实施方式1的变形例的粒子检测装置201的光学系统的结构和控制系统的结构的图。在图12中，对与图8所示的结构要素相同或对应的结构要素标注与图8所示的标号相同的标号。图12所示的粒子检测装置201与图8所示的粒子检测装置200的不同之处在于，第1粒子计数部71从第1污垢等级判定部73接受阈值电压Vth1这点以及第2粒子计数部75从第2污垢等级判定部77接受阈值电压Vth2这点。除了这点以外，图12所示的粒子检测装置201与图8所示的粒子检测装置200相同。
图11所示的粒子检测装置200的动作与图7所示的粒子检测装置100的动作的不同之处在于步骤S3b、S5b、S7b和S10b的处理。
中央处理控制部63a控制图11所示的各步骤的动作。图11的动作是一例，粒子检测装置200的动作不限于图11的例子。
在对粒子检测装置200接通主电源时，第1光源驱动部61和第2光源驱动部62成为动作开始等待状态即待机状态。此时，第1粒子计数部71、第1污垢等级判定部73、第2粒子计数部75、第2污垢等级判定部77和结果输出部64处于如果被输入来自第1受光元件41的第1检测信号D1和从第2受光元件42输出的第2检测信号D2则能够开始处理的状态。
在步骤S3b中，在第1粒子计数部71和第2粒子计数部75中实施粒子的检测。在步骤S3b中，与图7中的步骤S3的情况同样，根据第1检测信号D1，由第1粒子计数部71和第2粒子计数部75实施粒子的检测。此时，在第1粒子计数部71和第2粒子计数部75中，分别使用中央处理控制部63a的内部存储器中保持的每单位时间的空气的吸入量V实施粒子的个数浓度或重量浓度的计算。此外，第1粒子计数部71和第2粒子计数部75计算出的粒子计数数、个数浓度或重量浓度的值能够保持在中央处理控制部63a的内部存储器。
在步骤S5b中，第1粒子计数部71和第2粒子计数部75的粒子的检测停止或无效。由此，与图7中的步骤S5的情况同样，散射光不会对污垢等级值的检测造成不良影响。
在步骤S7b中，在第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77中实施污垢等级值的检测。由此，能够根据从第1受光元件41输出的第1检测信号D1和从第2受光元件42输出的第2检测信号D2取得污垢等级值。将这里取得的各个污垢等级值与污垢等级值的初始值Y01和Y02进行比较，进行污垢等级值的判定。污垢等级值的初始值Y01和Y02能够分别保持在存储器74和存储器78中，使得在分别由第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77判定污垢等级值时使用。此外，污垢等级值的初始值Y01和Y02分别能够为由第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77分别取得的过去的污垢等级值或预先设定的初始污垢等级值。
在步骤S10b中，根据污垢等级值校正粒子计数数或粒子计数用的阈值电压。与其对应的图是图8。由此，使用第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77中分别取得的第1污垢等级值Y1和第2污垢等级值Y2或第1粒子计数部71和第2粒子计数部75中分别应用的阈值电压Vth1和Vth2，校正中央处理控制部63a的内部存储器中保持的由第1粒子计数部71和第2粒子计数部75分别计算出的粒子计数数N1和N2、个数浓度或重量浓度的值。此外，校正后的粒子计数数、校正后的个数浓度或校正后的重量浓度的值能够保持在中央处理控制部63a的内部存储器。此外，粒子检测装置200也可以具有存储第2粒子计数部75使用的信息的作为存储部的存储器73。
第1粒子计数部71中应用的阈值电压Vth1与实施方式1中的阈值电压Vth相同。关于第2粒子计数部75中应用的阈值电压Vth2，针对与由通过检测位置处的多个粒子分别产生的散射光的光量(即光功率)对应地从第2受光元件42输出的第2检测信号D2即脉冲状或尖峰状的电输出波形(例如电压波形)，设定粒子计数用的阈值电压Vth2，对超过阈值电压Vth2的波形的个数进行计数，能够使计数值与检测到的粒子的个数对应。
此外，能够设定多个不同的阈值电压Vth2_1、Vth2_2、…、Vth2_k作为阈值电压Vth2。通过将电输出波形与多个不同的阈值电压Vth2_1、Vth2_2、…、Vth2_k进行比较，能够大致区分粒子的大小。即，能够根据电输出波形判定粒子的大小。
作为粒子计数用的阈值电压Vth2，能够读出并使用存储器73中预先保持的值。
