JP2014182008A - Particle detector - Google Patents
Particle detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014182008A JP2014182008A JP2013056749A JP2013056749A JP2014182008A JP 2014182008 A JP2014182008 A JP 2014182008A JP 2013056749 A JP2013056749 A JP 2013056749A JP 2013056749 A JP2013056749 A JP 2013056749A JP 2014182008 A JP2014182008 A JP 2014182008A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- scattered light
- light receiving
- scattered
- particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 256
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 66
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 49
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 241000218645 Cedrus Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 208000035285 Allergic Seasonal Rhinitis Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、粒子検出器に関し、特に、花粉症の原因となる大気中に浮遊する花粉粒子の検出に用いられる粒子検出器に関するものである。 The present invention relates to a particle detector, and more particularly to a particle detector used for detecting pollen particles floating in the atmosphere that cause hay fever.
一般に、大気中に浮遊する花粉の飛散量の測定は、ガラス板を大気中に晒して、これに付着する花粉を染色処理し、熟達者が顕微鏡を用いて目視で花粉の数を計数する方法によって行われている。 In general, the amount of pollen floating in the atmosphere is measured by exposing the glass plate to the atmosphere, dyeing the pollen adhering to the glass plate, and using a microscope to visually count the number of pollen. Has been done by.
ところが、この方法では、染色という手間のかかる前処理に多くの時間を要する上に、目視計数を行う者には高度の熟練が要求される。また、ガラス板を一定時間の間、大気中に晒さなければならないため、リアルタイムで花粉の飛散量を検出することができず、さらに、測定すべき場所で測定結果を得ることができない。 However, this method requires a lot of time for the time-consuming pretreatment of dyeing, and requires a high level of skill for those who perform visual counting. Further, since the glass plate must be exposed to the atmosphere for a certain period of time, the amount of pollen scattering cannot be detected in real time, and furthermore, the measurement result cannot be obtained at the place to be measured.
そこで、花粉の飛散量を測定場所にてリアルタイムで検出する装置として粒子検出器が既に開発されている。 Therefore, a particle detector has already been developed as a device for detecting the amount of pollen scattered in real time at the measurement location.
図9は、従来の粒子検出器を説明する図であり、この粒子検出器の基本構成を示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional particle detector, and shows a basic configuration of the particle detector.
この粒子検出器200は、所定方向に偏光した直線偏光光Lを浮遊粒子に照射する偏光光源部210と、浮遊粒子Pfによる散乱光Laを受光して浮遊粒子Pfの形状(散乱光の偏光解消度)を表す形状信号(出力信号)S2aを出力する偏光解消度測定部220aと、浮遊粒子Pfによる散乱光Lbを受光して浮遊粒子Pfの粒子径(散乱光の強度)を表すサイズ信号(出力信号)S2bを出力する散乱光強度測定部220bと、浮遊粒子Pfの形状を表す形状信号S2aと浮遊粒子Pfの粒子径を表すサイズ信号S2bとに基づいて、粒子径が所定範囲内にありかつ偏光解消度が所定値より大きい浮遊粒子を花粉粒子として検出する判別部230とを有している。
The
ここで、偏光光源部210は、直線偏光光Lを出力するレーザダイオード211と、このレーザダイオード211を駆動信号S1により駆動する駆動部200aと、このレーザダイオード211から出力された直線偏光光Lを集光する発光側集光レンズ212とを有しており、この集光レンズ212の焦点位置Fpsにある浮遊粒子Pfに直線偏光光Lが照射されると、浮遊粒子Pfでミー散乱が発生するようになっている。散乱光La及びLbは、浮遊粒子Pfへの入射光(直線偏光光)Lの入射により生じたミー散乱によるものであり、散乱光Laは、入射光Lの進行方向(0度)に対して30度〜60度の範囲内の散乱角θaで散乱した光であり、散乱光Lbは、入射光Lの進行方向に対して−30度〜−60度の範囲内の散乱角θbで散乱した光である。
Here, the polarized
偏光解消度測定部220aは、発光側集光レンズ212の焦点位置Fpsで直線偏光光Lが照射された浮遊粒子Pfからの一方の散乱光Laを集光する受光側集光レンズ221aと、この受光側集光レンズ221aの焦点位置に配置された受光素子223aと、この受光素子223aと発光側集光レンズ221aとの間に配置され、レーザダイオード211から出力された直線偏光光Lと同じ偏光方向の成分のみを透過する偏光素子(偏光フィルタ)222aとを有し、散乱光Laにおける直線偏光光Lと同じ偏光方向の成分の強度に応じた出力信号S2aを浮遊粒子Pfの形状を表す形状信号として出力するように構成されている。
The depolarization
散乱光強度測定部220bは、発光側集光レンズ212の焦点位置Fpsで直線偏光光Lが照射された浮遊粒子Pfからの他方の散乱光Lbを集光する受光側集光レンズ221bと、この受光側集光レンズ221bの焦点位置に配置された受光素子223bとを有し、散乱光Lbの強度に応じた出力信号S2bを、浮遊粒子Pfのサイズ(大きさ)を表すサイズ信号として出力するように構成されている。
The scattered light
このような粒子検出器200では、上記偏光光源部210、偏光解消度測定部220a、散乱光強度測定部220b及び判定部230は筐体(図示せず)内に設けられており、筐体の周囲の外気を、発光側焦点レンズ212の焦点位置Fpsを通過するように筐体内に導入し、以下の原理に基づいて、大気中に浮遊する花粉粒子を検出することができる。
In such a
つまり、このような粒子検出器200では、第1に、散乱光強度、つまりレーザダイオード211からの出力光が照射された浮遊粒子からミー散乱により発生する散乱光の強度は、この浮遊粒子の粒子径が大きいほど高くなることを利用し、浮遊粒子Pfによる散乱光Lbを受光する散乱光強度測定部220bの出力信号S2bに基づいて、花粉と同程度の粒子径を有する浮遊粒子を検出している。
That is, in such a
第2に、大気中の花粉粒子による散乱光の偏光解消作用、つまりレーザダイオード211からの出力光である直線偏光光Lの強度に対して、この直線偏光光が照射された浮遊粒子からミー散乱により発生する散乱光の、該直線偏光光と同じ偏光方向に成分が低下する作用(偏光解消作用)が、花粉粒子と同程度の粒子径を有する他の浮遊粒子による散乱光の偏光解消作用に比べて著しく大きいことを利用し、レーザダイオード211から出力された直線偏光光Lと同じ偏光方向の成分のみを透過する偏光フィルタ222aを通して浮遊粒子Pfによる散乱光Laを受光する偏光解消度測定部220aの出力信号S2aに基づいて、花粉とそれ以外の浮遊粒子とを判別している。
Secondly, the depolarization action of scattered light by pollen particles in the atmosphere, that is, the Mie scattering from floating particles irradiated with the linearly polarized light L with respect to the intensity of the linearly polarized light L that is the output light from the
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
まず、ファンあるいはヒータなどにより、筐体の周囲の雰囲気を筐体内の発光側焦点レンズ212の焦点位置Fpsに導入する気体流を発生させ、レーザダイオード211から出力される直線偏光光Lを、焦点位置Fpsを通過する浮遊粒子Pfに照射する。
First, a gas flow is introduced by a fan or a heater to introduce the atmosphere around the casing to the focal position Fps of the light emitting
浮遊粒子Pfにレーザダイオード211からの直線偏光光Lが照射されると、浮遊粒子Pfからは、直線偏光光を一旦吸収した後に散乱光を出射するミー散乱により、直線偏光光Lの進行方向に対して30度〜60度の範囲内の散乱角θaで散乱光Laが散乱し、入射光Lの進行方向に対して−30度〜−60度の範囲内の散乱角θbで散乱光Lbが散乱する。
When the linearly polarized light L from the
