WO2020175070A1 - 散乱体測定方法及び散乱体測定装置 - Google Patents

散乱体測定方法及び散乱体測定装置 Download PDF

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WO2020175070A1
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light
scatterer
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scattered light
scattered
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宮下　万里子
大山　達史
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a scatterer measurement method and a scatterer measurement device.
  • Droplet infection and contact infection are the main routes of infectious diseases such as influenza.
  • Droplet infection is the inhalation of the virus contained in the droplets called by the cough or combing of the infected person directly into the body by another person by inhaling through the mouth or nose.
  • Contact infection is the uptake of the virus into the body when another person touches a place such as a desk or floor where the droplets are attached. In order to prevent such infections originating from splashes, it is expected that the presence of droplets in the room will be properly detected and purified.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique of detecting a coughing motion of a person, which is a source of droplets, by detecting a coughing motion with a sound sensor such as an acceleration sensor or a microphone. Has been done.
  • Patent Document 1 JP 201 7 _ 1 1 74 1 6
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2015 _ 1 43592
  • Patent Document 3 JP 201 4 _ 20629 1
  • Patent Document 4 International Publication No. 201 6/1 81 854
  • Non-Patent Document 1 A. Kobayashi, et a 1. ,”Consideration of Depolarization Ratio Measurements by Lidar", Journal of the Meteoro Log i ca L Society of Japan, 1987, Vo L 65, No.2, p. .303-307
  • Non-Patent Document 2 T. Murayama, et al., “App U cat i on of Lidar depo Lar i zat i on measurement in the atmospheric boundary Layer: Effects of dust and sea-salt particles”, Journal of Geophysical Research, 1999, Vo 1.104 ,No. D24, p. 31781-31792
  • Non-Patent Document 3 Satoshi Sakai, 2 others, “Measurement of Depolarization Degree of Aerosol by Laboratory Experiment”, Proceedings of 27th Laser Sensing Symposium, 2009, p. 94-95
  • Non-Patent Document 4 Shinsuke Kato, “ Examination of Indoor Transportation Properties of Cough Drops", Nagare 26, 20 07, p. 331-339
  • the present disclosure provides a scatterer measuring method and a scatterer measuring apparatus capable of accurately detecting the position of a scatterer and supporting the discrimination of the type of the scatterer.
  • a scatterer measurement method includes irradiating a first irradiation light that passes through a first space where a scatterer exists, and the first irradiation light is scattered by the scatterer. Receiving the first scattered light generated by the scattering, and the scatterer passing through the second space after moving from the first space to a second space that is at least partially different from the first space. Irradiating the second scattered light, receiving the second scattered light generated by the scattering of the second irradiated light by the scatterer, and the first time and the first time when the first scattered light is received. Calculating the velocity of the scatterer based on the difference from the second time when the second scattered light is received, and the distance traveled by the scatterer from the first time to the second time. Including.
  • a scatterer measurement device includes a light source that irradiates a first irradiation light passing through a first space in which a scatterer exists, and the first irradiation light is the scatterer.
  • a light receiving element for receiving the first scattered light generated by scattering, and a signal processing circuit wherein the light source further includes: the scatterer from the first space; and at least one of the first space. After the part moves to a different second space, the second irradiation light passing through the second space is irradiated, and the light receiving element is further generated by the second irradiation light being scattered by the scatterer.
  • the signal processing circuit Receiving the second scattered light, the signal processing circuit, the difference between the first time when the first scattered light is received and the second time when the second scattered light is received, and from the first time to the The velocity of the scatterer is calculated based on the distance traveled by the scatterer up to the second time.
  • one aspect of the present disclosure can be realized as a program that causes a computer to execute the above-described scatterer measurement method.
  • the program can be realized as a computer-readable non-transitory recording medium that stores the program.
  • Fig. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a scatterer measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing how aerosol particles are detected by the scatterer measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 38 shows an example of the target space.
  • FIG. 3 shows an example of a unit space obtained by virtually dividing the target space.
  • FIG. 48 is a diagram for explaining a method of calculating the velocity of aerosol particles by the scatterer measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method for calculating the velocity of aerosol particles by the scatterer measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the scatterer measurement device according to the first embodiment. 20/175070 4 ⁇ (: 171? 2020 /004401
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a scatterer measurement device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing how aerosol particles are detected by the scatterer measurement device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a flow chart showing an example of the operation of the scatterer measurement apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing how aerosol particles are detected by the scatterer measurement device according to the third embodiment.
  • Figure 1 0 is a full port _ Chiya _ Bok showing an example of the operation of the scatterer measuring apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a scatterer measurement device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a scatterer measurement device according to a fifth embodiment.
  • Fig. 138 is a diagram showing aerosol particles at the time of irradiation with the first irradiation light by the scatterer measurement device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing aerosol particles at the time of irradiation with the second irradiation light by the scatterer measurement device according to the fifth embodiment.
  • Fig. 14 is a graph showing the relationship between the particle size of aerosol particles and the falling velocity.
  • FIG. 15 is a flow chart showing the operation of the scatterer measuring apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a scatterer measurement device according to a sixth embodiment.
  • Fig. 17 is an example of a three-dimensional fluorescence spectrum of saliva.
  • Fig. 18 is an example of a three-dimensional fluorescent spectrum of cedar pollen.
  • FIG. 19 is a flow chart showing the operation of the scatterer measurement apparatus according to the sixth embodiment. ⁇ 0 2020/175 070 5 ⁇ (: 17 2020 /004401
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a scatterer measurement device according to the seventh embodiment.
  • a scatterer measurement method by irradiating a first irradiation light that passes through a first space in which a scatterer exists, and by scattering the first irradiation light by the scatterer Receiving the generated first scattered light, and moving the scatterer from the first space to a second space that is at least partially different from the first space, and then passes through the second space.
  • Irradiating irradiation light receiving the second scattered light generated by the second irradiation light being scattered by the scatterer, and the first time and the second scattering when the first scattered light is received. Calculating the velocity of the scatterer based on the difference from the second time when the light is received and the distance traveled by the scatterer from the first time to the second time.
  • the position and speed of the scatterer can be accurately calculated based on the direction in which the irradiation light is irradiated and the time until the scattered light returns.
  • the calculated velocity can be used to determine the type of scatterer or estimate the diffusion range of the scatterer. In this way, the position of the scatterer can be detected with high accuracy, and the type of scatterer can be determined.
  • the first space and the second space are each a target space to be measured by the scatterer measurement method, and the target space is virtually divided.
  • Each of them may be one of a plurality of unit spaces having a predetermined shape.
  • the second space may be a unit space adjacent to the first space among the plurality of unit spaces.
  • the first space is closest to a space in which at least a part of a human head exists or at least a part of a human head. It may be space.
  • the droplet immediately after being called from the human mouth can be detected, and thus the calculated speed becomes equal to the speed of the droplet. Therefore, it is possible to improve the accuracy of droplet determination by comparing the velocity with the threshold value.
  • a scatterer measuring method further includes:
  • the space in which at least a part of the head exists or the space closest to at least a part of the head may be specified as the first space.
  • the position of the head of the person can be specified before the first irradiation light is emitted, so that the droplets exhaled from the mouth of the person can be promptly detected.
  • a scatterer measuring method further compares the speed with a threshold value, and when the speed is equal to or higher than the threshold value, the scatterer has a human mouth. May be determined to be a droplet called from the.
  • the threshold value is
  • the initial velocity of the droplets called from the human mouth is about 80!/3 or more.
  • aerosol particles other than droplets usually float in the air at a speed sufficiently lower than that of droplets. Therefore, if the threshold is 501/3, whether the scatterer is a droplet or not ⁇ 2020/175 070 7 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the first irradiation light and the second irradiation light are lights having equal frequency intervals, and receive the first scattered light. That is, by receiving the first scattered light after passing through the interference part whose optical path difference can be changed, and by receiving the second scattered light, the second scattered light after passing through the interference part is received.
  • the signal component corresponding to the first interference fringe of each of the first scattered light and the second scattered light obtained by sweeping the optical path difference is extracted, and the signal component The speed may be calculated based on
  • the scattered light includes not only Mie scattered light from the aerosol particles but also Rayleigh scattered light from molecules that make up the air as noise components.
  • Rayleigh scattered light can be removed by signal processing, detection accuracy of aerosol particles can be improved.
  • the optical path difference swept by the interference unit is equal to 1 of a center wavelength of each of the first irradiation light and the second irradiation light. It may be longer than /4 and shorter than 1/2 of the interval between the interference fringes of the first scattered light and the second scattered light.
  • the Rayleigh scattered light can be accurately removed by the signal processing, so that the detection accuracy of the aerosol particles can be further improved.
  • At least one selected from the group consisting of the first irradiation light and the second irradiation light is polarized light
  • the velocity is a falling velocity of the scatterer, and is at least a direction selected from the group consisting of the first scattered light and the second scattered light, and the scattering corresponding to the polarized light. It may include measuring the degree of depolarization of light.
  • a scatterer measuring method further includes: ⁇ 2020/175 070 8 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the scatterer in the first determination, when the depolarization degree is 10% or more, the scatterer is a non-spherical particle. And the degree of depolarization is less than 10%, it may be determined that the scatterer is not a non-spherical particle.
  • the falling velocity is ⁇ ⁇ ⁇
  • the number is less than 3, it may be determined that the scatterer is 1 ⁇ /12.5.
  • the first irradiation light and the second irradiation light are lights that do not include a fluorescence wavelength component of droplets, respectively.
  • the falling speed is 0. And above, and at least 4 0 0 1 ⁇ 01 included in the scattered light 1 0 0 0 0
  • the received light intensity of the following wavelength components is higher than the threshold value, it is determined that the scatterer is pollen, and the (fall) the falling speed is ⁇ .
  • and included in the scattered light is at least 400 1 0 1 0 0 0 0
  • the received light intensity of the following wavelength components is below the threshold value, it may be determined that the scatterer is a droplet.
  • the scatterer in the second determination, is a droplet when the falling velocity is 0.13 or more. You may judge.
  • the falling velocity is ⁇ 0.001 111/3 or more and less than 0.101/3. In some cases, it may be determined that the scatterer is pollen.
  • the second space may be positioned vertically below the first space.
  • a program according to one aspect of the present disclosure is a program that causes a computer to execute the above-described scatterer measurement method.
  • the position of the scatterer can be detected with high accuracy, and the determination of the type of the scatterer can be supported.
  • a computer-readable recording medium is a computer-readable recording medium that stores a program for measuring a scatterer, and the program is executed by the computer. And irradiating the first irradiation light that passes through the first space in which the scatterer is present, and receiving the first scattered light generated by scattering the first irradiation light by the scatterer. And irradiating the second irradiation light passing through the second space after the scatterer has moved from the first space to a second space that is at least partially different from the first space. Receiving the second scattered light caused by the second irradiation light being scattered by the scatterer, and receiving the first scattered light and the first time when the first scattered light is received. Based on the difference from the second time, and the distance traveled by the scatterer from the first time to the second time described above, the speed of the scatterer ⁇ 2020/175070 10 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the scatterer measurement device includes a light source that irradiates a first irradiation light passing through a first space where a scatterer exists, and the first irradiation light is the scatterer.
  • the signal processing circuit Receiving the second scattered light, the signal processing circuit, the difference between the first time when the first scattered light is received and the second time when the second scattered light is received, and from the first time to the The velocity of the scatterer is calculated based on the distance traveled by the scatterer up to the second time.
  • the position of the scatterer can be detected with high accuracy, and the determination of the type of the scatterer can be supported.
  • At least one of polarized light selected from the group consisting of the first irradiation light and the second irradiation light emitted from the light source is polarized.
  • a first light receiving element that receives the third scattered light afterwards, and a second light receiving element that receives the fourth scattered light after passing through the third polarization filter, and the speed is the scatterer.
  • the signal processing circuit is further configured to depolarize based on the received light intensity of the third scattered light by the first light receiving element and the received light intensity of the fourth scattered light by the second light receiving element. And determine whether the scatterer is a non-spherical particle based on the depolarization degree. If it is determined that the scatterer is not a non-spherical particle, it may be determined whether the scatterer is PM 2.5 or not based on the falling velocity.
  • the depolarization degree can be easily calculated by using the two polarization filters and the two light receiving elements. Further, by using the depolarization degree and the falling speed, it is possible to determine the type of the detected scatterer.
  • an aerosol analyzer which is an example of a scatterer measuring device according to an aspect of the present disclosure, includes a light source that emits irradiation light toward aerosol particles, and the aerosol particles emit the irradiation light.
  • the light receiving unit that receives scattered light generated by scattering and outputs a signal according to the received light intensity, and a signal processing circuit that processes the signal output from the light receiving unit, the signal processing circuit, The velocity of the aerosol particles is calculated based on the signal.
  • the irradiation light is irradiated onto the aerosol particles, and the scattered light due to the aerosol particles is received. Therefore, the TOF (Time Of Time) based on the irradiation direction of the irradiation light and the time until the scattered light is received is received.
  • the position of aerosol particles can be detected accurately by the F li ght) method. Further, since the velocity of the aerosol particles is calculated, the type of the aerosol particles can be determined or the diffusion range can be estimated using the calculated velocity. As described above, according to the aerosol analyzer of the present aspect, the position of the aerosol particles can be detected with high accuracy, and the type of the aerosol particles can be determined.
  • the light receiving unit may generate a first space that is generated when the irradiation light is irradiated to a first space that is one of the plurality of unit spaces.
  • One light and one of the plurality of unit spaces receiving the second light that is the scattered light generated when the irradiation light is irradiated to a second space different from the first space, Outputs a first signal according to the received light intensity of the first light and a second signal according to the received light intensity of the second light, the signal processing circuit, based on the first signal and the second signal.
  • a difference in light reception time between the first light and the second light, and a distance between the first space and the second space, and the speed is determined based on the determined difference in light reception time and distance. It may be calculated. ⁇ 2020/175 070 12
  • the speed of the aerosol particles can be rapidly calculated by irradiating the irradiation light at least twice.
  • the control unit determines whether or not a person exists in the target space, and if it is determined that a person exists, the control unit determines whether or not the person exists.
  • a unit space including a part of a human head, or a unit space closest to a part of a human head and one or more unit spaces adjacent to the unit space are irradiated with the irradiation light. Good.
  • the droplet immediately after being called from the human mouth can be detected, and thus the calculated velocity becomes equal to the initial velocity of the droplet. Therefore, it is possible to improve the accuracy of droplet determination by comparing the velocity with the threshold value.
  • the aerosol analysis method which is an example of the scatterer measurement method according to one aspect of the present disclosure, is generated by irradiating aerosol particles with irradiation light, and the aerosol particles scattering the irradiation light described above.
  • the scattered light is received, and the velocity of the aerosol particles is calculated based on the signal corresponding to the received light intensity.
  • the position of the aerosol particles can be detected with high accuracy, and the type of the aerosol particles can be determined.
  • aerosols that may affect human health are present indoors.
  • aerosols include droplets containing viruses or bacteria, house dust, pollen, 1 ⁇ /12.5, etc. If aerosol is taken into the human body by contact or breathing, there is a risk of developing infection, allergic rhinitis or bronchial asthma.
  • an air purifier having a pollen sensor or a 1 ⁇ /12.5 sensor built therein is known.
  • the air purifier has a function to display an alert when pollen or IV!2.5 is detected in the sucked air, or a function to change the operation mode.
  • Patent Documents 3 and 4 have a problem that the position and type of aerosol particles cannot be accurately determined.
  • the aerosol analysis method which is an example of the scatterer measuring method according to one aspect of the present disclosure
  • polarized irradiation light is irradiated to the aerosol particles, and the aerosol particles emit the irradiation light.
  • the scattered light generated by scattering is received, and based on the depolarization degree of the received scattered light, a first judgment is made as to whether or not the aerosol particle is a non-spherical particle.
  • a second determination is made as to whether or not the aerosol particles are IV!2.5 based on the falling velocity of the aerosol particles.
  • the irradiation light is applied to the aerosol particles, and the scattered light due to the aerosol particles is received.
  • the position of particles can be calculated.
  • the depolarization degree and the falling velocity it is possible to determine whether the detected aerosol particles are non-spherical particles such as house dust or IV! 2.5.
  • the position and type of aerosol particles can be accurately determined.
  • the irradiation light in the irradiation, the irradiation light is irradiated to the aerosol particles twice, and in the light reception, the scattered light is received twice, and In the second determination, the first position of the aerosol particle at the time of scattering the irradiation light for the first time and the second position of the aerosol particle at the time of scattering the irradiation light for the second time.
  • the fall velocity may be calculated based on the distance in the vertical direction of, and the time interval between two receptions of the scattered light.
  • the irradiation After irradiating the irradiation light for the first time toward the first space, when the scattered light based on the irradiation light is received, the irradiation is performed in the second space located vertically below the first space.
  • the irradiation light may be irradiated for the second time.
  • an aerosol analyzer includes a light source that irradiates aerosol particles with irradiation light, a first polarizing filter that polarizes the irradiation light emitted from the light source, and the first polarizing filter.
  • a beam splitter that splits the scattered light generated by scattering the irradiation light that has passed through the aerosol particles into a first scattered light and a second scattered light, and is arranged on the optical path of the first scattered light,
  • a second polarization filter that transmits a polarization component parallel to the polarization plane of the irradiation light, a first light receiving element that receives the first scattered light after passing through the second polarization filter, and a second light scattering element of the second scattered light.
  • a third polarization filter arranged on the optical path and transmitting a polarization component perpendicular to the polarization plane of the irradiation light, and a second light receiving element for receiving the second scattered light after passing through the third polarization filter.
  • a signal processing circuit that obtains a depolarization degree based on the received light intensity of the first light receiving element and the received light intensity of the second light receiving element, the signal processing circuit further comprising: Based on the above, it is determined whether or not the aerosol particles are non-spherical particles, and when it is determined that the aerosol particles are not non-spherical particles, based on the falling speed of the aerosol particles, the aerosol particles Is IV! 2.5.
  • the position of the aerosol particles can be calculated by a precise method based on the irradiation direction of the irradiation light and the time until the scattered light is received.
  • the depolarization degree can be easily calculated by using two polarization filters and two light receiving elements that transmit polarization components orthogonal to each other. Wear.
  • the aerosol analyzer according to this aspect can accurately determine the position and type of aerosol particles.
  • all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram is a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (1 C), or It may be implemented by one or more electronic circuits including LSI (large scale integration).
  • the LSI or IC may be integrated on one chip or may be configured by combining a plurality of chips.
  • the functional blocks other than the memory element may be integrated in one chip.
  • LS ⁇ or ⁇ C but the name changes depending on the degree of integration, and it is called system LS I, VLS I (very I argescale integration), or U LS I (u I tralargescale integration). May be.
  • F PGA Field Programmable Gate Array
  • reconfigurable logic device that can reconfigure the bonding relation inside the LSI or set up the circuit section inside the LSI.
  • all or a part of the functions or operations of the circuit, unit, device, member or part can be executed by software processing.
  • the software is recorded on a non-transitory recording medium such as one or more ROMs, optical discs, hard disk drives, etc., and when the software is executed by the processing unit (pr cess cess r), the software is recorded.
  • the functions specified in are performed by the processor and peripherals.
  • the system or apparatus may include one or more non-transitory recording media on which the software is recorded, a processing unit (P r o c es s s o r), and the required hardware devices, such as interfaces.
  • each drawing is a schematic view, and is not necessarily strictly illustrated.
  • a term indicating a relationship between elements such as parallel or vertical, a term indicating a shape of an element such as a cube, and a numerical range are expressed only in a strict sense. However, it is meant to include a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the scatterer measurement device according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement device 1 irradiates the irradiation light !_ 1 and the scattered light !_ 1 generated by the aerosol particles 90 existing in the space scatters the irradiation light !_ 1! _ 2 is acquired and the acquired scattered light !_ 2 is processed to determine the presence/absence, position, type and concentration of aerosol particles 90.
  • the aerosol particles 90 are an example of a scatterer that scatters the irradiation light 1-1.
  • the space where the aerosol particles 90 exist is the irradiation space where the irradiation light !_ 1 is irradiated, and is a part of the target space to be measured by the scatterer measurement device 1.
  • the scatterer measurement device 1 irradiates the first space in which the aerosol particles 90 are present with the irradiation light !- 1 as the first irradiation light, and after a predetermined period of time, the aerosol particles 90 Irradiation light !_ 1 is radiated as the second irradiation light to the second space in which is present.
  • First 1 The difference between the first time when the scattered light L 2 corresponding to the irradiation light is received as the first scattered light and the second time when the scattered light L 2 corresponding to the second irradiation light is received as the second scattered light, and , Calculate the moving speed of the aerosol particles 90 based on the distance traveled by the aerosol particles 90 from the first time to the second time.
  • the scatterer measurement device 1 determines whether or not the aerosol particles 90 are droplets, for example, based on the calculated moving speed.
  • the scatterer measurement device 1 includes a light source 10, a mirror 20, a light receiving unit 30, a signal processing circuit 40, and a control unit 50.
  • the light source 10 irradiates the irradiation light L 1 that passes through the space where the aerosol particles 90 exist.
  • the irradiation light L 1 is, for example, pulsed light, but may be continuous light.
  • the irradiation light L 1 may be monochromatic light having a peak in a specific wavelength band, or may be light including a broad wavelength band.
  • the irradiation light L 1 is, for example, ultraviolet light, blue light, white light or infrared light.
  • the light source 10 is, for example, a semiconductor laser device that emits laser light as irradiation light L 1.
  • the light source 10 may be an LED (Light Emitting Diode) or a discharge lamp such as a halogen lamp.
  • the irradiation light L 1 is scattered by the aerosol particles 90, and the scattered light L 2 which is a part thereof returns to the scatterer measurement device 1.
  • the scattered light L 2 is backscattered light generated by the aerosol particles 90 scattering the irradiation light L 1.
  • the scattered light L 2 is light based on Mie scattering by the aerosol particles 90.
  • the mirror 20 reflects the scattered light L2.
  • the path of the scattered light L 2 can be bent in a desired direction.
  • the light receiving unit 30 receives the scattered light L 2 and outputs a signal according to the received light intensity.
  • the received light intensity is the intensity of the scattered light L 2, and is represented by, for example, the signal level of the signal output by the light receiving unit 30.
  • the light receiving unit 30 is an element that performs photoelectric conversion, and is, for example, a PMT (Photomult iplier Tube). Alternatively, the light receiving unit 30 may include a PMT and a photon counter. ⁇ 2020/175 070 18 ⁇ (: 171-1? 2020/004401
  • the light receiving section 30 may be an avalanche photodiode (8).
  • the signal processing circuit 40 calculates the velocity of the aerosol particles 90 based on the signal output from the light receiving unit 30. In the present embodiment, the signal processing circuit 40 further compares the calculated speed with the threshold value. The signal processing circuit 40 determines that the aerosol particles 90 are particles that are called from the human mouth when the calculated speed is equal to or higher than the threshold value. The signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is not a droplet when the calculated velocity is less than the threshold value. For example, the signal processing circuit 40 may determine that the aerosol particle 90 is pollen or IV!2.5 when the calculated velocity is less than the threshold value.
