JPH09145595A - 粒子検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる所望の粒子径の粒子を簡単な受光手段
で検出できる粒子検出方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 粒子に光を照射して生じた回折光を同心
円で囲まれる領域に光取出部７ａが設けられた遮蔽部材
からなる光取出手段７を介することにより、所望粒子径
を有する粒子による回折光を選択的に取り出す粒子検出
方法であって、光取出手段７が可動可能であり、光取出
手段７を可動せしめることにより検出しようとする所望
粒子径の粒子の該所望粒子径が変更可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、花粉等の粒子を検
出する粒子検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、杉、ヒノキ等の植物の花粉に起因
する花粉症をはじめとして、空気中の花粉や塵などの粒
子によるアレルギー症に悩む人の数は増加の傾向にあ
り、大きな社会問題となっている。

【０００３】このアレルギー症の人にとっては、症状が
出るのを防止するため、環境雰囲気中のその症状を引き
起こす特定の花粉や塵などの粒子濃度を知ることが重要
である。

【０００４】この雰囲気中の塵や花粉を検出する方法と
して、発光ダイオード（ＬＥＤ）から出力される光を照
射し、空気中の塵や花粉の粒子による散乱光を受光素子
で検出して粒子を特定することなく空気中の粒子を検出
する方法が知られている。

【０００５】また、特開昭６２−１００６３７号（Ｇ０
１Ｎ １５／０２）や特開平２−２０３２４６号（Ｇ０
１Ｎ １５／０２）には、フラウンホーファー回折を利
用した粒子群の粒度分布を測定する方法が開示されてい
る。この方法は、粒子群にレーザ光を照射し回折された
光をレンズで集光することにより得られるリング状の回
折像における半径方向の光強度分布（フラウンホーファ
ー回折光強度分布）と、粒子群の粒度分布と、の相関関
係を用いている。

【０００６】上記公報では、リング状の光強度分布を受
光するために、同心円状に配置された複数のフォトダイ
オードからなるリングデテクタや半径方向に向かって受
光面積が大きい複数のフォトダイオードからなる扇状デ
テクタが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記散
乱光を検出する方法では、特定の粒子、即ち所望粒子径
の粒子、例えば花粉のみを検出できないといった問題が
あった。

【０００８】また、上記フラウンホーファー回折を利用
した方法では、所望粒子径の粒子濃度を検出することは
できるが、この方法では、特殊なデテクタを用いる必要
があり、装置が高価になるといった問題があった。

【０００９】従って、本発明は上述の問題点を鑑みなさ
れたものであり、簡単な受光手段を用いて、複数の所望
粒子径の粒子を検出可能とする粒子検出方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の粒子検出方法
は、粒子に光を照射して生じた回折光を同心円で囲まれ
る領域に光取出部が設けられた遮蔽部材からなる光取出
手段を介することにより、所望粒子径を有する粒子によ
る回折光を選択的に取り出す粒子検出方法であって、前
記光取出手段が可動可能であり、該光取出手段を可動せ
しめることにより検出しようとする所望粒子径の粒子の
該所望粒子径を変更可能であることを特徴とする。

【００１１】特に、前記光取出手段は該手段に入射する
前記回折光の光軸に略平行に可動可能なことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る粒子
検出方法を図面を用いて説明する。図１は本形態に用い
る装置の概略構成図、図２はこの装置の要部概略斜視
図、図３はこの装置に用いられる遮蔽部材の上面図であ
る。