このとき、散乱光Laは、受光側焦点レンズ221aで集光されて偏光素子222aに入射する。この偏光素子222aでは、散乱光Laにおける、直線偏光光Lの偏光方向と等しい偏光方向の成分のみが通過し、受光素子223aは、偏光素子222aを通過した散乱光の成分を受光し、その光強度に応じた出力信号S2aを、浮遊素子の形状を示す形状信号として判定部230に出力する。
At this time, the scattered light La is condensed by the light receiving
一方、入射光Lの進行方向に対して−30度〜−60度の範囲内の散乱角θbで散乱した散乱光Lbは、受光側集光レンズ221bで集光されて受光素子223bに入射する。この受光素子223bでは、受光した散乱光Lbの光強度に応じた出力信号S2bを、浮遊素子の大きさを示すサイズ信号として判定部230に出力する。
On the other hand, the scattered light Lb scattered at the scattering angle θb within the range of −30 degrees to −60 degrees with respect to the traveling direction of the incident light L is condensed by the light receiving
この判定部230では、図10に示すように、サイズ信号S2bに関して、花粉の平均的な粒子径に基づいて花粉程度の大きさを有する浮遊粒子を検知するための信号レベルA(PD2)の範囲Rseが設定されている。また、サイズ信号S2bに対する形状信号S2aの比率(A(PD1)/A(PD2))に関して、花粉と同程度の粒子径を有する検出対象の浮遊粒子が花粉であると判定するための範囲Rspが設定されている。このため、この判定部230では、上記サイズ信号S2b及び形状信号S2aに基づいて、上記焦点位置(検出位置)Fpsを通過した浮遊粒子Pfが、例えば大きな花粉Fpa1であることが判定される。ここで、比率(A(PD1)/A(PD2))の逆数は、レーザダイオード211からの直線偏光光Lが偏光フィルタを通過することでどの程度変化したかを示す偏光解消度に相当する。また、粒子Fpa2は小さな花粉、粒子Fpa3は、大きな花粉と同じ程度の大きさの土埃、粒子Fpa4は、小さな花粉と同じ程度の大きさの土埃である。
In this
なお、特許文献1には、図9に示す従来の粒子検出器と同様な花粉検出器が開示されている。
しかしながら、上記従来の粒子検出器200では、浮遊粒子Pfからの散乱光LaおよびLbを受光する受光光学系として、この散乱光Laを偏光素子222aを介して受光するための偏光光学系(偏光解消度測定部220aの光学系)と、浮遊粒子Pfからの散乱光Lbをその偏光方向を変化させずに受光するための非偏光光学系(散乱光強度測定部220bの光学系)の2系統の受光光学系が必要であり、装置が大型化し、コストアップの原因となるという問題点があった。
However, in the
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、1系統の受光光学系によって受光した浮遊粒子からの散乱光に基づいて、浮遊粒子の大きさを示すサイズ信号と浮遊粒子の形状を示す形状信号とを取得することができ、これにより花粉飛散量の測定を、測定したい場所にてリアルタイムで行うことができ、しかも低コスト化が可能な小型でコンパクトな構造の粒子検出器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and based on scattered light from suspended particles received by a single light receiving optical system, a size signal indicating the size of suspended particles and a floating signal are provided. The shape signal indicating the shape of the particle can be acquired, and thus the amount of pollen scattering can be measured in real time at the place where measurement is desired, and the particle can be reduced in size and can be reduced in cost. The purpose is to obtain a detector.
本発明に係る粒子検出器は、空気中の浮遊粒子に偏光光を照射する偏光光照射部と、該浮遊粒子からの散乱光を受光する散乱光受光部とを有し、該受光した散乱光の特性に基づいて花粉を検出する粒子検出器であって、該散乱光を集光する単一の光学系を含み、該散乱光受光部は、該偏光光と該散乱光との間での偏光方向の変化の度合いを検出する第1の光検出部と、該散乱光の強度を検出する第2の光検出部とを有し、該第1の光検出部の受光領域及び該第2の光検出部の受光領域上には、該光学系により該散乱光を集光して得られる集光スポットが形成されるように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。 The particle detector according to the present invention includes a polarized light irradiation unit that irradiates polarized light on airborne particles and a scattered light receiving unit that receives scattered light from the suspended particles, and the received scattered light. A particle detector for detecting pollen based on the characteristics of the optical system, comprising a single optical system that collects the scattered light, wherein the scattered light receiving unit is between the polarized light and the scattered light. A first light detection unit that detects the degree of change in the polarization direction; and a second light detection unit that detects the intensity of the scattered light, the light receiving region of the first light detection unit, and the second light detection unit. On the light receiving area of the light detection section, a condensing spot obtained by condensing the scattered light by the optical system is formed, whereby the above object is achieved.
本発明は、上記粒子検出器において、前記偏光光は直線偏光光であり、前記第1の光検出部は、前記散乱光における、該直線偏光光の偏光方向と同じ偏光方向の成分の光の強度を検出するよう構成されていることが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, the polarized light is linearly polarized light, and the first light detection unit is configured to detect light of a component having the same polarization direction as the polarization direction of the linearly polarized light in the scattered light. It is preferably configured to detect the intensity.
本発明は、上記粒子検出器において、前記第1の光検出部は、半導体チップを構成する半導体基板上に形成された第1の光電変換素子を含み、該第1の光電変換素子は、該直線偏光光の偏光方向と同じ偏光方向の光のみを透過する偏光機能を有し、前記浮遊粒子からの散乱光における、該直線偏光光の偏光方向と同じ偏光方向の光を光電変換して、前記浮遊粒子の形状を示す形状信号を出力するよう構成されており、前記第2の光検出部は、該半導体基板上に形成された第2の光電変換素子を含み、該浮遊粒子からの散乱光を該第2の光電変換素子により光電変換して、該散乱光の強度を示す強度信号を出力するよう構成されていることが好ましい。 The present invention provides the particle detector, wherein the first light detection unit includes a first photoelectric conversion element formed on a semiconductor substrate constituting a semiconductor chip, and the first photoelectric conversion element includes: It has a polarization function of transmitting only light having the same polarization direction as that of linearly polarized light, and photoelectrically converts light having the same polarization direction as that of the linearly polarized light in the scattered light from the suspended particles, It is configured to output a shape signal indicating the shape of the suspended particles, and the second light detection unit includes a second photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate, and is scattered from the suspended particles. It is preferable that the light is photoelectrically converted by the second photoelectric conversion element and an intensity signal indicating the intensity of the scattered light is output.
