JPWO2019244325A1 - 粒子検出装置 - Google Patents

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Abstract

粒子検出装置（１００）は、第１の照射光（Ｌ１）を出射する第１の光源（１１）と、凹状の第１の反射面を有する第１の集光部材（３１）と、第１の反射面に対向する凹状の第２の反射面を有する第２の集光部材（３２）と、第２の照射光（Ｌ２）を出射する第２の光源（２１）と、第１の入射光の強度に応じた値を示す第１の検出信号（Ｄ１）を出力する第１の受光素子（４１）とを有し、第１の光源（１１）が第１の照射光（Ｌ１）を出射するときには、第１の受光素子（４１）は、対象空間（３０）内の検出位置に存在する粒子に第１の照射光が照射されることで発生する散乱光を第１の入射光として検出し、第２の光源（２１）が第２の照射光（Ｌ２）を出射するときには、第１の受光素子（４１）は、第２の照射光（Ｌ２）のうちの、第１の反射面で反射した光と第１の反射面及び第２の反射面の両方で反射した光とを第１の入射光として検出する。

Description

本発明は、浮遊する粒子を検出する粒子検出装置に関する。
花粉又は埃などの浮遊する微小体である粒子が存在する空間に光を照射したときに粒子で発生する散乱光を検出することで、粒子の量、粒子の大きさ、又は粒子の種類などを判定する粒子検出装置（「粒子センサ」とも言う）が種々提案されている。例えば、特許文献１は、光源から出射された光を粒子に照射したときに粒子で発生する散乱光を集光部材である集光ミラーで反射し、集光された散乱光を受光素子で検出する粒子センサを記載している。
国際公開第２００７／０６３８６２号（例えば、図１３、図１５、段落０１７１〜０１７３）
しかしながら、粒子センサ内に取り込まれる空気中に浮遊する粒子の一部が汚れとして集光ミラーに付着することによって、集光ミラーの光反射特性が変化することがある。この場合、粒子センサの受光素子で検出される散乱光の強度に変化が生じて、粒子を正確に検出できないという問題がある。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、集光部材の汚れの度合いを検出することができる粒子検出装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による粒子検出装置は、対象空間内に浮遊する粒子を検出する装置であって、前記対象空間内を進む第１の照射光を出射する第１の光源と、凹状の第１の反射面を有する第１の集光部材と、前記対象空間を挟んで前記第１の反射面に対向する凹状の第２の反射面を有する第２の集光部材と、第２の照射光を出射する第２の光源と、第１の入射光の強度に応じた値を示す第１の検出信号を出力する第１の受光素子と、を有し、前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記対象空間内の予め決められた検出位置に存在する粒子に前記第１の照射光が照射されることで発生する散乱光を前記第１の入射光として検出し、前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記第２の照射光のうちの、前記第１の反射面で反射した光と前記第１の反射面及び前記第２の反射面の両方で反射した光とを前記第１の入射光として検出することを特徴とする。
本発明によれば、粒子検出装置の集光部材の汚れの度合いを検出することができる。
本発明の実施の形態１に係る粒子検出装置の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。 実施の形態１に係る粒子検出装置の光学系の構成と空気を取り込むための構成を概略的に示す図である。 実施の形態１の変形例に係る粒子検出装置の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、実施の形態１に係る粒子検出装置の粒子検出時における第１の照射光の経路及び散乱光の経路を概略的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る粒子検出装置の汚れ検出時における第２の照射光の経路を概略的に示す図である。 実施の形態１に係る粒子検出装置の第１の受光素子と第２の光源との位置関係を示す図である。 実施の形態１に係る粒子検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る粒子検出装置の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。 （ａ）から（ｄ）は、実施の形態２に係る粒子検出装置の粒子検出時における第１の照射光の経路及び散乱光の経路を概略的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２に係る粒子検出装置の汚れ検出時における第２の照射光の経路を概略的に示す図である。 実施の形態２に係る粒子検出装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の変形例に係る粒子検出装置の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。 本発明の実施の形態３に係る粒子検出装置の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。 本発明の実施の形態１から３の変形例に係る粒子検出装置の制御系の構成を概略的に示すハードウェア構成図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る微小体検出装置、すなわち粒子検出装置を、添付図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
粒子検出装置においては、対象空間中で浮遊する微小体としての粒子に光を照射したときに粒子で発生する散乱光を光検出器である受光素子で検出する。浮遊する粒子は、例えば、ＰＭ２．５、ＰＭ１０、花粉、又は埃などである。また、受光素子に入射する散乱光の光量を上げるために、散乱光は集光部材である集光ミラーによって集光される。
しかしながら、浮遊する粒子の一部が、集光ミラーの光反射領域に付着することがある。この場合、集光ミラーの光反射特性が変化し（すなわち、光反射性能が低下し）、受光素子に入射する光の光量が低下する。
そこで、本発明の実施の形態においては、集光ミラーの光反射特性の変化を検出することができる粒子検出装置、及び集光ミラーの光反射特性の変化の検出結果に基づいて制御系の動作を調整することができる粒子検出装置を説明する。
図に示される光学系の構成を理解しやすくするために、各図には、必要に応じて、ｘｙｚ直交座標系の座標軸が示される。各図において、ｘ軸は、実施の形態に係る粒子検出装置の吸気口の中心と排気口の中心とを結ぶ第１の中心軸Ａｘに平行な座標軸である。吸気口から排気口に向かう方向は、＋ｘ軸方向であり、その反対方向は、−ｘ軸方向である。各図において、ｙ軸は、第１の集光ミラーの中心位置と第２の集光ミラーの中心位置とを結ぶ第２の中心軸Ａｙに平行な座標軸である。受光素子に向かう方向は、−ｙ軸方向であり、その反対方向は、＋ｙ軸方向である。各図において、ｚ軸は、第１の光源から出射された第１の照射光が進む方向に平行な第３の中心軸Ａｚに平行な座標軸である。第１の光源から第１の照射光が進行する方向は、＋ｚ軸方向であり、その反対方向は、−ｚ軸方向である。
《１》実施の形態１
《１−１》粒子検出装置の構成
図１は、実施の形態１に係る粒子検出装置１００の光学系５０の構成と制御系の構成を概略的に示す図である。図１は、光学系５０をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。また、図１は、粒子検出及び汚れ検出のための制御系の構成要素を、機能ブロックで示している。
実施の形態１に係る粒子検出装置１００は、空気を装置内部の対象空間３０に取り込み、取り込まれた空気中に浮遊する粒子に第１の照射光Ｌ１を照射したときに粒子で発生する散乱光を検出し、検出の結果に基づいて、粒子の個数、大きさ、種類などを判定する。粒子検出装置１００は、第１の照射光Ｌ１を照射したときに粒子で発生する散乱光を検出し、検出の結果に基づいて、粒子の濃度である個数濃度又は重量濃度を判定することもできる。「個数濃度」は、単位体積あたりの粒子の個数で表わされる。「重量濃度」は、単位体積あたりの粒子の重量で表わされる。
また、粒子検出装置１００は、第２の照射光Ｌ２を用いて装置内部の光学系５０の構成要素の汚れを検出することができる。光学系５０の構成要素の汚れは、経年劣化に伴う光学系５０の構成要素（例えば、ガラス、プラスチック、金属などからなる光学部材）の光学特性の変化をも含む。
粒子検出装置１００の光学系５０は、第１の照射光Ｌ１を照射する第１の光源１１と、入射光の光量に応じた値の電気信号である第１の検出信号Ｄ１を出力する光電変換手段である第１の受光素子４１と、第１の照射光Ｌ１を照射したときに粒子で発生する散乱光を第１の受光素子４１の受光面に導くための第１の反射面（「光反射領域」とも言う）を持つ第１の集光部材である第１の集光ミラー３１及び第２の反射面（「光反射領域」とも言う）を持つ第２の集光部材である第２の集光ミラー３２とを有する。粒子検出装置１００の光学系５０は、第１の光源１１から出射された第１の照射光Ｌ１の進行方向（例えば、発散角）などを調整する光学部材であるレンズ１２と、対象空間３０を通過した第１の照射光Ｌ１を対象空間３０に戻さないための光学部材であるビームトラップ３６とを有することができる。
第１の光源１１は、例えば、レーザー光を出射するレーザー光源又はＬＥＤ光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源である。第１の照射光Ｌ１は、単色光又は白色光又は他の波長の光のいずれであってもよい。
対象空間３０内に空気を取り込んでいるときには、対象空間３０内に浮遊する粒子が存在する。レンズ１２は、第１の光源１１から出射された第１の照射光Ｌ１を、対象空間３０内の検出位置３３に導く。
レンズ１２は、入射された第１の照射光Ｌ１の発散角を変更する。例えば、第１の光源１１から出射された第１の照射光Ｌ１は、レンズ１２によって集光される。或いは、第１の光源１１から出射された第１の照射光Ｌ１は、レンズ１２によって平行光に変換される。レンズ１２は、例えば、集光機能を備えたシリンドリカルレンズ又はトロイダルレンズであってもよい。レンズ１２の機能は、これらに限定されない。また、第１の照射光Ｌ１の強度を十分に大きく設定できる場合などには、レンズ１２を備えないことができる。
図１に示されるように、粒子検出装置１００の制御系は、第１の光源１１を駆動する第１の光源駆動部６１と、第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１に基づいて、対象空間３０に取り込まれた空気中に浮遊する粒子の数に対応する数値をカウントする粒子カウント部（「第１の粒子カウント部」とも言う）７１とを有してもよい。
