JP6207722B2 - 浮遊粒子検出装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る浮遊粒子検出装置1の構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、実施の形態1に係る浮遊粒子検出装置1は、主要な構成として、レーザ光照射部10、散乱光受光部20及び判別処理部30を備える。また、浮遊粒子検出装置1は、発光素子制御部40を備えることができる。実施の形態1に係る浮遊粒子検出装置1は、被検出領域51内、すなわち、空間中に浮遊する浮遊粒子50の種類を判別する機能を持つ。つまり、浮遊粒子検出装置1は、被検出領域51の空間中に浮遊する浮遊粒子50の種類を判別する機能を持つ。被検出領域51は、大気などの気体中の領域、水などの液体中の領域又は真空の領域を含む。被検出領域51は、気体又は液体が流れる流路又は容器の中の領域でもよい。また、被検出領域51は、室内などの閉鎖された領域又は屋外などの開放された領域でもよい。検出対象である浮遊粒子50は、照射光を照射したときに散乱光を発生させる微小物質であれば、特に制限されない。照射光は、例えば、レーザ光等である。以下において、照射光をレーザ光として説明する。検出対象となる浮遊粒子50の代表例は、花粉、ダニなどの微小生物の死骸及び糞、ハウスダストと称される埃、タバコの煙、微小粒子状物質PM2.5及びPM10などである。つまり、検出対象となる浮遊粒子50は、花粉、ハウスダストと称される埃又はタバコの煙などを含む。また、検出対象となる浮遊粒子50は、ダニなどの微小生物の死骸又は糞を含む。また、検出対象となる浮遊粒子50は、微小粒子状の物質PM2.5又は微小粒子状の物質PM10などを含む。なお、本出願における「散乱光」とは、浮遊粒子に当たった照射レーザ光L1がその伝播状態を変化させて発生する光である。ただし、本出願における「散乱光」は、照射レーザ光L1の波長により発生する浮遊粒子の蛍光も含む。
浮遊粒子50のサイズに比較的近い長さの波長を有する照射光(レーザ光に限定されない)が照射されると、一般的に散乱光が発生する。散乱光Lsは、大別して照射レーザ光L1の伝播方向に発生する前方散乱光Lfsと、それ以外の方向に発生する散乱光とがある。浮遊粒子50の形状及びサイズによって、散乱光の強度の割合が変化する。例えば、浮遊粒子50のサイズ(直径)が大きくなるほど、散乱光の強度が強くなる。そして、浮遊粒子50の形状及びサイズによって、浮遊粒子50から各方位へ向かう散乱光の分布(散乱強度の分布)が変化する。散乱光Lsの強度は、照射レーザ光L1の強度に比べて非常に小さい。また、散乱光Lsの一部として、入射光(照射レーザ光L1)の進行方向の反対方向に向かう後方散乱光Lbsも存在する。
図16は、本発明の実施の形態2に係る浮遊粒子検出装置2の構成を概略的に示す図である。図16において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図1における符号と同じ符号を付しその説明を省略する。図1と同一又は対応する構成要素は、レーザ光照射部10、散乱光受光部20、判別処理部30、発光素子制御部40及び電流電圧変換部14,24である。レーザ光照射部10の図1と同一又は対応する構成要素は、レーザ発光素子11、バックモニタ用受光素子12及び集光レンズ13である。散乱光受光部20の図1と同一又は対応する構成要素は、散乱光検出素子21、偏光フィルタ22及びレンズ23である。判別処理部30の図1と同一又は対応する構成要素は、波形補正部31、直流交流(DC/AC)分離部32、バックモニタ値保持部33、第1の判別部34、第2の判別部35及び第3の判別部36である。
図17は、本発明の実施の形態3に係る浮遊粒子検出装置3の構成を概略的に示す図である。図17において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図1における符号と同じ符号を付しその説明を省略する。図1と同一又は対応する構成要素は、レーザ光照射部10、散乱光受光部20、判別処理部30、発光素子制御部40及び電流電圧変換部14,24である。レーザ光照射部10の図1と同一又は対応する構成要素は、レーザ発光素子11、バックモニタ用受光素子12及び集光レンズ13である。散乱光受光部20の図1と同一又は対応する構成要素は、散乱光検出素子21、偏光フィルタ22及びレンズ23である。判別処理部30の図1と同一又は対応する構成要素は、波形補正部31、直流交流(DC/AC)分離部32、バックモニタ値保持部33、第1の判別部34、第2の判別部35及び第3の判別部36である。
Claims (17)
- 浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第1の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、
前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第2の検出信号を生成する散乱光受光部と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部と
を備え、
前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記バックモニタ用レーザ光と、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の前記散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光とを含む