  • a droplet is a type of aerosol particles. Splashes are called by the mouth of a person.
  • Droplets are microdroplets that are dynamically generated by a person's cough, sneezing or speech.
  • the droplets may contain viruses or bacteria.
  • the droplets have a large initial velocity when they are generated because they are generated by human motion.
  • aerosol particles include not only splashes but also house dust such as dust, yellow sand, air pollution aerosols, suspended particulate matter such as 1 ⁇ /!2.5, and biological particles such as pollen. Etc. are included. Aerosol particles other than droplets are usually suspended in the air at a speed sufficiently lower than that of droplets.
  • the threshold value used for the determination of the droplets is a value lower than the initial velocity of the droplets called from the human mouth when the person sneezes or coughs.
  • the typical initial velocity of a person's sneezing or coughing splash is approximately 801/3 horizontally. The further it is from the mouth, the lower the horizontal velocity of the droplet.
  • the threshold value is, for example, 501/3.
  • the threshold is 5 May be smaller.
  • the threshold value is, for example, a value larger than the moving speed in the horizontal direction of aerosol particles other than droplets.
  • the threshold value is, for example, a value larger than the moving speed in the horizontal direction of aerosol particles other than droplets.
  • the threshold may be 201/3 or more.
  • the threshold value may be a value higher than the air flow velocity and lower than the initial velocity of the droplets. ..
  • the signal processing circuit 40 determines the distance to the aerosol particle 90 by the D method based on the time required from the irradiation of the irradiation light !_ 1 to the reception of the scattered light !_ 2. To calculate. Further, the signal processing circuit 40 specifies the position of the aerosol particle 90 based on the calculated distance and the direction in which the irradiation light !-1 is emitted. The signal processing circuit 40 creates a distribution of the aerosol particles 90 in the target space by repeatedly specifying the position of the aerosol particles 90 while changing the irradiation direction of the irradiation light 1-1.
  • the signal processing circuit 40 is composed of one or a plurality of electronic circuits including a plurality of circuit components. Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit. That is, the function executed by the signal processing circuit 40 is realized by hardware such as an electronic circuit. Alternatively, the signal processing circuit 40 is realized by a non-volatile memory that stores a program, a volatile memory that is a temporary storage area for executing a program, an input/output port, a processor that executes the program, and so on. Good. The function executed by the signal processing circuit 40 may be realized by software executed by the processor.
  • the control unit 50 controls the light source 10. Specifically, the control unit 50 controls the irradiation light.
  • the irradiation direction of irradiation light 1-1 is, for example, 1 ⁇ /1 and 1 ⁇ /1 3 It is changed by a mirror (not shown).
  • the target space in which the aerosol particles 90 are present is virtually divided into a plurality of unit spaces each having a predetermined shape.
  • the size of the predetermined shape of the unit space is the distance that the irradiation light !-1 travels in the unit time and the scanning distance of the light source 10 or the distance that the irradiation light !_ 1 travels in the unit time and the light receiving unit 30 can receive It can be specified by the range. Therefore, depending on the unit time, ⁇ 2020/175 070 20 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the control unit 50 controls the light source 10 to irradiate each of the plurality of unit spaces with the irradiation light !_ 1. The specific operation will be described later.
  • the control unit 50 is composed of one or a plurality of electronic circuits including a plurality of circuit components. Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit. That is, the function executed by the control unit 50 is realized by hardware such as an electronic circuit. Alternatively, the control unit 50 may be realized by a non-volatile memory that stores a program, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input/output port, a processor that executes the program, or the like. Good. The function executed by the control unit 50 may be realized by software executed by a processor. The control unit 50 and the signal processing circuit 40 may share hardware resources such as a memory.
  • Each constituent element of the scatterer measurement device 1 is housed inside a casing (not shown), for example.
  • the casing is an outer casing of the scatterer measurement device 1, and has a light shielding property.
  • the housing is provided with openings for passing the irradiation light !_ 1 and scattered light !_ 2.
  • One opening may be provided for each of the irradiation light !_ 1 and the scattered light !_ 2.
  • the scatterer measurement device 1 may include a light condensing unit that condenses the scattered light !_ 2.
  • a condenser lens which is an example of a condenser section, may be provided in the opening through which the scattered light !_ 2 passes.
  • the condenser lens may be provided inside the housing.
  • the condensing lens may be provided between the mirror 20 and the opening through which the scattered light !_ 2 passes, or may be provided between the mirror 20 and the light receiving unit 30.
  • a condenser mirror may be provided instead of the condenser lens.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing how aerosol particles 90 are detected by scatterer measuring device 1 according to the present embodiment. ⁇ 2020/175070 21 ⁇ (:171? 2020/004401
  • the scatterer measurement device 1 irradiates the irradiation light !_ 1 in a predetermined direction of the target space. Specifically, the scatterer measurement device 1 irradiates the irradiation light !_ 1 that passes through the first space, which is a part of the target space.
  • aerosol particles 90 exist in the direction in which irradiation light !_ 1 is irradiated, specifically, in the first space, aerosol particles 90 scatter irradiation light !_ 1 and scattered light !_ 2 Occurs.
  • the scatterer measurement device 1 acquires the scattered light !- 2 and identifies the position of the aerosol particle 90 based on the acquired scattered light !_ 2.
  • FIG. Figure 38 shows an example of the target space.
  • the target space 100 is the space to be measured by the scatterer measurement device 1. It should be noted that Fig. 38 shows the X axis, the S axis, and the axis that are orthogonal to each other.
  • the target space 100 is, for example, a room in a building such as a house, office, nursing facility, or hospital.
  • the target space 100 is, for example, a space partitioned by walls, windows, doors, floors and ceilings, and is a closed space, but is not limited to this.
  • the target space 100 may be an open space outdoors.
  • the target space 100 may be an internal space of a moving body such as a bus or an airplane.
  • the scatterer measurement device 1 As shown in Fig. 38, the scatterer measurement device 1 according to the present embodiment is configured so that the irradiation light!
  • scanning is performed from the upper left to the upper right, then lowers by one step and scans from the left to the right. By repeating this, the entire target space is scanned.
  • the scanning direction is indicated by a white arrow.
  • the target space 100 is virtually divided into a plurality of unit spaces 95 each having a predetermined shape.
  • the divided unit space will be described in detail with reference to FIG. Figure 3 shows the target space virtually divided. ⁇ 2020/175 070 22 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • Fig. 3 shows the four unit spaces at the upper left of Fig. 38.
  • the unit space 95 is, for example, a cube whose side length is 300.
  • the illumination light !_ 1 is laser light and the diameter of the laser light is 5 Is.
  • laser light passes through the center of gravity of unit space 95.
  • the irradiation period of the laser beam is 1360, and the pulse width is 2 It is 360.
  • the size of 100 is
  • 1 point of irradiation of 1 £ 60 is irradiated 1,000 times for measurement, so the measurement time for 1 point is 13 3.
  • the obtained measured values are averaged to obtain one unit space 95 measured value.
  • a range equal to the range in which the scatterer moves or a space wider than the range in which the scatterer moves is set as the target space 100. ..
  • the size of the unit space 95 is determined so that the movement of the scatterer can be extracted from the set target space 100, and the target space 100 is virtually divided into the unit space 95 of the determined size.
  • the movement of the scatterer can be accurately captured and the speed of the scatterer can be measured at high speed over the entire target space 100.
  • the light receiving unit 30 only needs to be able to receive the scattered light of the diffuser contained in the unit space 95.
  • the scatterer measurement device 1 irradiates irradiation light !_ 1 for each unit space 95.
  • the irradiation direction may be changed continuously or may be changed discretely.
  • irradiation light that is continuous light or pulsed light may be irradiated while sequentially changing the irradiation direction.
  • FIG. 2 shows two unit spaces 95 and 96.
  • aerosol particles 90 which are droplets called from a person 99.
  • the aerosol particles 90 scatter the irradiation light 1-1 to generate scattered light 1-2.
  • the shape of the unit space is not limited to a cube and may be a rectangular parallelepiped. Alternatively, the shape of the unit space may be a sphere. Two adjacent unit spaces may be in contact with each other, may partially overlap with each other, or may be separated from each other.
  • the length of one side of the unit space is, for example, 0. 3 0 1 (300 0!) When the unit space is a cube. The longer the length of one side of the unit space, the stronger the signal intensity of the received scattered light. Therefore, the length of one side of the unit space may be determined so that the signal intensity of the received scattered light can be detected.
  • the signal processing circuit 40 calculates the distance to the position where the scattered light 1_2 is generated, that is, the unit space 95 including the aerosol particles 90, by the same method.
  • the irradiation light !_ 1 is pulsed light, so the time until the scattered light !_ 2 based on the irradiation light !-1 is received can be easily set. Can be determined.
  • the signal processing circuit 40 includes aerosol particles 90 that generate scattered light !_ 2 based on the time from the irradiation of irradiation light !_ 1 to the reception of scattered light !_ 2. Calculate the distance to the unit space.
  • Fig. 4 and Fig. 4 respectively show the scatterer measurement device 1 according to the present embodiment. ⁇ 2020/175 070 24 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of calculating the velocity of aerosol particles according to the present invention.
  • Fig. 48 and Fig. 4 show the case where the aerosol particles 90 move from the unit space 95 to the unit space 96.
  • the unit space 95 and the unit space 96 are adjacent to each other in the horizontal direction, sharing one surface.
  • the unit space 95 and the unit space 96 are diagonally adjacent to each other, sharing one side.
  • the unit space 95 is an example of a first space that is one of the plurality of unit spaces.
  • the unit space 96 is one of a plurality of unit spaces, and is an example of a second space different from the first space.
  • the scattered light !_ 2 is first scattered in the unit space 9 5. It occurs as light.
  • the scattered light !_ 2 is the second irradiation light in the unit space 96. Generated as scattered light.
  • control unit 50 controls the light source 10 so that the unit space 9
  • the light receiving section 30 receives the first scattered light generated in the unit space 95 and outputs a first signal according to the received light intensity of the received first scattered light. Further, the light receiving unit 30 receives the second scattered light generated in the unit space 96, and outputs a second signal corresponding to the intensity of the received second scattered light.
  • the signal processing circuit 40 determines the difference between the first time when the first scattered light is received and the second time when the second scattered light is received, based on the first signal and the second signal, and Determine the distance traveled by the aerosol particles 90 from the first time to the second time.
  • the distance traveled by the aerosol particles 90 from the first time to the second time can be regarded as the same as the distance between the unit space 95 and the unit space 96.
  • the signal processing circuit 40 calculates the velocity of the aerosol particle 90 based on the determined difference between the light reception times and the determined distance. Specifically, the signal processing circuit 40 calculates the velocity V of the aerosol particle 90 based on the following equation (1). ⁇ 0 2020/175 070 25 ⁇ (: 17 2020 /004401
  • Equation (1) is the position of the first space, for example, the position of the unit space 9 5! Is.
  • + 1 is the position of the second space, for example, 2 which is the position of the unit space 96.
  • Is the reception time of the first scattered light, for example, I !, which is the first time when the scattered light from the unit space 95 is received.
  • I + 1 is the light receiving time of the second scattered light, for example, an I 2 is the second time that receive light scattered light from the unit space 9 6.
  • the position of the unit space 95 and the position 2 of the unit space 96 are both coordinates indicating the three-dimensional position in the target space. In particular, 2 and 2 respectively indicate the central position of the unit space.
  • position 1 of the unit space 9 5 X-axis, the source axis and three-dimensional orthogonal coordinate system with three axes of ⁇ axis (X!, Seo!, 2 1) can be expressed as.
  • position 2 in the unit space 96 can be expressed as (father 2 , so 2 , 2 2 ).
  • the X plane is the horizontal plane and the two axes are the vertical directions.
  • the unit space 95 and the unit space 96 are adjacent to each other in the horizontal direction. Therefore, the distance between the unit space 95 and the unit space 96 is the length of one side of the unit space. In other words, the distance traveled by aerosol particles 90 from time 1 to time 2 is represented by the length of one side of the unit space.
  • the unit space 95 and the unit space 96 are diagonally adjacent to each other. Therefore, the distance between the unit space 95 and the unit space 96 is the length of the diagonal line between the unit spaces. In other words, the distance traveled by aerosol particles 90 from time 1 to time 2 is represented by the length of the diagonal line of the unit space.
  • the velocity V of the aerosol particle 90 can be calculated by the equation (1) based on the difference in the reception time of the scattered light from each of the space 95 and the unit space 96.
  • FIG. 5 is a flow chart showing the operation of the scatterer measurement device 1 according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement device 1 starts scanning of the target space (310). Specifically, the control unit 50 irradiates the irradiation light !_ 1 for each unit space. For example, the control unit 50 controls the irradiation light !__ toward one of the unit spaces.
  • the light receiving unit 30 detects the scattered light 3, (312).
  • the scattered light 3, means that it is the first scattered light !_ 2 obtained by the irradiation of the irradiation light 1-1. ⁇ is a natural number.
  • the light receiving section 30 outputs a first signal according to the intensity of the scattered light 3.
  • the signal processing circuit 40 determines, based on the first signal, the unit space where the aerosol particles 90, which are the generation sources of the detected scattered light 3, exist, that is, the irradiation light !_.
  • the position of the unit space irradiated with 1 and the reception time 1 of the scattered light 3, are stored in the memory (3 14).
  • the position may be calculated, for example, by the DET method.
  • the control unit 50 controls the light source 10 to scan the periphery of the unit space where the scattered light 3 is generated (3 16). For example, when the scattered light !_ 2 from the unit space 95 shown in FIG. 2 is received as the scattered light 3, the control unit 50 controls the irradiation passing through the unit space 9 6 adjacent to the unit space 9 5. Illuminate light !_ 1 onto light source 10. As a result, the destination of the aerosol particles 90 existing in the unit space 95 is searched for.
  • the droplets move to the unit space 96 adjacent to the unit space 95 in the horizontal direction.
  • the droplet is called diagonally downward, as shown in Fig. 4, the droplet moves to the unit space 96 adjacent to the diagonally lower side of the unit space 95.
  • the droplets are directed downward, and depending on the posture of the person 99, the droplets are directed upward.
  • control unit 50 when aerosol particles 90 are detected, control unit 50 directs irradiation light toward one or more unit spaces adjacent to the detected unit space! Irradiate 1.
  • the control unit 50 may preferentially emit the irradiation light !_ 1 toward the unit space located in the front direction of the face.
  • the light receiving unit 30 detects the scattered light 3 + 1 (3 18) and outputs the second signal according to the intensity of the scattered light 3 + 1 . Based on the second signal, the signal processing circuit 40 determines the position of the unit space where the aerosol particle 90, which is the source of the detected scattered light 3
  • the signal processing circuit 40 calculates the aerosol particle 90 by the formula (1). Calculate the speed V of (3 2 2). Next, the signal processing circuit 40 sets the calculated speed V and threshold V. Compare with (3 2 4). The calculated speed V is the threshold V. If this is the case (3 6 in 3 2 4), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is a droplet (3 2 6). The calculated speed V is the threshold V. If it is less than 1 (10 in 3 2 4), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is not a droplet, returns to step 3 10 and repeats scanning of the target space.
  • the velocity V and the threshold value V of the aerosol particles 90 are set. By comparing with, it is possible to determine whether or not the aerosol particles 90 are droplets. Therefore, by changing the irradiation direction of the irradiation light !_ 1 for each unit space, it is possible to detect the range where the droplets are present in the target space. This makes it possible to accurately determine the splash range and direction of splashes. ⁇ 2020/175 070 28 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • a distribution map of droplets can be created and presented to the user.
  • a purification substance such as hypochlorous acid
  • the irradiation light !_ 1 reaches the unit space of the irradiation target, which is useful when there are few obstacles in the target space.
  • the irradiation light !- 1 may not reach the irradiation target unit space.
  • processing when an obstacle exists in the target space will be described. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the scatterer measurement device 10 1 according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement apparatus 1 0 1 according to the present embodiment is different from the scatterer measurement apparatus 1 according to the first embodiment in that instead of the control section 50, the control section 15 The point that 0 is provided is different from the point that a sound detection section 160 is newly provided.
  • the sound detection unit 160 detects, for example, a voice uttered at the same time as the cough or sneeze of the person 99, and specifies the source thereof, that is, the position of the mouth of the person 99.
  • the sound detection unit 160 is, for example, a microphone having directivity in a plurality of directions, and detects the position of the sound generation source.
  • the sound detector 160 outputs position information indicating the position of the sound source to the controller 150.
  • control unit 150 determines whether or not a person 99 exists in the target space. Control unit
  • the 150 is the unit space containing the mouth of person 99 when it is determined that person 99 exists, or the unit space closest to the mouth of person 99 and one or more units adjacent to the unit space. Irradiate the irradiation light !_ 1 toward the unit space of. For example, if the sound detector 160 can detect a voice that is emitted at the same time as coughing or sneezing, ⁇ 2020/175 070 29 ⁇ (:171? 2020/004401
  • Part 150 determines that person 99 exists. That is, when the position information output from the sound detection unit 160 is acquired, the control unit 150 determines that the person 99 exists.
  • the control unit 150 acquires position information output from the sound detection unit 160 and controls the light source 10 based on the acquired position information. Specifically, the control unit 150 emits the irradiation light !_ 1 toward the unit space including the position indicated by the position information and one or more unit spaces adjacent to the unit space.
  • the unit space containing the position indicated by the position information is the unit space containing the mouth of the person 99 or the unit space closest to the mouth of the person 99.
  • the control unit 150 controls the light source 1 0 based on the comparison result of the received light intensity by the light receiving unit 30 and the threshold value. Control. Specifically, when the intensity of light received by the light receiving unit 30 is greater than the threshold, the control unit 150 causes the irradiation light !__ toward the unit space around the unit space where the light having a light intensity greater than the threshold is generated! Irradiate 1. When the received light intensity by the light receiving unit 30 is equal to or lower than the threshold value, the control unit 150 performs processing for determining whether or not the aerosol particle 90 is a droplet, as in the first embodiment. ..
  • the threshold value is, for example, a value larger than the maximum value of the intensity assumed as the scattered light 1-2 and less than or equal to the intensity of the irradiation light 1-1. For example, when the light receiving unit 30 receives the reflected light reflected by the irradiation light !_ 1 hitting the obstacle, the threshold value is set so that the received light intensity is higher than the threshold value.
  • FIG. 7 shows aerosol particles obtained by the scatterer measurement apparatus 10 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows the mode of detection of 90 typically.
  • Fig. 7 depending on the positional relationship between the scatterer measurement device 10 1 and the person 9 9, even if the unit light 9 5 is irradiated with the irradiating light! !_ 1 hits the scatterer measurement device 10 1 and cannot acquire the scattered light !_ 2 generated by the aerosol particles 90.
  • the scatterer measurement device 101 acquires the reflected light reflected by the person 99 instead of the scattered light 1-2.
  • Obstacles such as humans 99 are much larger than aerosol particles 90, so ⁇ 2020/175 070 30 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • Reflects strong light For example, there is a difference of about 6 orders of magnitude in the relative intensity ratio between the reflected light from a person 99 and the scattered light from the aerosol particles 90. Therefore, as described above, it is necessary to compare the received light intensity with the threshold value to determine whether the light received by the light receiving unit 30 is the scattered light from the aerosol particles 90 or the reflected light from the obstacle. Can be determined by.
  • the control unit 150 when the irradiation light !_ 1 is directed toward the unit space 9 5 and the light receiving unit 30 cannot receive the scattered light !_ 2, the unit space 9 5 Irradiation light !_ 1 is emitted to the unit space 96 and the unit space 9 7 located around the.
  • the scatterer measurement apparatus 101 can convert the aerosol particle 90 into the unit space 96 or 97. At the timing of movement, it becomes possible to detect the aerosol particles 90 in each unit space, and the velocity of the aerosol particles 90 can be calculated.
  • the scatterer measurement device 101 includes a memory (not shown) that stores the unit space including the detected obstacle and the intensity of the reflected light in association with each other.
  • the scatterer measurement device 101 determines that part of the person 99 is in the unit space. It can be determined that it exists. In addition, when multiple unit spaces that can determine that a part of a person 99 exists are continuously detected in the height direction, the scatterer measurement device 101 has the highest unit space among the plurality of unit spaces. The unit space of position can be determined as the position of the head of person 99.
  • FIG. 8 shows the operation of the scatterer measurement apparatus 101 according to the present embodiment.
  • the sound detector 160 detects cough or sneeze of the person 99 (330).
  • the control unit 150 controls the light source 10 to emit the irradiation light !_ 1 toward the unit space where coughing or sneezing has occurred.
  • the light receiving section 30 detects the scattered light 3, and outputs a signal corresponding to the intensity 3 of the scattered light 3, (31 2).
  • the signal processing circuit 40 compares the intensity 3 of the scattered light 3, and the threshold value (332). Scattered light 3! Intensity 5! Threshold 5. If the following is true (65 at 332), the signal processing circuit 40 determines that the position of the unit space where the aerosol particle 90, which is the source of the detected scattered light 3 I , exists: and the reception time of the scattered light 3
  • the intensity 3 of the scattered light 3, is the threshold 3. If it is larger (N 0 in 332), the signal processing circuit 40 stores the reception time I
  • the light receiving unit 30 detects the scattered light 3 + 1 (338), scattered light 3, the intensity of the +1
  • the signal processing circuit 40 receives the scattered light 3
  • control unit 150 controls the light source 10 to scan the periphery of the unit space in which the scattered light 3 +1 is generated (342).
  • the control unit 150 irradiates the light source 10 with the irradiation light !_ 1 toward the unit space 97 adjacent to the unit space 96. Let As a result, the moving destination of the aerosol particles 90 existing in the unit space 96 is searched.
  • the light receiving unit 30 detects the scattered light 3 + 2 (344), the intensity of the scattered light 3 +2
  • the signal processing circuit 40 Based on the second signal, the signal processing circuit 40 detects the scattered light 3
  • the signal processing circuit 40 predicts the velocity of the aerosol particle 90 based on the position
  • the signal processing circuit 40 predicts the initial velocity V of the aerosol particle 90 based on the velocity V 1 calculated based on the equation (2) and the time 1 1. For example, if the difference between the time and the time
  • ! Is sufficiently small, such as 1 second or less, the initial speed V speed V
  • the signal processing circuit 40 uses the predicted velocity V and the threshold V. Compare with (324).
  • the predicted velocity V is the threshold V. Is greater than or equal ( ⁇ 6 3 324), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particles 90 are splash (326).
  • the calculated speed V is the threshold V. If it is less than 1 (10 in 324), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is not a droplet, returns to step 310, and repeats the scanning of the target space.
  • the velocity of aerosol particles 90 can be calculated.
  • the splash range and the splash direction of the droplet can be accurately determined, so that, for example, a droplet distribution map can be created and presented to the user.
  • a purification substance such as hypochlorous acid
  • scatterer measurement device 10 1 includes an example in which sound detector 160 for detecting cough or sneeze is provided, but the present invention is not limited to this.
  • the scatterer measurement device 101 may include an infrared ray sensor or a camera that detects a coughing or sneezing motion performed by the person 99.