また、粒子検出装置１００の光学系５０は、第２の光源２１と、入射する光の経路を変更する機能を持つ部材又は装置である光経路変更部材を有する。光経路変更部材は、例えば、ビームスプリッタ２２である。粒子検出装置１００は、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２を、ビームスプリッタ２２を介して（図１では、ビームスプリッタ２２で反射させて）、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２に向かうように導き、第１の集光ミラー３１で反射された光、並びに第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２で順に反射された光を、ビームスプリッタ２２を介して（図１では、ビームスプリッタ２２を透過させて）、第１の受光素子４１の受光面に導く。第２の光源２１の位置と第１の受光素子４１の位置とを、互いに入れ替えることができる。第２の光源２１、ビームスプリッタ２２、及び第１の受光素子４１は、汚れ検出光学系２０を構成する。
第２の光源２１は、例えば、レーザー光源、又はＬＥＤ光源である。また、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２は、単色光、多色光、白色光、又は他の波長の光のいずれであってもよい。
ビームスプリッタ２２は、入射した光を２つ以上の光線に分割する機能を持つ光経路変更部材である。ビームスプリッタ２２に入射した光の一部は反射し、他の一部はビームスプリッタ２２を透過する。ビームスプリッタ２２は、入射した光を偏光成分ごとに分離する偏光ビームスプリッタであってもよい。ビームスプリッタ２２は、例えば、光学ピックアップ、反射型液晶プロジェクタ、光通信機器、光子乱数発生器などにも用いられている光学部材である。ビームスプリッタ２２は、光が入射したときの反射光の強度と透過光の強度との比がほぼ１：１であるハーフミラーであってもよい。ハーフミラーは、板状の構造をしており、入射光を透過及び反射する広い領域を有することができる。
また、図１に示されるように、粒子検出装置１００の制御系は、第２の光源２１を駆動する第２の光源駆動部６２と、第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１に基づいて第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２の汚れを判定する汚れレベル判定部（「第１の汚れレベル判定部」とも言う）７３とを有してもよい。また、粒子検出装置１００の制御系は、第１の光源駆動部６１、第２の光源駆動部６２、粒子カウント部７１、及び汚れレベル判定部７３の制御などの各種の処理を行なう中央処理制御部６３を有してもよい。
また、粒子検出装置１００の制御系は、粒子の数、汚れレベル値の判定の結果などをユーザーに知らせるための結果出力部６４を備えてもよい。粒子カウント部７１、汚れレベル判定部７３、及び中央処理制御部６３は、粒子検出装置１００の全体の動作を制御するための制御部を構成する。
図２は、粒子検出装置１００の光学系５０の構成と空気を取り込むための構成を概略的に示す図である。図２は、光学系５０及び空気の流路をｚｘ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。また、図２は、空気を取り込むための制御系の構成要素を、機能ブロックで示している。
図２に示されるように、粒子検出装置１００は、装置内部の対象空間３０に空気を導入する吸入口としての吸気口３４と、対象空間３０に導入された空気を排出する排出口としての排気口３５と、吸気口３４から排気口３５に向かう空気の流れを生成する送風機などの空気流れ発生部６５とを有してもよい。空気流れ発生部６５の動作は、例えば、中央処理制御部６３によって制御される。
図３は、実施の形態１の変形例に係る粒子検出装置１０１の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。図３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に示される符号と同じ符号が付される。図３に示される粒子検出装置１０１は、粒子カウント部７１が閾値Ｖｔｈを汚れレベル判定部７３から受け取る点が、図１に示される粒子検出装置１００と相違する。この点以外については、図３に示される粒子検出装置１０１は、図１に示される粒子検出装置１００と同じである。
図１及び図３では、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２を介する主要な光経路を破線で示している。光経路の詳細は、図４（ａ）から（ｃ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）を用いて後述される。
対象空間３０内で浮遊する粒子は、浮遊する微小な粒子状の物質であり、微小体とも呼ばれる。図１及び図３では、検出位置３３に存在する１個の粒子が点状の丸印で描かれているが、対象空間３０内には浮遊している多数の粒子が存在する。図１及び図３では、１個の粒子が丸印で拡大して描かれているが、粒子は、肉眼では視認できない程度の大きさ（粒子径）のものを含む。検出対象となる粒子は、例えば、浮遊する花粉、浮遊する埃又はタバコの煙に含まれる粒子などである。埃は、ハウスダストとも呼ばれる。また、粒子は、ダニなどの微小生物の死骸、その破片、又は微小生物の糞などであって、浮遊しているものを含む。また、粒子は、いわゆる微小粒子状物質であるＰＭ２．５又はＰＭ１０などを含む。ＰＭ２．５は、浮遊する粒子のうち、粒子の大きさが２．５μｍ以下の粒子である。ＰＭ２．５の成分には、例えば、炭素、硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、ケイ素、ナトリウム、又はアルミニウムなどの無機元素などが含まれる。ＰＭ１０は、空気中に浮遊する粒子のうち、粒子の大きさが１０μｍ以下の粒子である。微小粒子状物質は、マイクロメートルの大きさの固体又は液体の微粒子のことをいう。
図１及び図３に示されるように、第１の照射光Ｌ１は、検出位置３３を通過する粒子に照射される。このとき、粒子で散乱光が発生する。「散乱光」とは、粒子に当たった第１の照射光Ｌ１が、その伝播状態を変化させて発生する光である。「伝播」とは、波動が媒質の中を広がって行くことである。つまり、「伝播」とは、光が空間の中を進行することである。対象空間３０は、空気中、液体中又は真空中などの空間である。「散乱光」は、第１の照射光Ｌ１によって発生する粒子の蛍光及びラマン散乱光なども含む。検出対象である粒子は、第１の照射光Ｌ１が照射されたときに散乱光を発生させる微小物質であれば、特に限定されない。
第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２は、粒子で発生した散乱光の一部を第１の受光素子４１の受光面に導く。第１の集光ミラー３１は、例えば、楕円ミラーである。第２の集光ミラー３２は、例えば、理想的には球面ミラーである。ただし、第２の集光ミラー３２は、楕円ミラーであってもよい。第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２は、１つの集光ミラーの一部の領域であってもよい。第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２は、光を反射して集光する集光部材である。
ここで、楕円ミラーは、必ずしも理想的な楕円球の形状の反射面（すなわち、楕円面）を有する必要はない。楕円ミラーは、ある点から発散する光を反射して別の点に集める機能を有するミラーであり、広義の意味での楕円ミラーである。なお、光が集められる別の点は、ある程度の拡がり（すなわち、ある程度の範囲）を持った領域であってもよい。楕円の２つある焦点の一方の焦点である第１焦点を通る光線が楕円面で反射されると、反射された光は他方の焦点である第２焦点を通る。
第１の集光ミラー３１は、粒子から直接入射した散乱光を反射して第１の受光素子４１の受光面に導く。例えば、吸気口３４と排気口３５は、空気を、第１の集光ミラー３１の第１焦点の位置を通過させ、粒子を第１焦点の位置に導く。一方、第１の集光ミラー３１の第２焦点の位置には、第１の受光素子４１が配置される。
吸気口３４は、例えば、吸入ノズルである。排気口３５は、例えば、排出ノズルである。吸気口３４は、検出対象の粒子を含む空気又は液体を、対象空間３０に導く。また、排気口３５は、検出対象の粒子を含む空気又は液体を、対象空間３０から排出させる。吸気口３４と排気口３５との間に、粒子の通過領域が形成される。
第１の照射光Ｌ１は、第１焦点に位置する粒子に当てられる。粒子検出装置１００は、第１の照射光Ｌ１の経路が、第１の集光ミラー３１の第１焦点を含むように構成される。
第２の集光ミラー３２は、例えば、球面ミラーである。この場合、第２の集光ミラー３２の凹状の光反射領域の中心位置が第１の集光ミラー３１の第１焦点の付近になるように（望ましくは、一致するように）、第２の集光ミラー３２を配置する。これにより、第１焦点の位置である検出位置３３にある粒子で発生した散乱光は、第２の集光ミラー３２で反射し、そして第１の集光ミラー３１で反射して、第１の受光素子４１の受光面に導かれる。第２の集光ミラー３２は、完全な球面ミラーである必要はなく、第２の集光ミラー３２で反射される散乱光が第１の集光ミラー３１を介して概ね第１の受光素子４１の受光面に導かれるようにする形状であればよい。
なお、図１から図３においては、第１の光源１１から出射される第１の照射光Ｌ１は、吸気口３４の中心位置と排気口３５の中心位置とを結ぶ直線（ｘ軸に平行な直線）に対して直交している。しかし、第１の照射光Ｌ１の方向は、図１から図３に示される方向に限定されない。つまり、第１の光源１１から照射される第１の照射光Ｌ１は、ｚ軸に平行である必要はない。図２に示されるように、空気が流れているときには、空気中に浮遊する粒子は、空気の動きに伴って概ね＋ｘ軸方向に移動する。
ビームトラップ３６は、第１の光源１１から出射された第１の照射光Ｌ１が、対象空間３０を通過した後に、反射して、再び対象空間３０に戻ることがないようにするための光閉じ込め部、光吸収部材、又は光を空気の外部へ放出する導光部である。ビームトラップ３６は、第１の照射光Ｌ１が対象空間３０を通過した後に、第１の照射光Ｌ１の反射光を再び対象空間３０に戻さない手段であれば、他の手段であってもよい。
第１の光源１１から第１の照射光Ｌ１が出射されるときには、第１の受光素子４１は、粒子で発生する散乱光を検出する。第１の受光素子４１は、例えば、フォトダイオード、焦電素子、又は光電子増倍管を用いるホトンカウンターなどである。第１の受光素子４１は、光を受光する受光面を有し、受光面に入射する入射光（「第１の入射光」とも言う）の強度、すなわち、入射光の光量に対応する値の電流又は電圧を第１の検出信号Ｄ１として出力する。