本発明は、上記粒子検出器において、前記形状信号を出力する第1の光電変換素子と、前記強度信号を出力する第2の光電変換素子とは、前記半導体チップ上で交互に配置されていることが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, the first photoelectric conversion element that outputs the shape signal and the second photoelectric conversion element that outputs the intensity signal are alternately arranged on the semiconductor chip. It is preferable.
本発明は、上記粒子検出器において、前記偏光機能を有する第1の光電変換素子は、該第1の光電変換素子を構成する半導体領域上にストライプ状の光反射層を形成した構造となっていることが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, the first photoelectric conversion element having the polarization function has a structure in which a striped light reflection layer is formed on a semiconductor region constituting the first photoelectric conversion element. Preferably it is.
本発明は、上記粒子検出器において、前記光電変換素子は、PINフォトダイオードであることが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, the photoelectric conversion element is preferably a PIN photodiode.
本発明は、上記粒子検出器において、前記半導体チップは、前記第1の光電変換素子及び前記第2の光電変換素子に加えて、これらの光電変換素子から出力される前記形状信号及び前記強度信号を処理するアナログ信号処理回路を有することが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, in addition to the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, the semiconductor chip includes the shape signal and the intensity signal output from these photoelectric conversion elements. It is preferable to have an analog signal processing circuit for processing.
本発明は、上記粒子検出器において、前記アナログ信号処理回路は、前記強度信号が示す前記浮遊粒子の粒子径が所定範囲内にあり、かつ前記形状信号が示す前記偏光方向の変化の度合いが所定値より大きい浮遊粒子を花粉粒子と判別する判別部を有することが好ましい。 According to the present invention, in the particle detector, the analog signal processing circuit has a predetermined particle size of the suspended particles indicated by the intensity signal and a predetermined degree of change in the polarization direction indicated by the shape signal. It is preferable to have a discrimination unit that discriminates floating particles larger than the value as pollen particles.
本発明は、上記粒子検出器において、前記半導体チップは、前記判定部での判定結果をデジタル信号として出力するデジタル信号処理回路を含むことが好ましい。 In the particle detector according to the aspect of the invention, it is preferable that the semiconductor chip includes a digital signal processing circuit that outputs a determination result of the determination unit as a digital signal.
本発明は、上記粒子検出器において、前記偏光光照射部は、前記偏光光として直線偏光光を出力するレーザダイオードを含むことが好ましい。 In the particle detector according to the aspect of the invention, it is preferable that the polarized light irradiation unit includes a laser diode that outputs linearly polarized light as the polarized light.
本発明は、上記粒子検出器において、前記偏光光照射部は、発光ダイオードと、該発光ダイオードから出力された出力光を偏光する偏光素子とを含み、該偏光素子を透過した直線偏光光を前記浮遊粒子に照射するものであることが好ましい。 The present invention provides the particle detector, wherein the polarized light irradiation unit includes a light emitting diode and a polarizing element that polarizes output light output from the light emitting diode, and the linearly polarized light transmitted through the polarizing element is It is preferable to irradiate suspended particles.
以上のように、本発明によれば、1系統の受光光学系によって受光した浮遊粒子からの散乱光に基づいて、浮遊粒子の大きさを示すサイズ信号と浮遊粒子の形状を示す形状信号とを取得することができ、これにより花粉飛散量の測定を、測定したい場所にてリアルタイムで行うことができ、しかも低コスト化が可能な小型でコンパクトな構造の粒子検出器を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the size signal indicating the size of the suspended particle and the shape signal indicating the shape of the suspended particle are generated based on the scattered light from the suspended particle received by the one light receiving optical system. Thus, it is possible to measure the amount of pollen scattering in real time at a place where measurement is desired, and to obtain a particle detector having a small and compact structure that can be reduced in cost.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1による粒子検出器を説明する図であり、図1(a)は、この粒子検出器の外観を示し、図1(b)は、この粒子検出器の内部構造を示している。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams for explaining a particle detector according to
この実施形態1の粒子検出器10は、金属製ケースあるいはプラスチック製ケースなどの筐体10aと、この筐体10a内に設けられ、所定方向に偏光した入射光Lを浮遊粒子Pfに照射する偏光光照射部110と、浮遊粒子Pfによる散乱光Laを受光する散乱光受光部120とを備えている。ここで、偏光光照射部110及び散乱光受光部120は、筐体10aの上部両隅部に対向するように設けられており、偏光光照射部110の照射光学系の光軸Ax1と、散乱光受光部120の受光光学系の光軸Ax2とが浮遊粒子の検出位置Fpsにて交差するように位置決めされている。具体的には、受光光学系の光軸Ax2は、照射光学系の光軸Ax1(つまり、入射光Lの進行方向)に対して30度〜60度の角度をなすように設定されている。
The
また、この筐体10aは、その周囲の外気がこの筐体内10aに取り込まれると、その外気が、検出位置Fpsを中心とする外気吐出領域10cを通過するように構成されており、この筐体10aの側面には、取り込んだ外気を排出するための外気排出口10bが形成されている。さらに、この筐体10a内には、筐体10aの内壁面や偏光光照射部110及び散乱光受光部120の外壁面で反射した光が散乱光受光部120に入り込まないように、複数の遮蔽板11a〜11dが、照射光学系及び受光光学系の光路を遮らないように設けられている。
Further, the
偏光光照射部110は、所定方向に直線偏光された入射光(直線偏光光)Lを浮遊粒子の検出位置Fpsに集光する照射光学系を形成するユニットとして構成されており、例えば直方体形状のケース部材110aと、このケース部材110aの内壁面に取り付けられたレーザダイオード111と、ケース部材110a内に取り付けられ、レーザダイオード111を駆動する駆動部111aと、ケース部材110a内に取り付けられ、レーザダイオード111から出射された光を集光する照射側集光レンズ112とを有している。この照射側集光レンズ112は、レーザ光Lを、その焦点位置Fpsにて測定対象となる粒子径(30μm〜数十μm)と同程度の大きさの集光スポットが形成されるように集光する構成となっている。この照射側集光レンズ112の焦点位置Fpsは、測定対象となる粒子である空気中に浮遊する浮遊粒子にレーザ光を照射する位置である。
The polarized
また、散乱光受光部120も、レーザ光が照射された浮遊粒子からの散乱光を受光する受光光学系を形成するユニットとして構成されており、例えば直方体形状のケース部材120aと、このケース部材120aの内壁面に取り付けられた粒子検出ICチップ100と、ケース部材120aの側壁に受光チップ100と対向するように取り付けられ、浮遊粒子からの散乱光Laを集光する受光側集光レンズ121とを有している。この受光側集光レンズ121は、散乱光Laを集光してその焦点位置にて、直径が300μm程度の大きさの集光スポットBspを形成するものである。
The scattered
図2は、この実施形態1の粒子検出器に用いる粒子検出ICチップの構成を示す平面図であり、図3(a)は、図2におけるA−A’線部分の断面構造を模式的に示し、図3(b)は、図3(a)におけるX部の構造を拡大して示している。さらに、図4は、本発明の実施形態1による粒子検出器の基本構成及び動作原理を説明する図であり、図4(a)は、図1(b)における偏光光照射部及び散乱光受光部における光学系を模式的に示し、図4(b)は、花粉判定の方法を示している。 FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the particle detection IC chip used in the particle detector of the first embodiment, and FIG. 3A schematically shows a cross-sectional structure taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 3 (b) shows an enlarged view of the structure of the X portion in FIG. 3 (a). Further, FIG. 4 is a diagram for explaining the basic configuration and operation principle of the particle detector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a diagram illustrating a polarized light irradiation unit and scattered light reception in FIG. The optical system in a part is typically shown, and FIG.4 (b) has shown the method of pollen determination.