  • the sound detection unit 160 does not have to specify the position of the source of the cough or sneeze.
  • the scatterer measurement device 101 controls the light source 10 by the control unit 150 as in the case of the first embodiment, thereby scanning the target space. You may start. That is, the unit space to which the irradiation light !_ 1 is first irradiated may not be the unit space including the mouth of the person 99 or the unit space closest to the mouth.
  • scatterer measuring apparatus 10 01 may not be provided with sound detector 160, and may scan the target space at all times, as in the first embodiment. In this case, the scatterer measurement device 101 may perform the processes after step 3 12 shown in FIG. 8 when the scattered light 3 I is detected.
  • the intensity 3 of the scattered light 3 is the threshold value 3. If it is larger (N 0 in 3 32 in FIG. 8), the scanning of the target space may be continued without detecting the aerosol particles 90. Alternatively, the scattered light intensity 3
  • the threshold value V May have different values when the sound detecting section 160 detects a cough and when sneezing is detected.
  • the signal processing circuit 40 sets a threshold value V when the sound detector 160 detects a cough. To If a sneeze is detected by the sound detector 160, the threshold V is set. Set to 7 ⁇ 2020/175 070 34 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the position of the head of the person 99 can be determined based on the intensity of the received light.
  • the velocity of the aerosol particle 90 is calculated based on the position of the head of the person 99 and the position of the aerosol particle 90 detected around it.
  • the scatterer measurement device according to the present embodiment has the same configuration as scatterer measurement device 1011 according to the second embodiment. Therefore, in the following, description will be given using the configuration of scatterer measurement device 101 according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing how the aerosol particle 90 is detected by the scatterer measurement device 10 1 according to the present embodiment.
  • a unit space that emits strong light other than the stored unit space can be defined as a part of the head of the person 99.
  • the scatterer measuring device 101 specifies the unit space 95 including a part of the head of the person 99, and then intensively scans the periphery of the unit space 95. Specifically, the scatterer measurement device 101 irradiates each of a plurality of unit spaces adjacent to the unit space 95 with the irradiation light !_ 1 to scatter light !_ 2 from the aerosol particles 90. Search the unit space in which is generated.
  • the scattered light 1_ 2 is generated by scattering the irradiation light !- 1 irradiated on the unit space 9 6 adjacent to the unit space 9 5 by the aerosol particles 90. .. 1
  • the scatterer measurement device 101 measures the aerosol based on the time when the aerosol particle 90 is generated, the time when the scattered light !- 2 is received, and the distance between the unit space 9 5 and the unit space 9 6. Calculate the velocity of particles 90.
  • the time at which the aerosol particles 90 are generated is, for example, the time at which the sound detection unit 160 detects coughing or squeaking.
  • an infrared sensor or camera ⁇ 2020/175 070 35 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • FIG. 10 is a flow chart showing the operation of the scatterer measurement apparatus 101 according to the present embodiment.
  • the sound detection unit 160 detects a cough or sneeze of a person 99 (330).
  • the control unit 150 stores the time 1
  • the control unit 150 controls the light source 10 so as to irradiate the irradiation light !-1 toward the vicinity of the position where the cough or sneeze occurs.
  • the light receiving unit 30 detects the light 3, and generates a first signal according to the detected light 3, intensity 3 (366).
  • the signal processing circuit determines, based on the first signal, whether intensity 3 is greater than the threshold value (368).
  • the intensity 3 is the threshold 3. If larger (368 in 6 3 ), signal processing circuit 4
  • is the threshold 3.
  • the signal processing circuit 40 among the plurality of unit spaces for generating greater light than the intensity 3, but the threshold 3 0, the unit space located most high position, the unit including a part of the human head 99 You may decide as space.
  • control unit 150 controls the light source 10 to scan the periphery of the unit space including a part of the head of the person 99 (352). This searches for aerosol particles 90 that should have occurred near human 99. For example, the control unit 150 causes the light source 10 to irradiate the irradiation light !_ 1 that passes through the unit space 96 adjacent to the unit space 95 shown in FIG.
  • the light receiving unit 30 detects the scattered light 3 + 1 (354), the intensity of the scattered light 3 +1
  • the signal processing circuit 40 determines, based on the second signal, that the aerosol particle 90, which is the source of the detected scattered light 3 +1 , is present. ⁇ 2020/175 070 36 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • + 1 are stored in the memory (3 5 6) 0
  • the signal processing circuit 40 uses the formula
  • the signal processing circuit 40 sets the calculated speed V and threshold V. Compare with (3 2 4).
  • the calculated speed V is the threshold V. If this is the case (3 6 in 3 2 4), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is a droplet (3 2 6).
  • the calculated speed V is the threshold V. If it is less than 1 (1 in the case of 3 2 4), the signal processing circuit 40 determines that the aerosol particle 90 is not a droplet, and returns to step 3 30 and the sound detecting section 1 6 0 Wait for detection of 9 9 cough or sneeze.
  • the scattered light may include, as a noise component, Rayleigh scattered light due to molecules constituting air.
  • the noise components contained in the scattered light are removed by causing the scattered light to interfere with each other.
  • Fig. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a scatterer measurement device 201 according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement device 201 is different from the scatterer measurement device 1 according to the first embodiment in that instead of the light source 10 and the signal processing circuit 40, the light source 21 0 and a signal processing circuit 240 are different. Further, the scatterer measurement device 201 is newly provided with an interference section 270. ⁇ 2020/175 070 37 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the light source 210 emits multi-laser light including laser light having a plurality of peaks at equal frequency intervals as irradiation light 1 and emits it.
  • the central wavelength of the irradiation light !_ 1 is, for example, 400 n.
  • Frequency spacing of multiple peaks For example It is the following, and as an example, 6 0 1 to 1 2.
  • the frequency interval of the multi-laser light described above is, for example, You can do the following: As a result, the atmospheric scattering signal can be removed efficiently.
  • the scattered light !_ 2 generated by irradiating the aerosol particle 90 with the irradiation light !_ 1 includes Mie scattered light having a plurality of peaks with the same frequency interval 2. Frequency interval Irradiation light be equivalent to. Multiple pins The full width at half maximum of each peak of irradiation light !_ 1 is equal to 1.
  • the scattered light 1_2 passes through the air, it contains Rayleigh scattered light due to the molecules constituting the air.
  • Full width at half maximum of Rayleigh scattered light Spread by the thermal motion of molecules.
  • Full width at half maximum of Rayleigh scattered light measured Is from 3.4 ⁇ 1 to 1 to 3.
  • the interference section 270 is an interferometer capable of changing the optical path difference.
  • the interference section 270 is provided on the optical path of the diffused light !_ 2 and the scattered light 1-2 enters.
  • the scattered light 1-2 after passing through the interference section 27 0 is received by the light receiving section 30.
  • the interference section 270 separates the scattered light !_ 2 into a plurality of scattered lights having different optical path lengths, and causes the plurality of scattered lights to interfere with each other.
  • An interferogram can be formed by receiving the interference light.
  • An interferogram is an interference fringe created by interference.
  • the interferometer 270 is, for example, a Michelson interferometer, a Mach-Zehnder interferometer, or a Fabry-Peip interferometer.
  • the interval of the interference fringes in the interferogram generated when the scattered light !_ 2 passes through the interference section 270 is eight fathers.
  • Yachibu is the speed of light ⁇ 2020/175 070 38 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the interference section 270 has an optical path difference within a range that is larger than 1/4 of the center wavelength of the irradiation light !_ 1 and smaller than 1/2 of the interval of interference fringes.
  • X be the optical path difference generated by the interference section 2700
  • ⁇ 1 X ⁇ X
  • the interference fringe at ⁇ X is defined as the interference fringe of the first door.
  • a signal in the vicinity of the first interference fringe corresponding to the frequency interval is acquired, and the Rayleigh scattered light component is removed from the acquired signal.
  • the intensity of Mie scattered light from the aerosol particle 90 can be accurately obtained.
  • the signal processing circuit 2440 extracts the signal component corresponding to the first interference fringe from the interferogram of the scattered light !_ 2 obtained by sweeping the optical path difference X, and extracts the extracted signal component. Calculate the speed based on. Specifically, the signal processing circuit 244 generates an interferogram based on the scattered light !_ 2 that has passed through the interference section 270. The signal processing circuit 240 obtains the signal intensity of the first interference fringe based on the generated interferogram, and obtains the received intensity of Mie scattered light from the aerosol particle 90 based on the signal intensity. You can As a result, the signal processing circuit 240 can accurately calculate the velocity of the aerosol particle 90.
  • the signal processing circuit 240 may perform Fourier transform based on the signal in the vicinity of the first interference fringe.
  • the signal processing circuit 240 is based on the Fourier transform. ⁇ 2020/175 070 39 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the wavelength spectrum data can be generated and the maximum value can be obtained as the intensity of Mie scattered light.
  • the scatterer measurement device 201 may include a condensing unit that is provided on the path of the scattered light !_2 and that condenses the scattered light !_2. For example, between an aperture (not shown) that transmits scattered light 1-2 and the mirror 20; between the mirror 20 and the interference part 2 70; between the interference part 2 70 and the light receiving part 30. There may be one or more light-collecting parts provided in at least one of the positions.
  • the condensing unit is, for example, a lens group including at least one of a condensing lens and a collimating lens.
  • the condensing part collects scattered light !_ 2 from the aerosol particles 90, converts it into parallel light, and emits it.
  • the provision of the condensing unit can improve the accuracy of detecting diffused light !_ 2.
  • the interference effect of the interference section 270 can be enhanced.
  • the type of scatterer is determined based on the depolarization degree of scattered light.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the scatterer measurement device 301 according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement device 301 irradiates the space with the irradiation light, and the scattered light generated by the aerosol particles 90 existing in the space scattering the irradiation light.
  • the scatterer measurement device 3 01 includes a light source 10, a polarization filter 3 12, a mirror 20, a beam splitter 3 30 and a polarization filter 3 4. 0, a polarization filter 3 42, a light receiving element 3 50, a light receiving element 3 52, and a signal processing circuit 360.
  • the light source 10 and the mirror 20 are the same as those in the first embodiment.
  • the polarization filter 3 12 is placed on the optical path of the irradiation light !_ 1 emitted from the light source 10.
  • the polarization filter 3 1 2 is an example of a first polarization filter that polarizes the irradiation light !_ 1. Specifically, the polarization filter 3 12 linearly polarizes the irradiation light 1-1 emitted from the light source 10. The irradiation light 1-1 1 that has passed through the polarization filter 3 1 2 is linearly polarized and becomes light having a specific plane of polarization.
  • the light source 10 and the polarization filter 3 12 constitute a light source that irradiates the aerosol particles 90 with the polarized irradiation light 1_11.
  • the polarized irradiation light !_ 1 1 passes through the polarization filter 3 12 and irradiates the aerosol particles 90.
  • the irradiation light !_ 1 1 is scattered by the aerosol particles 90, and a part of the scattered light !_ 1 2 returns to the scatterer measurement device 3 0 1.
  • Scattered light !_ 1 2 is backscattered light generated by the aerosol particles 90 scattering the irradiation light !_ 1 1.
  • the scattered light 1-112 is light based on Mie scattering by the aerosol particles 90.
  • the beam splitter 3 3 0 makes the scattered light !_ 1 2 3rd scattered light.
  • the beam splitter 3 30 is arranged at an angle of 45° with respect to the traveling direction of the scattered light 1-1 2 reflected by the mirror 20 and transmits a part of the scattered light 1_ 12. It is emitted as the third scattered light !_ 1 2 3 and the rest of the scattered light 1-1 2 is reflected and emitted as the fourth scattered light !_ 1 2 ⁇ .
  • the beam splitter 330 is, for example, a half mirror having the same transmittance and reflectance, and the third scattered light 1_1 2 3 and the fourth scattered light 1_1 2 have substantially the same light intensity.
  • the transmittance and the reflectance of the beam splitter 330 may be different.
  • the polarization filter 340 is arranged on the optical path of the third scattered light 1_1 2 3 and This is an example of a second polarization filter that transmits a polarization component parallel to the polarization plane of L 11 (hereinafter simply referred to as a parallel component).
  • the polarization filter 340 substantially blocks and does not transmit a component of the irradiation light L 11 which is not parallel to the polarization plane. Therefore, the third scattered light L 12 a after passing through the polarization filter 340 becomes the light having only the parallel component in the third scattered light L 12 a before passing through.
  • the polarization filter 342 is disposed on the optical path of the fourth scattered light L 1 2 b and
  • a third polarization filter that transmits a polarization component perpendicular to the polarization plane of L 1 1 (hereinafter, simply referred to as a vertical component).
  • the polarization filter 342 substantially blocks and does not transmit a component of the irradiation light L 11 which is not perpendicular to the polarization plane. Therefore, the fourth scattered light L 12b after passing through the polarization filter 342 becomes light having only the vertical component of the fourth scattered light L 12b before passing.
  • the light receiving element 350 is an example of a first light receiving element that receives the third scattered light L12a after passing through the polarization filter 340.
  • the light receiving element 350 outputs an electric signal corresponding to the received light intensity.
  • the received light intensity by the light receiving element 350 corresponds to the intensity of the polarization component contained in the scattered light L 1 2 and parallel to the polarization plane of the irradiation light L 1 1. Equivalent to.
  • the light receiving element 350 is, for example, a PMT (Photomultiplier Tube).
  • the light receiving element 350 may include a PMT and a photon counter.
  • the light receiving element 350 may be an avalanche Schottky diode (A PD).
  • the light receiving element 352 is an example of a second light receiving element that receives the fourth scattered light L12b after passing through the polarization filter 342.
  • the light receiving element 352 outputs an electric signal according to the received light intensity.
  • the intensity of light received by the light receiving element 352 corresponds to the intensity of the polarization component contained in the scattered light L 1 2 and perpendicular to the polarization plane of the irradiation light L 1 1. Equivalent to.
  • the light receiving element 352 has the same configuration as the light receiving element 350.
  • the signal processing circuit 360 determines the aerosol particle 9 based on the irradiation direction of the irradiation light L 1 1 and the time from the irradiation of the irradiation light L 1 1 to the reception of the scattered light L 1 2. ⁇ 2020/175 070 42 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the signal processing circuit 360 determines the type of the aerosol particle 90 based on the depolarization degree of the diffused light 1_12 by the aerosol particle 90 and the falling speed of the aerosol particle 90. Specifically, the signal processing circuit 360 makes a first judgment as to whether or not the aerosol particles 90 are non-spherical particles, based on the depolarization degree of the scattered light 1-112. In addition, the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is IV! Make a second determination of whether it is present. The specific processing of the signal processing circuit 360 will be described later.
  • the signal processing circuit 360 is configured of one or a plurality of electronic circuits including a plurality of circuit components.
  • the respective constituent elements of the scatterer measurement apparatus 301 are housed inside a casing (not shown), for example.
  • the casing is an outer casing of the scatterer measurement device 301, and has a light shielding property.
  • the case is provided with an opening for passing the irradiation light !_ 1 1 and the scattered light !_ 1 2.
  • One opening may be provided for each of the irradiation light !_ 1 1 and the scattered light !_ 1 2 respectively.
  • the scatterer measurement device 30 1 may include an optical element such as a lens arranged on the light incident side of the mirror 20 for condensing the scattered light 1 — 12.
  • each component is an illumination light! -11 1, Scattered light !_ 1 2, 3rd scattered light !_ 1 2 3 and 4th scattered light !_ 1 2 It is arranged at an appropriate position according to the optical path of the dip.
  • the scatterer measurement device 30 1 may not include the mirror 20 and the scattered light !_ 1 2 may directly enter the beam splitter 3 30.
  • the scatterer measurement device 301 may include a plurality of mirrors 20.
  • the light receiving element 3500 and the light receiving element 352 may have different configurations from each other.
  • the sensitivity of the light receiving element 3 52 may be higher than the sensitivity of the light receiving element 3 50.
  • the signal processing circuit 360 may correct the difference in sensitivity.
  • the processing circuit 360 may correct the difference between the transmittance and the reflectance.
  • the aerosol particles 90 are, for example, droplets emitted from the mouth of a person 99, as shown in FIG.
  • Droplets are microdroplets that are dynamically generated by a person's 99 cough, sneeze, or speech.
  • the droplets may contain viruses or bacteria.
  • aerosol particles include not only splashes but also house dust such as dust, yellow sand, air pollution aerosols, suspended particulate matter such as 1 ⁇ /!2.5, and biological systems such as pollen. Particles and the like are included. Aerosol particles can be classified based on their shape and size.
  • aerosol particles can be classified into spherical particles and non-spherical particles.
  • Spherical particles include 1 ⁇ 12.5, pollen, droplets, etc.
  • Non-spherical particles include house dust, yellow sand, and air pollution aerosols.
  • the signal processing circuit 360 determines a spherical particle and a non-spherical particle based on the depolarization degree 5 of the scattered light 1_12. Depolarization degree 5 is expressed by the following equation (3).
  • Equation (3) is the intensity of the polarization component parallel to the polarization plane of the irradiation light 1_11.
  • the index is the intensity of the polarized light component that is perpendicular to the polarization plane of the irradiation light.
  • // corresponds to the received light intensity by the light receiving element 350 .
  • the drop corresponds to the intensity of light received by the light receiving element 3 52.
  • the signal processing circuit 360 obtains the degree of depolarization 3 based on the received light intensity / of the light receiving element 350 and the received light intensity of the light receiving element 352. Specifically, the signal processing circuit 360 calculates the depolarization degree 3 based on the equation (3). Furthermore, the signal processing circuit 360 determines whether or not the aerosol particles 90 are non-spherical particles based on the depolarization degree 3. ⁇ 2020/175 070 44 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the polarization plane of the scattered light !_ 1 2 generated by scattering the polarized irradiation light !_ 1 1 by the non-spherical particles is not maintained.
  • the scattered light !_ 1 2 contains the vertical component, so the received light intensity becomes large. Therefore, in the case of non-spherical particles, the depolarization degree 3 becomes large.
  • the signal processing circuit 360 determines the type of the aerosol particle 90 by comparing the depolarization degree 3 with a threshold value. The signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is a non-spherical particle when the depolarization degree 3 is equal to or more than the threshold value. The signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is not a non-spherical particle, that is, a spherical particle, when the depolarization degree 5 is less than the threshold value. Depolarization of 5 is commonly expressed as a percentage, so the threshold is, for example, 10%.
  • the depolarization degree 5 can be theoretically calculated by using the backscattering coefficient and the lidar ratio.
  • the depolarization degree 5 of sodium chloride microcrystals which is an example of non-spherical particles
  • the depolarization degree 5 of a droplet, which is an example of a spherical particle is 0%.
  • Non-Patent Document 3 discloses an example of actually measuring the depolarization degree 3 in a model environment in a room.
  • the depolarization degree 5 of yellow sand which is an example of non-spherical particles, is in the range of 16% to 21%.
  • the depolarization degree 3 of droplets such as sodium chloride or ammonium sulfate is less than 5%.
  • the threshold does not have to be 10%.
  • the threshold may be, for example, a value of 5% or more and less than 16%. ⁇ 2020/175 070 45 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the signal processing circuit 360 makes a second determination based on the falling velocity of the aerosol particle 90 when the aerosol particle 90 is determined not to be a non-spherical particle by the first determination. Specifically, the signal processing circuit 360 determines whether the aerosol particles 90 are IV!2.5, pollen, or droplets.
  • FIG. 13 is a diagram showing the aerosol particles 90 when the scatterer measurement device 30 1 according to the present embodiment irradiates the first irradiation light.
  • FIG. 13 is a diagram showing aerosol particles 90 when the scatterer measurement device 30 1 according to the present embodiment irradiates the second irradiation light.
  • scatterer measurement device 30 1 irradiates aerosol particles 90 with irradiation light !_ 1 1 twice. That is, the scatterer measurement device 301 irradiates the first irradiation light irradiated for the first time and the second irradiation light irradiated for the second time. Therefore, the scatterer measurement device 301 receives twice the scattered light !_ 1 2 generated by the irradiation of the irradiation light !_ 1 1 twice. In other words, the scatterer measurement device 301 generates the first scattered light caused by the scattering of the first irradiation light by the aerosol particles 90 and the scattering of the second irradiation light by the aerosol particles 90. Receives the second scattered light.
  • the aerosol particles 90 are located in the unit space 95 which is an example of the first space.
  • the scatterer measurement device 3 01 has the first irradiation light toward the unit space 9 5! -By irradiating 1 1 as the first irradiation light, the first scattered light from the aerosol particles 90! -1 2 can be acquired as the first scattered light.
  • Aerosol particles 90 freely fall under the influence of gravity. Therefore, after a certain period of time, the aerosol particles 90 are located in the unit space 96, which is an example of the second space, as shown in FIG. Therefore, the scatterer measurement device 301 irradiates the unit space 96 with the second irradiation light !_ 1 1 as the second irradiation light, and the second irradiation light from the aerosol particle 90 is detected.
  • the scattered light !_ 1 2 can be acquired as the second scattered light.
  • the unit space 96 is the unit space 9 5 ⁇ 02020/175070 46 2020/004401
  • the signal processing circuit 360 causes the first position of the aerosol particles 90 at the time when the first irradiation light !_ 1 1 is scattered and the second irradiation light !_ 11 1 to be scattered. Based on the vertical distance of the aerosol particle 90 from the second position at that time, and the time interval between two times of receiving the scattered light 1_12, the falling velocity of the aerosol particle 90 ⁇ II (unit : To calculate. The vertical distance between the first position and the second position is the fall distance of the aerosol particles 90. The signal processing circuit 360 calculates the falling speed by dividing the falling distance (unit:) by the light receiving time interval (unit: seconds).
  • the aerosol particles 90 are rare in the case where only one aerosol particle exists alone in the space, and usually, a plurality of aerosol particles 90 are present together in a certain range.
  • the scatterer measurement device 301 acquires scattered light !- 1 2 from the aggregate of a plurality of aerosol particles 90.
  • the first position and the second position of the aerosol particle 90 can be, for example, the central position of the aggregate.
  • the first position and the second position may be defined for each unit space in which the aerosol particles 90 are present. For example, in the examples shown in Figs.
  • the aerosol particles 90 move from the unit space 95 to the unit space 96 during the two irradiations, so , It means that one unit space has been moved in the vertical direction. In other words, the fall distance of the aerosol particles 90 corresponds to the vertical length of one unit space.
  • the signal processing circuit 360 determines the type of the aerosol particle 90 by comparing the calculated fall velocity II ⁇ with a threshold value. In the present embodiment, the signal processing circuit 360 compares the falling velocity II ⁇ with each of a plurality of different thresholds. For example, the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is IV! 2.5 when the falling velocity II ⁇ is less than the first threshold value. The signal processing circuit 360 determines that the aerosol particles 90 are pollen when the fall velocity II ⁇ is equal to or more than the first threshold value and less than the second threshold value. The signal processing circuit 360 determines that the aerosol particles 90 are droplets when the falling velocity II ⁇ is equal to or higher than the second threshold value. [0239] The first threshold value is, for example, 0.001/3. The second threshold is a value larger than the first threshold. The second threshold is, for example, ⁇ . Is. The first threshold value and the second threshold value are determined based on the particle size of the aerosol particle 90.