粒子カウント部７１は、第１の受光素子４１から受信した第１の検出信号Ｄ１の波形のピーク数をカウントすることで得られたカウント値に基づいて、粒子の個数、粒子の重量、又は粒子の種類などを判定する。例えば、粒子カウント部７１は、検出位置を通過する複数の粒子の各々で発生する散乱光の強度の増減を検出することで、粒子の個数、粒子の重量、又は粒子の種類などを判定する。
第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１が電流信号である場合には、粒子カウント部７１は、第１の受光素子４１から出力される電流信号の電流値を電圧に変換する電流電圧変換回路（すなわち、ＩＶ変換回路）、又は検出位置を通過する複数の粒子の各々で発生する散乱光の強度に対応する信号波形に基づいて、粒子の個数、粒子の重量、又は粒子の種類などを判定することができる。
第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１が電圧信号である場合には、安定な電圧に変換するために、粒子カウント部７１は、第１の受光素子４１から出力される電圧値を受信するバッファ回路を備えてもよい。このバッファ回路は、例えば、ボルテージフォロワである。
粒子カウント部７１は、粒子のカウントを行うために、第１の検出信号Ｄ１を適切なレベルの信号に増幅するゲイン回路を備えてもよい。粒子検出装置１００は、粒子カウント部７１で用いる閾値電圧を記憶する記憶部としてのメモリ７２を有してもよい。粒子カウント部７１は、例えば、以下のように粒子のカウントを行う。
粒子カウント部７１は、検出位置３３を通過する粒子の各々で発生する散乱光の光量（すなわち、光パワー）に対応して第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１であるパルス状又はスパイク状の電気出力波形（例えば、電圧波形）について、粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈを設定し、閾値電圧Ｖｔｈを越えた波形の個数をカウントしてカウント値Ｎを出力する。カウント値Ｎは、検出された粒子の個数に対応する値である。
また、粒子カウント部７１は、閾値電圧Ｖｔｈとして、複数の互いに異なる閾値電圧Ｖｔｈ＿１，Ｖｔｈ＿２，…，Ｖｔｈ＿ｋを設定することができる。ｋは、２以上の整数である。この場合には、第１の検出信号Ｄ１である電圧波形を、これらの閾値電圧Ｖｔｈ＿１，Ｖｔｈ＿２，…，Ｖｔｈ＿ｋと比較することによって、検出位置３３を通過する粒子の各々の大きさ又は重量を判定することができる。
粒子カウント部７１は、粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈを、メモリ７２に予め保持している閾値電圧から取得して用いることができる。
散乱光の光量が小さい場合、閾値電圧Ｖｔｈを適切な電圧値に下げることで、散乱光の光量が小さいことによる粒子カウント値の減少を抑制することもできる。
《１−２》粒子の検出
次に、粒子検出装置１００において、第１の光源１１が第１の照射光Ｌ１を照射したときにおける散乱光と第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１との関係について説明する。図４（ａ）から（ｃ）は、粒子検出装置１００の粒子検出時における第１の照射光Ｌ１の経路及び散乱光の経路を概略的に示す図である。図４（ａ）から（ｃ）には、散乱光のうちの代表的な光線が示される。
図４（ａ）から（ｃ）は、光学系５０をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。しかし、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域は、ｙ軸に平行な軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向に備えられている。そのため、図４（ａ）から（ｃ）を用いた説明は、軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向のすべての面について成り立つ。
図４（ａ）は、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第１の集光ミラー３１で反射した後、ビームスプリッタ２２を透過し、第１の受光素子４１の受光面に入射する光経路を進む散乱光（例えば、図４（ａ）における第１の経路を進む光Ｌ１１，Ｌ１２）を示している。この光経路を、第１の経路と呼ぶ。第１の経路で示される散乱光は、第１の経路を進む光Ｌ１１，Ｌ１２の間の角度θａの範囲に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
図４（ｂ）は、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第２の集光ミラー３２で反射した後、第１の集光ミラー３１で反射し、さらにビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する散乱光（例えば、図４（ｂ）における第２の経路を進む光Ｌ１３，Ｌ１４）を示している。この光経路を、第２の経路と呼ぶ。第２の経路で示される散乱光は、第２の経路を進む光Ｌ１３，Ｌ１４の間の角度θｂの範囲内に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
図４（ｃ）は、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２での反射を介さず、直接にビームスプリッタ２２へ入射した後に、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する散乱光（例えば、図４（ｃ）における第３の経路を進む光Ｌ１５，Ｌ１６）を示している。この光経路を第３の経路と呼ぶ。第３の経路で示される散乱光は、第３の光Ｌ１５，Ｌ１６の間の角度θｃの範囲内に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
上記のように、第１の経路、第２の経路、及び第３の経路に沿って散乱光を第１の受光素子４１の受光面に導くことにより、散乱光の検出効率は向上する。また、散乱光の検出効率の向上によって、粒子の個数濃度又は重量濃度の検出精度を向上させることができる。
《１−３》汚れの検出
次に、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域に付着した汚れの度合いを検出する光学系である汚れ検出光学系２０について説明する。汚れの度合いを検出することを、「汚れ検出」とも言う。また、汚れ度合いを示す値を、「汚れレベル値」と言う。
粒子検出装置１００は、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域に付着する汚れの度合いを検出する。汚れの度合いを検出するために、第２の光源２１によって第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域に第２の照射光Ｌ２を照射し、反射光をモニタする。また、粒子検出装置１００は、経年変化などにより、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２の光反射特性が劣化した場合の影響も検出することができる。本出願における「汚れ」は、光学部材の経年変化による光反射特性の変化も含む。
汚れ検出光学系２０は、第１の受光素子４１とは別の受光素子を有してもよい。ただし、第１の受光素子４１を、粒子の検出と汚れの検出の両方に用いることによって、光学系５０の部品点数が削減でき、粒子検出装置１００を小型化及び軽量化することができる。
第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２は、ビームスプリッタ２２により反射され、第１の集光ミラー３１に入射する。
第１の集光ミラー３１に入射する第２の照射光Ｌ２は、発散光である。そして、第１の集光ミラー３１で反射された第２の照射光Ｌ２が第１の受光素子４１の受光面において集光するように、第２の光源２１を配置する。すなわち、第２の光源２１は、第１の集光ミラー３１の第２焦点と光学的に共役な位置に配置される。この場合、第２の照射光Ｌ２は、第２の集光ミラー３２で反射され、再び第１の集光ミラー３１へ入射した後、さらに、第１の集光ミラー３１で反射され、ビームスプリッタ２２に入射し、第２の照射光Ｌ２の一部はビームスプリッタ２２を透過して、第１の受光素子４１の受光面に入射される。
特に、第１の集光ミラー３１で反射された第２の照射光Ｌ２が、第２の集光ミラー３２の球面ミラーの焦点を通過するときは、第２の集光ミラー３２で反射された第２の照射光Ｌ２が、第１の集光ミラー３１に再入射される。そのため、第２の光源２１から第１の受光素子４１までの光経路にて最も効率よく、第２の照射光Ｌ２を第１の受光素子４１の受光面に導くことができる。
粒子検出装置１００は、第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１を受信する汚れレベル判定部７３を備える。汚れレベル判定部７３は、第２の照射光Ｌ２が第１の受光素子４１の受光面で受光される際の出力信号である第１の検出信号Ｄ１を用いて、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域の汚れの度合いを判定し、その判定の結果を示す値を汚れレベル値Ｙとして出力する。汚れレベル値Ｙは、例えば、中央処理制御部６３に送出される。中央処理制御部６３は、汚れレベル値Ｙに基づく情報を結果出力部６４に表示する。これによって、ユーザーに集光ミラーの汚れの度合いが知らされる。汚れレベル値Ｙは、粒子検出装置１００の寿命を判定するための指標として用いることもできる。粒子検出装置１００は、汚れレベル判定部７３が用いる情報を記憶する記憶部としてのメモリ７４を備えてもよい。
また、中央処理制御部６３は、汚れレベル値Ｙに基づいて、粒子カウント部７１で得られた粒子カウント数Ｎを補正してもよい。
図５（ａ）及び（ｂ）は、粒子検出装置１００の汚れ検出時における第２の照射光Ｌ２の経路を概略的に示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）では、第２の照射光Ｌ２のうちの代表的な光線が示されている。