この粒子検出ICチップ100は、半導体基板(例えば、シリコン基板)101に形成されたP型半導体領域102と、このP型半導体領域102上に形成されたN型半導体領域130及び140とを有している。ここで、P型半導体領域102は半導体基板101に対するP型不純物の拡散により得られた拡散領域であり、N型半導体領域130及び140は、P型半導体領域102に対するN型不純物の拡散により得られたN型拡散領域である。N型半導体領域130及びP型半導体領域102は、受光素子P2aとしてPINフォトダイオードを構成しており、N型半導体領域140及びP型半導体領域102は、受光素子P1aとしてPINフォトダイオードを構成している。また、受光素子P2b及びP1bも、受光素子P2a及びP1aと同様に半導体基板101の表面領域にPINフォトダイオードとして形成されている。
The particle
また、粒子検出ICチップ100は、半導体基板101上に形成され、信号処理部Rcを構成する回路素子を有している。
Further, the particle
ここで、各受光素子を構成するN型半導体領域130及び140は平面形状として正方形形状を有しており、受光素子P1a、P1b、P2a、P2bは、2行2列の行列状に配列されており、略正方形形状の受光領域Rpdを形成している。この受光領域Rpdの対角線の長さは、受光側集光レンズ121により集光された散乱光の集光スポットBspの直径と同程度である。また、受光素子P1aおよびP1bは、浮遊粒子Pfからの散乱光Laを偏光素子を介して受光するよう構成したPINフォトダイオード(偏光PINフォトダイオード)であり、受光素子P2aおよびP2bは、浮遊粒子Pfからの散乱光Lを直接受光するPINフォトダイオード(通常フォトダイオード)であり、図2に示すように、これらのフォトダイオードは、行方向あるいは列方向に偏光PINフォトダイオード同士、及び通常PINフォトダイオード同士が隣り合うことがないように交互に配置されている。
Here, the N-
また、P型半導体領域102の表面には、図3に示すように、第1の絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)103が形成されている。P型半導体領域102内のN型半導体領域130及び140上には、第1の絶縁膜103に形成したコンタクトホールを介して電極131及び141が形成され、また、P型半導体領域102の、これらのN型半導体領域130及び140に隣接する部分には、第1の絶縁膜103に形成したコンタクトホールを介して電極132及び142が形成されている。これらの電極は、第1の絶縁膜103上に形成した第1のメタル層(例えばアルミ層)のパターニングにより形成したものである。
Further, as shown in FIG. 3, a first insulating film (for example, silicon oxide film) 103 is formed on the surface of the P-
また、第1の絶縁膜103上には、これらの電極を覆うように、第2の絶縁膜105が形成され、この第2の絶縁膜105上には、第2のメタル層(例えばアルミ層)106が形成されている。この第2のメタル層106には、受光素子(通常PINフォトダイオード)P2a及びP2bのN型半導体領域130上に位置するように開口部(第2の光検出部の受光領域)106aが形成されており、受光素子(偏光PINフォトダイオード)P1a及びP1bのN型半導体領域140上に位置するようにワイヤーグリッド偏光部(第1の光検出部の受光領域)106bが形成されている。第2のメタル層106の開口部106aおよびワイヤーグリッド偏光部106bは、それぞれ第2のメタル層106のパターニングにより形成されたものである。
A second
ここで、ワイヤーグリッド偏光部106bの形成には、0.18μmプロセスが活用されており、ワイヤーグリッド偏光部106bは、第2のメタル層(例えばアルミ層)106の、偏光PINフォトダイオードP1a及びP1bのN型半導体領域140上に位置する部分に複数の帯状開口106b1を形成することにより得られたものであり、隣接する帯状遮光部(以下、ワイヤー部ともいう。)106b2の間隔Dgは、図3(b)に示すように、例えば230nmとしている。但し、レーザダイオード111からの入射光が、波長960nmの光(近赤外光)である場合は、ワイヤー部106b2の間隔Dgは、480nm〜192nm程度が好ましく、ワイヤー部106b2の高さHgは、150nm程度が好ましい。つまり、ワイヤーグリッド偏光部106bでは、ワイヤー部106b2は、入射光の波長の1/2〜1/5の間隔でストライプ状に配置するのが望ましい。ワイヤー部106b2の幅は、0.18μmプロセスを用いた場合、200nm程度まで細くすることができ、さらには、加工精度の高いプロセスを用いた場合には、50nm程度まで細くすることも可能である。ワイヤー部を細くすることで、透過する偏光方向の光とそれ以外のとの分離性能を高めることができ、さらには、入射光(レーザダイオードの出射光)として用いる光の周波数の範囲を広くすることができ、また受光領域に入射する光の量を増大することができる。
Here, a 0.18 μm process is used to form the wire
また、ワイヤー部を構成する材料はアルミに限らず、電子が自由に動ける銀(Ag)や銅(Cu)などであってもよい。この場合、ワイヤーグリッド偏光部106bのみ、第2のメタル層(アルミ層)とは材料の異なる別のメタル層で形成してもよい。
Moreover, the material which comprises a wire part is not restricted to aluminum, Silver (Ag), copper (Cu), etc. which an electron can move freely may be sufficient. In this case, only the wire
以下、ワイヤーグリッド偏光部(つまり偏光素子)の機能について簡単に説明する。 Hereinafter, the function of the wire grid polarization unit (that is, the polarization element) will be briefly described.
図5(a)及び図5(b)はそれぞれ、偏光素子の光透過スリット(帯状開口)の方向と、この偏光素子を透過する直線偏光光の偏光方向との関係を示している。 FIG. 5A and FIG. 5B show the relationship between the direction of the light transmission slit (band-shaped opening) of the polarizing element and the polarization direction of the linearly polarized light that passes through the polarizing element.
なお、以下の説明では、粒子検出ICチップにおけるワイヤーグリッド偏光部106bを偏光素子Epとして説明する。
In the following description, the wire
例えば、偏光方向が垂直方向Dvである直線偏光光Lvが、光透過スリットEp1(帯状開口106b1)の長手方向が垂直方向である偏光素子Ep(ワイヤグリッド偏光部106b2)に入射した場合(図5(a))には、直線偏光光Lvは偏光素子Epで反射されることとなり、この偏光素子Epを透過しない。これは、ストライプ状反射部Ep2(ワイヤー部106b2)内の電子eが入射光(つまり、入射された電磁波)によって運動し、伝搬してくる電磁波(入射光)を打ち消すように電磁波を放射するためである。 For example, when linearly polarized light Lv whose polarization direction is the vertical direction Dv is incident on the polarization element Ep (wire grid polarization unit 106b2) whose longitudinal direction is the vertical direction of the light transmission slit Ep1 (band-shaped opening 106b1) (FIG. 5). In (a)), the linearly polarized light Lv is reflected by the polarizing element Ep and does not pass through the polarizing element Ep. This is because the electrons e in the stripe-shaped reflection part Ep2 (wire part 106b2) are moved by incident light (that is, incident electromagnetic waves) and radiate electromagnetic waves so as to cancel the propagating electromagnetic waves (incident light). It is.