  • Fig. 14 is a diagram showing the relationship between the particle size of aerosol particles and the falling speed.
  • the abscissa represents the particle size of aerosol particles (unit: ), and the ordinate represents the falling velocity of aerosol particles II ⁇ (unit: 01/3).
  • M is the viscosity coefficient (unit: Pa-s).
  • i o p is the particle density (unit: kg/m 3 ).
  • D p is the particle diameter (unit: m).
  • g is the gravitational acceleration (unit: m/s 2 ).
  • Equation (4) is obtained from the balance between the fluid resistance force acting on the aerosol particles that freely fall at a constant velocity and the gravity.
  • the smallest particle size D p 5 The particle size D p of PM2.5 is, for example, 2.5 Mm or less.
  • the time required for a 1 Mm particle to fall by 1 m is approximately 9 hours, assuming no wind.
  • fall velocity U t of the particle size 1 Mm particles 3. a 0 X 1 0_ 5 m / s .
  • Particle size is 2.
  • the particle drop velocity U t is 1.9 X 10_ 4 m/s.
  • the particle size D p of pollen is in the range of 1 O ⁇ m to 5 O ⁇ m.
  • the average value of the grain size of pollen is 27.
  • the time required for this pollen to drop 1 is about 1 minute.
  • the falling speed II 1 pollen grain diameter is 1 5 is 5.9 1 0_ 3 Rei_1 / 3.
  • Falling speed of the pollen grain size 5_Rei II ⁇ is 6. 5 X 1 0_ 2 Rei_1 / 3.
  • the droplet size mouth is in the range 5 to 100. For example, 100 drops of 1 It takes about 30 seconds to fall.
  • the drop velocity II ⁇ of droplets with a particle size of 100 is 0.30 /.
  • a certain amount of large droplet with a particle size 0 is about 100. Therefore, if aerosol particles 90 with a high falling velocity II ⁇ are included in the aggregate of aerosol particles 90, it can be determined that the aerosol particles 90 contained in the aggregate are droplets. ..
  • Non-Patent Document 4 discloses an example of actually measuring the relationship between the droplet size and the falling velocity.
  • the first threshold for determining 1 ⁇ /12.5 is, for example, ⁇ .001.
  • the first threshold, 2X 1 0- 4 01/3 or more, may be a value of 5X 1 0- 3 01/3 or less.
  • the second threshold for distinguishing droplets is, for example, ⁇ . become.
  • the second threshold value may be a value in the range of 0.07 ⁇ 1/3 or more and 0.229 01/3 or less.
  • the scatterer measurement device 301 was able to acquire scattered light !_ 1 2 from the aerosol particles 90 after falling by the second irradiation of the irradiation light 1_ 11 has been described. , But not limited to this.
  • the scatterer measurement device 301 may irradiate the irradiation light !- 11 three times or more.
  • the signal processing circuit 360 regards the irradiation light !_ 1 1 when the scattered light !_ 1 2 is acquired as "the second irradiation light !_ 1 1", and in the same way as the processing described above, the falling speed Can be calculated.
  • the 1 1 may be irradiated toward a space partially overlapping the unit space 95.
  • the irradiation light 1-111 may be irradiated to a space including the lower half of the unit space 95 and the upper half of the unit space 96 shown in FIG.
  • the second space irradiated with the irradiation light 1-111 after the second time may be located vertically below the first space, and may partially overlap the first space.
  • the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is IV! 2.5. May be.
  • the scatterer measurement device 301 can detect the aerosol particles 90 in the unit space 95 and detect the aerosol particles 90 in the unit space 96 for a certain period after the aerosol particles 90 are detected in the unit space 95.
  • the irradiation light !_ 1 1 is irradiated toward the unit space 9 5.
  • the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 has not dropped, and the aerosol particle 90 is 1 ⁇ /12.5. You may decide that there is.
  • FIG. 15 is a flow chart showing the operation of scatterer measurement device 301 according to the present embodiment.
  • the light source 10 emits the irradiation light !_ 1 (3
  • the polarization filter 3 12 polarizes the irradiation light !_ 1 (3 1 1 2 ).
  • the polarized irradiation light !_ 1 1 is emitted to the outside of the scatterer measurement device 3 0 1.
  • the aerosol particles 90 exist in the irradiation direction of the irradiation light 1-11, the aerosol particles 90 scatter the irradiation light !_ 1 1 to generate scattered light. Of the scattered light generated, backscattered light !_ 1 2 returns to the scatterer measurement device 3 0 1.
  • the beam splitter 3 30 splits the scattered light !_ 1 2 into the third scattered light !_ 1 2 3 and the fourth scattered light !_ 1 2 swath, and then the polarization filter 3 40 Third scattered light !_ 1 Out of the illuminating light ⁇ 02020/175070 50 ⁇ (: 17 2020/004401
  • the light receiving element 350 transmits the third scattered light after passing through the polarization filter 340.
  • the light receiving element 352 receives 1-1, and the light receiving element 352 receives the 4th scattered light !_ 1 2 skein after passing through the polarization filter 342 (31 1 6).
  • the photo detector 350 the received light intensity of the parallel component contained in the scattered light 1_12? An electric signal corresponding to // is generated and output to the signal processing circuit 360.
  • the signal processing circuit 360 calculates the depolarization degree 3 by the formula (3) based on the received light intensity // by the light receiving element 350 and the received light intensity ⁇ by the light receiving element 352 (31 1 8).
  • the signal processing circuit 360 compares the calculated depolarization degree 5 with the threshold value (3120).
  • the threshold value here is, for example, 10%.
  • the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is a non-spherical particle (31 22 ). Specifically, the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particles 90 are yellow sand or house dust.
  • the 360 determines that the aerosol particles 90 are not non-spherical particles and determines the falling velocity of the aerosol particles 90 (31 24). Specifically, the signal processing circuit 360 calculates the falling velocity II ⁇ of the aerosol particle 90 based on the time interval between the reception of the scattered light !_ 1 2 twice and the falling distance of the aerosol particle 90. The signal processing circuit 360 compares the calculated falling velocity II ⁇ with the first threshold value for discriminating ! ⁇ /!2.5.
  • the first threshold here is, for example, ⁇ .001.
  • the second threshold value here is, for example, 0. 01 01/3.
  • the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particles 90 are pollen (31 30). Falling speed If is greater than or equal to 0.1/3 (31 28, 63), the signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is a droplet (31 32).
  • the scatterer measuring apparatus 301 repeatedly performs the processing from step 31 10 to step 31 32 while changing the irradiation direction of the irradiation light 1-111. For example, when the irradiation light !_ 1 1 is applied to each of a plurality of unit spaces in the target space and the scattered light !_ 1 2 can be received, it becomes the source of the scattered light !_ 1 2.
  • the scatterer measuring apparatus 301 can generate a distribution map showing the position and type of the aerosol particles 90 in the target space, for example. As described above, according to the present embodiment, the position and type of the aerosol particle 90 can be accurately determined.
  • the pollen and the droplet are discriminated by comparing the falling speed and the second threshold value.
  • the droplets and pollen are distinguished by using the fluorescence emitted by the aerosol particles to be detected.
  • differences from the fifth embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration of scatterer measurement device 401 according to the present embodiment. As shown in FIG. 16, scatterer measurement apparatus 401 is different from scatterer measurement apparatus 301 according to the fifth embodiment in that signal processing circuit 360 is replaced. ⁇ 2020/175 070 52 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the scatterer measuring device 4 01 is newly provided with a beam splitter 4 30, a light receiving element 4 50, a spectroscopic unit 4 7 0, and a spectroscopic unit 4 72.
  • the newly added components will be described below in the order of the light path.
  • the spectroscopic unit 470 disperses the light emitted from the light source 10 to emit light having a specific wavelength component as the irradiation light I-1.
  • the irradiation light !- 1 emitted from the spectroscopic unit 470 is polarized by the polarization filter 3 12 and is emitted to the space as polarized irradiation light !_ 1 1.
  • the polarized illuminating light !_ 1 1 has the same wavelength component as the unpolarized illuminating light 1-1.
  • irradiation light 1-1 1 1 is light that does not contain the fluorescence wavelength component of droplets.
  • the fluorescence wavelength component of the droplets is about 300 It is light in the wavelength range from ⁇ ! to about 411!
  • the irradiation light 1_11 is, for example, excitation light that excites organic substances such as amino acids that constitute pollen.
  • the irradiation light !- 11 is light having a peak in a wavelength band of 300 n or more and 500 mm or less.
  • irradiation light! -1 1 is
  • the specific wavelength component is, for example, 3 5 5 1 ⁇ 0!
  • the irradiation light !_ 1 1 having a peak at 3 5 5 n emits strong fluorescence from the pollen when it is irradiated onto the pollen, whereas it emits fluorescence from the droplet when irradiated onto the droplet. I can hardly emit it. Therefore, it is possible to distinguish between pollen and droplets based on the intensity of fluorescence received.
  • the spectroscopic unit 470 is, for example, a diffraction grating or a prism, but is not limited to this.
  • the spectroscopic unit 470 may be a bandpass filter that transmits only a specific wavelength band.
  • the beam splitter 43 0 splits the third scattered light !_ 1 2 3 after passing through the polarization filter 3 40 into two third scattered lights !_ 1 2 0 and !_ 1 2.
  • the splitter 4 30 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the traveling direction of the third scattered light !_ 1 2 3 after passing through the polarization filter 3 40.
  • the third scattered light !_ 1 2 0 is emitted as the third scattered light !_ 1 2 3 and the rest of the third scattered light !_ 1 2 3 is transmitted and the third scattered light! -It is emitted as 1 12.
  • the beam splitter 43 is, for example, a half mirror with equal transmittance and reflectance, and the third scattered light 1_120 and the third scattered light 1_12 have substantially the same light intensity. equal.
  • the light receiving element is, for example, a half mirror with equal transmittance and reflectance, and the third scattered light 1_120 and the third scattered light 1_12 have substantially the same light intensity. equal.
  • the light receiving element is, for example, a half mirror with equal transmittance and reflectance
  • the signal processing circuit 460 doubles the signal level of the electric signal output from the light receiving element 350.
  • the signal processing circuit 460 can calculate the depolarization degree 3 using the equation (3).
  • an amplifier that amplifies the electric signal output from the light receiving element 350 may be provided.
  • the transmittance and the reflectance of the beam splitter 330 may be different.
  • the beam splitter 3300 has a transmittance of 2/3 and a reflectance of 1/3.
  • the intensity of the fourth scattered light !_ 1 2 13 which is the light reflected by the beam splitter 3 30 is half the intensity of the third scattered light !_ 1 2 3 which is the transmitted light.
  • the intensity ratios of the third scattered light !_ 1 2 0 and the fourth scattered light !_ 12 2 become the same, so that the signal processing circuit 460 performs the same procedure as in the fifth embodiment. It is possible to calculate the degree of depolarization of 5.
  • the beam splitter 430 may have different transmittance and reflectance.
  • the spectroscopic unit 4 72 disperses the third scattered light !_ 1 2 to cause light having a specific wavelength component to be incident on the light receiving element 4 50.
  • the third scattered light 1 — 1 201 that has been spectrally separated is light having a wavelength component of not less than 400 000! and not more than 100 0!.
  • the spectroscopic unit 472 transmits the light of the wavelength component of the fluorescence emitted by the pollen when the excitation light is irradiated, and blocks the transmission of the light of the other wavelength components.
  • the spectroscopic unit 4 72 blocks the light of the wavelength component of the fluorescence emitted by the droplets when the excitation light is irradiated.
  • the spectroscopic unit 4 72 blocks the light of the wavelength component of the irradiation light 1_ 1 1.
  • pollen can be easily discriminated based on the light receiving intensity of the light receiving element 450.
  • the spectroscopic unit 472 is, for example, a diffraction grating or a prism, but is not limited to this.
  • the spectroscopic unit 4 72 may be a bandpass filter that transmits only a specific wavelength band.
  • the light-receiving element 450 is an example of a third light-receiving element that receives the third scattered light L12d dispersed by the spectroscopic section 472.
  • the light receiving element 450 outputs an electric signal according to the received light intensity.
  • the intensity of light received by the light receiving element 450 corresponds to the intensity of the fluorescent component of the specific wavelength contained in the scattered light L 12 and corresponds to the signal level of the electric signal output by the light receiving element 450.
  • the light receiving element 450 has, for example, the same configuration as the light receiving element 350.
  • the signal processing circuit 4 6 like the signal processing circuit 3 6 0 according to the fifth embodiment, to calculate the degree of depolarization S and fall velocity U t. Further, the signal processing circuit 460 makes a first determination based on the depolarization degree S and a second determination based on the falling velocity U t . In the present embodiment, the signal processing circuit 460 differs from the signal processing circuit 360 in the processing performed when the falling velocity U t is equal to or higher than the first threshold in the second determination. Specifically, the signal processing circuit 460 determines, based on the fluorescence intensity, whether the aerosol particles 90 are pollen or droplets when the falling velocity U t is equal to or higher than the first threshold value. The specific processing of the signal processing circuit 460 will be described below.
  • Scatterer measuring apparatus 4O1 determines the type of aerosol particles 90 by utilizing the difference in fluorescence wavelength between pollen and droplets.
  • the three-dimensional fluorescence spectrum of pollen and droplets will be described below.
  • the three-dimensional fluorescence spectrum is called the Excitation Fluorescence Matrix (EEM: Exc tat i on-Em i ss i on Mat rix), or the fluorescence fingerprint. ⁇ 2020/175 070 55 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • Fig. 17 is an example of a three-dimensional fluorescence spectrum of saliva.
  • Figure 18 shows an example of the three-dimensional fluorescence spectrum of cedar pollen.
  • the horizontal axis is the photosensitive wavelength (unit: represents a thousand
  • the vertical axis excitation wavelength (unit: defined in represents the n m) the vertical axis and horizontal axis.
  • the solid line drawn in the graph area is the isointensity line of the received light intensity.
  • cedar pollen When it is irradiated with excitation light in the wavelength band, it emits strong fluorescence in the wavelength band of about 430 n to about 490 n .
  • One of the peak wavelengths of excitation light for cedar pollen is about 350 n , and the peak wavelength of fluorescence emitted by cedar pollen when irradiated with the excitation light of the peak wavelength is about 460 nm.
  • cedar pollen when about 4 2 0 n from the wavelength band of about 4 7 0 n excitation light is irradiated, emits strong fluorescence from about 4 7 0 n wavelength bands of about 5 2 0 n.
  • One of the peak wavelengths of excitation light for cedar pollen is about 450 n, and the peak wavelength of fluorescence emitted by cedar pollen when irradiated with excitation light of the peak wavelength is about 500 n . is there.
  • saliva that is, droplets and pollen, have different fluorescence intensities when irradiated with excitation light of a specific wavelength.
  • the spectroscopic unit 472 is a band-pass filter that passes a wavelength band of not less than 400 n and not more than 100 n.
  • the spectroscopic unit 472 is a band-pass filter that passes a wavelength band of not less than 400 n and not more than 100 n.
  • the aerosol particles 90 are droplets, the droplets do not emit fluorescence, so the intensity of the third scattered light 1_12 is sufficiently small. Further, even when the wavelength component of the irradiation light 1-1 1 1 is included in the third scattered light 1_ 1 2, it is blocked by the spectroscopic unit 4 7 2. Therefore, the third scattered light !_ 1 2 is hardly detected by the light receiving element 450.
  • the signal processing circuit 460 can determine whether the aerosol particle 90 is a pollen or a droplet by comparing the received light intensity by the light receiving element 450 with the threshold value. .. Specifically, the signal processing circuit 460 determines that the aerosol particles 90 are pollen when the intensity of light received by the light receiving element 450 is larger than the threshold value. The signal processing circuit 460 determines that the aerosol particles 90 are droplets when the received light intensity by the light receiving element 450 is below the threshold value.
  • the threshold value is, for example, 0, but is not limited to this.
  • FIG. 19 is a flow chart showing the operation of the scatterer measurement device 401 according to the present embodiment. ⁇ 2020/175 070 57 ⁇ (:171? 2020 /004401
  • the processing up to the step (3 1 2 4) in which the signal processing circuit 460 compares the falling velocity II 1 with the first threshold is the same as in the fifth embodiment.
  • the processing is the same as that described using 15.
  • the signal processing circuit 4 60 determines the fluorescence intensity and the threshold value. Compare with (3 1 4 0).
  • the threshold value is 0, for example.
  • the spectroscopic unit 4 7 2 disperses the third scattered light !_ 1 2 to generate 4 0
  • the falling speed is not used for the determination of pollen and droplets, it is possible to accurately distinguish between droplets and pollen regardless of the particle size of the droplets. Specifically, it is possible to identify even droplets of a size smaller than pollen.
  • the signal processing circuit 460 is configured so that the light receiving intensity and the irradiation light!
  • the signal processing circuit 460 generates a three-dimensional fluorescence matrix based on the excitation wavelength, the received light wavelength, and the received light intensity.
  • the signal processing circuit 460 can more accurately determine the droplets and pollen by comparing the generated three-dimensional fluorescence matrix with the three-dimensional fluorescence matrix stored in the memory.
  • the signal processing circuit 4600 causes the aerosol particle 90 May be determined to be pollen.
  • the signal processing circuit 4 6 In the case of 0, the fluorescence intensity determination process, which is the process of step 3140, may be performed. This makes it possible to determine whether or not the aerosol particles 90 are pollen even when the pollen has a not perfect shape but a collapsed shape.
  • the scattered light may include, as a noise component, Rayleigh scattered light due to molecules constituting air.
  • the noise component contained in the scattered light is removed by causing the scattered light to interfere with each other.
  • differences from the fifth embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted or simplified.
  • Fig. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of the scatterer measurement device 5O1 according to the present embodiment.
  • the scatterer measurement apparatus 50 1 is different from the scatterer measurement apparatus 5 0 1 according to the fifth embodiment in that the light source 10 and the signal processing circuit 3 6 0 are used instead.
  • the difference is that a light source 210 and a signal processing circuit 560 are provided.
  • the scatterer measurement device 50 1 is newly provided with an interference unit 2 70 1.
  • the light source 210 and the interference section 270 are the same as the light source 210 and the interference section 270 included in the scatterer measurement device 201 according to the fourth embodiment.
  • the signal processing circuit 560 performs the same processing as that of the fifth embodiment as well as the interference section 27
  • An interferogram is generated based on the scattered light 1-2 that passes through 0.
  • the signal processing circuit 560 uses the third scattered light !_ 1 2 3 and the fourth scattered light. ⁇ 2020/175 070 59 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the signal processing circuit 560 acquires the signal strength of the first interference fringe based on the generated interferogram, and receives the parallel component of the scattered light from the aerosol particle 90 based on the signal strength. Each of the intensity and the received light intensity of the vertical component can be acquired. As a result, the signal processing circuit 560 can accurately calculate the depolarization degree 3.
  • the signal processing circuit 560 may perform Fourier transform based on the signal in the vicinity of the first interference fringe.
  • the signal processing circuit 560 can generate wavelength spectrum data by Fourier transform and obtain the maximum value as the intensity of Mie scattered light.
  • the interfering section 270 is provided with the mirror 20 and the aerosol particles 9
  • the scatterer measurement device 50 1 may include two interference units 2 70.
  • the two interference sections 270 may be arranged between the beam splitter 3300 and each of the polarization filters 340 and 342.
  • the two interference units 2700 may be arranged between the polarization filter 3400 and the light receiving element 3500, and between the polarization filter 342 and the light receiving element 352.
  • the present disclosure is not limited to these embodiments. Without departing from the gist of the present disclosure, various modifications that the person skilled in the art may have made to the present embodiment, and forms constructed by combining the components of different embodiments are also within the scope of the present disclosure. include.
  • the intensity of scattered light !_ 2 from aerosol particles 90 is ⁇ 2020/175 070 60 ⁇ (: 171-1? 2020 /004401
  • the signal processing circuit 40 determines the intensity of the scattered light before the generation of the splash as a noise component from the intensity of the scattered light 1_2 after the generation of the splash.
  • the signal processing circuit 40 determines the velocity of the aerosol particles 90 as the first space before the movement of the aerosol particles 90 and the second space after the movement of the two unit spaces having the same intensity after the removal. judge.
  • the timing at which the droplets are generated is, for example, the time at which a cough or sneeze is generated by the sound detection unit 160.
  • the signal processing circuit 40 determines the difference between the intensity of scattered light from the unit space 95 before the generation of droplets and the intensity of scattered light from the unit space 95 after the generation of droplets. It can be regarded as the intensity of scattered light corresponding to splashes.
  • the intensity of scattered light 3 from the unit space 9 5 before the generation of droplets is set to 5
  • a spectroscope may be provided on the light emission side of the light source 10 which irradiates the irradiation light !_ 1. As a result, only the light of the specific wavelength component may be emitted as the irradiation light !- 1.
  • a spectroscope may be provided on the light incident side of the light receiving unit 30.
  • the light receiving section 30 may receive only light having a specific wavelength component.
  • an infrared or visible light image sensor may be used to detect a cough or sneeze of a person 99. Coughing or sneezing can be detected by capturing the motion of the person. Alternatively, a cough or sneeze may be detected based on an acceleration sensor or the like attached to the person 99.
  • the scatterer measuring apparatus 301 does not have to distinguish between non-spherical particles and ! ⁇ /12.5 and at least one of pollen and droplets.
  • the signal processing circuit 360 does not need to compare the falling speed with the second threshold. The signal processing circuit 360 determines that the aerosol particle 90 is 5 when the falling velocity is less than the first threshold value, and determines that the aerosol particle 90 is IV! when the falling velocity is more than the first threshold value. You may decide that it is not 2.5. In other words, the scatterer measurement device 301 does not have to specify whether the aerosol particle 90 is a pollen or a droplet.
  • the polarized irradiation light 1-1 1 may be irradiated onto the aerosol particles 90 at least once.
  • the polarized irradiation light 1-1 1 is irradiated only once, and the remaining number of times is the irradiation light before polarization !_ 1 May be irradiated.
  • the polarization filter 3 12 may be movable or may be movable on and off the optical path of the irradiation light !_ 1.
  • a plurality of light sources 10 may be provided, and the polarization filter 3 12 may not be arranged on the optical path of the irradiation light !_ 1 emitted from one light source 10.
  • the target space before detecting the aerosol particles 90, that is, before receiving the scattered light from the aerosol particles 90, the target space was roughly scanned and the scattered light from the aerosol particles 90 was received. After that, the target space may be finely scanned. Specifically, before receiving the scattered light from the aerosol particles 90, the irradiation light is applied to each large-sized unit space, and after receiving the scattered light from the aerosol particles 90, the small size light is emitted. Irradiation light may be emitted for each unit space. In this way, the size or shape of the unit space may be changed at a predetermined timing during scanning of the target space.
  • the predetermined timing may be human detection instead of detection of aerosol particles 90.
  • the size of the unit space may be reduced and irradiation light may be emitted for each unit space centering around the person's head.
  • the position of the human head can be detected quickly by roughly scanning the target space.