図５（ａ）及び（ｂ）は、光学系５０をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。しかし、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域は、ｙ軸に平行な軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向に備えられている。そのため、図５（ａ）及び（ｂ）を用いた説明は、軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向のすべての面について成り立つ。
図５（ａ）では、第２の照射光Ｌ２のうち、第１の集光ミラー３１の光反射領域で反射した光Ｌ２１，Ｌ２２は、第１の集光ミラー３１の楕円面形状の光反射領域の第１焦点を通過し、第２の集光ミラー３２に入射する。その後、光Ｌ２１，Ｌ２２は、第２の集光ミラー３２の光反射領域で反射され、再び第１の集光ミラー３１の光反射領域で反射し、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する。この光経路を、第４の経路と呼ぶ。第４の経路で示される光は、第４の経路を進む光Ｌ２１，Ｌ２２の間の角度θｄの範囲内に存在する光線群である。第４の経路の光は、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２の両方の光反射特性によって影響を受ける。そのため、汚れ検出においては、第４の経路の光を検出光に用いることで、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域の汚れ状態を検出することができる。
図５（ｂ）では、第２の照射光Ｌ２のうち、第１の集光ミラー３１の光反射領域で反射した光Ｌ２３，Ｌ２４は、ビームスプリッタ２２へ入射した後に、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する。この光経路を、第５の経路と呼ぶ。第５の経路を進む光は、光Ｌ２３，Ｌ２４の間の角度θｅの範囲内に存在する光線群である。
図５（ｂ）には、第２の照射光Ｌ２のうち、第１の集光ミラー３１で反射した後、ビームスプリッタ２２へ入射した後に、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射しない光Ｌ２５も示されている。この光経路を、第６の経路とも言う。第６の経路で示される光Ｌ２５は、図５（ｂ）に示される光Ｌ２５，Ｌ２４の間の角度θｆの範囲内に存在する光線群である。
第６の経路の第２の照射光Ｌ２は、第１の受光素子４１の受光面に入射しないため、汚れ検出には用いられない。第６の経路の立体角を小さくすれば、光利用効率を上げることができる。第４の経路及び第５の経路の第２の照射光Ｌ２を第１の受光素子４１で検出することで、第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域の汚れの度合いを検出し判定することができる。
また、第１の受光素子４１は、第５の経路及び第６の経路の第２の照射光Ｌ２を入射させることができるように十分に広い受光面を有することが望ましい。この場合には、第４の経路及び第５の経路の第２の照射光Ｌ２だけでなく、第６の経路の第２の照射光Ｌ２も、汚れの度合いの検出及び判定に用いられる。
図６は、第１の受光素子４１と第２の光源２１の位置関係を示す図である。図６には、第１の受光素子４１、ビームスプリッタ２２、第２の光源２１、及び第２の集光ミラー３２が示される。図６では、第２の光源２１の表面（すなわち、先端）から第２の照射光Ｌ２が出射される様子が示されている。ただし、第２の光源２１の発光点は、第２の光源２１の表面以外の位置に存在してもよい。
図６では、第２の照射光Ｌ２の戻り光（すなわち、第１の集光ミラー３１で反射された反射光）が、第１の受光素子４１の表面に集光されている様子が示されている。ただし、第１の受光素子４１の受光面は、第１の受光素子４１の表面以外の位置に存在してもよく、その場合は、第１の受光素子４１の表面より内側の受光面に光が集光する。
第２の光源２１は、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａに対して、第１の受光素子４１と光学的に対象な関係の位置に配置することができる。或いは、第２の光源２１は、第１の集光ミラー３１の第２焦点と光学的に共役な位置に配置することができる。共役な位置関係とは、２つの要素を入れ替えたとしても全体の性質に変わりがないような相互関係にある光学的な配置関係を意味する。
図６に示されるように、ｙ軸に沿って、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａに対して、距離ＬＳの位置に第２の光源２１を配置し、距離ＬＰの位置に第１の受光素子４１を配置する場合、距離ＬＳと距離ＬＰとを等しくすることが望ましい。これにより、第２の光源２１は、第１の集光ミラー３１の第２焦点と光学的に共役な位置に配置される。
レンズなどのような、図６に示されていない他の光学素子が光経路中に配置される場合には、距離ＬＳと距離ＬＰとを実距離では等しくしない場合もある。その場合は、第２の光源２１及び第１の受光素子４１は、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａに対して実質的に光学的に対照な位置関係であればよい。これにより、第２の光源２１は、第１の集光ミラー３１の第２焦点と光学的に共役な位置に配置される。
また、図６では、ｙ軸に対して、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａは略４５度に傾けられているが、４５度以外の角度に設定してもよい。
以上のように、第２の光源２１と第１の受光素子４１を、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａに対して、実質的に光学的に対象な関係の位置に配置する（すなわち、第２の光源２１と第１の受光素子４１を光学的に共役配置にする）。このようにすることで、第１の受光素子４１で検出される散乱光の入射角度範囲、すなわち、実質的に用いられる第１の集光ミラー３１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域に、第２の照射光Ｌ２を照射し、その反射光を第１の受光素子４１の受光面に導くことができる。
第２の光源２１から出射された第２の照射光Ｌ２が第２の集光ミラー３２の光通過領域としての開口部３２ａを通過する際、開口部３２ａの縁を通過する第２の照射光Ｌ２の光線は、角度η１の広がりを持つ。一方、第１の受光素子４１の受光面に入射する第２の照射光Ｌ２が第２の集光ミラー３２の開口部３２ａを通過する際、開口部３２ａの縁を通過する第２の照射光Ｌ２の光線は、角度η２で集光される。
第２の光源２１と第１の受光素子４１の受光面をビームスプリッタ２２の反射面２２ａに対して、実質的に光学的に対象な関係の位置に配置することで、角度η１と角度η２とを等しくすることができる。
これにより、第２の光源２１からの第２の照射光Ｌ２は、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２の光反射領域の広い範囲を光照射し反射光を得ることができる。
これは、第１の集光ミラー３１の楕円鏡が無限遠ではない有限の位置に第２焦点を有する場合に、第２の光源２１と第１の受光素子４１の受光面を光学的に共役配置することで得られる効果である。
ビームスプリッタ２２が光反射率Ｒｂと光透過率Ｔｂとを有するとき、ビームスプリッタ２２は、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２のうちのＲｂ／（Ｒｂ＋Ｔｂ）の割合の光を反射する（ビームスプリッタ２２の損失がない理想的な場合）。例えば、光反射率Ｒｂを１０％、光透過率Ｔｂを９０％として、光反射率Ｒｂより光透過率Ｔｂを大きくする（すなわち、Ｒｂ＜Ｔｂ）。一般的に、粒子で発生する微弱な散乱光を効率的に第１の受光素子４１の受光面に導くためには、ビームスプリッタ２２の光透過率Ｔｂを光反射率Ｒｂより大きく設定することが望ましい。
また、微弱な散乱光を検出するために、粒子カウント部７１のゲイン回路のゲイン値は通常数十倍以上の高い増幅率に設定することが望ましい。そのため、ビームスプリッタ２２の光透過率Ｔｂが小さい場合は、増幅率を高く設定することで、第１の受光素子４１で散乱光を検出することができる。
また、ビームスプリッタ２２の光反射率Ｒｂが小さい場合は、第１の集光ミラー３１へ入射する第２の照射光Ｌ２の強度が低くなる。そして、第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２で反射されて第１の受光素子４１の受光面へ導かれる第２の照射光Ｌ２の強度も低くなる。そのため、第１の受光素子４１の受光面へ導かれる第２の照射光Ｌ２の光量が不足する場合は、汚れレベル判定部７３のゲイン回路の増幅率を高く設定することで、汚れ検出光学系２０で適切な信号レベルに設定することができる。逆に、第１の受光素子４１の受光面へ導かれる第２の照射光Ｌ２の光量が充分に大きい場合は、汚れレベル判定部７３のゲイン回路の増幅率を低く設定することが望ましい。
また、適切な信号レベルを得るために、汚れレベル判定部７３のゲイン回路は可変増幅回路とすることができる。
汚れ検出光学系２０で適切な信号レベルの設定は、ゲイン回路の増幅率の設定調整を行なう以外に、第２の光源２１から出射する第２の照射光Ｌ２の光量を調整することによっても実現することができる。或いは、これら（すなわち、ゲイン回路の増幅率及び第２の照射光Ｌ２の光量調整）を併用することもできる。
また、粒子で発生する散乱光と同程度の光量が得られるように、ビームスプリッタ２２の光反射率Ｒｂと光透過率Ｔｂを設定すれば、汚れレベル判定部７３の可変増幅回路を不要とすることができ、簡素な回路構成にすることができる。
なお、上記のゲイン回路の増幅率又は第２の照射光Ｌ２の光量調整を用いれば、ビームスプリッタ２２は、光反射率Ｒｂが光透過率Ｔｂ以上の値とするような特性を有することができる。すなわち、Ｒｂ≧Ｔｂとしてもよい。
また、汚れ検出光学系２０は、第２の光源２１を出射した第２の照射光Ｌ２の発散角を調整するためのレンズなどの光学部材を備えてもよい。
《１−４》粒子検出装置の動作
次に、実施の形態１に係る粒子検出装置１００の粒子カウント及び汚れ検出の動作について説明する。
図７は、粒子検出装置１００の動作を示すフローチャートである。粒子検出装置１００は、図７におけるステップＳ１〜Ｓ１１に従って動作することができる。中央処理制御部６３は、ステップＳ１〜Ｓ１１に示される動作を制御する。図７は動作の一例であり、粒子検出装置１００の動作は、図７の例に限定されない。
粒子検出装置１００に主電源が投入され、第１の光源駆動部６１及び第２の光源駆動部６２は動作開始待ち状態、すなわち、スタンバイ状態である。このとき、粒子カウント部７１、汚れレベル判定部７３、及び結果出力部６４は、第１の受光素子４１からの第１の検出信号Ｄ１が入力されれば、処理を開始できる状態にある。