例如，在用Y1表示第1污垢等级值时，步骤S10b中进行的与第1污垢等级值Y1对应的粒子计数数N1的校正处理能够使用式(5)或式(6)进行。
Nc1＝(Y1/Y01)×N1
＝((Y01+ΔY1)/Y01)×N1 (5)
Nc1＝(Y01/(Y01-ΔY1))×N1 (6)
这里，Nc1是校正后的粒子计数数，N1是校正前的粒子计数数，ΔY1是相对于初始污垢等级值Y01的增加量。
此外，例如，在用Y2表示第2污垢等级值时，步骤S10b中进行的与第2污垢等级值Y2对应的粒子计数数N2的校正处理能够使用式(7)或式(8)进行。
Nc2＝(Y2/Y02)×N2
＝((Y02+ΔY2)/Y02)×N2 (7)
Nc2＝(Y02/(Y02-ΔY2))×N2 (8)
这里，Nc2是校正后的粒子计数数，N2是校正前的粒子计数数，ΔY2是相对于初始污垢等级值Y02的增加量。
在步骤S10b中，作为与上述不同的粒子计数数的校正方法，能够使用根据第1污垢等级值Y1校正第1粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth1的方法、以及根据第2污垢等级值Y2校正第2粒子计数部75的粒子计数用的阈值电压Vth2的方法。与其对应的图是图12。
为了简便，图11的步骤S10b被记载成“校正粒子计数数”，但是，该情况成为“校正阈值电压”。
即，例如能够使用式(9)或式(10)根据第1污垢等级值Y1调整第1粒子计数部71的粒子计数用的阈值电压Vth1。
Vth1c＝(Y01/Y1)×Vth1
＝(Y01/(Y01+ΔY1))×Vth1 (9)
Vth1c＝((Y01-ΔY1)/Y01)×Vth1 (10)
这里，Vth1c是校正后的粒子计数用的阈值电压。
此外，即，例如能够使用式(11)或式(12)根据第2污垢等级值Y2调整第2粒子计数部75的粒子计数用的阈值电压Vth2。
Vth2c＝(Y02/Y2)×Vth2
＝(Y02/(Y02+ΔY2))×Vth2 (11)
Vth2c＝((Y02-ΔY2)/Y02)×Vth2 (12)
这里，Vth2c是校正后的粒子计数用的阈值电压。
在第1聚光镜81或第2聚光镜32产生污垢而使入射到第1受光元件41的受光面的散射光的光量降低时、或透镜43变污时或透镜43的光透过率产生变化时，能够使用以上的校正和调整。通过将阈值电压Vth1c、Vth2c降低到适当的电压值以使粒子的个数浓度或重量浓度正确，能够抑制由于散射光的光量较小引起的粒子计数值的减少，能够更加准确地计算粒子的个数浓度或重量浓度。
《2-5》效果
如以上说明的那样，实施方式2的粒子检测装置200、201能够判定浮游粒子的数量、重量、种类。此外，粒子检测装置200、201还能够计算浮游粒子的粒子浓度或重量浓度。
此外，粒子检测装置200、201能够检测将由粒子产生的散射光引导至第1受光元件41的受光面的光学系统50的污垢程度和引导至第2受光元件42的受光面的光学系统即透镜的污垢程度。进而，粒子检测装置200、201能够根据污垢等级值校正第1粒子计数值和第2粒子计数值或调整阈值电压。
《3》实施方式3
图13是概略地示出本发明的实施方式3的粒子检测装置300的光学系统52的结构和控制系统的结构的图。图13示出沿与yz平面平行的面切断光学系统52的截面的构造。此外，图13利用功能块示出控制系统的结构要素。在图13中，对与图8或图12所示的结构要素相同或对应的结构要素标注与图8或图12所示的标号相同的标号。此外，沿与zx平面平行的面切断粒子检测装置300的光学系统52和空气流路的截面的构造与图2的构造相同。
如图13所示，实施方式3的粒子检测装置300与图12所示的粒子检测装置201的不同之处在于，具有检测从第2光源21射出的第2照射光L2的第3受光元件44，从第3受光元件44输出的第3检测信号D3被提供给第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77双方。
第3受光元件44是用于监视从第2光源21射出的第2照射光L2的光量变化的光量监视用的光检测器。例如，如图13所示，第3受光元件44检测透过分束器22后的第2照射光L2的一部分。
表示与由第3受光元件44检测到的第2照射光L2的光量对应的监视值Vm的第3检测信号D3被提供给第1污垢等级判定部73和第2污垢等级判定部77双方。监视值Vm例如是电流值或电压值。