  • the example in which the aerosol particles 90 such as droplets, pollen, or non-spherical particles are an example of the scatterer is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the scatterer may include molecules that make up the atmosphere.
  • the processing executed by a specific processing section may be executed by another processing section. Further, the order of a plurality of processes may be changed, or a plurality of processes may be executed in parallel. Further, the allocation of the constituent elements of the scatterer measurement device to a plurality of devices is an example. For example, a component included in one device may be included in another device. Further, the scatterer measurement device may be realized as a single device.
  • the processing described in the above embodiments may be realized by centralized processing using a single device (system), or a plurality of devices may be implemented. It may be realized by performing distributed processing.
  • the processor that executes the program may be a single processor or a plurality of processors. That is, centralized processing or distributed processing may be performed.
  • all or some of the components such as the signal processing circuit may be configured by dedicated hardware, or a software program suitable for each component may be executed. May be realized by Each component is realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or processor that reads and executes a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or semiconductor memory. May be done.
  • a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or processor that reads and executes a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or semiconductor memory. May be done.
  • the components such as the signal processing circuit may be configured by one or more electronic circuits.
  • Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • the one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, a C (Integrated Circuit), an LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the IC or LSI may be integrated on one chip or multiple chips.
  • ⁇ C or LS ⁇ change the way calls me by the degree of integration, system LS ⁇ , VLS I (Very Large Scale Integr at ion)% or, ULSI (Ultra Large Scale Integration) May be called.
  • an FPGA Field Programmable Gate Array
  • the general or specific aspects of the present disclosure may be realized by a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, or a computer program.
  • a computer-readable non-transitory recording medium such as an optical disk, an HDD or a semiconductor memory in which the computer program is stored.
  • It may also be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program and a recording medium.
  • the present disclosure can be used for a scatterer measuring method and a scatterer measuring device that can detect the position of a scatterer with high accuracy, and for example, can be used for an air cleaner or an air conditioner. You can

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Abstract

本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、散乱体が存在する第１空間を通過する第１照射光を照射することと、第１照射光が散乱体で散乱されることにより生じる第１散乱光を受光することと、散乱体が第１空間から、第１空間とは少なくとも一部が異なる第２空間に移動した後に、第２空間を通過する第２照射光を照射することと、第２照射光が散乱体で散乱されることにより生じる第２散乱光を受光することと、第１散乱光を受光した第１時刻と第２散乱光を受光した第２時刻との差、及び、第１時刻から第２時刻までに散乱体が移動した距離に基づいて、散乱体の速度を算出することとを含む。

Description

\¥02020/175070 1 卩（：17 2020 /004401 明 細 書
発明の名称 ： 散乱体測定方法及び散乱体測定装置
技術分野
[0001] 本開示は、 散乱体測定方法及び散乱体測定装置に関する。
背景技術
[0002] インフルエンザなどの感染症の主な感染経路には、 飛沫感染と接触感染と がある。 飛沫感染は、 感染した人の咳又はく しやみにより呼出された飛沫に 含まれるウイルスを直接、 他人が口又は鼻から吸入して体内に取り込むこと である。 また、 接触感染は、 飛沫が付着している机又は床などの場所に他人 が触れることにより、 ウイルスを体内に取り込むことである。 このような飛 沬を起点とする感染を抑制するには、 部屋の中で適切に飛沫の存在を検出し 、 浄化をすることが期待される。
[0003] これに対し、 例えば、 特許文献 1及び 2には、 飛沫の発生源である人の咳 を検出する方法として、 咳の動作を加速度センサ又はマイクロフォンなどの 音センサで検出する技術が開示されている。
先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特開 201 7 _ 1 1 74 1 6号公報
特許文献 2 :特開 201 5 _ 1 43592号公報
特許文献 3 :特開 201 4 _ 20629 1号公報
特許文献 4 :国際公開第 201 6/1 81 854号
非特許文献
[0005] 非特許文献 1 : A. Kobayashi, et a 1. , “Consideration of Depolarization Ratio Measurements by Lidar” , Journal of the Meteoro Log i ca L Society of Japan, 1987, Vo L 65, No.2, p. 303-307
非特許文献 2 : T. Murayama, et al. , “App U cat i on of L idar depo Lar i zat i on measurement in the atmospheric boundary Layer : Effects of dust and sea-salt particles” , Journal of Geophysical Research, 1999, Vo 1.104 , No. D24, p. 31781-31792
非特許文献3 :酒井哲、 外 2名、 「室内実験によるエアロゾル偏光解消度の測 定」 、 第 27回レーザセンシングシンポジウム予稿集、 2009、 p. 94-95 非特許文献4 :加藤信介、 「咳飛沫の室内輸送性状の検討」 、 ながれ26巻、 20 07、 p. 331-339
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0006] しかしながら、 上記従来技術では、 咳の発生した場所しか特定できず、 実 際の飛沫が飛散した方向及び範囲が分からない。 このため、 適切に感染源リ スクを提示し、 又は、 飛沫に含まれるウイルスなどを除去することができな い。 また、 飛沫以外の散乱体であって、 花粉又は P M2. 5などの人の健康 を害する恐れのある散乱体を検出することができない。
[0007] そこで、 本開示は、 散乱体の位置を精度良く検出することができ、 かつ、 散乱体の種別の判別を支援することができる散乱体測定方法及び散乱体測定 装置を提供する。
課題を解決するための手段
[0008] 本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、 散乱体が存在する第 1空間を通 過する第 1照射光を照射することと、 前記第 1照射光が前記散乱体で散乱さ れることにより生じる第 1散乱光を受光することと、 前記散乱体が前記第 1 空間から、 前記第 1空間とは少なくとも一部が異なる第 2空間に移動した後 に、 前記第 2空間を通過する第 2照射光を照射することと、 前記第 2照射光 が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散乱光を受光することと、 前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻と の差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱体が移動した距 離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出することとを含む。
[0009] また、 本開示の一態様に係る散乱体測定装置は、 散乱体が存在する第 1空 間を通過する第 1照射光を照射する光源と、 前記第 1照射光が前記散乱体で 〇 2020/175070 3 卩（：171? 2020 /004401
散乱されることにより生じる第 1散乱光を受光する受光素子と、 信号処理回 路と、 を備え、 前記光源は、 さらに、 前記散乱体が前記第 1空間から、 前記 第 1空間とは少なくとも一部が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空 間を通過する第 2照射光を照射し、 前記受光素子は、 さらに、 前記第 2照射 光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散乱光を受光し、 前記信 号処理回路は、 前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光 した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱 体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出する。
［0010］ また、 本開示の一態様は、 上記散乱体測定方法をコンピュータに実行させ るプログラムとして実現することができる。 あるいは、 当該プログラムを格 納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現すること もできる。
発明の効果
［001 1］ 本開示によれば、 散乱体の位置を精度良く検出することができ、 かつ、 散 乱体の種別の判別を支援することができる。
図面の簡単な説明
［0012］ ［図 1］図 1は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置の概略構成の一例を示す図 である。
［図 2］図 2は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置によるエアロゾル粒子の検 出の様子を模式的に示す図である。
［図 3八］図 3八は、 対象空間の一例を示す図である。
［図 38］図 3巳は、 対象空間を仮想的に分割することで得られる単位空間の一 例を示す図である。
［図 4八］図 4八は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置によるエアロゾル粒子 の速度の算出方法を説明するための図である。
［図 48］図 4巳は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置によるエアロゾル粒子 の速度の算出方法を説明するための図である。
［図 5］図 5は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置の動作の一例を示すフロー 20/175070 4 卩（：171? 2020 /004401
チヤートでめる。
［図 6］図 6は、 実施の形態 2に係る散乱体測定装置の概略構成の一例を示す図 である。
［図 7］図 7は、 実施の形態 2に係る散乱体測定装置によるエアロゾル粒子の検 出の様子を模式的に示す図である。
［図 8］図 8は、 実施の形態 2に係る散乱体測定装置の動作の一例を示すフロー チヤートである。
［図 9］図 9は、 実施の形態 3に係る散乱体測定装置によるエアロゾル粒子の検 出の様子を模式的に示す図である。
［図 10］図 1 0は、 実施の形態 3に係る散乱体測定装置の動作の一例を示すフ 口 _チヤ _卜である。
［図 1 1］図 1 1は、 実施の形態 4に係る散乱体測定装置の概略構成の一例を示 す図である。
［図 12］図 1 2は、 実施の形態 5に係る散乱体測定装置の概略構成を示す図で ある。
［図 13八］図 1 3八は、 実施の形態 5に係る散乱体測定装置による第 1照射光の 照射時のエアロゾル粒子を示す図である。
［図 138］図 1 3巳は、 実施の形態 5に係る散乱体測定装置による第 2照射光の 照射時のエアロゾル粒子を示す図である。
［図 14］図 1 4は、 エアロゾル粒子の粒径と落下速度との関係を示す図である
［図 15］図 1 5は、 実施の形態 5に係る散乱体測定装置の動作を示すフローチ ヤートである。
［図 16］図 1 6は、 実施の形態 6に係る散乱体測定装置の概略構成を示す図で ある。
［図 17］図 1 7は、 唾液の三次元蛍光スぺクトルの一例である。
［図 18］図 1 8は、 スギ花粉の三次元虽光スぺクトルの一例である。
［図 19］図 1 9は、 実施の形態 6に係る散乱体測定装置の動作を示すフローチ \¥0 2020/175070 5 卩（：17 2020 /004401
ャートである。
[図 20]図 2 0は、 実施の形態 7に係る散乱体測定装置の概略構成を示す図で ある。
発明を実施するための形態
[0013] （本開示の概要）
本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、 散乱体が存在する第 1空間を通 過する第 1照射光を照射することと、 前記第 1照射光が前記散乱体で散乱さ れることにより生じる第 1散乱光を受光することと、 前記散乱体が前記第 1 空間から、 前記第 1空間とは少なくとも一部が異なる第 2空間に移動した後 に、 前記第 2空間を通過する第 2照射光を照射することと、 前記第 2照射光 が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散乱光を受光することと、 前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻と の差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱体が移動した距 離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出することとを含む。
[0014] これにより、 照射光を照射した方向と散乱光が戻ってくるまでの時間とに 基づいて、 散乱体の位置及び速度を精度良く算出することができる。 また、 算出した速度を用いて散乱体の種別の判定又は散乱体の拡散範囲の推定など も行うことができる。 このように、 散乱体の位置を精度良く検出することが でき、 かつ、 散乱体の種別の判定を支援することができる。
[0015] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1空間 及び前記第 2空間はそれぞれ、 前記散乱体測定方法による測定の対象となる 対象空間を仮想的に分割することにより得られた、 各々が所定形状の複数の 単位空間の 1つであってもよい。
[0016] これにより、 第 1空間及び第 2空間の大きさを同じにすることができるの で、 第 1空間及び第 2空間の各々から戻ってくる第 1散乱光及び第 2散乱光 の強度の比較が容易になる。 このため、 第 2空間に存在する散乱体が、 第 1 空間から移動してきた散乱体であることを精度良く判定することができるの で、 散乱体の速度の算出精度を高めることができる。 〇 2020/175070 6 卩（：171? 2020 /004401
[0017] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 2空間 は、 前記複数の単位空間のうちの、 前記第 1空間に隣接する単位空間であっ てもよい。
[0018] これにより、 隣接する 2つの単位空間を利用して散乱体の移動を検出する ので、 散乱体が広く拡散する前に散乱体の速度を精度良く算出することがで きる。
[0019] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1空間 は、 人の頭の少なくとも一部が存在する空間、 又は、 人の頭の少なくとも一 部に最も近い空間であってもよい。
[0020] これにより、 人の口から呼出された直後の飛沫を検出することができるの で、 算出される速度が飛沫の速度と同等になる。 したがって、 速度と閾値と の比較による飛沫の判定精度を高めることができる。
[0021 ] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、 さらに、 前記第
1照射光を照射する前に、 前記頭の少なくとも一部が存在する空間、 又は、 前記頭の少なくとも一部に最も近い空間を前記第 1空間として特定すること を含んでもよい。
[0022] これにより、 第 1照射光を照射する前に、 人の頭の位置を特定することが できるので、 人の口から呼出される飛沫を速やかに検出することができる。
[0023] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、 さらに、 前記速 度と閾値とを比較し、 前記速度が前記閾値以上である場合に、 前記散乱体が 人の口から呼出される飛沫であると判定することを含んでもよい。
[0024] これにより、 散乱体が飛沫であるか否かが判定されるので、 飛沫の飛散方 向及び飛散範囲を精度良く検出することができる。
[0025] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記閾値は、
5 XXX/ 3であってもよい。
[0026] 人の口から呼出される飛沫の初速度は約 8〇! / 3以上である。 また、 飛沫 以外のエアロゾル粒子は、 通常、 飛沫よりも十分に低い速度で空中を浮遊し ている。 したがって、 閾値が 5 01 / 3であることで、 散乱体が飛沫であるか 〇 2020/175070 7 卩（：171? 2020 /004401
否かを精度良く判別することができる。
[0027] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1照射 光及び前記第 2照射光はそれぞれ、 等しい周波数間隔の光であり、 前記第 1 散乱光を受光することでは、 光路差を変更可能な干渉部を通過した後の前記 第 1散乱光を受光し、 前記第 2散乱光を受光することでは、 前記干渉部を通 過した後の前記第 2散乱光を受光し、 前記算出することでは、 前記光路差を 掃引させて得られる前記第 1散乱光及び前記第 2散乱光の各々の第 1の干渉 フリンジに対応する信号成分を抽出し、 前記信号成分に基づいて前記速度を 算出してもよい。
[0028] 散乱光には、 エアロゾル粒子からのミー散乱光だけでなく、 空気を構成す る分子によるレイリー散乱光がノイズ成分として含まれる。 これに対して、 本態様によれば、 レイリー散乱光を信号処理によって除去することができる ので、 エアロゾル粒子の検出精度を高めることができる。
[0029] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記干渉部が 掃引する前記光路差は、 前記第 1照射光及び前記第 2照射光の各々の中心波 長の 1 / 4より長く、 かつ、 前記第 1散乱光及び前記第 2散乱光の各々の干 渉フリンジの間隔の 1 / 2より短くてもよい。
[0030] これにより、 レイリー散乱光を信号処理によって精度良く除去することが できるので、 エアロゾル粒子の検出精度を更に高めることができる。
[0031 ] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1照射 光及び前記第 2照射光からなる群から選択される少なくとも一方は、 偏光さ れた光であり、 前記速度は、 前記散乱体の落下速度であり、 さらに、 前記第 1散乱光及び前記第 2散乱光からなる群から選択される少なくとも _方であ って、 前記偏光された光に対応する散乱光の偏光解消度を計測することを含 んでもよい。
[0032] これにより、 偏光解消度及び落下速度を用いることで、 検出された散乱体 の種別を判別することができる。
[0033] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法は、 さらに、 前記偏 〇 2020/175070 8 卩（：171? 2020 /004401
光解消度に基づいて、 前記散乱体が非球形粒子であるか否かの第 1の判定を 行うことと、 前記散乱体が非球形粒子ではないと判定された場合に、 前記落 下速度に基づいて、 前記散乱体が IV! 2 . 5であるか否かの第 2の判定を行 うこととを含んでもよい。
[0034] これにより、 偏光解消度及び落下速度を用いることで、 検出された散乱体 がハウスダストなどの非球形粒子及び IV! 2 . 5のいずれであるかを判別す ることができる。
[0035] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1の判 定では、 前記偏光解消度が 1 0 %以上である場合に、 前記散乱体が非球形粒 子であると判定し、 前記偏光解消度が 1 0 %未満である場合に、 前記散乱体 が非球形粒子ではないと判定してもよい。
[0036] これにより、 ハウスダストなどの非球形粒子をより精度良く判別すること ができる。
[0037] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 2の判 定では、 前記落下速度が〇. 〇〇 1
Figure imgf000010_0001
3未満である場合に、 前記散乱体が 1\/1 2 . 5であると判定してもよい。
[0038] これにより、 呼吸器に影響を与える恐れがある IV! 2 . 5を、 より精度良 く判別することができる。
[0039] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 1照射 光及び前記第 2照射光はそれぞれ、 飛沫の蛍光波長成分を含まない光であり 、 前記第 2の判定では、 （3） 前記落下速度が 0 .