一方、偏光方向が水平方向Dhである直線偏光光Lhが、光透過スリットEp1(帯状開口106b1)の長手方向が垂直方向である偏光素子Ep(ワイヤグリッド偏光部106b)に入射した場合(図5(b))には、直線偏光光Lhは偏光素子Epで反射されることなく、この偏光素子Epを透過する。
On the other hand, when the linearly polarized light Lh whose polarization direction is the horizontal direction Dh is incident on the polarization element Ep (wire
なお、この粒子検出ICチップ100では、受光素子(通常PINフォトダイオード)P2aおよびP2bは、散乱光から浮遊粒子の大きさを示すサイズ信号を出力する1つの通常受光部(第2の光検出部)PD2を構成しており、受光素子(偏光PINフォトダイオード)P1aおよびP1bは、散乱光を偏光部を介して受けて、浮遊粒子の形状(球体形状か否か)を示す形状信号を出力するもう1つの偏光受光部(第1の光検出部)PD1を構成している。
In the particle
また、粒子検出ICチップ100は、信号処理部Rcとしてアナログ回路(AFE回路)を有しており、このアナログ回路は、通常受光部PD2からのサイズ信号S2b及び偏光受光部PD1からの形状信号S2aを増幅してそれぞれ閾値と比較し、比較結果に基づいて浮遊粒子が花粉であるか否かを判定する判別部118を有している。また、信号処理部Rcは、この判定部118から出力された個々の浮遊粒子に対する判定結果をデジタル信号Sdに変換して出力するデジタル回路(図示せず)を有している。従って、このデジタル信号Sdに基づいて、外部のコンピュータ(PC)50により判定結果を集計する処理が行われて空気中の花粉飛散量が求められる。
Further, the particle
図6は、本実施形態1の粒子検出器による判定対象となる浮遊粒子を説明する図であり、図6(a)は、顕微鏡写真によるスギ花粉の形状を模式的に示し、図6(b)は、顕微鏡写真による土埃の形状を模式的に示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining suspended particles to be determined by the particle detector according to the first embodiment. FIG. 6A schematically shows the shape of cedar pollen by a micrograph, and FIG. ) Schematically shows the shape of the dust in the micrograph.
花粉Paの形状は、図6(a)に示すように略球形であるのに対し、大気中の土埃Pbの形状は、図6(b)に示すように非球形であり、花粉のような決まった形状(略球形)を持たない。 The shape of pollen Pa is substantially spherical as shown in FIG. 6 (a), whereas the shape of dust Pb in the atmosphere is non-spherical as shown in FIG. 6 (b). Does not have a fixed shape (substantially spherical).
このように花粉Paは、その形状が略球形であるので、花粉粒子と同程度の粒子径を有している他の浮遊粒子に比べて、花粉粒子からの散乱光の偏光方向が、レーザダイオードから出射される光(レーザ光)の偏光方向に対して大きく変化したものとなるという特性を有している。ここでは、この特性は、散乱光の強度に対する、散乱光における浮遊粒子に入射するレーザ光(入射光)の偏光方向と同一の偏光方向の光の成分の強度の比、つまり、通常受光部PD2の出力(A(PD2))に対する偏光受光部PD1の出力(A(PD1))の比(A(PD1)/A(PD2))によって表される。 Thus, pollen Pa has a substantially spherical shape, so that the polarization direction of scattered light from pollen particles is a laser diode compared to other suspended particles having the same particle diameter as pollen particles. It has the characteristic that it changes greatly with respect to the polarization direction of the light (laser light) emitted from. Here, this characteristic is the ratio of the intensity of the light component in the same polarization direction as that of the laser light (incident light) incident on the suspended particles in the scattered light to the intensity of the scattered light, that is, the normal light receiving unit PD2. Is expressed by the ratio (A (PD1) / A (PD2)) of the output (A (PD1)) of the polarized light receiving unit PD1 to the output (A (PD2)) of (A (PD2)).
この出力比(A(PD1)/A(PD2))が小さいことは、、入射光とそのミー散乱による散乱光との間での偏光方向の変化(偏光解消度)が大きいことであり、図4(b)に示すように、浮遊粒子の形状が球形(花粉の形状)であることを示す。 The small output ratio (A (PD1) / A (PD2)) means that the change in polarization direction (degree of depolarization) between incident light and scattered light due to its Mie scattering is large. As shown in FIG. 4B, the floating particles have a spherical shape (pollen shape).
一方、この出力比(A(PD1)/A(PD2))が大きいことは、入射光とそのミー散乱による散乱光との間での偏光方向の変化(偏光解消度)が小さいことを示し、図4(b)に示すように、浮遊粒子の形状が非球形(花粉以外の粒子の形状)であることを示す。 On the other hand, a large output ratio (A (PD1) / A (PD2)) indicates a small change in polarization direction (degree of depolarization) between incident light and scattered light due to its Mie scattering, As shown in FIG.4 (b), it shows that the shape of a floating particle is non-spherical (shape of particles other than pollen).
また、図4(b)には、花粉粒子の粒子径の範囲(30μm〜数十μm)に対応する散乱光の強度(散乱強度)、つまり、通常受光部PD2の出力(A(PD2))の範囲が示されている。 FIG. 4B shows the scattered light intensity (scattering intensity) corresponding to the range of the particle diameter of the pollen particles (30 μm to several tens of μm), that is, the output of the normal light receiving unit PD2 (A (PD2)). A range of is shown.
次に、動作について説明する。 Next, the operation will be described.