図７に示される一連の動作は、粒子検出装置１００の主たる機能として、粒子カウントを実施する処理（ステップＳ１からＳ３）と、汚れレベル値を検出する処理（ステップＳ４からＳ８）、汚れレベル値に応じて粒子カウント値の補正などを行う処理（ステップＳ９からＳ１１）とを有する。また、粒子カウント値を補正する処理の代わりに又は粒子カウント値を補正する処理に加えて、汚れレベル値に応じて粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈを調整する処理を行ってもよい。
なお、図１の粒子検出装置１００では、汚れレベル値に応じて粒子カウント値Ｎを補正する処理が行われる。図３の粒子検出装置１０１では、汚れレベル値に応じて粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈを調整する処理が行われる。
図７のステップＳ１では、空気流れ発生部６５が駆動開始する。これにより、粒子検出装置１００の光学系５０の内部に粒子が浮遊する空気が吸入される。このとき、空気流れ発生部６５の単位時間あたりの空気の吸入量（若しくは、流量）Ｖは、粒子カウント部７１で個数濃度又は重量濃度を算出するために用いるために中央処理制御部６３の内部メモリに保持される。また、空気の吸入量Ｖは、流量センサ（図示せず）などの出力値、又は予め空気流れ発生部６５が有する空気の吸引流量値とすることができる。
ステップＳ２では、第１の光源１１が点灯される。これにより、粒子に第１の照射光Ｌ１を照射し、粒子で発生した散乱光を受光した第１の受光素子４１から、第１の検出信号Ｄ１が出力される。
ステップＳ３では、粒子カウント部７１が、第１の検出信号Ｄ１に基づく計算、すなわち、判定を行う。このとき、粒子カウント部７１は、中央処理制御部６３の内部メモリに保持された空気の吸入量Ｖを用いて、粒子の個数濃度又は重量濃度を算出する。また、粒子カウント部７１が算出した粒子カウント数と、個数濃度又は重量濃度の値とは中央処理制御部６３の内部メモリに保持できる。
個数濃度又は重量濃度の値は、粒子カウント値Ｎを、単位時間あたりの空気の吸入量（若しくは、流量）Ｖで割り算し、さらに、空気の吸入量Ｖのうち実際に第１の照射光Ｌ１が照射される実効的な体積比率が考慮された換算値Ｋ（この値は、光学設計上決められる既知の値である）で割り算することで算出できる。
汚れ検出動作のステップＳ４〜Ｓ８では、第２の光源２１の第２の照射光Ｌ２が第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２で反射された光のパワーを第１の受光素子４１で実際に取得する受光工程（ステップＳ６とＳ７）と、この受光工程の前処理（ステップＳ４とＳ５）と後処理（ステップＳ８）とを有する。
ステップＳ４では、第１の光源１１を消灯させる又は第１の照射光Ｌ１のパワーを無視できるレベルに下げる。これにより、粒子において発生する散乱光が、汚れレベル値の検出に影響を与えない状態となる。
ステップＳ５では、粒子カウント部７１の粒子の検出を停止又は無効化する。これにより、ステップＳ４の場合と同様に、散乱光が汚れレベル値の検出に影響を与えない状態となる。後述の受光工程では、粒子カウント若しくは空気の吸引量（流量）は排除して、粒子カウント値又は個数濃度又は重量濃度の値を得ることができる。
粒子で発生する散乱光が、第２の光源２１からの第２の照射光Ｌ２に比べて十分に小さい場合は、散乱光が汚れレベル値の検出に与える影響は小さいので、ステップＳ４及びＳ５の処理を実行しないことも可能である。
ステップＳ６では、第２の光源２１が点灯する。これにより、第２の光源２１から出射する第２の照射光Ｌ２を第１の集光ミラー３１及び第２の集光ミラー３２に照射させ、その反射光を第１の受光素子４１へ入射させ、第１の受光素子４１の検出信号Ｄ１を出力される。
ステップＳ７では、汚れレベル判定部７３は、汚れレベル値Ｙを取得する。これにより、第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１に基づいて変換された汚れレベル値を取得することができる。取得した汚れレベル値Ｙは、汚れレベル値の初期値Ｙ０と比較（例えば、それらの差分値又は比率に基づいて比較）され、汚れレベル値Ｙの判定が行われる。汚れレベル値の初期値Ｙ０は、汚れレベル判定部７３で汚れレベル値Ｙを判定する際に用いることができるように、メモリ７４に保持される。また、汚れレベル値の初期値Ｙ０は、汚れレベル判定部７３で取得された過去の汚れレベル値、又は予め設定された初期汚れレベル値であってもよい。
ステップＳ８では、第２の光源２１を消灯する。これにより、汚れ検出の処理は終了する。
ステップＳ９では、結果出力部６４で、汚れレベルの判定の結果を表示し、ユーザーに汚れレベル値に基づく情報を提供する。
ステップＳ１０では、中央処理制御部６３は、汚れレベル値Ｙに応じて粒子カウント数Ｎを補正する。この補正は、中央処理制御部６３の内部メモリに保持されている粒子カウント数、個数濃度又は重量濃度を、汚れレベル判定部７３において取得された汚れレベル値Ｙを用いて行われる。また、補正された粒子カウント数、補正された個数濃度又は補正された重量濃度の値は中央処理制御部６３の内部メモリに保持できる。
ステップＳ１０で行なわれる汚れレベル値に対応する粒子カウント数の補正処理は、例えば、式（１）又は式（２）を用いて行うことができる。
Ｎｃ＝（Ｙ／Ｙ０）×Ｎ
＝（（Ｙ０＋ΔＹ）／Ｙ０）×Ｎ （１）
Ｎｃ＝（Ｙ０／（Ｙ０−ΔＹ））×Ｎ （２）
ここで、Ｙは、汚れレベル値を示し、Ｎｃは、補正された粒子カウント数を示し、Ｎは、補正前の粒子カウント数を示し、ΔＹは、汚れレベル値の初期値Ｙ０からの増加分を示す。
ステップＳ１０においては、上記とは別の粒子カウント数の補正方法として、汚れレベル値に応じて粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ１を調整する方法を用いることができる。ここで、Ｖｔｈ１は、補正前の閾値電圧を指す。これに対応する図が図３である。図７のステップＳ１０は、「粒子カウント数を補正」と記載されているが、この場合は「閾値電圧を補正」となる。
すなわち、汚れレベル値に応じて粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈの調整は、例えば、式（３）又は式（４）を用いて行うことができる。
Ｖｔｈｃ＝（Ｙ０／Ｙ）×Ｖｔｈ
＝（Ｙ０／（Ｙ０＋ΔＹ））×Ｖｔｈ （３）
Ｖｔｈｃ＝（（Ｙ０−ΔＹ）／Ｙ０）×Ｖｔｈ （４）
ここで、Ｖｔｈｃは、補正された粒子カウント用の閾値電圧である。
以上の補正及び調整は、第１の集光ミラー３１又は第２の集光ミラー３２に汚れが生じたことで、第１の受光素子４１の受光面へ入射する散乱光の光量が低下したとき用いることができる。閾値電圧Ｖｔｈを粒子の個数濃度又は重量濃度が正しくなるように適切な電圧値に下げることで、散乱光の光量が小さいことによる粒子カウント値の減少を抑制することができ、粒子の個数濃度又は重量濃度をより正確に算出することができる。
ステップＳ１１では、補正された粒子カウント数、補正された個数濃度又は補正された重量濃度の値を結果出力部６４に表示する。これにより、ユーザーに対して、より正確な情報を提供することができる。
なお、以上の動作に加え、他の動作を追加して実行してもよい。
また、図７のステップＳ４及びＳ８の処理の代わりに、粒子検出装置１００の内部に空気を吸引させない処理を追加してもよい。例えば、ステップＳ５とＳ７との間に、空気流れ発生部６５を停止する動作を設けてもよい。
《１−５》効果
以上に説明したように、実施の形態１に係る粒子検出装置１００及び１０１は、浮遊する粒子の数、重量、種類を判定することができる。また、粒子検出装置１００及び１０１は、浮遊する粒子の粒子濃度又は重量濃度を算出することもできる。
また、粒子検出装置１００及び１０１は、粒子で発生した散乱光を第１の受光素子４１の受光面に導く光学系５０の汚れ度合いを検出することができる。さらに、粒子検出装置１００及び１０１は、光学系５０の汚れレベル値に応じて、粒子カウント値を補正又は閾値電圧を調整することができる。
《２》実施の形態２
《２−１》実施の形態２の構成
図８は、実施の形態２に係る粒子検出装置２００の光学系５１の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。図８は、光学系５１をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。また、図８は、制御系の構成要素を、機能ブロックで示している。図８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に示される符号と同じ符号が付される。また、粒子検出装置２００の光学系５１及び空気の流路をｚｘ平面に平行な面で切る断面は、図２のものと同様である。
実施の形態２に係る粒子検出装置２００の第１の集光ミラー８１は、光反射領域の一部に光通過領域としての開口部８１ａを有する。粒子で発生した散乱光の一部は、開口部８１ａを通過して、第２の受光素子４２の受光面に入射する。粒子検出装置２００は、開口部８１ａを通過する散乱光を検出する第２の受光素子４２を有する。第２の受光素子４２の前方に、レンズ４３が備えられてもよい。レンズ４３は、例えば、粒子で発生し開口部８１ａを通過した散乱光を第２の受光素子４２の受光面に導くための集光レンズである。
図８においては、第２の受光素子４２の前面に、散乱光を偏光分離して偏光検出を行なう構成又は蛍光又はラマン散乱光を抽出する波長フィルタなどを含む波長検出を行なう構成とすることができる。
粒子検出装置２００は、第２の受光素子４２から出力される第２の検出信号Ｄ２を受信する第２の粒子カウント部７５及び第２の汚れレベル判定部７７を備えることができる。
第１の粒子カウント部７１及び第１の汚れレベル判定部７３は、実施の形態１における粒子カウント部７１及び汚れレベル判定部７３とそれぞれ実質的に同じである。第１の粒子カウント部７１及び第１の汚れレベル判定部７３から出力される粒子カウント数Ｎ１及び汚れレベル値Ｙ１は、実施の形態１における粒子カウント数Ｎ及び汚れレベル値Ｙとそれぞれ略同じである。
図８に示される第２の受光素子４２は、粒子で発生し開口部８１ａを通過した散乱光を検出することにより、第２の検出信号Ｄ２を出力する。第２の検出信号Ｄ２は、粒子の種別、粒子の個数濃度又は重量濃度の検出に用いられる。第２の粒子カウント部７５は、上記のような様々な検出の用途に応じて、粒子の種別、粒子の個数濃度又は重量濃度を出力する。
第２の汚れレベル判定部７７は、レンズ４３の汚れの度合い又はレンズ４３の光透過率の変化をモニタするための信号処理部である。第２の光源２１から出射する第２の照射光Ｌ２が第１の集光ミラー８１の開口部８１ａを通過し、レンズ４３を透過して、第２の受光素子４２の受光面に入射する。第２の受光素子４２から出力される第２の検出信号Ｄ２の変化に基づいて、レンズ４３の汚れの度合い又は光透過率の変化を検出し、第２の汚れレベル判定部７７からレンズ４３に関する汚れレベル値Ｙ２を出力する。