Figure imgf000010_0002
以上であり 、 かつ、 前記散乱光に含まれる 4 0 0 1^ 01以上 1 0 0 0
Figure imgf000010_0003
以下の波長成分 の受光強度が閾値より大きい場合、 前記散乱体が花粉であると判定し、 （匕 ） 前記落下速度が〇. 〇〇 1
Figure imgf000010_0004
以上であり、 かつ、 前記散乱光に含まれ る 4 0 0 01以上 1 0 0 0
Figure imgf000010_0005
以下の前記波長成分の受光強度が前記閾値以 下である場合、 前記散乱体が飛沫であると判定してもよい。
[0040] これにより、 アレルギー症状を引き起こす恐れがある花粉と、 病気の感染 リスクがある飛沫とを、 より精度良く判別することができる。 〇 2020/175070 9 卩（：171? 2020 /004401
[0041 ] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 2の判 定では、 前記落下速度が〇. 1 3以上である場合に、 前記散乱体が飛沫 であると判定してもよい。
[0042] これにより、 飛沫を精度良く判別することができる。
[0043] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 2の判 定では、 前記落下速度が〇. 〇〇 1 111 / 3以上 0 . 1 01 / 3未満である場合 に、 前記散乱体が花粉であると判定してもよい。
[0044] これにより、 花粉を精度良く判別することができる。
[0045] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法では、 前記第 2空間 は、 前記第 1空間の鉛直下方に位置してもよい。
[0046] これにより、 落下した散乱体からの散乱光が受光されやすくなるので、 落 下速度を容易、 かつ、 精度良く算出することができる。 落下速度の算出精度 が高まることで、 散乱体の種別の判別精度も高めることができる。
[0047] また、 本開示の一態様に係るプログラムは、 上記散乱体測定方法をコンビ ュータに実行させるプログラムである。
[0048] これにより、 散乱体の位置を精度良く検出することができ、 かつ、 散乱体 の種別の判定を支援することができる。
[0049] また、 本開示の一態様に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、 散 乱体を測定するためのプログラムを格納したコンビュータ読み取り可能な記 録媒体であって、 前記プログラムが前記コンピュータによって実行されると きに、 前記散乱体が存在する第 1空間を通過する第 1照射光を照射すること と、 前記第 1照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 1散乱光 を受光することと、 前記散乱体が前記第 1空間から、 前記第 1空間とは少な くとも一部が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空間を通過する第 2 照射光を照射することと、 前記第 2照射光が前記散乱体で散乱されることに より生じる第 2散乱光を受光することと、 前記第 1散乱光を受光した第 1時 刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前 記第 2時刻までに前記散乱体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速度 〇 2020/175070 10 卩（：171? 2020 /004401
を算出することと、 が実行される。
[0050] また、 本開示の一態様に係る散乱体測定装置は、 散乱体が存在する第 1空 間を通過する第 1照射光を照射する光源と、 前記第 1照射光が前記散乱体で 散乱されることにより生じる第 1散乱光を受光する受光素子と、 信号処理回 路と、 を備え、 前記光源は、 さらに、 前記散乱体が前記第 1空間から、 前記 第 1空間とは少なくとも一部が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空 間を通過する第 2照射光を照射し、 前記受光素子は、 さらに、 前記第 2照射 光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散乱光を受光し、 前記信 号処理回路は、 前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光 した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱 体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出する。
[0051 ] これにより、 散乱体の位置を精度良く検出することができ、 かつ、 散乱体 の種別の判定を支援することができる。
[0052] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定装置では、 さらに、 前記 光源から照射された第 1照射光及び第 2照射光からなる群から選択される少 なくとも一方を偏光する第 1偏光フィルタと、 前記第 1散乱光及び前記第 2 散乱光からなる群から選択される少なくとも _方であって、 前記第 1偏光フ ィルタによって偏光された光に対応する散乱光を第 3散乱光と第 4散乱光と に分岐させるビームスブリッタと、 前記第 3散乱光の光路上に配置され、 前 記偏光された光の偏光面に平行な偏光成分を透過させる第 2偏光フィルタと 、 前記第 4散乱光の光路上に配置され、 前記偏光された光の偏光面に垂直な 偏光成分を透過させる第 3偏光フィルタとを備え、 前記受光素子は、 前記第 2偏光フィルタを通過した後の前記第 3散乱光を受光する第 1受光素子と、 前記第 3偏光フィルタを通過した後の前記第 4散乱光を受光する第 2受光素 子とを含み、 前記速度は、 前記散乱体の落下速度であり、 前記信号処理回路 は、 さらに、 前記第 1受光素子による前記第 3散乱光の受光強度と前記第 2 受光素子による前記第 4散乱光の受光強度とに基づいて、 偏光解消度を取得 し、 前記偏光解消度に基づいて、 前記散乱体が非球形粒子であるか否かを判 定し、 前記散乱体が非球形粒子ではないと判定された場合に、 前記落下速度 に基づいて、 前記散乱体が P M 2 . 5であるか否かを判定してもよい。
[0053] これにより、 2つの偏光フィルタと 2つの受光素子とを用いて、 偏光解消 度を容易に算出することができる。 また、 偏光解消度及び落下速度を用いる ことで、 検出された散乱体の種別を判別することができる。
[0054] また、 例えば、 本開示の一態様に係る散乱体測定装置の一例であるエアロ ゾル分析装置は、 エアロゾル粒子に向けて照射光を照射する光源と、 前記エ アロゾル粒子が前記照射光を散乱させることで発生する散乱光を受光し、 受 光強度に応じた信号を出力する受光部と、 前記受光部から出力される信号を 処理する信号処理回路とを備え、 前記信号処理回路は、 前記信号に基づいて 前記エアロゾル粒子の速度を算出する。
[0055] これにより、 照射光をエアロゾル粒子に照射し、 エアロゾル粒子による散 乱光を受光するので、 照射光の照射方向と散乱光を受光するまでの時間とに 基づいた T O F (T i me Of F l i ght) 方式により、 エアロゾル粒子の位置を精 度良く検出することができる。 また、 エアロゾル粒子の速度を算出するので 、 算出した速度を用いてエアロゾル粒子の種別の判定又は拡散範囲の推定な ども行うことができる。 このように、 本態様に係るエアロゾル分析装置によ れば、 エアロゾル粒子の位置を精度良く検出することができ、 かつ、 エアロ ゾル粒子の種別の判定を支援することができる。
[0056] また、 例えば、 本開示の一態様に係るエアロゾル分析装置では、 前記受光 部は、 前記複数の単位空間の 1つである第 1空間に前記照射光が照射された 場合に発生する第 1光と、 前記複数の単位空間の 1つであり、 前記第 1空間 とは異なる第 2空間に前記照射光が照射された場合に発生する前記散乱光で ある第 2光とを受光し、 前記第 1光の受光強度に応じた第 1信号及び前記第 2光の受光強度に応じた第 2信号を出力し、 前記信号処理回路は、 前記第 1 信号と前記第 2信号とに基づいて、 前記第 1光と前記第 2光との受光時刻の 差、 及び、 前記第 1空間と前記第 2空間との距離を決定し、 決定した受光時 刻の差及び距離に基づいて前記速度を算出してもよい。 〇 2020/175070 12 卩（：171? 2020 /004401
[0057] これにより、 少なくとも 2回の照射光の照射によってエアロゾル粒子の速 度を速やかに算出することができる。
[0058] また、 例えば、 本開示の一態様に係るエアロゾル分析装置では、 前記制御 部は、 前記対象空間に人が存在するか否かを判定し、 人が存在すると判定さ れた場合に当該人の頭の一部を含む単位空間、 又は、 人の頭の一部に最も近 い単位空間と、 当該単位空間に隣接する 1つ以上の単位空間とに向けて前記 照射光を照射させてもよい。
[0059] これにより、 人の口から呼出された直後の飛沫を検出することができるの で、 算出される速度が飛沫の初速度と同等になる。 したがって、 速度と閾値 との比較による飛沫の判定精度を高めることができる。
[0060] また、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法の一例であるエアロゾル分析 方法は、 エアロゾル粒子に向けて照射光を照射し、 前記エアロゾル粒子が前 記照射光を散乱させることで発生する散乱光を受光し、 受光強度に応じた信 号に基づいて前記エアロゾル粒子の速度を算出する。
[0061 ] これにより、 エアロゾル粒子の位置を精度良く検出することができ、 かつ 、 エアロゾル粒子の種別の判定を支援することができる。
[0062] ところで、 一般的には、 室内には、 人の健康に影響を及ぼす恐れのあるエ アロゾルが存在している。 例えば、 エアロゾルには、 ウイルス若しくは細菌 を含む飛沫、 又は、 ハウスダスト、 花粉、 1\/1 2 . 5などが含まれる。 エア ロゾルを接触又は呼吸によって人体に取り込んだ場合、 感染症、 アレルギー 性鼻炎又は気管支喘息などを発症するリスクがある。
[0063] 従来、 花粉センサ又は 1\/1 2 . 5センサが内蔵された空気清浄機が知られ ている。 空気清浄機は、 吸引した空気中に花粉又は IV! 2 . 5が検出された 場合に、 アラートを表示する機能、 又は、 運転モードを変更する機能を有す る。
[0064] しかしながら、 空気清浄機は、 設置された場所で空気を吸引して測定する ため、 室内にどのように何のエアロゾルが分布するのかを把握することがで きない。 これに対して、 例えば、 特許文献 3及び 4に開示されているように 〇 2020/175070 13 卩（：171? 2020 /004401
、 エアロゾルを可視化して表示する端末装置が知られている。
[0065] しかしながら、 特許文献 3及び 4に記載された技術では、 エアロゾル粒子 の位置及び種別を精度良く判別することができないという問題がある。
[0066] これに対して、 本開示の一態様に係る散乱体測定方法の一例であるエアロ ゾル分析方法は、 偏光された照射光をエアロゾル粒子に照射し、 前記エアロ ゾル粒子が前記照射光を散乱させることで発生する散乱光を受光し、 受光し た散乱光の偏光解消度に基づいて、 前記エアロゾル粒子が非球形粒子である か否かの第 1の判定を行い、 前記エアロゾル粒子が非球形粒子ではないと判 定された場合に、 前記エアロゾル粒子の落下速度に基づいて、 前記エアロゾ ル粒子が IV! 2 . 5であるか否かの第 2の判定を行う。
[0067] これにより、 照射光をエアロゾル粒子に照射し、 エアロゾル粒子による散 乱光を受光するので、 照射光の照射方向と散乱光を受光するまでの時間とに 基づいた丁〇 方式により、 エアロゾル粒子の位置を算出することができる 。 また、 偏光解消度及び落下速度を用いることで、 検出されたエアロゾル粒 子がハウスダストなどの非球形粒子及び IV! 2 . 5のいずれであるかを判別 することができる。 このように、 本態様に係るエアロゾル分析方法によれば 、 エアロゾル粒子の位置及び種別を精度良く判別することができる。
[0068] また、 例えば、 本開示の一態様に係るエアロゾル分析方法において、 前記 照射では、 前記照射光を前記エアロゾル粒子に 2回照射し、 前記受光では、 前記散乱光を 2回受光し、 前記第 2の判定では、 1回目の前記照射光を散乱 させた時点での前記エアロゾル粒子の第 1位置と、 2回目の前記照射光を散 乱させた時点での前記エアロゾル粒子の第 2位置との鉛直方向における距離 、 及び、 2回の前記散乱光の受光の時間間隔に基づいて前記落下速度を算出 してもよい。
[0069] これにより、 演算によって簡単に落下速度を算出することができる。 また 、 落下速度を得るための専用の構成を必要としないので、 エアロゾル分析装 置の構成を簡素化することができる。
[0070] また、 例えば、 本開示の一態様に係るエアロゾル分析方法において、 前記 〇 2020/175070 14 卩（：171? 2020 /004401
照射では、 1回目の前記照射光を第 1空間に向けて照射した後、 前記照射光 に基づく前記散乱光が受光された場合に、 前記第 1空間の鉛直下方に位置す る第 2空間に向けて 2回目の前記照射光を照射してもよい。
[0071 ] これにより、 落下したエアロゾル粒子からの散乱光が受光されやすくなる ので、 落下速度を容易、 かつ、 精度良く算出することができる。 落下速度の 算出精度が高まることで、 エアロゾル粒子の種別の判別の精度も高めること ができる。
[0072] また、 本開示の一態様に係るエアロゾル分析装置は、 照射光をエアロゾル 粒子に照射する光源と、 前記光源から照射された照射光を偏光する第 1偏光 フィルタと、 前記第 1偏光フィルタを通過した照射光を前記エアロゾル粒子 が散乱させることで発生する散乱光を第 1散乱光と第 2散乱光とに分岐させ るビームスブリッタと、 前記第 1散乱光の光路上に配置され、 前記照射光の 偏光面に平行な偏光成分を透過させる第 2偏光フィルタと、 前記第 2偏光フ ィルタを通過した後の前記第 1散乱光を受光する第 1受光素子と、 前記第 2 散乱光の光路上に配置され、 前記照射光の偏光面に垂直な偏光成分を透過さ せる第 3偏光フィルタと、 前記第 3偏光フィルタを通過した後の前記第 2散 乱光を受光する第 2受光素子と、 前記第 1受光素子による受光強度と前記第 2受光素子による受光強度とに基づいて、 偏光解消度を取得する信号処理回 路とを備え、 前記信号処理回路は、 さらに、 前記偏光解消度に基づいて、 前 記エアロゾル粒子が非球形粒子であるか否かを判定し、 前記エアロゾル粒子 が非球形粒子ではないと判定された場合に、 前記エアロゾル粒子の落下速度 に基づいて、 前記エアロゾル粒子が IV! 2 . 5であるか否かを判定する。
[0073] これにより、 照射光の照射方向と散乱光を受光するまでの時間とに基づい た丁〇 方式により、 エアロゾル粒子の位置を算出することができる。 また 、 偏光解消度及び落下速度を用いることで、 検出されたエアロゾル粒子がハ ウスダストなどの非球形粒子及び IV! 2 . 5のいずれであるかを判別するこ とができる。 このとき、 互いに直交する偏光成分を透過させる 2つの偏光フ ィルタと 2つの受光素子とを用いて、 偏光解消度を容易に算出することがで きる。 このように、 本態様に係るエアロゾル分析装置によれば、 エアロゾル 粒子の位置及び種別を精度良く判別することができる。
[0074] 本開示において、 回路、 ユニッ ト、 装置、 部材又は部の全部又は一部、 又 はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、 半導体装置、 半導体集積回 路 ( 1 C) 、 又は LS I ( l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n) を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。 LS I又は I Cは、 一つのチップに集積されてもよいし、 複数のチップを組み合わせて 構成されてもよい。 例えば、 記憶素子以外の機能ブロックは、 一つのチップ に集積されてもよい。 ここでは、 LS 丨 または丨 Cと呼んでいるが、 集積の 度合いによって呼び方が変わり、 システム LS I、 VLS I (v e r y I a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n) 、 若しくは U LS I ( u I t r a l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n) と呼ばれる ものであってもよい。 L S 丨の製造後にプログラムされる、 F i e l d P r o g r amm a b l e G a t e A r r a y (F PGA) 、 又は L S I 内部の接合関係の再構成又は L S I 内部の回路区画のセッ トアップができる r e c o n f i g u r a b l e l o g i c d e v i c eも同じ目的で使 うことができる。
[0075] さらに、 回路、 ユニッ ト、 装置、 部材又は部の全部又は一部の機能又は操 作は、 ソフトウェア処理によって実行することが可能である。 この場合、 ソ フトウェアは一つ又は複数の ROM、 光学ディスク、 ハードディスクドライ ブなどの非一時的記録媒体に記録され、 ソフトウェアが処理装置 (p r〇 c e s s〇 r ) によって実行されたときに、 そのソフトウェアで特定された機 能が処理装置 (p r o c e s s o r) および周辺装置によって実行される。 システム又は装置は、 ソフトウェアが記録されている一つ又は複数の非一時 的記録媒体、 処理装置 (P r o c e s s o r) 、 及び必要とされるハードウ ェアデバイス、 例えばインターフェース、 を備えていても良い。
[0076] 以下では、 実施の形態について、 図面を参照しながら具体的に説明する。
[0077] なお、 以下で説明する実施の形態は、 いずれも包括的又は具体的な例を示 〇 2020/175070 16 卩（：171? 2020 /004401
すものである。 以下の実施の形態で示される数値、 形状、 材料、 構成要素、 構成要素の配置位置及び接続形態、 ステップ、 ステップの順序などは、 一例 であり、 本開示を限定する主旨ではない。 また、 以下の実施の形態における 構成要素のうち、 独立請求項に記載されていない構成要素については、 任意 の構成要素として説明される。
[0078] また、 各図は、 模式図であり、 必ずしも厳密に図示されたものではない。
したがって、 例えば、 各図において縮尺などは必ずしも一致しない。 また、 各図において、 実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、 重 複する説明は省略又は簡略化する。
[0079] また、 本明細書において、 平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語 、 及び、 立方体などの要素の形状を示す用語、 並びに、 数値範囲は、 厳格な 意味のみを表す表現ではなく、 実質的に同等な範囲、 例えば数％程度の差異 をも含むことを意味する表現である。
[0080] （実施の形態 1）
[ 1 . 概要]
まず、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置の概要について、 図 1 を用いて 説明する。 図 1は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置の構成を示す図であ る。
[0081 ] 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1は、 照射光 !_ 1 を照射し、 空間内に 存在するエアロゾル粒子 9 0が照射光 !_ 1 を散乱させることで発生する散乱 光 !_ 2を取得し、 取得した散乱光 !_ 2を処理することで、 エアロゾル粒子 9 0の有無、 位置、 種別及び濃度などを判別する。 なお、 エアロゾル粒子 9 0 は、 照射光 1- 1 を散乱させる散乱体の一例である。 また、 エアロゾル粒子 9 0が存在する空間は、 照射光 !_ 1が照射される照射空間であり、 散乱体測定 装置 1 による測定の対象となる対象空間の一部である。
[0082] 具体的には、 散乱体測定装置 1は、 エアロゾル粒子 9 0が存在する第 1空 間に照射光 !- 1 を第 1照射光として照射し、 所定期間経過後に、 エアロゾル 粒子 9 0が存在する第 2空間に照射光 !_ 1 を第 2照射光として照射する。 第 1照射光に対応する散乱光 L 2を第 1散乱光として受光した第 1時刻と、 第 2照射光に対応する散乱光 L 2を第 2散乱光として受光した第 2時刻との差 、 及び、 第 1時刻から第 2時刻までにエアロゾル粒子 90が移動した距離に 基づいて、 エアロゾル粒子 90の移動速度を算出する。 散乱体測定装置 1は 、 例えば、 算出した移動速度に基づいてエアロゾル粒子 90が飛沫であるか 否かを判別する。
[0083] 図 1 に示されるように、 散乱体測定装置 1は、 光源 1 0と、 ミラー 20と 、 受光部 30と、 信号処理回路 40と、 制御部 50とを備える。
[0084] 光源 1 0は、 エアロゾル粒子 90が存在する空間を通過する照射光 L 1 を 照射する。 照射光 L 1は、 例えばパルス光であるが、 連続光であってもよい 。 照射光 L 1は、 特定の波長帯域にピークを有する単色光であってもよく、 ブロードな波長帯域を含む光であってもよい。 照射光 L 1は、 例えば、 紫外 光、 青色光、 白色光又は赤外光などである。
[0085] 光源 1 0は、 例えば、 レーザ光を照射光 L 1 として出射する半導体レーザ 素子である。 あるいは、 光源 1 0は、 L E D (Light Emitting Diode) であ ってもよく、 ハロゲンランプなどの放電ランプであってもよい。
[0086] 照射光 L 1は、 エアロゾル粒子 90によって散乱され、 その一部である散 乱光 L 2が散乱体測定装置 1 に戻ってくる。 散乱光 L 2は、 エアロゾル粒子 90が照射光 L 1 を散乱させることで発生する後方散乱光である。 散乱光 L 2は、 エアロゾル粒子 90によるミー散乱に基づく光である。
[0087] ミラー 20は、 散乱光 L 2を反射する。 散乱光 L 2に対してミラー 20を 適切な角度で配置することにより、 散乱光 L 2の進路を所望の方向に曲げる ことができる。
[0088] 受光部 30は、 散乱光 L 2を受光し、 受光強度に応じた信号を出力する。
受光強度は、 散乱光 L 2の強度であり、 例えば、 受光部 30が出力する信号 の信号レベルで表される。
[0089] 受光部 30は、 光電変換を行う素子であり、 例えば、 PMT (Photomult ip lier Tube) である。 あるいは、 受光部 30は、 PMTとフオトンカウンタと 〇 2020/175070 18 卩（：171? 2020 /004401
を有してもよい。 また、 受光部 3 0は、 アバランシェフォトダイオード （八 であつてもよい。
[0090] 信号処理回路 4 0は、 受光部 3 0から出力される信号に基づいてエアロゾ ル粒子 9 0の速度を算出する。 本実施の形態では、 信号処理回路 4 0は、 さ らに、 算出した速度と閾値とを比較する。 信号処理回路 4 0は、 算出した速 度が閾値以上である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が人の口から呼出される飛 沬であると判定する。 信号処理回路 4 0は、 算出した速度が閾値未満である 場合に、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫ではないと判定する。 例えば、 信号処理 回路 4 0は、 算出した速度が閾値未満である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が 花粉又は IV! 2 . 5であると判定してもよい。
[0091 ] 飛沫は、 エアロゾル粒子の一種である。 飛沫は、 人の口から呼出される。
飛沫は、 人の咳、 く しゃみ又は発話によって動的に発生する微小液滴である 。 飛沫には、 ウイルス又は細菌などが含まれている場合がある。 飛沫は、 人 の動作によって発生するので、 発生した時点で大きい初速度を有する。
[0092] 一般的には、 エアロゾル粒子には、 飛沫だけでなく、 塵埃などのハウスダ スト、 黄砂、 大気汚染エアロゾル、 1\/! 2 . 5などの浮遊粒子状物質、 花粉 などの生物系粒子などが含まれる。 飛沫以外のエアロゾル粒子は、 通常、 飛 沫よりも十分に低い速度で空中を浮遊している。
[0093] 飛沫の判定に用いる閾値は、 人がく しゃみ又は咳を行った場合に人の口か ら呼出される飛沫の初速度よりも低い値である。 一般的な人のく しゃみ又は 咳による飛沫の初速度は、 水平方向に約 8 01 / 3である。 口から離れる程、 飛沫の水平方向における速度は低下する。 本実施の形態では、 口の直近でエ アロゾル粒子 9 0を検出できないことも考慮に入れて、 閾値は、 例えば、 5 01 / 3である。
[0094] なお、 閾値は、 5
Figure imgf000020_0001
より小さくてもよい。 この場合に、 閾値は、 例え ば、 飛沫以外のエアロゾル粒子の水平方向における移動速度よりも大きい値 である。 室内が無風状態である場合、 飛沫以外のエアロゾル粒子は、 主に人 の移動などに基づいて発生する空気の流れによって移動する。 人の歩行速度 〇 2020/175070 19 卩（：171? 2020 /004401
は、 一般的に 2 01 / 3より遅い。 このため、 例えば、 閾値は、 2 01 / 3以上 であってもよい。
[0095] また、 エアロゾル粒子 9 0が存在する空間内に、 空調機器などによって気 流が生成されている場合、 閾値は、 気流速度より大きく、 飛沫の初速度より も低い値であってもよい。
[0096] また、 信号処理回路 4 0は、 照射光 !_ 1が照射されてから散乱光 !_ 2を受 光するまでに要する時間に基づいて、 丁〇 方式によってエアロゾル粒子 9 0までの距離を算出する。 さらに、 信号処理回路 4 0は、 算出した距離と照 射光 !- 1 を照射した方向とに基づいてエアロゾル粒子 9 0の位置を特定する 。 照射光 1- 1の照射方向が変更されながらエアロゾル粒子 9 0の位置の特定 を繰り返すことで、 信号処理回路 4 0は、 対象空間内のエアロゾル粒子 9 0 の分布を作成する。