【００１３】図１中、１は下記粒子検出部材を内蔵する
ための粒子検出装置の容器であり、２は波長が７９０ｎ
ｍのレーザ光を出力する半導体レーザ（光源）、３は半
導体レーザ２の前方に位置し、上記レーザ光を平行光
（平行レーザ光）に変換するコリメータレンズ、４は図
示しない吸気ポンプに連結され、内部に一定流量、例え
ば３リットル／分の外部空気が図中矢印方向に流れる表
面黒塗りの金属製又は樹脂製フローセルである。なお、
このセル４には、導入される外部空気の中に含まれる特
定粒子径以上（本実施形態では１００μｍ以上）の粒子
を除去する図示しないフィルターを介して外部空気が送
り込まれる このセル４には、コリメータレンズ２にて変換された平
行レーザ光が入射する入射開口４ａと、該平行レーザ光
が上記外部空気に含まれる花粉等の略球形粒子によって
回折され、粒子径に応じたフラウンホーファー回折強度
分布を有する回折光が出射する上記入射開口４ａに対向
した位置に設けられた出射開口４ｂと、が設けられてい
る。また、セル４は、吸引した花粉等の略球形粒子に平
行レーザを効率よく照射するためと、吸引した外部空気
が入射開口４ａ及び出射開口４ｂから漏れ出るのを防止
するために、入射開口４ａ及び出射開口４ｂが設けられ
た狭い部分（照射部：φ３ｍｍ）と、その両側を円錐状
に拡がる形状から構成されている。尚、斯る狭い部分の
吸引した外部空気の線速度は７ｍ／秒である。

【００１４】図２に示すように、５は光源２からの出射
光軸に沿って平行に容器１内の底面上に設けられたガイ
ド用のレールであり、６は前記出射光軸に沿って平行に
容器１の天板に設けられた並行な２本のストライプ状開
口からなるレール溝である。

【００１５】７は出射開口４ｂの前方に配置された、即
ち前記出射光軸上に配置された図３に示すように同心円
で囲まれる領域に開口（光取出部）７ａを有する０．１
ｍｍ厚の光遮蔽部材（光取出手段）であって、上記同心
円の中心が前記出射光軸に位置すると共に、該光軸と開
口７ａ面が直交しつつ、該部材７は、前記出射光軸に沿
って平行に可動可能に配置されており、検出しようとす
る所望粒子径の粒子に応じてフローセル４内の中心に位
置する照射部（散乱中心位置）からの距離Ｓが固定され
る。

【００１６】図３に示すように、本実施形態では、遮蔽
部材７は直径Ｌが１４．２ｍｍ、幅Ｗが０．２ｍｍの略
リング状の開口を有し、且つ図２に示すように、その下
方側には上記レール５に摺動可能に嵌合する矩形状の切
欠部７ｂ、上方側には容器の上面に上部が露出しレール
溝６に摺動可能に嵌合する支持橋７ｃを有すると共に、
支持橋７ｃの上部には前記出射光軸に平行にラックピニ
オン８が固定されている。

【００１７】上記遮蔽部材７は、所定粒子径を有する略
球形粒子によりフラウンホーファー回折されてなるフラ
ウンホーファー回折光強度分布を有した光のうち、該回
折光強度分布において所定の副極大にある部分の光を開
口７ａから取り出せるように配置される。言い換えれ
ば、遮蔽部材７は、出射開口４ｂを出射した光のうち、
所望粒子径を有する略球形粒子の回折光のみを主に開口
７ａから取り出せるように配置されている。

【００１８】図２に示すように、９は図示しない例えば
駆動モータ系に接続されラックピニオン８に噛み合う軸
支されてなる歯車であり、前記駆動モータ系が駆動し、
該モータ系から歯車９に動力が伝達されると歯車９が回
転する。この歯車９の回転運動がラックピニオン８に伝
達されることにより、前記遮蔽部材７がガイド用レール
５、レール溝６に沿って移動することが可能となる。

【００１９】１０は遮蔽部材７の開口７ａの前方に配置
された集光手段としての集光レンズである。

【００２０】１１は集光手段１０で集光された開口７ａ
から出射された所望粒子径を有する略球形粒子の回折光
を受光し、その受光量に応じた電気信号に変換するフォ
トダイオード等からなる受光手段である。