能够使用监视值Vm，以校正由于来自第2光源21的第2照射光L2的光量变化而产生的由第1污垢等级判定部73取得的第1污垢等级值Y1的变动误差和由第2污垢等级判定部77取得的第2污垢等级值Y2的变动误差。即，能够使用利用监视值Vm对由第1受光元件41的受光面接收由第1聚光镜81或第2聚光镜32反射后的第2照射光L2而得到的第1检测信号D1的信号电平进行归一化而得到的值。由此，由于来自第2光源21的第2照射光L2的光量变化而产生的第1污垢等级值Y1和第2污垢等级值Y2的变动误差被校正，能够取得更加准确的污垢等级值。
如以上说明的那样，实施方式3的粒子检测装置300对由于从第2光源21射出的第2照射光L2的光量变化而产生的第1污垢等级值Y1和第2污垢等级值Y2的变动误差进行校正，能够取得更加准确的污垢等级值。
第2照射光L2的光量监视用的第3受光元件44被配置成接收透过分束器22后的光，间接地监视第2照射光L2的光量。但是，也可以构成为使用包含其他聚光部件或分光元件等的光路径变更部件，将第2照射光L2的一部分引导至第3受光元件44。
关于上述以外的部分，实施方式3与实施方式2相同。
此外，能够将第3受光元件44应用于实施方式1、2的粒子检测装置。
此外，也可以代替分束器22而使用使光在不同角度的传播方向上进行分光的衍射元件。还能够构成为由第3受光元件44接收衍射元件的某个衍射次数的光，至少将其他衍射次数中的任意衍射光用于第1聚光镜81和第2聚光镜32的污垢检测。
《4》变形例
图14是概略地示出实施方式1～3的变形例的粒子检测装置的结构的硬件结构图。图1、图3、图8、图12、图13所示的粒子检测装置100、101、200、201、300的控制系统能够由集成电路构成，但是，也可以使用存储作为软件的程序的作为存储装置的存储器91、以及执行存储器91中存储的程序的作为信息处理部的处理器92(例如通过计算机)实现。此外，也可以通过图14所示的存储器91和执行程序的处理器92实现粒子检测装置100、101、200、201、300的控制系统的一部分。
在本申请中，“平行”、“垂直”或“中心”等表示结构要素的位置、部件的位置关系或结构要素的形状的用语所示的范围是考虑到制造上的公差和组装上的偏差等的范围。因此，在本申请中，即使在未记载“大致”而使用“平行”、“垂直”或“中心”等用语的情况下，这些用语所示的范围也意味着考虑到制造上的公差和组装上的偏差等的范围。
此外，上述实施方式的粒子检测装置的结构要素能够彼此适当组合。
标号说明
11：第1光源；12：透镜；20、20a：污垢检测光学系统；21：第2光源；22：分束器(光路径变更部件)；22a：分束器的反射面；30：对象空间；31：第1聚光镜(第1聚光部件)；32：第2聚光镜(第2聚光部件)；32a：开口部(光通过区域)；33：检测位置；34：吸气口；35：排气口；36：束阱；41：第1受光元件；42：第2受光元件；43：透镜；44：第3受光元件；50、51、52：光学系统；61：第1光源驱动部；62：第2光源驱动部；63、63a：中央处理控制部；64：结果输出部；65：空气流发生部；71：粒子计数部(第1粒子计数部)；72：存储器；73：污垢等级判定部(第1污垢等级判定部)；74：存储器；75：粒子计数部(第2粒子计数部)；76：存储器；77：污垢等级判定部(第2污垢等级判定部)；78：存储器；81：第1聚光镜(第1聚光部件)；81a：开口部(光通过区域)；100、101、200、201、300：粒子检测装置；L1：第1照射光；L2：第2照射光；L11～L16、L11a～L16a：入射到第1受光元件的光；L21～L24、L21a、L22a：入射到第1受光元件的第2照射光；L25：未入射到第1受光元件的第2照射光；L23a、L24a：入射到第2受光元件的第2照射光。

Claims (15)

1.一种粒子检测装置，其检测对象空间内浮游的粒子，其特征在于，所述粒子检测装置具有：
第1光源，其射出在所述对象空间内行进的第1照射光；
第1聚光部件，其具有凹状的第1反射面；
第2聚光部件，其具有隔着所述对象空间而与所述第1反射面对置的凹状的第2反射面；
第2光源，其射出第2照射光；以及
第1受光元件，其输出表示与第1入射光的强度对应的值的第1检测信号，
在所述第1光源射出所述第1照射光时，所述第1受光元件检测所述第1照射光被照射到存在于所述对象空间内的预定的检测位置处的粒子而产生的散射光作为所述第1入射光，
在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述第1受光元件检测所述第2照射光中的由所述第1反射面反射后的光以及由所述第1反射面和所述第2反射面双方反射后的光作为所述第1入射光。
2.根据权利要求1所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述第1聚光部件的所述第1反射面是具有位于所述对象空间内的第1焦点和位于所述对象空间外的第2焦点的椭圆面状的。