例えば、本実施形態1の粒子検出器10を百葉箱(図示せず)に入れて空気中の花粉の飛散量を測定する場合について、この粒子検出器の動作を説明する。
For example, the operation of this particle detector will be described for the case where the
なお、百葉箱は、常に一定の流量で外気が百葉箱内に導入される構成となっており、粒子検出器10は、その筐体内に百葉箱内の気流によって外気が導入されるように百葉箱内に設置する。
In addition, the 100 boxes have a configuration in which outside air is always introduced into the 100 leaves box at a constant flow rate, and the
まず、偏光光照射部110では、駆動部111aがレーザダイオード111を駆動信号S1により駆動すると、レーザダイオード111は直線偏光光Lを出射する。この直線偏光光Lは、照射側集光レンズ112により集光されて、焦点位置Fpsに位置する浮遊粒子Pfに照射される。
First, in the polarized
浮遊粒子Pfにレーザダイオード111からの直線偏光光Lが照射されると、浮遊粒子Pfからは、直線偏光光を一旦吸収した後に散乱光を出射するミー散乱により、直線偏光光Lの進行方向に対して30度〜60度の範囲内の散乱角θaで散乱光Laが散乱し、入射光Lの進行方向に対して−30度〜−60度の範囲内の散乱角θbで散乱光Lbが散乱する(図4参照)。なお、図1では、散乱光Lbは図示していない。散乱光Laの散乱角θaは、レーザ光の波長と、レーザ光が照射される粒子の大きさによって決まる。例えば、粒子径が30μm程度の浮遊粒子に光を照射してミー散乱を起す場合、レーザ光の波長を640nm(赤色の光)にすると、上記の散乱角の範囲(入射光の進行方向に対して30度〜60度及び−30度〜−60度の範囲)で散乱光は浮遊粒子から放射されることとなる。
When the linearly polarized light L from the
このとき、散乱光Laは、散乱光受光部120の受光光学系により散乱光受光部120の粒子検出ICチップ100の受光領域Rpdに導入される。つまり、この散乱光Laは、受光側集光レンズ121により集光されて、粒子検出ICチップ100の受光領域Rpd上に集光スポットBsp(図2)を形成する。
At this time, the scattered light La is introduced into the light receiving region Rpd of the particle
これにより、粒子検出ICチップ100の受光素子P2a及びP2bでは散乱光Laが直接受光されて光電変換が行われ、これらの受光素子の光電変換信号が、受光素子P2a及びP2bからなる通常受光部PD2の出力信号である浮遊粒子のサイズ信号S2bとして信号処理部Rcに出力される。
Thereby, the scattered light La is directly received by the light receiving elements P2a and P2b of the particle
つまり、通常受光部PD2の出力信号S2bは、レーザダイオード111からの入射光が照射された浮遊粒子からの散乱光の強度を示すものであり、散乱光の強度は浮遊粒子の粒子径が大きいほど大きいので、信号処理部Rcでは、花粉の粒子径に対応する出力信号の閾値の範囲と、通常受光部PD2の出力信号S2bとを比較することで、入射光が照射された浮遊粒子が、花粉と同じ程度の粒子径を有する粒子であるか否かを判別することができる。
That is, the output signal S2b of the normal light receiving unit PD2 indicates the intensity of the scattered light from the suspended particles irradiated with the incident light from the
また、粒子検出ICチップ100の受光素子P1a及びP1bでは、散乱光Laがワイヤーグリッド部(偏光素子)106bを介して受光されて光電変換が行われる。ここでは、このワイヤーグリッド部(偏光素子)106は、偏光光照射部110のレーザダイオード111から出力される直線偏光光の偏光方向と同じ偏光方向の成分のみを透過させるように構成されているので、これらの受光素子P1a及びP1bの光電変換信号が、受光素子P1a及びP1bからなる偏光受光部PD1の出力信号である浮遊粒子の形状信号S2aとして信号処理部Rcに出力される。
Further, in the light receiving elements P1a and P1b of the particle
つまり、偏光受光部PD1の出力信号S2aは、レーザダイオード111から出力される直線偏光光の偏光方向がミー散乱によりどの程度変化したかを示しており、この偏光方向の変化の度合いが、予め決められた閾値以上であれば、花粉と同じ程度の粒子径を有する浮遊粒子が略球形形状を有するものである、つまり花粉であると判別することができる。
That is, the output signal S2a of the polarized light receiving unit PD1 indicates how much the polarization direction of the linearly polarized light output from the
以下、具体的に浮遊粒子の種類を判定する方法について説明する。 Hereinafter, a method for specifically determining the type of suspended particles will be described.
図7は、本発明の実施形態1による粒子検出器の動作を説明する図であり、検出用レーザ光の散乱状態と、形状信号及びサイズ信号の出力レベルとを、浮遊粒子の検出位置に浮遊粒子が存在しない場合(図7(a))、浮遊粒子の検出位置に花粉より小さい浮遊粒子が存在する場合(図7(b))、浮遊粒子の検出位置に花粉以外の浮遊粒子が存在する場合(図7(c))、浮遊粒子の検出位置に花粉が存在する場合(図7(d))について示している。 FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the particle detector according to the first embodiment of the present invention. The scattering state of the laser beam for detection and the output level of the shape signal and the size signal are floated at the detection position of the suspended particles. When there are no particles (FIG. 7A), when there are floating particles smaller than pollen at the detection position of floating particles (FIG. 7B), there are floating particles other than pollen at the detection position of floating particles. In the case (FIG. 7C), the case where pollen is present at the detection position of suspended particles (FIG. 7D) is shown.
例えば、浮遊粒子の検出位置に浮遊粒子が存在しない場合(図7(a))、出射レーザ光Lは、浮遊粒子の検出位置Fpsを通過してそのまま直進するので、散乱光受光部120の光学系(受光光学系)に散乱光は入射しない。このため、通常受光部PD2の出力信号S2b及び偏光受光部PD1の出力信号S2aの出力レベルは0レベルである。 For example, when there is no floating particle at the detection position of the floating particle (FIG. 7A), the emitted laser light L passes through the detection position Fps of the floating particle and goes straight as it is. Scattered light does not enter the system (light receiving optical system). For this reason, the output levels of the output signal S2b of the normal light receiving unit PD2 and the output signal S2a of the polarized light receiving unit PD1 are 0 level.
また、浮遊粒子の検出位置Fpsに花粉より小さい浮遊粒子Pfが存在する場合(図7(b))、浮遊粒子の検出位置Fpsでは、浮遊粒子Pfから全方向に散乱光が放射される。このため、通常受光部PD2の出力信号S2b及び偏光受光部PD1の出力信号S2aの出力レベルはともに低レベルである。 In addition, when the suspended particle Pf smaller than pollen exists at the suspended particle detection position Fps (FIG. 7B), scattered light is radiated from the suspended particle Pf in all directions at the suspended particle detection position Fps. For this reason, the output levels of the output signal S2b of the normal light receiving unit PD2 and the output signal S2a of the polarized light receiving unit PD1 are both low.
また、浮遊粒子の検出位置Fpsに、花粉以外の、花粉と同程度の粒子径を有する浮遊粒子が存在する場合(図7(c))、浮遊粒子の粒子径が大きいので、通常受光部PD2の出力信号S2bのレベルは高くなる。また、花粉以外の浮遊粒子の形状は非球形であるため、この浮遊粒子からの散乱光の偏光方向は、直線偏光された出射レーザ光の偏光方向に対してほとんど変化していない。従って、偏光受光部PD1の出力信号S2aの出力レベルも高いレベルとなる。 Further, when there are floating particles other than pollen having the same particle size as that of pollen (FIG. 7 (c)), the normal light receiving portion PD2 has a large particle size. The level of the output signal S2b becomes higher. Further, since the suspended particles other than pollen are non-spherical, the polarization direction of the scattered light from the suspended particles hardly changes with respect to the polarization direction of the linearly polarized outgoing laser beam. Therefore, the output level of the output signal S2a of the polarized light receiving part PD1 is also high.