【００２１】尚、本装置は図示しないが、受光手段１１
にて得られた各電気信号を各基準信号と比較することに
より、所定積算流量（単位体積）中における所望粒子径
の略球形粒子の個数信号に変換する信号検出回路を有
し、該信号検出回路に出力される信号に応じて空気中の
所望粒子径を有する略球形粒子の濃度を表示する表示部
を有する。

【００２２】以下、本装置の原理について説明する。

【００２３】粒子に平行光をなすコヒーレント光（レー
ザ光）が照射され生じる回折光は、所謂フラウンホーフ
ァー回折光と呼ばれる。

【００２４】粒子が球形粒子である場合、図４（ａ）に
示すフラウンホーファー回折パターン、図４（ｂ）に示
す回折光強度分布を有する。

【００２５】即ち、球形粒子によるフラウンホーファー
回折光強度分布には、主極大２１の周りに極小を介して
同心円状に第１の副極大２２、第２の副極大２３、第３
の副極大２４、・・・が存在し、これら副極大は粒子径
が異なれば、異なる回折角度に生じる。尚、このフラウ
ンホーファ回折光強度分布は略球形粒子でも略同様であ
る。

【００２６】他方、粒子が略球形でない場合には、同心
円状の強度分布を示さない。

【００２７】従って、本実施例装置では、回折光を略リ
ング状の開口７ａを有する遮蔽部材７を介して検出する
ので、略球形でない粒子による回折光を殆ど検出するこ
とがなく、且つ遮蔽部材７はそれぞれ直進入射光及び回
折角の小さい光が受光手段１１に入射するのを防止す
る。しかも、上記遮蔽部材７は、その開口７ａがそれぞ
れの所定粒子径の略球形粒子の副極大またはその近傍の
部分の光を主に透過するように、即ち、所望粒子径の略
球形粒子に係る光のみを主に透過し、これ以外の略球形
粒子に係る光を殆ど透過しない構成、配置とするので、
所望粒子径の略球形粒子を感度よく検出できる。

【００２８】以下、一例として、環境雰囲気中の花粉症
を引き起こす杉、ヒノキの花粉、また稲の花粉にそれぞ
れに適合するように遮蔽部材７の位置を可動させて検出
する場合につて説明する。これら杉花粉、ヒノキ花粉と
も略球形であり、粒子径はそれぞれ約３０μｍ、約２５
μｍ程度であり、稲の花粉は約５０μｍ程度である図５
は、粒子径が１０μｍ、３０μｍ、５０μｍの粒子によ
るフラウンホーファ回折光強度分布と回折角度の関係を
示す図である。

【００２９】この図５から、粒子径によってその副極大
の位置が異なることが判り、回折角度を選択することに
より所望粒子径の略球形粒子を検出可能なことが判る
他、杉、ヒノキ花粉を検出する場合には、遮蔽部材７の
開口７ａは、例えば同図中のＡで示す部分の光が通過す
るように位置設定さればよく、また稲の花粉を検出する
場合には、遮蔽部材７の開口７ａは、例えば同図中のＢ
で示す部分の光が通過するように位置設定されればよい
ことが判る。

【００３０】具体的には、上記装置において、杉花粉、
ヒノキ花粉を検出する場合には、上記遮蔽部材７と照射
部の距離Ｓが４０ｍｍに設定される。また、稲花粉を検
出する場合には、距離Ｓは５１ｍｍに設定される。尚、
本実施例の半導体レーザ２は、後方側に出力されるモニ
ター用レーザ光を図示しない受光手段で検出し、該検出
信号を用いたＡＰＣ（自動出力制御）駆動回路にて駆動
され、上記前方側に出力されるレーザ光を一定にするよ
うに制御される。

【００３１】以下、杉花粉、ヒノキ花粉を検出する場
合、稲花粉を検出する場合に応じて距離Ｓが設定された
斯る装置の動作を示す。

【００３２】まず、最初に吸気ポンプを動作しない状態
で、半導体レーザ２及び受光手段１１を動作させ、この
時の受光手段１１にて得られたバックグランドノイズに
係る信号を図示しない信号検出回路にて保存する。