[0097] 信号処理回路 4 0は、 複数の回路部品を含む 1つ又は複数の電子回路で構 成されている。 1つ又は複数の電子回路はそれぞれ、 汎用的な回路でもよく 、 専用の回路でもよい。 つまり、 信号処理回路 4 0が実行する機能は、 電子 回路などのハードウエアで実現される。 あるいは、 信号処理回路 4 0は、 プ ログラムが格納された不揮発性メモリ、 プログラムを実行するための一時的 な記憶領域である揮発性メモリ、 入出カポート、 プログラムを実行するプロ セツサなどで実現されてもよい。 信号処理回路 4 0が実行する機能は、 プロ セツサで実行されるソフトウエアで実現されてもよい。
[0098] 制御部 5 0は、 光源 1 0を制御する。 具体的には、 制御部 5 0は、 照射光
!- 1の照射方向を変更する。 照射光 1- 1の照射方向は、 例えば、 1\/1巳1\/1 3
Figure imgf000021_0001
ミラー （図示せず） などによって変更さ れる。 本実施の形態では、 エアロゾル粒子 9 0が存在する対象空間は、 各々 が所定形状を有する複数の単位空間に仮想的に分割される。 単位空間の所定 形状の大きさは、 照射光 !- 1が単位時間に進む距離及び光源 1 0の走査距離 、 あるいは、 照射光 !_ 1が単位時間に進む距離及び受光部 3 0の受光可能な 範囲などで規定することができる。 したがって、 単位時間によって、 単位空 〇 2020/175070 20 卩（：171? 2020 /004401
間の大きさを変更することが可能となる。 制御部 5 0は、 光源 1 0を制御す ることで、 複数の単位空間の各々に向けて照射光 !_ 1 を照射させる。 具体的 な動作については、 後で説明する。
[0099] 制御部 5 0は、 複数の回路部品を含む 1つ又は複数の電子回路で構成され ている。 1つ又は複数の電子回路はそれぞれ、 汎用的な回路でもよく、 専用 の回路でもよい。 つまり、 制御部 5 0が実行する機能は、 電子回路などのハ —ドウェアで実現される。 あるいは、 制御部 5 0は、 プログラムが格納され た不揮発性メモリ、 プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮 発性メモリ、 入出カポート、 プログラムを実行するプロセッサなどで実現さ れてもよい。 制御部 5 0が実行する機能は、 プロセッサで実行されるソフト ウェアで実現されてもよい。 制御部 5 0と信号処理回路 4 0とは、 メモリな どのハードウェア資源を共用してもよい。
[0100] 散乱体測定装置 1が備える各構成要素は、 例えば、 図示しない筐体の内部 に収容されている。 筐体は、 散乱体測定装置 1の外郭筐体であり、 遮光性を 有する。 筐体には、 照射光 !_ 1及び散乱光 !_ 2を通過させるための開口が設 けられている。 開口は、 照射光 !_ 1 と散乱光 !_ 2との各々に対応させて 1つ ずつ設けられていてもよい。
[0101 ] また、 散乱体測定装置 1は、 散乱光 !_ 2を集光する集光部を備えてもよい 。 例えば、 散乱光 !_ 2が通過する開口には、 集光部の一例である集光レンズ が設けられていてもよい。 集光レンズは、 筐体の内部に設けられていてもよ い。 例えば、 集光レンズは、 散乱光 !_ 2が通過する開口とミラー 2 0との間 に設けられていてもよく、 ミラー 2 0と受光部 3 0との間に設けられていて もよい。 なお、 集光レンズの代わりに集光ミラーが設けられていてもよい。
[0102] [ 2 . エアロゾル粒子の検出]
次に、 散乱体測定装置 1 によるエアロゾル粒子 9 0の検出方法について説 明する。 まず、 図 2を用いて、 エアロゾル粒子 9 0の位置を検出する方法に ついて説明する。 図 2は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 によるエア ロゾル粒子 9 0の検出の様子を模式的に示す図である。 〇 2020/175070 21 卩（：171? 2020 /004401
[0103] 図 2に示されるように、 散乱体測定装置 1は、 照射光 !_ 1 を対象空間の所 定方向に向けて照射する。 具体的には、 散乱体測定装置 1は、 対象空間の一 部である第 1空間を通過する照射光 !_ 1 を照射する。 照射光 !_ 1が照射され た方向に、 具体的には、 第 1空間内にエアロゾル粒子 9 0が存在する場合、 エアロゾル粒子 9 0によって照射光 !_ 1が散乱されて散乱光 !_ 2が発生する 。 散乱体測定装置 1は、 散乱光 !- 2を取得し、 取得した散乱光 !_ 2に基づい てエアロゾル粒子 9 0の位置を特定する。
[0104] ここで、 対象空間について、 図 3八を用いて説明する。 図 3八は、 対象空 間の一例を示す図である。 対象空間 1 〇〇は、 図 3八に示すように、 散乱体 測定装置 1 による測定の対象となる空間である。 なお、 図 3八には、 互いに 直交する X軸、 ソ軸及び 軸を示している。
[0105] 対象空間 1 0 0は、 例えば、 住居、 オフィス、 介護施設又は病院などの建 物の一部屋である。 対象空間 1 〇〇は、 例えば、 壁、 窓、 ドア、 床及び天井 などで仕切られた空間であり、 閉じられた空間であるが、 これに限らない。 例えば、 対象空間 1 〇〇は、 屋外の開放された空間であってもよい。 また、 対象空間 1 〇〇は、 バス又は飛行機などの移動体の内部空間であってもよい
[0106] 通常、 散乱体が移動する状況を考慮して、 散乱体の移動する範囲と等しい 空間か、 あるいは、 散乱体の移動する範囲より広い空間が、 対象空間 1 0 0 として設定される。
[0107] 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1は、 図 3八に示すように、 照射光 !_
1の照射方向を対象空間 1 〇〇内で走査する。 図 3 に示す例の場合、 左上 から右上にかけて走査し、 その後、 1段下方向に下げて、 左から右に走査す る。 これを繰り返し、 対象空間全体を走査する。 なお、 図 3 では、 走査方 向を白抜きの矢印で表している。
[0108] 対象空間 1 0 0は、 図 3八に示すように、 各々が所定形状を有する複数の 単位空間 9 5に仮想的に分割される。 一例として、 分割された単位空間につ いて、 図 3巳を用いて詳細に説明する。 図 3巳は、 対象空間を仮想的に分割 〇 2020/175070 22 卩（：171? 2020 /004401
することで得られる単位空間の一例を示す図である。 具体的には、 図 3巳は 、 図 3八の左上の 4つの単位空間を示している。 単位空間 95は、 例えば、 —辺の長さが 30〇 の立方体である。
[0109] —例として、 照射光 !_ 1は、 レーザ光であり、 レーザ光の直径は 5
Figure imgf000024_0001
で ある。 例えば、 レーザ光は、 単位空間 95の重心を通る。 レーザ光の照射周 期は、 1 36〇で、 パルス幅は 2
Figure imgf000024_0002
36〇である。 一例として、 対象空間
1 00の大きさは、
Figure imgf000024_0003
[0110] ここで、 対象空間 1 〇〇を 1秒で走査して、 散乱体の速度の測定を行うこ とを考える。 まず、
Figure imgf000024_0004
を走査すること を考える。
[0111] 図 3巳の 1つの単位空間 95の X å平面の大きさを 30001X300111と 仮定すると、 1 〇 1 〇 を走査するレーザ光の点は、 33点 33点 = 1 089点となる。 例えば、 1点で 1 £ 6〇の照射を 1 000回行って測 定を行うので、 1点の測定時間は 1 3である。 得られた測定値を平均化し て、 1つの単位空間 95の測定値とする。
[0112] 全ての 1 089点における測定を行うと、
Figure imgf000024_0005
卜ータル 約 1秒となる。 つまり、 約 1秒で 1 0^1X 1 0 の範囲を測定することが可 能である。
[0113] —方、 奥行き 1 0 まで測定可能とすると、 1点でのパルス幅は 2 n 36 〇であるので、 奥行きの距離の分解能は 30〇
Figure imgf000024_0006
となる。 よって、 1 〇
Figure imgf000024_0007
の範囲の対象空間 1 00の測定点は、 33X33X33 = 3 5937個分の単位空間 95での測定を約 1秒で行うことができる。
[0114] 本開示では、 散乱体が移動する状況を考慮して、 散乱体の移動する範囲と 等しい範囲か、 あるいは、 散乱体が移動する範囲より広い空間が、 対象空間 1 00として設定される。 設定した対象空間 1 00から散乱体の動きを抽出 できるように、 単位空間 95の大きさを決定し、 決定した大きさの単位空間 95で対象空間 1 00を仮想的に分割する。 このことにより、 対象空間 1 0 0の全体に渡って、 散乱体の動きを精度良く捉え、 高速で散乱体の速度を測 〇 2020/175070 23 卩（：171? 2020 /004401
定することが可能となる。 なお、 受光部 3 0は、 単位空間 9 5に含まれる散 乱体の散乱光を受光できればよい。
[01 15] 散乱体測定装置 1は、 単位空間 9 5毎に照射光 !_ 1 を照射する。 照射方向 は、 連続的に変更されてもよく、 離散的に変更されてもよい。 例えば、 連続 光又はパルス光である照射光を、 その照射方向を順次変更しながら照射して もよい。
[01 16] 図 2には、 2つの単位空間 9 5及び 9 6が示されている。 単位空間 9 5に は、 人 9 9から呼出された飛沫であるエアロゾル粒子 9 0が存在している。 単位空間 9 5に照射光 !_ 1が照射された場合、 エアロゾル粒子 9 0が照射光 1- 1 を散乱させることで、 散乱光 1- 2を発生させる。
[01 17] なお、 単位空間の形状は、 立方体に限らず、 直方体であってもよい。 ある いは、 単位空間の形状は、 球体でもよい。 隣り合う 2つの単位空間は、 互い に接していてもよく、 一部が重なっていてもよく、 あるいは、 離れていても よい。 単位空間の一辺の長さは、 例えば、 単位空間が立方体である場合、 〇 . 3〇1 （ 3 0〇〇!） である。 単位空間の一辺の長さが長い程、 受光される散 乱光の信号強度が強くなる。 よって、 単位空間の一辺の長さは、 受光される 散乱光の信号強度が検知できるように決定されてもよい。
[01 18] 信号処理回路 4 0は、 丁〇 方式により、 散乱光 1_ 2が発生した位置、 す なわち、 エアロゾル粒子 9 0を含む単位空間 9 5までの距離を算出する。 本 実施の形態では、 図 2に示されるように、 照射光 !_ 1はパルス光であるので 、 照射した照射光 !- 1 に基づく散乱光 !_ 2が受光されるまでの時間を容易に 判別することができる。 信号処理回路 4 0は、 照射光 !_ 1 を照射してから散 乱光 !_ 2が受光されるまでの時間に基づいて、 散乱光 !_ 2を発生させたエア ロゾル粒子 9 0を含む単位空間までの距離を算出する。
[01 19] [ 3 . エアロゾル粒子の移動速度の算出]
次に、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫であるか否かを判別するのに用いるエア ロゾル粒子 9 0の移動速度の算出方法について説明する。
[0120] 図 4 及び図 4巳はそれぞれ、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 によ 〇 2020/175070 24 卩（：171? 2020 /004401
るエアロゾル粒子の速度の算出方法を説明するための図である。 図 4八及び 図 4巳では、 エアロゾル粒子 9 0が単位空間 9 5から単位空間 9 6に移動し た場合が示されている。 図 4八では、 単位空間 9 5と単位空間 9 6とが、 1 つの面を共有して水平方向に隣接している。 図 4巳では、 単位空間 9 5と単 位空間 9 6とは、 1つの辺を共有して斜めに隣接している。
[0121 ] 単位空間 9 5は、 複数の単位空間の 1つである第 1空間の一例である。 単 位空間 9 6は、 複数の単位空間の 1つであり、 第 1空間とは異なる第 2空間 の一例である。 単位空間 9 5にエアロゾル粒子 9 0が存在する場合に、 照射 光 !_ 1が第 1照射光として単位空間 9 5に照射されたとき、 単位空間 9 5で 散乱光 !_ 2が第 1散乱光として発生する。 単位空間 9 6にエアロゾル粒子 9 0が存在する場合に、 照射光 !_ 1が第 2照射光として単位空間 9 6に照射さ れたとき、 単位空間 9 6で散乱光 !_ 2が第 2散乱光として発生する。
[0122] 本実施の形態では、 制御部 5 0が光源 1 0を制御することで、 単位空間 9
5と単位空間 9 6とにそれぞれ、 異なるタイミングで照射光 !_ 1 を照射する 。 受光部 3 0は、 単位空間 9 5で発生した第 1散乱光を受光し、 受光した第 1散乱光の受光強度に応じた第 1信号を出力する。 また、 受光部 3 0は、 単 位空間 9 6で発生した第 2散乱光を受光し、 受光した第 2散乱光の強度に応 じた第 2信号を出力する。
[0123] 信号処理回路 4 0は、 第 1信号と第 2信号とに基づいて、 第 1散乱光を受 光した第 1時刻と第 2散乱光を受光した第 2時刻との差、 及び、 第 1時刻か ら第 2時刻までにエアロゾル粒子 9 0が移動した距離を決定する。 第 1時刻 から第 2時刻までにエアロゾル粒子 9 0が移動した距離は、 単位空間 9 5と 単位空間 9 6との距離と同じであるとみなすことができる。 信号処理回路 4 0は、 決定した受光時刻の差及び距離に基づいてエアロゾル粒子 9 0の速度 を算出する。 具体的には、 信号処理回路 4 0は、 以下の式 （1） に基づいて エアロゾル粒子 9 0の速度 Vを算出する。 \¥0 2020/175070 25 卩（：17 2020 /004401
[数 1 ]
Figure imgf000027_0001
[0125] 式 （1） において、 ；は、 第 1空間の位置であり、 例えば、 単位空間 9 5 の位置である ！である。 | + 1は、 第 2空間の位置であり、 例えば、 単位空 間 9 6の位置である 2である。 ；は、 第 1散乱光の受光時刻であり、 例え ば、 単位空間 9 5からの散乱光を受光した第 1時刻である I !である。 I + 1 は、 第 2散乱光の受光時刻であり、 例えば、 単位空間 9 6からの散乱光を受 光した第 2時刻である I 2である。
[0126] 単位空間 9 5の位置 及び単位空間 9 6の位置 2はいずれも、 対象空間 中の三次元位置を示す座標である。 具体的には、
Figure imgf000027_0002
及び 2はそれぞれ、 単 位空間の中心位置を示している。
[0127] 例えば、 単位空間 9 5の位置 1は、 X軸、 ソ軸及び å軸を三軸とする三次 元直交座標系において （X ! , ソ！， 2 1） と表すことができる。 同様に、 単位 空間 9 6の位置 2は、 （父2 , ソ2 , 2 2） と表すことができる。 例えば、 X ソ平面が水平面を表し、 2軸が鉛直方向を表す。
[0128] 図 4八に示される例では、 単位空間 9 5と単位空間 9 6とが水平方向に隣 接している。 このため、 単位空間 9 5と単位空間 9 6との距離は、 単位空間 の一辺の長さである。 つまり、 時刻 1から時刻 2にかけてのエアロゾル 粒子 9 0の移動距離は、 単位空間の一辺の長さで表される。
[0129] 図 4巳に示される例では、 単位空間 9 5と単位空間 9 6とは、 斜め方向に 隣接している。 このため、 単位空間 9 5と単位空間 9 6との距離は、 単位空 間の対角線の長さである。 つまり、 時刻 1から時刻 2にかけてのエアロ ゾル粒子 9 0の移動距離は、 単位空間の対角線の長さで表される。
[0130] なお、 図 4八及び図 4巳では、 単位空間が全て同じ形状及び同じ大きさで ある場合を想定している。 単位空間の大きさ及び形状が異なっている場合に は、 各単位空間の中心位置間の距離を算出することで、 エアロゾル粒子 9 0 の移動距離を得ることができる。 図 4 及び図 4巳のいずれの場合も、 単位 〇 2020/175070 26 卩（：171? 2020 /004401
空間 9 5及び単位空間 9 6の各々からの散乱光の受光時刻の差に基づいて、 式 （1） によりエアロゾル粒子 9 0の速度 Vを算出することができる。
[0131 ] [ 4 . 動作]
続いて、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1の動作について、 図 5を用 いて説明する。 図 5は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1の動作を示す フローチヤートである。
[0132] 図 5に示されるように、 まず、 散乱体測定装置 1は、 対象空間の走査を開 始する （3 1 0） 。 具体的には、 制御部 5 0は、 照射光 !_ 1 を単位空間毎に 照射する。 例えば、 制御部 5 0は、 複数の単位空間の 1つに向けて照射光 !_
1 を照射し、 受光部 3 0によって散乱光 !_ 2が受光されない場合には、 別の 単位空間に向けて照射光 !_ 1 を照射することを繰り返す。
[0133] 次に、 受光部 3 0が散乱光 3 ,を検出する （3 1 2） 。 なお、 散乱光 3 ,は 、 照射光 1- 1の照射によって得られた丨番目の散乱光 !_ 2であることを意味 する。 丨 は自然数である。 受光部 3 0は、 散乱光 3 ,の強度に応じた第 1信号 を出力する。
[0134] 次に、 信号処理回路 4 0は、 第 1信号に基づいて、 検出された散乱光 3 ,の 発生源であるエアロゾル粒子 9 0が存在する単位空間、 すなわち、 照射光 !_
1 を照射した単位空間の位置 ，と、 散乱光 3 ,の受光時刻 1 ，とをメモリに記 憶する （3 1 4） 。 位置 は、 例えば丁〇 方式によって算出されてもよい
[0135] 次に、 制御部 5 0は、 光源 1 0を制御することで、 散乱光 3 ,を発生させた 単位空間の周辺を走査する （3 1 6） 。 例えば、 図 2に示される単位空間 9 5からの散乱光 !_ 2が散乱光 3 ,として受光された場合、 制御部 5 0は、 単位 空間 9 5に隣接する単位空間 9 6を通過する照射光 !_ 1 を光源 1 0に照射さ せる。 これにより、 単位空間 9 5に存在するエアロゾル粒子 9 0の移動先を 探索する。
[0136] なお、 人 9 9が咳又はく しゃみを行うことで、 飛沫が呼出される方向は、 あらゆる方向が想定される。 水平方向に飛沫を呼出する場合は、 図 4 に示 〇 2020/175070 27 卩（：171? 2020 /004401
されるように、 単位空間 9 5の水平方向に隣接する単位空間 9 6に飛沫が移 動する。 また、 斜め下方向に飛沫を呼出する場合は、 図 4巳に示されるよう に、 単位空間 9 5の斜め下方に隣接する単位空間 9 6に飛沫が移動する。 図 には示されていないが、 真下に向けて飛沫を呼出する場合、 及び、 人 9 9の 姿勢によっては真上に向けて飛沫を呼出する場合も起こりうる。
[0137] このため、 本実施の形態では、 制御部 5 0は、 エアロゾル粒子 9 0が検出 された場合に、 検出された単位空間に隣接する 1つ以上の単位空間に向けて 照射光 !- 1 を照射させる。 制御部 5 0は、 人 9 9の顔の位置及び向きが判別 できる場合、 顔の正面方向に位置する単位空間に向けて優先的に照射光 !_ 1 を照射させてもよい。
[0138] 次に、 受光部 3 0が散乱光 3 + 1を検出し （3 1 8） 、 散乱光 3 + 1の強度 に応じた第 2信号を出力する。 信号処理回路 4 0は、 第 2信号に基づいて、 検出された散乱光 3 | + 1の発生源であるエアロゾル粒子 9 0が存在する単位空 間の位置 | + 1と、 散乱光 3 | + 1の受光時刻 I | + 1とをメモリに記憶する （3 2 0） 。
[0139] 次に、 信号処理回路 4 0は、 メモリに記憶された位置 |及び時刻 1 |と位 置 | + 1及び時刻 I | + 1とに基づいて、 式 （ 1 ） によりエアロゾル粒子 9 0の 速度 Vを算出する （3 2 2） 。 次に、 信号処理回路 4 0は、 算出した速度 V と閾値 V。とを比較する （3 2 4） 。 算出した速度 Vが閾値 V。以上である場 合 （3 2 4で丫 6 3） 、 信号処理回路 4 0は、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫で あると判定する （3 2 6） 。 算出した速度 Vが閾値 V。未満である場合 （3 2 4で 1\1〇） 、 信号処理回路 4 0は、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫ではないと判 定し、 ステップ 3 1 0に戻って対象空間の走査を繰り返す。
[0140] 以上のように、 本実施の形態によれば、 エアロゾル粒子 9 0の速度 Vと閾 値 V。とを比較することで、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫であるか否かを判別す ることができる。 このため、 照射光 !_ 1 を照射する方向を単位空間毎に変更 することで、 対象空間内において飛沫が存在する範囲を検出することができ る。 これにより、 飛沫の飛散範囲及び飛散方向を精度良く判別することがで 〇 2020/175070 28 卩（：171? 2020 /004401
きるので、 例えば、 飛沫の分布図などを作成してユーザに提示することがで きる。 また、 飛沫の位置が判別されるので、 次亜塩素酸などの浄化物質を飛 沬に向けて適切に供給し、 飛沫に含まれるウイルスの除去を効果的に行うこ ともできる。
[0141 ] （実施の形態 2）
続いて、 実施の形態 2について説明する。
[0142] 実施の形態 1では、 照射光 !_ 1が照射対象の単位空間にまで到達する場合 を想定しており、 対象空間内に障害物が少ない場合に有用である。 一方で、 障害物が多い場合には、 照射光 !- 1が照射対象の単位空間にまで到達しない ことが起こりうる。 実施の形態 2では、 対象空間内に障害物が存在する場合 の処理について説明する。 以下では、 実施の形態 1 との相違点を中心に説明 し、 共通点の説明を省略又は簡略化する。
[0143] [ 1 . 構成]
図 6は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 0 1の概略構成の一例を示 す図である。 図 6に示されるように、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 〇 1は、 実施の形態 1 に係る散乱体測定装置 1 と比較して、 制御部 5 0の代 わりに制御部 1 5 0を備える点と、 新たに音検出部 1 6 0を備える点とが相 違する。
[0144] 音検出部 1 6 0は、 例えば、 人 9 9の咳又はく しゃみと同時に発せられる 声を検出し、 その発生源、 すなわち、 人 9 9の口の位置を特定する。 音検出 部 1 6 0は、 例えば、 複数の方向に対して指向性を有するマイクロフォンで あり、 音の発生源の位置を検出する。 音検出部 1 6 0は、 音の発生源の位置 を示す位置情報を制御部 1 5 0に出力する。
[0145] 制御部 1 5 0は、 対象空間に人 9 9が存在するか否かを判定する。 制御部
1 5 0は、 人 9 9が存在すると判定された場合に人 9 9の口を含む単位空間 、 又は、 人 9 9の口に最も近い単位空間と、 当該単位空間とに隣接する 1つ 以上の単位空間とに向けて照射光 !_ 1 を照射させる。 例えば、 音検出部 1 6 0によって咳又はく しゃみと同時に発せされる声が検出できた場合に、 制御 〇 2020/175070 29 卩（：171? 2020 /004401
部 1 5 0は、 人 9 9が存在すると判定する。 つまり、 音検出部 1 6 0から出 力された位置情報を取得した場合に、 制御部 1 5 0は、 人 9 9が存在すると 判定する。
[0146] 制御部 1 5 0は、 音検出部 1 6 0から出力される位置情報を取得し、 取得 した位置情報に基づいて光源 1 〇を制御する。 具体的には、 制御部 1 5 0は 、 位置情報が示す位置を含む単位空間と、 当該単位空間に隣接する 1つ以上 の単位空間とに向けて照射光 !_ 1 を照射する。 位置情報が示す位置を含む単 位空間は、 人 9 9の口を含む単位空間、 又は、 人 9 9の口に最も近い単位空 間である。
[0147] また、 制御部 1 5 0は、 単位空間に向けて照射光 !_ 1 を照射した場合にお いて、 受光部 3 0による受光強度と閾値との比較結果に基づいて光源 1 0を 制御する。 具体的には、 制御部 1 5 0は、 受光部 3 0による受光強度が閾値 より大きい場合、 閾値より受光強度が大きい光を発生させた単位空間の周囲 の単位空間に向けて照射光 !_ 1 を照射する。 受光部 3 0による受光強度が閾 値以下である場合、 制御部 1 5 0は、 実施の形態 1 と同様に、 エアロゾル粒 子 9 0が飛沫であるか否かを判定するための処理を行う。
[0148] 閾値は、 例えば、 散乱光 1- 2として想定される強度の最大値よりも大きく 、 照射光 1- 1の強度以下の値である。 例えば、 障害物に照射光 !_ 1が当たっ て反射された反射光を受光部 3 0が受光した場合に、 その受光強度が閾値よ り大きくなるように、 閾値が設定される。
[0149] 図 7は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 0 1 によるエアロゾル粒子
9 0の検出の様子を模式的に示す図である。 図 7に示されるように、 散乱体 測定装置 1 0 1 と人 9 9との位置関係によっては、 単位空間 9 5に向けて照 射光 !- 1 を照射したとしても、 人 9 9に照射光 !_ 1が当たり、 散乱体測定装 置 1 0 1は、 エアロゾル粒子 9 0が発生させる散乱光 !_ 2を取得することが できない。 散乱体測定装置 1 〇 1は、 散乱光 1- 2の代わりに、 人 9 9によっ て反射された反射光を取得する。
[0150] 人 9 9などの障害物は、 エアロゾル粒子 9 0に比べて十分に大きいので、 〇 2020/175070 30 卩（：171? 2020 /004401