第１の粒子カウント部７１、第１の汚れレベル判定部７３、第２の粒子カウント部７５、第２の汚れレベル判定部７７、及び中央処理制御部６３ａは、粒子検出装置２００の全体の動作を制御するための制御部を構成する。
汚れレベル値Ｙ２は、例えば、中央処理制御部６３ａに送出されて、結果出力部６４によってレンズ４３に関する汚れレベル値を表示することで、ユーザーにレンズ４３の汚れの度合いを知らせることができ、粒子検出装置２００の寿命の指標などに用いられる。
また、汚れレベル値Ｙ２に基づいて、第２の粒子カウント部７５で得られた粒子カウント数Ｎ２の誤差補正を行ってもよい。
実施の形態２に係る粒子検出装置２００の光学系５１では、粒子で発生した散乱光が第１の受光素子４１の受光面に導かれる２種類の経路と、第２の受光素子４２の受光面に導かれる１種類の経路がある。
《２−２》粒子の検出
次に、粒子検出装置２００において、第１の光源１１が第１の照射光Ｌ１を照射したときにおける散乱光と第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１との関係について説明する。図９（ａ）から（ｄ）は、粒子検出装置２００の粒子検出時における第１の照射光Ｌ１の経路及び散乱光の経路を概略的に示す図である。図９（ａ）から（ｄ）には、散乱光のうちの代表的な光線が示される。
図９（ａ）から（ｄ）は、光学系５１をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。しかし、第１の集光ミラー８１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域は、ｙ軸に平行な軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向に備えられている。そのため、図９（ａ）から（ｄ）を用いた説明は、軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向のすべての面について成り立つ。
図９（ａ）は、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第１の集光ミラー８１で反射した後、ビームスプリッタ２２を透過し、第１の受光素子４１の受光面に入射する散乱光（例えば、図９（ａ）における第６の経路を進む光Ｌ１１ａ，Ｌ１２ａ）を示している。この光経路を、第６の経路と呼ぶ。第６の経路で示される散乱光は、第６の経路を進む光Ｌ１１ａ，Ｌ１２ａの間の角度θｇの範囲内に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
図９（ｂ）では、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第２の集光ミラー３２で反射した後、第１の集光ミラー８１で反射し、さらにビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する散乱光（例えば、図９（ｂ）における第７の経路を進む光Ｌ１３ａ，Ｌ１４ａ）を示している。この光経路を、第７の経路と呼ぶ。第７の経路で示される散乱光は、第７の経路を進む光Ｌ１３ａ，Ｌ１４ａの間の角度θｈの範囲内に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
図９（ｃ）では、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第１の集光ミラー８１及び第２の集光ミラー３２での反射を介さず、直接にビームスプリッタ２２へ入射した後に、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する散乱光（例えば、図９（ｃ）における第８の経路を進む光Ｌ１５ａ，Ｌ１６ａ）を示している。この光経路を、第８の経路と呼ぶ。第８の経路で示される散乱光は、第８の経路を進む光Ｌ１５ａ，Ｌ１６ａの間の角度θｉの範囲内に存在する光線群である。なお、ビームスプリッタ２２に入射した散乱光の一部は、反射して、第２の光源２１の位置又はその周辺に向かって進む。
図９（ｄ）では、第１の照射光Ｌ１が検出位置３３にある粒子に照射されて発生した散乱光のうち、第１の集光ミラー８１及び第２の集光ミラー３２で反射されずに、直接、開口部８１ａを通過して第２の受光素子４２へ入射される散乱光であり、レンズ４３を透過した後に、第２の受光素子４２の受光面に入射する散乱光を示している。この光経路を、第９の経路と呼ぶ。第９の経路で示される散乱光は、第９の経路を進む光Ｌ１７ａ，Ｌ１８ａの間の角度θｊの範囲内に存在する光線群である。
上記のように、第６の経路、第７の経路、及び第８の経路に沿って散乱光を第１の受光素子４１の受光面に導くとともに、第９の経路を介して、第２の受光素子４２による別の検出機能を備えることにより、散乱光の検出効率は向上する。また、散乱光の検出効率の向上によって、粒子の個数濃度又は重量濃度の検出精度を向上させることができる。
《２−３》汚れの検出
図１０（ａ）及び（ｂ）は、粒子検出装置２００の汚れ検出時における第２の照射光Ｌ２の経路を概略的に示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）では、第２の照射光Ｌ２のうちの代表的な光線が示されている。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、光学系５１をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。しかし、第１の集光ミラー８１の光反射領域及び第２の集光ミラー３２の光反射領域は、ｙ軸に平行な軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向に備えられている。そのため、図１０（ａ）及び（ｂ）を用いた説明は、軸線Ａｙを中心にして３６０度の方向のすべての面について成り立つ。
図１０（ａ）では、第２の照射光Ｌ２のうち、第１の集光ミラー８１の光反射領域で反射した光Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａは、第１の集光ミラー８１の楕円面形状の光反射領域の第１焦点を通過し、第２の集光ミラー３２に入射する。その後、光Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａは、第２の集光ミラー３２の光反射領域で反射され、再び第１の集光ミラー８１の光反射領域で反射し、ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子４１の受光面に入射する。この光経路を、第１０の経路と呼ぶ。第１０の経路を進む光は、光Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａの間の角度θｋの範囲内に存在する光線群である。第１０の経路は、図５（ａ）に示される粒子検出装置１００における第４の経路と実質的に同じである。このため、第１０の経路の第２の照射光Ｌ２を第１の受光素子４１で検出すれば、第１の集光ミラー８１及び第２の集光ミラー３２の汚れの度合いを検出し判定することができる。
図１０（ｂ）では、第２の照射光Ｌ２のうち、第１の集光ミラー８１の光通過領域としての開口部８１ａを通過し、レンズ４３を透過して、第２の受光素子４２の受光面に入射する第２の照射光Ｌ２を示している。この光経路を、第１１の経路と呼ぶ。第１１の経路で示される光は、第１０の経路を進む光Ｌ２３ａ，Ｌ２４ａの間の角度θｍの範囲内に存在する光線群である。さらに、第１１の経路を進む光を第２の受光素子４２で検出すれば、レンズ４３の汚れの度合いを検出し判定することができる。
《２−４》粒子検出装置の動作
次に、実施の形態２に係る粒子検出装置２００の粒子カウント及び汚れ検出の動作について説明する。
図１１は、粒子検出装置２００の動作を示すフローチャートである。粒子検出装置２００は、図１１におけるステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３ｂ、Ｓ４、Ｓ５ｂ、Ｓ６、Ｓ７ｂ、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１の順（必要に応じてステップＳ２に戻ることができる）に動作することができる。図１１におけるステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０は、図７に示される対応するステップの動作と同じである。
粒子検出装置２００の動作は、第２の受光素子４２、第２の汚れレベル判定部７７及び第２の粒子カウント部７５による動作が追加された点において、実施の形態１に係る粒子検出装置１００の動作と相違する。
図１１に示される一連の動作は、実施の形態１の粒子検出装置１００の場合と同様に、粒子検出装置２００の主たる機能として、粒子カウントを実施する処理と、汚れレベル値を検出する処理と、汚れレベル値に応じて前記粒子カウント値を補正する処理とを有する。また、粒子カウント値を補正する処理の代わりに又は粒子カウント値を補正する処理に加えて、汚れレベル値に応じて第１の粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ１ｃ，Ｖｔｈ２ｃを調整する処理を行ってもよい。
なお、図８の粒子検出装置２００では、汚れレベル値Ｙ１，Ｙ２に応じて粒子カウント値Ｎ１，Ｎ２を補正する処理が行われる。
図１２は、実施の形態１の変形例に係る粒子検出装置２０１の光学系の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。図１２において、図８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８に示される符号と同じ符号が付される。図１２に示される粒子検出装置２０１は、第１の粒子カウント部７１が閾値電圧Ｖｔｈ１を第１の汚れレベル判定部７３から受け取る点及び第２の粒子カウント部７５が閾値電圧Ｖｔｈ２を第２の汚れレベル判定部７７から受け取る点が、図８に示される粒子検出装置２００と相違する。この点以外については、図１２に示される粒子検出装置２０１は、図８に示される粒子検出装置２００と同じである。
図１１に示される粒子検出装置２００の動作は、ステップＳ３ｂ、Ｓ５ｂ、Ｓ７ｂ及びＳ１０ｂの処理が、図７に示される粒子検出装置１００の動作と異なる。
中央処理制御部６３ａは、図１１に示される各ステップの動作を制御する。図１１の動作は一例であり、粒子検出装置２００の動作は、図１１の例に限定されない。
粒子検出装置２００に主電源が投入されると、第１の光源駆動部６１及び第２の光源駆動部６２は動作開始待ち状態、すなわち、スタンバイ状態になる。このとき、第１の粒子カウント部７１、第１の汚れレベル判定部７３、第２の粒子カウント部７５、第２の汚れレベル判定部７７、及び結果出力部６４は、第１の受光素子４１からの第１の検出信号Ｄ１及び第２の受光素子４２から出力される第２の検出信号Ｄ２が入力されれば、処理を開始できる状態にある。