さらに、浮遊粒子の検出位置Fpsに花粉が存在する場合(図7(d))、浮遊粒子Pfの粒子径が大きいので、通常受光部PD2の出力信号S2bのレベルは高くなる。また、浮遊粒子からの散乱光の偏光方向は、花粉の形状が球形であるため、直線偏光された出射レーザ光の偏光方向に対して大きく変化している。従って、偏光受光部PD1の出力信号S2aの出力レベルは低レベルとなる。従って、通常受光部PD2の出力信号S2bと偏光受光部PD1の出力信号S2aとから、浮遊粒子は、散乱強度が大きく、出力比(A(PD1)/A(PD2))が小さいものであることが分かり、その結果、浮遊粒子は、図4(b)に示すように花粉であると判別できる。 Furthermore, when pollen is present at the floating particle detection position Fps (FIG. 7D), the level of the output signal S2b of the normal light receiving unit PD2 becomes high because the particle diameter of the floating particle Pf is large. Further, the polarization direction of the scattered light from the suspended particles greatly changes with respect to the polarization direction of the output laser light that has been linearly polarized because the pollen has a spherical shape. Therefore, the output level of the output signal S2a of the polarized light receiving unit PD1 is low. Therefore, from the output signal S2b of the normal light receiving unit PD2 and the output signal S2a of the polarized light receiving unit PD1, the suspended particles have a large scattering intensity and a small output ratio (A (PD1) / A (PD2)). As a result, it is possible to determine that the suspended particles are pollen as shown in FIG.
このように本実施形態1の粒子検出器では、直線偏光光Lが照射された浮遊粒子Pfから放射される散乱光Laの特性に基づいて花粉を検出する粒子検出器10において、該散乱光を該散乱光受光部に集光する単一の光学系を含む散乱光受光部120を有し、該散乱光受光部120は、該偏光光と該散乱光との間での偏光方向の変化の度合いを検出する偏光受光部(第1の光検出部)PD1と、該散乱光の強度を検出する通常受光部(第2の光検出部)PD2とを有し、偏光受光部PD1の受光領域及び通常受光部PD2の受光領域上には、該光学系により該散乱光を集光して得られる集光スポットBspが形成されるように構成されているので、1系統の受光光学系によって受光した浮遊粒子Pfからの散乱光Laに基づいて、浮遊粒子の大きさを示すサイズ信号S2bと浮遊粒子の形状を示す形状信号S2aとを取得することができ、これにより花粉飛散量の測定を、測定したい場所にてリアルタイムで行うことができ、しかも低コスト化が可能な小型でコンパクトな構造の粒子検出器10を得ることができる。
Thus, in the particle detector according to the first embodiment, in the
なお、本実施形態1では、偏光光照射部110ではレーザダイオードを用いて直線偏光光を発生するようにしているが、直線偏光光を発生する構成は実施形態1のものに限定されるものではない。
In the first embodiment, the polarized
図8は、本発明の実施形態1の変形例による粒子検出器を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a particle detector according to a modification of the first embodiment of the present invention.
この実施形態1の変形例による粒子検出器20は、実施形態1の粒子検出器における偏光光照射部110に代えて、発光ダイオード151と、発光ダイオード151からの出射光を直線偏光する偏光素子153と、偏光素子153で直線偏光された照射光を集光する集光レンズ112と、これらの間に配置された絞り部材154とを備えた偏光光照射部150を用いている。
In the
このような構成の実施形態1の変形例による粒子検出器20では、実施形態1の効果に加えて、偏光素子の特性に合わせて直線偏光だけでなく楕円偏光などの偏光光を生成することができ、また、レーザダイオードに比べて、出射光の指向性の悪い安価な発光素子を用いた場合に、絞り部材により出射光が出射側集光レンズにのみ入射するようにすることができる。
In the
なお、本実施形態1では、最大の偏光解消度が得られるように、側方偏光測定部28を入射光軸に直交する方向の散乱光を測定するように設定したが、他の任意の角度に設定することも可能である。 In the first embodiment, the side polarization measurement unit 28 is set to measure scattered light in a direction orthogonal to the incident optical axis so that the maximum degree of depolarization can be obtained. It is also possible to set to.
また、本実施形態1では、粒子検出器の周辺の外気を粒子検出器の筐体内に導入するための構成としては、上昇気流を生成するためのヒータであっても、あるいは任意の方向に流れる気流を生成するファンなどを用いることができる。 In the first embodiment, the configuration for introducing the ambient air around the particle detector into the case of the particle detector is a heater for generating an updraft or flows in an arbitrary direction. A fan or the like that generates airflow can be used.
さらに、この粒子検出器を空気清浄機や冷暖房機器に取り付けた場合は、粒子検出器に気流を発生する機構を設けるのではなく、これらの機器が生成する気流を利用して、粒子検出器の外気をその筐体内に導入するようにしてもよい。また、上記実施形態1の粒子検出器を、空気清浄機、冷暖房機器などの家電製品に搭載した場合は、花粉の飛散状況に応じてこれらの機器の運転モードを制御することもできる。
Furthermore, when this particle detector is attached to an air purifier or an air conditioning / heating device, a mechanism for generating an air flow is not provided in the particle detector, but an air flow generated by these devices is used to Outside air may be introduced into the housing. Moreover, when the particle detector of the said
また、粒子検出器に流入させる気流の通路にフィルタを設け、花粉の粒子径より大きな粒子を除去するようにしてもよい。この場合、フィルタにより、判定の対象となる浮遊粒子の粒子径が予め制限されるので、浮遊粒子の粒子径の測定精度をより高めることができる。 Moreover, a filter may be provided in the passage of the airflow that flows into the particle detector to remove particles larger than the particle diameter of the pollen. In this case, since the particle diameter of the suspended particles to be determined is limited by the filter in advance, the measurement accuracy of the particle diameter of the suspended particles can be further increased.
また、上記実施形態1では、入射光は直線偏光光である場合について説明したが、花粉に入射する入射光と、花粉から放射される散乱光との間で、花粉でのミー散乱による偏光状態の変化を検出できるものであればよく、入射光は直線偏光光に限定されるものではなく、実施形態1の変形例で説明したように楕円偏光光などを用いることも可能である。
Moreover, although the said
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、粒子検出器の分野において、1系統の受光光学系によって受光した浮遊粒子からの散乱光に基づいて、浮遊粒子の大きさを示すサイズ信号と浮遊粒子の形状を示す形状信号とを取得することができ、これにより花粉飛散量の測定を、測定したい場所にてリアルタイムで行うことができ、しかも低コスト化が可能な小型でコンパクトな構造の粒子検出器を得ることができる。 In the field of particle detectors, the present invention provides a size signal indicating the size of suspended particles and a shape signal indicating the shape of suspended particles based on scattered light from suspended particles received by a single light receiving optical system. Thus, it is possible to measure the amount of pollen scattering in real time at a place where measurement is desired, and to obtain a particle detector having a small and compact structure that can be reduced in cost.