ことを特徴とする浮遊粒子検出装置。 - 前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の前記散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう前記後方散乱光が前記レーザ光照射部の前記レーザ発光素子の前記前側端面に入射したことによる前記バックモニタ用レーザ光の揺らぎを前記浮遊粒子の種類の判別に用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記後方散乱光の内の前記バックモニタ用受光素子に入射する成分と前記後方散乱光の内の前記レーザ発光素子の前記前側端面に入射する成分との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記散乱光受光部は、
前記照射レーザ光の前記散乱光の内の予め決められた偏光成分の光のみを透過させる偏光フィルタと、
前記偏光フィルタを透過した偏光成分の光を受光して前記第2の検出信号を生成する散乱光検出素子と
を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記照射レーザ光の前記散乱光の内の予め決められた偏光成分の光は、前記レーザ発光素子から出射した前記照射レーザ光の偏光方向と直交する偏光方向を持つ直線偏光であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第1の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方を検出する第1の判別部を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第1の検出信号を前記バックモニタ用レーザ光に対応する第1の直流成分と前記レーザ光照射部に向かう前記後方散乱光に対応する交流成分とに分離する直流交流分離部をさらに有し、
前記第1の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記第1の直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項6に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記判別処理部は、
前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第1の検出信号の波形を、前記バックモニタ用レーザ光に対応する第1の直流成分よりも前記後方散乱光に対応する交流成分を強調するように補正する波形補正部と、
前記波形補正部によって補正された前記第1の検出信号を前記第1の直流成分と前記交流成分とに分離する直流交流分離部と
をさらに有し、
前記第1の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記第1の直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項6に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記判別処理部は、前記第1の直流成分を、第2の直流成分として、予め決められた時点で保持するバックモニタ値保持部をさらに有することを特徴とする請求項7又は8に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記バックモニタ値保持部に保持された前記第2の直流成分に基づいて、前記レーザ発光素子の駆動を制御する発光素子制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項9に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記第1の判別部は、前記バックモニタ値保持部に保持された前記第2の直流成分と、前記直流交流分離部によって分離された現在の前記第1の直流成分との比較結果に基づいて、前記浮遊粒子の判別を行うことを特徴とする請求項9又は10に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記判別処理部は、前記散乱光受光部で生成される前記第2の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第2の判別部を含むことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記判別処理部は、
前記散乱光受光部で生成される前記第2の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第2の判別部と、
前記第1の判別部から得られる前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方と、前記第2の判別部から得られる前記浮遊粒子の形状とに基づいて、前記浮遊粒子の種類を判別する第3の判別部と、
を含むことを特徴とする請求項6から11のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記照射レーザ光の内の前記被検出領域を通過して進むレーザ光の進行方向を前記レーザ発光素子に向かう方向に変える光反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。
- 前記浮遊粒子が存在する前記被検出領域は、気体中の領域であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。
- 液体を収容する透光性の容器をさらに備え、
前記浮遊粒子が存在する前記被検出領域は、前記容器に収容された前記液体中の領域である
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の浮遊粒子検出装置。 - 前記容器は、前記照射レーザ光が通過する位置に前記照射レーザ光の収差を補正するための収差補正部を有することを特徴とする請求項16に記載の浮遊粒子検出装置。
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