ステップＳ３ｂでは、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５において、粒子の検出が実施される。ステップＳ３ｂでは、図７におけるステップＳ３の場合と同様に、第１の検出信号Ｄ１に基づいて、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５にて粒子の検出が実施される。このとき、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５のそれぞれでは、中央処理制御部６３ａの内部メモリに保持された単位時間あたりの空気の吸入量Ｖを用いて、粒子の個数濃度又は重量濃度の算出が実施される。また、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５が算出した粒子カウント数、個数濃度又は重量濃度の値は、中央処理制御部６３ａの内部メモリに保持できる。
ステップＳ５ｂでは、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５の粒子の検出が停止又は無効化される。これにより、図７におけるステップＳ５の場合と同様に、散乱光は、汚れレベル値の検出に悪影響を及ぼさない。
ステップＳ７ｂでは、第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７において、汚れレベル値の検出を実施する。これにより、第１の受光素子４１から出力される第１の検出信号Ｄ１及び第２の受光素子４２から出力される第２の検出信号Ｄ２に基づいて、汚れレベル値を取得することができる。ここで取得した、それぞれの汚れレベル値は、汚れレベル値の初期値Ｙ０１及びＹ０２と比較され、汚れレベル値の判定が行われる。汚れレベル値の初期値Ｙ０１及びＹ０２は、それぞれ第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７で汚れレベル値を判定する際に用いるようにそれぞれメモリ７４及びメモリ７８に保持できる。また、汚れレベル値の初期値Ｙ０１及びＹ０２のそれぞれは、第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７のそれぞれで取得された過去の汚れレベル値、又は予め設定された初期汚れレベル値とすることができる。
ステップＳ１０ｂでは、汚れレベル値に応じて粒子カウント数又は粒子カウント用の閾値電圧を補正する。これに対応する図は、図８である。これにより、中央処理制御部６３ａの内部メモリに保持されている、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５のそれぞれで算出された粒子カウント数Ｎ１及びＮ２、個数濃度又は重量濃度の値を、第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７のそれぞれにおいて取得された第１の汚れレベル値Ｙ１及び第２の汚れレベル値Ｙ２、又は、第１の粒子カウント部７１及び第２の粒子カウント部７５のそれぞれで適用される閾値電圧Ｖｔｈ１及びＶｔｈ２を用いて補正する。また、補正された粒子カウント数、補正された個数濃度又は補正された重量濃度の値は、中央処理制御部６３ａの内部メモリに保持できる。また、粒子検出装置２００は、第２の粒子カウント部７５が用いる情報を記憶する記憶部としてのメモリ７３を有してもよい。
第１の粒子カウント部７１に適用される閾値電圧Ｖｔｈ１は、実施の形態１における閾値電圧Ｖｔｈと同様である。第２の粒子カウント部７５で適用される閾値電圧Ｖｔｈ２は、検出位置を通過する複数の粒子の各々で発生する散乱光の光量（すなわち、光パワー）に対応して第２の受光素子４２から出力される第２の検出信号Ｄ２であるパルス状又はスパイク状の電気出力波形（例えば、電圧波形）について、粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ２を設定し、閾値電圧Ｖｔｈ２を越えた波形の個数をカウントし、カウント値を検出された粒子の個数に対応させることができる。
また、閾値電圧Ｖｔｈ２としては、複数の異なる閾値電圧Ｖｔｈ２＿１，Ｖｔｈ２＿２，…，Ｖｔｈ２＿ｋを設定することができる。電気出力波形を、複数の異なる閾値電圧Ｖｔｈ２＿１，Ｖｔｈ２＿２，…，Ｖｔｈ２＿ｋと比較することによって、粒子の大きさを概ね区別することができる。つまり、電気出力波形に基づいて、粒子の大きさを判定することができる。
粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ２としては、メモリ７３に予め保持されている値を読み出して用いることができる。
ステップＳ１０ｂで行なわれる第１の汚れレベル値Ｙ１に対応する粒子カウント数Ｎ１の補正処理は、例えば、第１の汚れレベル値をＹ１で表すとき、式（５）又は式（６）を用いて行うことができる。
Ｎｃ１＝（Ｙ１／Ｙ０１）×Ｎ１
＝（（Ｙ０１＋ΔＹ１）／Ｙ０１）×Ｎ１ （５）
Ｎｃ１＝（Ｙ０１／（Ｙ０１−ΔＹ１））×Ｎ１ （６）
ここで、Ｎｃ１は補正された粒子カウント数、Ｎ１は補正前の粒子カウント数、ΔＹ１は初期汚れレベル値Ｙ０１からの増加分である。
また、ステップＳ１０ｂで行なわれる第２の汚れレベル値Ｙ２に対応する粒子カウント数Ｎ２の補正処理は、例えば、第２の汚れレベル値をＹ２で表すとき、式（７）又は式（８）を用いて行うことができる。
Ｎｃ２＝（Ｙ２／Ｙ０２）×Ｎ２
＝（（Ｙ０２＋ΔＹ２）／Ｙ０２）×Ｎ２ （７）
Ｎｃ２＝（Ｙ０２／（Ｙ０２−ΔＹ２））×Ｎ２ （８）
ここで、Ｎｃ２は補正された粒子カウント数、Ｎ２は補正前の粒子カウント数、ΔＹ２は初期汚れレベル値Ｙ０２からの増加分である。
ステップＳ１０ｂにおいては、上記とは別の粒子カウント数の補正方法として、第１の汚れレベル値Ｙ１に応じて第１の粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ１を補正する方法、及び第２の汚れレベル値Ｙ２に応じて第２の粒子カウント部７５の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ２を補正する方法を用いることができる。これに対応する図は、図１２である。
図１１のステップＳ１０ｂは、便宜上、「粒子カウント数を補正」と記載されているが、この場合は「閾値電圧を補正」となる。
すなわち、第１の汚れレベル値Ｙ１に応じて第１の粒子カウント部７１の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ１の調整は、例えば、式（９）又は式（１０）を用いて行うことができる。
Ｖｔｈ１ｃ＝（Ｙ０１／Ｙ１）×Ｖｔｈ１
＝（Ｙ０１／（Ｙ０１＋ΔＹ１））×Ｖｔｈ１ （９）
Ｖｔｈ１ｃ＝（（Ｙ０１−ΔＹ１）／Ｙ０１）×Ｖｔｈ１ （１０）
ここで、Ｖｔｈ１ｃは、補正された粒子カウント用の閾値電圧である。
また、すなわち、第２の汚れレベル値Ｙ２に応じて第２の粒子カウント部７５の粒子カウント用の閾値電圧Ｖｔｈ２の調整は、例えば、式（１１）又は式（１２）を用いて行うことができる。
Ｖｔｈ２ｃ＝（Ｙ０２／Ｙ２）×Ｖｔｈ２
＝（Ｙ０２／（Ｙ０２＋ΔＹ２））×Ｖｔｈ２ （１１）
Ｖｔｈ２ｃ＝（（Ｙ０２−ΔＹ２）／Ｙ０２）×Ｖｔｈ２ （１２）
ここで、Ｖｔｈ２ｃは、補正された粒子カウント用の閾値電圧である。
以上の補正及び調整は、第１の集光ミラー８１又は第２の集光ミラー３２に汚れが生じたことで、第１の受光素子４１の受光面へ入射する散乱光の光量が低下したとき、又は、レンズ４３が汚れたとき若しくはレンズ４３の光透過率の変化が生じたときに用いることができる。閾値電圧Ｖｔｈ１ｃ，Ｖｔｈ２ｃを粒子の個数濃度又は重量濃度が正しくなるように適切な電圧値に下げることで、散乱光の光量が小さいことによる粒子カウント値の減少を抑制することができ、粒子の個数濃度又は重量濃度をより正確に算出することができる。
《２−５》効果
以上に説明したように、実施の形態２に係る粒子検出装置２００及び２０１は、浮遊する粒子の数、重量、種類を判定することができる。また、粒子検出装置２００及び２０１は、浮遊する粒子の粒子濃度又は重量濃度を算出することもできる。
また、粒子検出装置２００及び２０１は、粒子で発生した散乱光を第１の受光素子４１の受光面に導く光学系５０の汚れ度合い及び第２の受光素子４２の受光面に導く光学系であるレンズの汚れ度合いを検出することができる。さらに、粒子検出装置２００及び２０１は、汚れレベル値に応じて、第１及び第２の粒子カウント値を補正又は閾値電圧を調整することができる。
《３》実施の形態３
図１３は、本発明の実施の形態３に係る粒子検出装置３００の光学系５２の構成と制御系の構成とを概略的に示す図である。図１３は、光学系５２をｙｚ平面に平行な面で切る断面の構造を示している。また、図１３は、制御系の構成要素を、機能ブロックで示している。図１３において、図８又は図１２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８又は図１２に示される符号と同じ符号が付される。また、粒子検出装置３００の光学系５２及び空気の流路をｚｘ平面に平行な面で切る断面の構造は、図２のものと同様である。
図１３に示されるように、実施の形態３に係る粒子検出装置３００は、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２を検出する第３の受光素子４４を有し、第３の受光素子４４から出力される第３の検出信号Ｄ３が第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７の両方に提供される点において、図１２に示される粒子検出装置２０１と相違する。
第３の受光素子４４は、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２の光量の変化をモニタするための光量モニタ用の光検出器である。例えば、図１３に示されるように、第３の受光素子４４は、ビームスプリッタ２２を透過した第２の照射光Ｌ２の一部を検出する。
第３の受光素子４４で検出された第２の照射光Ｌ２の光量に対応するモニタ値Ｖｍを示す第３の検出信号Ｄ３は、第１の汚れレベル判定部７３及び第２の汚れレベル判定部７７の両方に提供される。モニタ値Ｖｍは、例えば、電流値又は電圧値である。
モニタ値Ｖｍは、第２の光源２１からの第２の照射光Ｌ２の光量変化によって生じる第１の汚れレベル判定部７３で取得される第１の汚れレベル値Ｙ１の変動誤差及び第２の汚れレベル判定部７７で取得される第２の汚れレベル値Ｙ２の変動誤差を補正するために用いることができる。すなわち、第１の集光ミラー８１又は第２の集光ミラー３２によって反射された第２の照射光Ｌ２を第１の受光素子４１の受光面で受光して得られた第１の検出信号Ｄ１の信号レベルを、モニタ値Ｖｍで正規化した値を用いることができる。これにより、第２の光源２１からの第２の照射光Ｌ２の光量変化によって生じる第１の汚れレベル値Ｙ１及び第２の汚れレベル値Ｙ２の変動誤差が補正され、より正確な汚れレベル値を取得することができる。