3.根据权利要求2所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述第2聚光部件的所述第2反射面是以所述第1焦点为中心点的球面状的。
4.根据权利要求2或3所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述检测位置是所述第1焦点的位置。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
在所述第1光源射出所述第1照射光时，所述第1受光元件检测所述散射光中的由所述第1反射面反射而入射到所述第1受光元件的第1路径中行进的光、由所述第2反射面反射且由所述第1反射面反射而入射到所述第1受光元件的第2路径中行进的光、以及直接入射到所述第1受光元件的第3路径中行进的光，作为所述第1入射光，
在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述第1受光元件检测所述第2照射光中的由所述第1反射面反射后的第4路径中行进的光、以及由所述第1反射面和所述第2反射面双方反射后的第5路径中行进的光，作为所述第1入射光。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述粒子检测装置还具有光路径变更部件，
从所述第2光源射出的所述第2照射光的一部分经由所述光路径变更部件而朝向所述第1反射面行进，
从所述对象空间朝向所述光路径变更部件的光的一部分经由所述光路径变更部件而朝向所述第1受光元件行进。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述第1受光元件和所述第2光源配置于在光学上彼此共轭的位置。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述粒子检测装置还具有控制部，在所述第1光源射出所述第1照射光时，该控制部根据从所述第1受光元件输出的所述第1检测信号判定所述粒子的浓度。
9.根据权利要求8所述的粒子检测装置，其特征在于，
在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述控制部根据从所述第1受光元件输出的所述第1检测信号，变更从所述第1光源射出的所述第1照射光的强度。
10.根据权利要求1～7中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述粒子检测装置还具有第2受光元件，该第2受光元件输出表示与第2入射光的强度对应的值的第2检测信号，
所述第1聚光部件具有使从所述对象空间向所述第2受光元件行进的所述第2入射光通过的光通过区域。
11.根据权利要求10所述的粒子检测装置，其特征在于，
在所述第1光源射出所述第1照射光时，所述第2受光元件检测所述第1照射光被照射到存在于所述检测位置处的粒子而产生的散射光中的通过所述光通过区域后的光，作为所述第2入射光。
12.根据权利要求10或11所述的粒子检测装置，其特征在于，
在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述第2受光元件检测所述第2照射光中的通过所述光通过区域后的光作为所述第2入射光。
13.根据权利要求10～12中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述粒子检测装置还具有控制部，在所述第1光源射出所述第1照射光时，该控制部根据从所述第1受光元件输出的所述第1检测信号和从所述第2受光元件输出的所述第2检测信号，判定所述粒子的个数、重量、种类和浓度中的任意一方以上。
14.根据权利要求13所述的粒子检测装置，其特征在于，
在所述第2光源射出所述第2照射光时，所述控制部根据从所述第1受光元件输出的所述第1检测信号和从所述第2受光元件输出的所述第2检测信号，变更从所述第1光源射出的所述第1照射光的强度。
15.根据权利要求8、9、13、14中的任意一项所述的粒子检测装置，其特征在于，
所述粒子检测装置还具有第3受光元件，从所述第2光源射出的所述第2照射光的一部分作为第3入射光入射到该第3受光元件，该第3受光元件输出表示与所述第3入射光的强度对应的值的第3检测信号，
所述控制部使用所述第3检测信号校正所述粒子的个数、重量、种类和浓度中的任意一方以上。
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