【００３３】この状態で、上記吸気ポンプを動作してフ
ローセル４内にフィルタで１００μｍ以上の粒子を除去
した外部空気を上記一定流量で流し、受光手段１１で電
気信号を得る。その後、信号検出回路にて、この電気信
号からバックグランドノイズに係る信号を減算した信号
のうち、所定水準以上の信号を取り出し、所定積算流量
内における所定水準以上の信号を加算することにより、
所望花粉、例えば上記距離Ｓの設定に応じて杉花粉とヒ
ノキ花粉の合計積算個数、または稲花粉の積算個数が出
力される。この積算個数に係る信号が表示部に送られて
表示部に空気中の所望花粉、ここでは杉花粉とヒノキ花
粉の合計濃度、または稲花粉の濃度が表示される。

【００３４】このように本実施形態では、光遮蔽部材７
に入射する回折光の光軸に平行に移動させるのみで、例
えば杉花粉とヒノキ花粉の検出の他、所望粒子径の異な
る粒子、稲花粉を検出できる。

【００３５】また上述では、遮蔽部材７は、所定の副極
大にある光を透過するようにしたが、その副極大の近傍
の光を透過するようにして所望粒子径の粒子のみが主に
透過するようにしてもよい。

【００３６】また、本発明に係るリング状とは、上述し
たように完全なリングを形成しないものも含み、また本
発明に係る平行光とは、略平行光であるものも含む。

【００３７】また、本発明に係るコヒーレント光とは、
シングルモードのレーザ光、マルチモードのレーザ光、
自励発振してなるレーザ光でもよい。

【００３８】また、照射する光の波長を変える場合、回
折角度が変わるので、光取出手段の光取出部の位置など
を適宜変更する必要がある。

【００３９】更に、半導体レーザの代わりにガスレーザ
等を用いる場合には、コリメータレンズを用いなくとも
よい。

【００４０】勿論、上記粒子検出装置を空気清浄機等の
空調装置に組み込んでもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明の粒子検出方法は、粒子に光を照
射して生じた回折光を同心円で囲まれる領域に光取出部
が設けられた遮蔽部材からなる光取出手段を介すること
により、所望粒子径を有する粒子による回折光を選択的
に取り出す粒子検出方法であって、前記光取出手段が可
動可能であり、該光取出手段を可動せしめることにより
検出しようとする所望粒子径の粒子の該所望粒子径を変
更可能であるので、異なる所望粒子径の粒子を簡単な受
光手段で検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る粒子検出装置の模式
概略構成図である。

【図２】上記粒子検出装置の要部概斜視図である。

【図３】上記実施形態で用いた光遮蔽部材の上面図であ
る。

【図４】フラウンホーファー回折パターンとその強度分
布を示す図である。

【図５】粒子径が１０、３０、５０μｍの粒子に係るフ
ラウンホーファー回折光強度分布を示す図である。

【符号の説明】

２ 半導体レーザ（光源） ３ コリメータレンズ（変換手段） ５ ガイド用レール ６ レール溝 ７ 遮蔽部材（光取出手段） ７ａ 開口（光透過部） ８ ラックピニオン ９ 歯車 １０ 集光手段 １１ 受光手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子に光を照射して生じた回折光を同心
   円で囲まれる領域に光取出部が設けられた遮蔽部材から
   なる光取出手段を介することにより、所望粒子径を有す
   る粒子による回折光を選択的に取り出す粒子検出方法で
   あって、前記光取出手段が可動可能であり、該光取出手
   段を可動せしめることにより検出しようとする所望粒子
   径の粒子の該所望粒子径を変更可能であることを特徴と
   する粒子検出方法。
2. 【請求項２】 前記光取出手段は該手段に入射する前記
   回折光の光軸に略平行に可動可能なことを特徴とする請
   求項１記載の粒子検出方法。