以上に説明したように、実施の形態３に係る粒子検出装置３００は、第２の光源２１から出射される第２の照射光Ｌ２の光量の変化によって生じる第１の汚れレベル値Ｙ１及び第２の汚れレベル値Ｙ２の変動誤差を補正し、より正確な汚れレベル値を取得することができる。
第２の照射光Ｌ２の光量モニタ用の第３の受光素子４４は、ビームスプリッタ２２を透過した光を受光して、間接的に第２の照射光Ｌ２の光量をモニタするように配置されている。しかし、他の集光部材又は分光素子などを含む光経路変更部材を用いて、第２の照射光Ｌ２の一部を第３の受光素子４４に導くように構成してもよい。
上記以外の点について、実施の形態３は、実施の形態２と同じである。
また、第３の受光素子４４を実施の形態１及び２に係る粒子検出装置に適用することができる。
また、ビームスプリッタ２２の代わりに、光を異なる角度の伝播方向に分光する回折素子を用いてもよい。回折素子のある回折次数の光を第３の受光素子４４で受光し、少なくともその他の回折次数のいずれかの回折光を第１の集光ミラー８１及び第２の集光ミラー３２の汚れ検出に用いる構成とすることもできる。
《４》変形例
図１４は、実施の形態１から３の変形例に係る粒子検出装置の構成を概略的に示すハードウェア構成図である。図１、図３、図８、図１２、及び図１３に示される粒子検出装置１００、１０１、２００、２０１、及び３００の制御系は、集積回路で構成可能であるが、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ９１と、メモリ９１に格納されたプログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ９２とを用いて（例えば、コンピュータにより）実現してもよい。また、粒子検出装置１００、１０１、２００、２０１、及び３００の制御系の一部を、図１４に示されるメモリ９１とプログラムを実行するプロセッサ９２とによって実現してもよい。
本出願において、「平行」、「垂直」、又は「中心」などのような構成要素の位置、部品の位置関係、又は構成要素の形状を示す用語が示す範囲は、製造上の公差及び組立て上のばらつきなどを考慮に入れた範囲である。このため、本出願においては、たとえ「略」を記載せずに「平行」、「垂直」、又は「中心」などの用語を用いた場合であっても、これらの用語が示す範囲は、製造上の公差及び組立て上のばらつきなどを考慮に入れた範囲を意味する。
また、上記実施の形態に係る粒子検出装置の構成要素は、互いに適宜組み合わせることができる。
１１ 第１の光源、 １２ レンズ、 ２０，２０ａ 汚れ検出光学系、 ２１ 第２の光源、 ２２ ビームスプリッタ（光経路変更部材）、 ２２ａ ビームスプリッタの反射面、 ３０ 対象空間、 ３１ 第１の集光ミラー（第１の集光部材）、 ３２ 第２の集光ミラー（第２の集光部材）、 ３２ａ 開口部（光通過領域）、３３ 検出位置、 ３４ 吸気口、 ３５ 排気口、 ３６ ビームトラップ、 ４１ 第１の受光素子、 ４２ 第２の受光素子、 ４３ レンズ、 ４４ 第３の受光素子、 ５０，５１，５２ 光学系、 ６１ 第１の光源駆動部、 ６２ 第２の光源駆動部、 ６３，６３ａ 中央処理制御部、 ６４ 結果出力部、 ６５ 空気流れ発生部、 ７１ 粒子カウント部（第１の粒子カウント部）、 ７２ メモリ、 ７３ 汚れレベル判定部（第１の汚れレベル判定部）、 ７４ メモリ、 ７５ 粒子カウント部（第２の粒子カウント部）、 ７６ メモリ、 ７７ 汚れレベル判定部（第２の汚れレベル判定部）、 ７８ メモリ、 ８１ 第１の集光ミラー（第１の集光部材）、 ８１ａ 開口部（光通過領域）、 １００，１０１，２００，２０１，３００ 粒子検出装置、 Ｌ１ 第１の照射光、 Ｌ２ 第２の照射光、 Ｌ１１〜Ｌ１６，Ｌ１１ａ〜Ｌ１６ａ 第１の受光素子に入射する光、 Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ２１ａ，Ｌ２２ａ 第１の受光素子に入射する第２の照射光、 Ｌ２５ 第１の受光素子に入射しない第２の照射光、 Ｌ２３ａ，Ｌ２４ａ 第２の受光素子に入射する第２の照射光。

Claims (15)

  1. 対象空間内に浮遊する粒子を検出する粒子検出装置であって、
    前記対象空間内を進む第１の照射光を出射する第１の光源と、
    凹状の第１の反射面を有する第１の集光部材と、
    前記対象空間を挟んで前記第１の反射面に対向する凹状の第２の反射面を有する第２の集光部材と、
    第２の照射光を出射する第２の光源と、
    第１の入射光の強度に応じた値を示す第１の検出信号を出力する第１の受光素子と、
    を有し、
    前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記対象空間内の予め決められた検出位置に存在する粒子に前記第１の照射光が照射されることで発生する散乱光を前記第１の入射光として検出し、
    前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記第２の照射光のうちの、前記第１の反射面で反射した光と前記第１の反射面及び前記第２の反射面の両方で反射した光とを前記第１の入射光として検出する
    ことを特徴とする粒子検出装置。
  2. 前記第１の集光部材の前記第１の反射面は、前記対象空間内に位置する第１焦点及び前記対象空間外に位置する第２焦点を有する楕円面状であることを特徴とする請求項１に記載の粒子検出装置。
  3. 前記第２の集光部材の前記第２の反射面は、前記第１焦点を中心点とする球面状であることを特徴とする請求項２に記載の粒子検出装置。
  4. 前記検出位置は、前記第１焦点の位置であることを特徴とする請求項２又は３に記載の粒子検出装置。
  5. 前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記散乱光のうちの、前記第１の反射面で反射して、前記第１の受光素子に入射する第１の経路を進む光と、前記第２の反射面で反射し、前記第１の反射面で反射して、前記第１の受光素子に入射する第２の経路を進む光と、直接、前記第１の受光素子に入射する第３の経路を進む光とを、前記第１の入射光として検出し、
    前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときには、前記第１の受光素子は、前記第２の照射光のうちの、前記第１の反射面で反射した第４の経路を進む光と、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の両方で反射した第５の経路を進む光とを、前記第１の入射光として検出する
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  6. 光経路変更部材をさらに有し、
    前記第２の光源から出射された前記第２の照射光の一部は、前記光経路変更部材を介して前記第１の反射面に向かって進み、
    前記対象空間から前記光経路変更部材に向かう光の一部は、前記光経路変更部材を介して前記第１の受光素子に向かって進む
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  7. 前記第１の受光素子と前記第２の光源とは、互いに光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  8. 前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときに、前記第１の受光素子から出力される前記第１の検出信号に基づいて、前記粒子の濃度を判定する制御部をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  9. 前記制御部は、前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときに、前記第１の受光素子から出力される前記第１の検出信号に基づいて、前記第１の光源から出射される前記第１の照射光の強度を変更することを特徴とする請求項８に記載の粒子検出装置。
  10. 第２の入射光の強度に応じた値を示す第２の検出信号を出力する第２の受光素子をさらに有し、
    前記第１の集光部材は、前記対象空間から前記第２の受光素子に進む前記第２の入射光を通過させる光通過領域を有する
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  11. 前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときには、前記第２の受光素子は、前記検出位置に存在する粒子に前記第１の照射光が照射されることで発生する散乱光のうちの、前記光通過領域を通過した光を、前記第２の入射光として検出することを特徴とする請求項１０に記載の粒子検出装置。
  12. 前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときには、前記第２の受光素子は、前記第２の照射光のうちの、前記光通過領域を通過した光を、前記第２の入射光として検出することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の粒子検出装置。
  13. 前記第１の光源が前記第１の照射光を出射するときに、前記第１の受光素子から出力される前記第１の検出信号と前記第２の受光素子から出力される前記第２の検出信号とに基づいて、前記粒子の個数、重量、種類、及び濃度のいずれか１つ以上を判定する制御部をさらに有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
  14. 前記制御部は、前記第２の光源が前記第２の照射光を出射するときに、前記第１の受光素子から出力される前記第１の検出信号と前記第２の受光素子から出力される前記第２の検出信号とに基づいて、前記第１の光源から出射される前記第１の照射光の強度を変更することを特徴とする請求項１３に記載の粒子検出装置。
  15. 前記第２の光源から出射される前記第２の照射光の一部が第３の入射光として入射し、前記第３の入射光の強度に応じた値を示す第３の検出信号を出力する第３の受光素子をさらに有し、
    前記制御部は、前記第３の検出信号を用いて、前記粒子の個数、重量、種類、及び濃度のいずれか１つ以上を補正する
    ことを特徴とする請求項８，９，１３及び１４のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
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