10、20 粒子検出器
10a 筐体
10b 外気排出口
10c 外気吐出領域
11a〜11d 遮蔽板
100 粒子検出ICチップ
101 半導体基板(シリコン基板)
102 P型半導体領域
103 第1の絶縁膜
105 第2の絶縁膜
106 第2のメタル層(例えばアルミ層)
106a 開口部(第2の光検出部の受光領域)
106b ワイヤーグリッド偏光部(第1の光検出部の受光領域)
106b1 帯状開口
106b2 帯状遮光部(ワイヤー部)
110a ケース部材
111 レーザダイオード
112 照射側集光レンズ
110、150 偏光光照射部
120 散乱光受光部
121 受光側集光レンズ
130、140 N型半導体領域
131、132、141、142 電極
151 発光ダイオード
153 偏光素子
154 絞り部材
Ax1 照射光学系の光軸
Ax2 受光光学系の光軸
e 電子
Ep 偏光素子
Fps 浮遊粒子の検出位置
L 入射光
La 散乱光
P1a、P1b 受光素子(偏光PINフォトダイオード)
P2a、P2b 受光素子(通常PINフォトダイオード)
Pa 花粉
Pb 土埃
PD1 偏光受光部(第1の光検出部)
PD2 通常受光部(第2の光検出部)
Pf 浮遊粒子
Rc 信号処理部
Rpd 受光領域
DESCRIPTION OF
102 P-
106a Opening (light receiving region of second light detection unit)
106b Wire grid polarization unit (light receiving region of first light detection unit)
106b1 Band-shaped opening 106b2 Band-shaped light shielding part (wire part)
P2a, P2b Light-receiving element (usually PIN photodiode)
Pa pollen Pb Dust PD1 Polarized light receiving part (first light detecting part)
PD2 Normal light receiving part (second light detecting part)
Pf Airborne particle Rc Signal processor Rpd Light receiving area
Claims (5)
該散乱光を集光する単一の光学系を含み、
該散乱光受光部は、
該偏光光と該散乱光との間での偏光方向の変化の度合いを検出する第1の光検出部と、該散乱光の強度を検出する第2の光検出部とを有し、該第1の光検出部の受光領域及び該第2の光検出部の受光領域上には、該光学系により該散乱光を集光して得られる集光スポットが形成されるように構成されている、粒子検出器。 It has a polarized light irradiating unit that irradiates polarized light to airborne suspended particles and a scattered light receiving unit that receives scattered light from the suspended particles, and detects pollen based on the characteristics of the received scattered light. A particle detector,
A single optical system for collecting the scattered light,
The scattered light receiver is
A first light detection unit that detects the degree of change in polarization direction between the polarized light and the scattered light; and a second light detection unit that detects the intensity of the scattered light, A condensing spot obtained by condensing the scattered light by the optical system is formed on the light receiving region of the first light detecting unit and the light receiving region of the second light detecting unit. , Particle detector.
前記第1の光検出部は、前記散乱光における、該直線偏光光の偏光方向と同じ偏光方向の成分の光の強度を検出するよう構成されている、請求項1に記載の粒子検出器。 The polarized light is linearly polarized light,
The particle detector according to claim 1, wherein the first light detection unit is configured to detect light intensity of a component having the same polarization direction as the polarization direction of the linearly polarized light in the scattered light.
前記第2の光検出部は、該半導体基板上に形成された第2の光電変換素子を含み、該浮遊粒子からの散乱光を該第2の光電変換素子により光電変換して、該散乱光の強度を示す強度信号を出力するよう構成されている、請求項2に記載の粒子検出器。 The first light detection unit includes a first photoelectric conversion element formed on a semiconductor substrate constituting a semiconductor chip, and the first photoelectric conversion element has the same polarization direction as the polarization direction of the linearly polarized light. A shape signal indicating the shape of the suspended particles by photoelectrically converting light having the same polarization direction as that of the linearly polarized light in the scattered light from the suspended particles. Configured to output,
The second light detection unit includes a second photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate, and the scattered light from the floating particles is photoelectrically converted by the second photoelectric conversion element, and the scattered light is converted. The particle detector according to claim 2, wherein the particle detector is configured to output an intensity signal indicating the intensity of.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013056749A JP2014182008A (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Particle detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013056749A JP2014182008A (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Particle detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014182008A true JP2014182008A (en) | 2014-09-29 |
Family
ID=51700858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013056749A Pending JP2014182008A (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Particle detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014182008A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109196330A (en) * | 2016-05-02 | 2019-01-11 | 汉米尔顿联合股份有限公司 | Real-time optical method and system for biology and abiotic particle to be detected and classified |
-
2013
- 2013-03-19 JP JP2013056749A patent/JP2014182008A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109196330A (en) * | 2016-05-02 | 2019-01-11 | 汉米尔顿联合股份有限公司 | Real-time optical method and system for biology and abiotic particle to be detected and classified |
JP2019520551A (en) * | 2016-05-02 | 2019-07-18 | ハミルトン アソシエイツ インク | Real-time optical system method and system for detecting and classifying biological and non-biological particles |
EP3452801A4 (en) * | 2016-05-02 | 2020-03-25 | Hamilton Associates, Inc. | Realtime optical method and system for detecting and classifying biological and non-biological particles |
US10908064B2 (en) * | 2016-05-02 | 2021-02-02 | Hamilton Associates, Inc. | Realtime optical method and system for detecting and classifying biological and non-biological particles |
CN109196330B (en) * | 2016-05-02 | 2021-08-17 | 汉米尔顿联合股份有限公司 | Real-time optical method and system for detecting and classifying biological and non-biological particles |
JP7045330B2 (en) | 2016-05-02 | 2022-03-31 | ハミルトン アソシエイツ インク | Real-time optical system methods and systems for detecting and classifying biological and non-biological particles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9857287B2 (en) | Particulate sensor device | |
KR102190346B1 (en) | Particle detection system and related methods | |
KR101452174B1 (en) | Light emission portion, photoelectric smoke sensor, and suction-type smoke sensing system | |
CN102192898B (en) | Smoke detector | |
KR102153640B1 (en) | Optical fine dust sensor | |
WO2017090134A1 (en) | Particle sensor | |
JP2016180591A (en) | Inspection device | |
CN111788469A (en) | Particulate matter sensor | |
JP2014182008A (en) | Particle detector | |
US20170153177A1 (en) | Assembly for attenuating impinging light of a beam of radiation | |
KR20160103287A (en) | Detection apparatus for micro dust and organism | |
JP2007278858A (en) | Fog particle sensor and fog sensor | |
JPH1123460A (en) | Smoke sensor | |
US11035777B2 (en) | Light sensing device and particle sensing device | |
CN110823786A (en) | Device and method for detecting tiny particles in liquid | |
KR20160103285A (en) | Detection apparatus for micro dust and organism | |
JP3818867B2 (en) | Light scattering particle detector | |
JPH08271423A (en) | Microparticle sensor | |
JP7110852B2 (en) | Particle sensors and electronics | |
KR102568945B1 (en) | Apparatus for sensing particle | |
KR102380173B1 (en) | Apparatus for sensing particle | |
JPH11213263A (en) | Light scattering type particle detecting sensor | |
CN112730180A (en) | High-sensitivity dust particle counting sensor with double detectors | |
US6072187A (en) | Apparatus and method for reducing stray laser light in particle sensors using a narrow band filter | |
KR20180099397A (en) | Light sensing device and Apparatus for sensing particle |