強い光を反射させる。 例えば、 人 9 9からの反射光とエアロゾル粒子 9 0か らの散乱光とでは、 相対強度比で 6桁程度の差がある。 このため、 上述した ように、 受光部 3 0によって受光された光がエアロゾル粒子 9 0からの散乱 光であるか、 障害物からの反射光であるかを、 受光強度と閾値とを比較する ことで判別することができる。
[0151 ] 制御部 1 5 0は、 単位空間 9 5に向けて照射光 !_ 1 を照射した場合に、 受 光部 3 0が散乱光 !_ 2を受光できなかったとき、 単位空間 9 5の周囲に位置 する単位空間 9 6及び単位空間 9 7に照射光 !_ 1 を出射する。 これにより、 散乱体測定装置 1 0 1は、 人 9 9の口に最も近い単位空間 9 5でエアロゾル 粒子 9 0が検出できなかったとしても、 エアロゾル粒子 9 0が単位空間 9 6 又は 9 7に移動したタイミングで、 各単位空間においてエアロゾル粒子 9 0 を検出することが可能になり、 エアロゾル粒子 9 0の速度を算出することが できる。
[0152] なお、 対象空間が屋内空間である場合には、 人 9 9以外の障害物として、 壁、 床、 天井、 梁、 柱及び家具などが存在する。 これらの障害物は通常動き がないので、 対象空間内を予め走査をしておくことで、 障害物を含む単位空 間及び障害物からの反射光の強度を検出することができる。 例えば、 散乱体 測定装置 1 〇 1は、 検出した障害物を含む単位空間と反射光の強度とを対応 付けて記憶するメモリ （図示せず） を備える。
[0153] これにより、 メモリに記憶された情報に一致しない単位空間から強度が強 い光が検出された場合に、 散乱体測定装置 1 〇 1は、 当該単位空間に人 9 9 の一部が存在すると判別することができる。 また、 人 9 9の一部が存在する と判別できる単位空間が複数箇所、 高さ方向に連続して検出された場合、 散 乱体測定装置 1 〇 1は、 複数の単位空間のうち最も高い位置の単位空間を、 人 9 9の頭の位置として決定することができる。
[0154] [ 2 . 動作]
続いて、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 0 1の動作について、 図 8 を用いて説明する。 図 8は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 0 1の動 〇 2020/175070 31 卩（：171? 2020 /004401
作を示すフローチヤートである。
[0155] 図 8に示されるように、 まず、 音検出部 1 60が人 99の咳又はく しゃみ を検出する （330） 。 制御部 1 50は、 光源 1 0を制御することで、 咳又 はく しゃみが発生した単位空間に向けて照射光 !_ 1 を照射させる。 これによ り、 受光部 30が散乱光 3 ,を検出し、 散乱光 3 ,の強度 3 ,に応じた信号を出 力する （31 2） 。
[0156] 信号処理回路 40は、 散乱光 3 ,の強度 3 ,と閾値 とを比較する （332 ） 。 散乱光 3 !の強度 5 !が閾値 5。以下である場合 （332で丫 65） 、 信号 処理回路 40は、 検出された散乱光 3 Iの発生源であるエアロゾル粒子 90が 存在する単位空間の位置 ：と、 散乱光 3 |の受光時刻 1 |とをメモリに記憶す る （31 4） 。 以降、 実施の形態 1 と同様に、 散乱体測定装置 1 01は、 ス テップ31 6からステップ 326までの処理を行うことで、 エアロゾル粒子 90が飛沫であるか否かを判定する。
[0157] 散乱光 3 ,の強度 3 ,が閾値 3。より大きい場合 （332で N 0） 、 信号処理 回路 40は、 検出された散乱光 3 |の受光時刻 I |をメモリに記憶する （33 4） 。 次に、 制御部 1 50は、 光源 1 0を制御することで、 散乱光 3 ,を発生 させた単位空間の周辺を走査する （336） 。 例えば、 図 7に示される単位 空間 95からの散乱光の強度 3 |が閾値 3。より大きい場合、 制御部 1 50は 、 単位空間 95に隣接する単位空間 96に向けて照射光 !_ 1 を光源 1 0に照 射させる。 これにより、 単位空間 95で検出できなかったエアロゾル粒子 9 〇の移動先を探索する。
[0158] 次に、 受光部 30が散乱光 3 +1を検出し （338） 、 散乱光 3 , +1の強度
3 | +1に応じた第 1信号を出力する。 信号処理回路 40は、 第 1信号に基づい て、 検出された散乱光 3 +1の発生源であるエアロゾル粒子 90が存在する単 位空間の位置 | +1と、 散乱光 3 | +1の受光時刻 I | +1とをメモリに記憶する （340） 0
[0159] 次に、 制御部 1 50は、 光源 1 0を制御することで、 散乱光 3 +1を発生さ せた単位空間の周辺を走査する （342） 。 例えば、 図 7に示される単位空 \¥02020/175070 32 卩(：17 2020 /004401
間 96からの散乱光 1_ 2が散乱光 3 , +1として受光された場合、 制御部 1 50 は、 単位空間 96に隣接する単位空間 97に向けて照射光 !_ 1 を光源 1 0に 照射させる。 これにより、 単位空間 96に存在するエアロゾル粒子 90の移 動先を探索する。
[0160] 次に、 受光部 30が散乱光 3 +2を検出し （344） 、 散乱光 3 +2の強度
3 | +2に応じた第 2信号を出力する。 信号処理回路 40は、 第 2信号に基づい て、 検出された散乱光 3 +2の発生源であるエアロゾル粒子 90が存在する単 位空間の位置 | +2と、 散乱光 3 | +2の受光時刻 1 | +2とをメモリに記憶する （346）
[0161] 次に、 信号処理回路 40は、 メモリに記憶された位置 | +1及び時刻 1 | +1 と位置 1 +2及び時刻 1 | +2とに基づいて、 エアロゾル粒子 90の速度 を予 測する （348） 。 具体的には、 信号処理回路 40は、 以下の式 （2） に基 づいてエアロゾル粒子 90の速度 V |を算出する。
[0162] [数 2]
Figure imgf000034_0001
[0163] 信号処理回路 40は、 式 （2） に基づいて算出された速度 V ,と時刻 1 ,と に基づいて、 エアロゾル粒子 90の初速度 Vを予測する。 例えば、 時刻 と 時刻 | !との差が、 例えば 1秒以下などの十分に小さい場合には、 初速度 V =速度 V |としてもよい。
[0164] 次に、 信号処理回路 40は、 予測した速度 Vと閾値 V。とを比較する （32 4） 。 予測した速度 Vが閾値 V。以上である場合 （324で丫 6 3） 、 信号処 理回路 40は、 エアロゾル粒子 90が飛沫であると判定する （326） 。 算 出した速度 Vが閾値 V。未満である場合 （324で1\1〇） 、 信号処理回路 40 は、 エアロゾル粒子 90が飛沫ではないと判定し、 ステップ 31 0に戻って 対象空間の走査を繰り返す。
[0165] 以上のように、 本実施の形態によれば、 人 99などの障害物によってエア ロゾル粒子 90からの散乱光 !_ 2を取得できない場合であっても、 周囲を探 〇 2020/175070 33 卩（：171? 2020 /004401
索することにより、 エアロゾル粒子 9 0の速度を算出することができる。 こ れにより、 実施の形態 1 と同様に、 飛沫の飛散範囲及び飛散方向を精度良く 判別することができるので、 例えば、 飛沫の分布図などを作成してユーザに 提示することができる。 また、 飛沫の位置が判別されるので、 次亜塩素酸な どの浄化物質を飛沫に向けて適切に供給し、 飛沫に含まれるウイルスの除去 を効果的に行うこともできる。
[0166] なお、 本実施の形態では、 散乱体測定装置 1 0 1が、 咳又はく しゃみの検 出を行う音検出部 1 6 0を備える例を示したが、 これに限らない。 例えば、 散乱体測定装置 1 0 1は、 人 9 9が行う咳又はく しゃみの動作を検出する赤 外線センサ又はカメラなどを有してもよい。
[0167] また、 音検出部 1 6 0は、 咳又はく しゃみの発生源の位置を特定しなくて もよい。 散乱体測定装置 1 〇 1は、 咳又はく しゃみが検出された場合に、 実 施の形態 1 と同様に制御部 1 5 0が、 光源 1 0を制御することで、 対象空間 の走査を開始してもよい。 つまり、 最初に照射光 !_ 1が照射される単位空間 は、 人 9 9の口を含む単位空間又は口に最も近い単位空間でなくてもよい。
[0168] また、 散乱体測定装置 1 0 1は、 音検出部 1 6 0を備えなくてもよく、 実 施の形態 1 と同様に、 対象空間を常時走査していてもよい。 この場合、 散乱 体測定装置 1 〇 1は、 散乱光 3 Iが検出された場合に、 図 8に示されるステッ プ3 1 2以降の処理を行ってもよい。
[0169] また、 散乱体測定装置 1 0 1は、 散乱光 3 ,の強度 3，が閾値 3。より大きい 場合に （図 8の 3 3 2で N 0） 、 エアロゾル粒子 9 0の検出を行わずに、 対 象空間の走査を継続して行ってもよい。 あるいは、 散乱光 の強度 3 |が閾 値 。より大きい場合に （図 8の 3 3 2で N 0） 、 ステップ 3 3 0に戻って、 再び咳が検出されるまで待機してもよい。
[0170] なお、 閾値 V。は、 音検出部 1 6 0で咳が検出された場合と、 く しゃみが検 出された場合とで異なる値であってもよい。 例えば、 信号処理回路 4 0は、 音検出部 1 6 0で咳が検出された場合には、 閾値 V。を
Figure imgf000035_0001
に設定し、 音 検出部 1 6 0でく しゃみが検出された場合には、 閾値 V。を 7 に設定し 〇 2020/175070 34 卩（：171? 2020 /004401
てもよい。
[0171 ] （実施の形態 3）
続いて、 実施の形態 3について説明する。
[0172] 実施の形態 2で説明した通り、 受光される光の強度に基づいて人 9 9の頭 の位置を判別することができる。 実施の形態 3では、 人 9 9の頭の位置と、 その周辺で検出されるエアロゾル粒子 9 0の位置とに基づいてエアロゾル粒 子 9 0の速度を算出する。 以下では、 実施の形態 2との相違点を中心に説明 し、 共通点の説明を省略又は簡略化する。
[0173] 本実施の形態に係る散乱体測定装置の構成は、 実施の形態 2に係る散乱体 測定装置 1 0 1の構成を同じである。 このため、 以下では、 実施の形態 2に 係る散乱体測定装置 1 〇 1の構成を用いて説明する。
[0174] [ 1 . エアロゾル粒子の検出]
図 9は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 0 1 によるエアロゾル粒子 9 0の検出の様子を模式的に示す図である。 上述したように、 対象空間内の 人 9 9以外の障害物を予め検出し記憶しておくことで、 記憶された単位空間 以外で強い光を発する単位空間を、 人 9 9の頭の一部を含む単位空間として 特定することができる。 散乱体測定装置 1 〇 1は、 人 9 9の頭の一部を含む 単位空間 9 5を特定した後、 単位空間 9 5の周辺を重点的に走査する。 具体 的には、 散乱体測定装置 1 〇 1は、 単位空間 9 5に隣接する複数の単位空間 の各々に向けて照射光 !_ 1 を照射し、 エアロゾル粒子 9 0からの散乱光 !_ 2 が発生する単位空間を探索する。
[0175] 例えば、 図 9に示される例では、 単位空間 9 5に隣接する単位空間 9 6に 照射した照射光 !- 1 をエアロゾル粒子 9 0が散乱させることで、 散乱光 1_ 2 を発生させる。 1散乱体測定装置 1 〇 1は、 エアロゾル粒子 9 0が発生した時 刻と、 散乱光 !- 2を受光した時刻と、 単位空間 9 5及び単位空間 9 6間の距 離とに基づいてエアロゾル粒子 9 0の速度を算出する。
[0176] エアロゾル粒子 9 0が発生した時刻は、 例えば、 音検出部 1 6 0が咳又は く しやみを検出した時刻である。 あるいは、 赤外線センサ又はカメラによつ 〇 2020/175070 35 卩（：171? 2020 /004401
て人 99の咳又はく しゃみの動作を検出した時刻であってもよい。
[0177] [2. 動作]
続いて、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 01の動作について、 図 1 0を用いて説明する。 図 1 〇は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 1 〇 1 の動作を示すフローチヤートである。
[0178] 図 1 0に示されるように、 まず、 音検出部 1 60が人 99の咳又はく しゃ みを検出する （330） 。 制御部 1 50は、 音検出部 1 60が人 99の咳又 はく しゃみを検出した時刻 1 |を記憶する （362） 。 次に、 制御部 1 50は 、 光源 1 〇を制御することで、 咳又はく しゃみが発生した位置の周辺に向け て照射光 !- 1 を照射させることで、 人 99の頭の一部を含む単位空間を探索 する （364） 。 具体的には、 受光部 30が光 3 ,を検出し、 検出した光 3 , の強度 3 ,に応じた第 1信号を生成する （366） 。 信号処理回路は、 第 1信 号に基づいて、 強度 3 ,が閾値 より大きいか否かを判定する （368） 。
[0179] 強度 3 ,が閾値 3。より大きい場合に （368で丫6 3） 、 信号処理回路 4
0は、 検出された単位空間の位置 | +1をメモリに記憶する （350） 。 強度 |が閾値 3。以下である場合に （368で1\1〇） 、 ステップ 344に戻り、 異なる単位空間に対して照射光 !- 1 を照射する。 なお、 信号処理回路 40は 、 強度 3 ,が閾値 30よりも大きい光を発生させる複数の単位空間のうち、 最 も高い位置に位置する単位空間を、 人 99の頭の一部を含む単位空間として 決定してもよい。
[0180] 次に、 制御部 1 50は、 光源 1 0を制御することで、 人 99の頭の一部を 含む単位空間の周辺を走査する （352） 。 これにより、 人 99の近傍に発 生したはずのエアロゾル粒子 90を探索する。 例えば、 制御部 1 50は、 図 9に示される単位空間 95に隣接する単位空間 96を通過する照射光 !_ 1 を 光源 1 〇に照射させる。
[0181] 次に、 受光部 30が散乱光 3 +1を検出し （354） 、 散乱光 3 +1の強度
3 | +1に応じた第 2信号を出力する。 信号処理回路 40は、 第 2信号に基づい て、 検出された散乱光 3 +1の発生源であるエアロゾル粒子 90が存在する単 〇 2020/175070 36 卩（：171? 2020 /004401
位空間の位置 | + 1と、 散乱光 3 | + 1の受光時刻 I | + 1とをメモリに記憶する （3 5 6） 0
[0182] 次に、 信号処理回路 4 0は、 メモリに記憶された位置 |及び時刻 1 |と位 置 | + 1及び時刻 I | + 1とに基づいて、 式 （ 1 ） によりエアロゾル粒子 9 0の 速度 Vを算出する （3 5 8） 。 次に、 信号処理回路 4 0は、 算出した速度 V と閾値 V。とを比較する （3 2 4） 。 算出した速度 Vが閾値 V。以上である場 合 （3 2 4で丫 6 3） 、 信号処理回路 4 0は、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫で あると判定する （3 2 6） 。 算出した速度 Vが閾値 V。未満である場合 （3 2 4で 1\1〇） 、 信号処理回路 4 0は、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫ではないと判 定し、 ステップ 3 3 0に戻って音検出部 1 6 0が人 9 9の咳又はく しゃみを 検出するのを待つ。
[0183] 以上のように、 本実施の形態によれば、 頭の一部を含む単位空間 9 5を基 準の位置として、 単位空間 9 5の周辺の単位空間からの散乱光 !_ 2を受光す る。 散乱光し 2の受光時刻 1: | + 1及び位置 | + 1と、 頭の位置 と、 咳又は く しゃみが検出された時刻 Iとに基づいて、 式 （1） により、 エアロゾル粒 子 9 0の速度が算出される。 これにより、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫である か否かを精度良く判別することができる。
[0184] （実施の形態 4）
続いて、 実施の形態 4について説明する。
[0185] 散乱光には、 ノイズ成分として、 空気を構成する分子によるレイリー散乱 光が含まれる場合がある。 実施の形態 4では、 散乱光を干渉させることで、 散乱光に含まれるノイズ成分を除去する。 以下では、 実施の形態 1 との相違 点を中心に説明し、 共通点の説明を省略又は簡略化する。
[0186] 図 1 1は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 2 0 1の概略構成を示すブ ロック図である。 図 1 1 に示されるように、 散乱体測定装置 2 0 1は、 実施 の形態 1 に係る散乱体測定装置 1 と比較して、 光源 1 〇及び信号処理回路 4 0の代わりに、 光源 2 1 0及び信号処理回路 2 4 0を備える点が相違する。 また、 散乱体測定装置 2 0 1は、 新たに、 干渉部 2 7 0を備える。 〇 2020/175070 37 卩（：171? 2020 /004401
[0187] 光源 2 1 0は、 等しい周波数間隔 の複数本のピークを有するレーザ 光を含むマルチレーザ光を、 照射光し 1 として出射する。 照射光 !_ 1の中心 波長スは、 例えば 4 0 0 n である。 複数本のピークの周波数間隔
Figure imgf000039_0001
、 例えば
Figure imgf000039_0002
以下であり、 一例として 6 0 1~1 2である。 複数本のピー クの各々の半値全幅
Figure imgf000039_0004
は、 例えば、 周波数間隔
Figure imgf000039_0003
の 1 / 1 0以下の 値であり、 一例として 3 6 0 1^ (·! 2である。
[0188] 上述したマルチレーザ光の周波数間隔は、 例えば、
Figure imgf000039_0005
以下とするこ とができる。 これにより、 効率良く大気散乱信号を除去することができる。
[0189] 照射光 !_ 1がエアロゾル粒子 9 0に照射されることで発生する散乱光 !_ 2 は、 等しい周波数間隔 2の複数本のピークを有するミー散乱光を含む。 周波数間隔
Figure imgf000039_0007
照射光
Figure imgf000039_0006
に等しい。 複数本のピ
Figure imgf000039_0008
照射光 !_ 1の各ピークの半値全幅し 1 に 等しい。
[0190] また、 散乱光 1_ 2は、 空気中を通過するので、 空気を構成する分子による レイリー散乱光を含む。 レイリー散乱光の半値全幅
Figure imgf000039_0009
分子の熱運動に より広がる。 実測でのレイリー散乱光の半値全幅
Figure imgf000039_0010
は、 3 . 4◦ 1~1 åから 3 .
Figure imgf000039_0011
一例として、 レイリー散乱光の半値全幅
Figure imgf000039_0012
3 . である。
[0191 ] 干渉部 2 7 0は、 光路差を変更可能な干渉計である。 干渉部 2 7 0は、 散 乱光 !_ 2の光路上に設けられており、 散乱光 1- 2が入射する。 干渉部 2 7 0 を通過した後の散乱光 1- 2が受光部 3 0に受光される。
[0192] 干渉部 2 7 0は、 互いに光路長が異なる複数の散乱光に散乱光 !_ 2を分離 し、 複数の散乱光を干渉させる。 干渉光を受光することで、 インターフェロ グラムを形成することができる。 インターフェログラムは、 干渉によって生 じる干渉フリンジのことである。 干渉部 2 7 0は、 例えば、 マイケルソン干 渉計、 マッハツェンダー干渉計、 フアブリぺ口一干渉計などである。
[0193] ここで、 散乱光 !_ 2に干渉部 2 7 0を通過させた場合に生成されるインタ —フェログラムにおける干渉フリンジの間隔を八父とする。 八父は、 光速〇 〇 2020/175070 38 卩（：171? 2020 /004401
( = 3 X 1 0 ^ / 3 ) を周波数間隔 で割った値である。 例えば、 周波 数間隔
Figure imgf000040_0002
波長スが
Figure imgf000040_0001
である場合、 八父は 5 0〇!〇!になる。
[0194] 本実施の形態では、 干渉部 2 7 0は、 照射光 !_ 1の中心波長の 1 / 4より 大きく、 かつ、 干渉フリンジの間隔八父の 1 / 2より小さい範囲で光路差を 掃引する。 干渉部 2 7 0によって生成される光路差を Xとし、 父= 0で の干渉フリンジを第〇の干渉フリンジ、 父=八父での干渉フリンジを第 1 の干渉フリンジ、 ¢1 X =门 X△ Xでの干渉フリンジを第门の干渉フリンジと 定義する。 本実施の形態では、 干渉部 2 7 0における光路差 Xを調整する ことで、 周波数間隔に対応した第 1の干渉フリンジの近傍の信号を取得し、 取得した信号からレイリー散乱光成分を除去することで、 ミー散乱光を選択 的に取得する。 第 1の干渉フリンジでは、 空気を構成する分子によるレイリ —散乱の影響が極めて小さく、 エアロゾル粒子 9 0からのミー散乱光の強度 に対する依存性が高い。 具体的には、 エアロゾル粒子 9 0からのミー散乱光 の強度に応じて、 第 1の干渉フリンジの信号強度が単調に増加する。 このた め、 第 1の干渉フリンジの信号強度を測定することにより、 エアロゾル粒子 9 0からのミー散乱光の強度を精度良く取得することができる。
[0195] 信号処理回路 2 4 0は、 光路差 Xを掃引させて得られる散乱光 !_ 2のイ ンターフェログラムから、 第 1の干渉フリンジに対応する信号成分を抽出し 、 抽出した信号成分に基づいて速度を算出する。 具体的には、 信号処理回路 2 4 0は、 干渉部 2 7 0を通過した散乱光 !_ 2に基づいてインターフェログ ラムを生成する。 信号処理回路 2 4 0は、 生成したインターフェログラムに 基づいて第 1の干渉フリンジの信号強度を取得し、 当該信号強度に基づいて エアロゾル粒子 9 0からのミー散乱光の受光強度を取得することができる。 これにより、 信号処理回路 2 4 0は、 エアロゾル粒子 9 0の速度を精度良く 算出することができる。
[0196] なお、 信号処理回路 2 4 0は、 第 1の干渉フリンジの近傍の信号に基づい てフーリエ変換を行ってもよい。 信号処理回路 2 4 0は、 フーリエ変換によ 〇 2020/175070 39 卩（：171? 2020 /004401
って波長スぺクトルデータを生成し、 その最大値をミー散乱光の強度として 取得することができる。
[0197] 以上のように、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 2 0 1 によれば、 散乱 光 !_ 2からレイリー散乱光を除去することができる。 したがって、 エアロゾ ル粒子 9 0からのミー散乱光に基づいて精度良くエアロゾル粒子 9 0の速度 を算出することができる。
[0198] なお、 散乱体測定装置 2 0 1は、 散乱光 !_ 2の経路上に設けられた、 散乱 光 !_ 2を集光する集光部を備えてもよい。 例えば、 散乱光 1- 2を透過させる 開口 （図示せず） とミラー 2 0との間、 ミラー 2 0と干渉部 2 7 0との間、 干渉部 2 7 0と受光部 3 0との間の少なくとも 1 ヶ所に、 1つ以上の集光部 が設けられていてもよい。
[0199] 集光部は、 例えば、 集光レンズ及びコリメートレンズの少なくとも 1つを 含むレンズ群である。 集光部は、 エアロゾル粒子 9 0からの散乱光 !_ 2を集 光し、 平行光に変換して出射する。 集光部が設けられていることにより、 散 乱光 !_ 2の検出精度を高めることができる。 また、 干渉部 2 7 0による干渉 効果を高めることができる。
[0200] （実施の形態 5）
続いて、 実施の形態 5について説明する。
[0201 ] 実施の形態 5では、 散乱光の偏光解消度に基づいて散乱体の種別を判別す る。 以下では、 実施の形態 1 との相違点を中心に説明し、 共通点の説明を省 略又は簡略化する。
[0202] [ 1 構成]
まず、 本実施の形態に係る散乱体測定装置の概要について、 図 1 2を用い て説明する。 図 1 2は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 3 0 1の構成を 示す図である。
[0203] 本実施の形態に係る散乱体測定装置 3 0 1は、 空間に対して照射光を照射 し、 空間内に存在するエアロゾル粒子 9 0が照射光を散乱させることで発生 する散乱光を受光し、 受光した散乱光を処理することで、 エアロゾル粒子 9 〇 2020/175070 40 卩（：171? 2020 /004401
0の位置及び種別を判別する。
[0204] 図 1 2に示されるように、 散乱体測定装置 3 0 1は、 光源 1 0と、 偏光フ ィルタ 3 1 2と、 ミラー 2 0と、 ビームスブリッタ 3 3 0と、 偏光フィルタ 3 4 0と、 偏光フィルタ 3 4 2と、 受光素子 3 5 0と、 受光素子 3 5 2と、 信号処理回路 3 6 0とを備える。 光源 1 0及びミラー 2 0は、 実施の形態 1 と同じである。
[0205] 偏光フィルタ 3 1 2は、 光源 1 0から出射された照射光 !_ 1の光路上に配 置されている。 偏光フィルタ 3 1 2は、 照射光 !_ 1 を偏光する第 1偏光フィ ルタの一例である。 具体的には、 偏光フィルタ 3 1 2は、 光源 1 0から出射 された照射光 1- 1 を直線偏光する。 偏光フィルタ 3 1 2を通過した照射光 1- 1 1は、 直線偏光されており、 特定の偏光面を有する光になる。
[0206] 本実施の形態では、 光源 1 0と偏光フィルタ 3 1 2とが、 偏光された照射 光 1_ 1 1 をエアロゾル粒子 9 0に照射する光源を構成している。 図 1 2に示 されるように、 偏光フィルタ 3 1 2を通過し、 偏光された照射光 !_ 1 1がエ アロゾル粒子 9 0に照射される。 照射光 !_ 1 1は、 エアロゾル粒子 9 0によ って散乱され、 その一部である散乱光 !_ 1 2が散乱体測定装置 3 0 1 に戻っ てくる。 散乱光 !_ 1 2は、 エアロゾル粒子 9 0が照射光 !_ 1 1 を散乱させる ことで発生する後方散乱光である。 散乱光 1- 1 2は、 エアロゾル粒子 9 0に よるミー散乱に基づく光である。
[0207] ビームスブリッタ 3 3 0は、 散乱光 !_ 1 2を第 3散乱光
Figure imgf000042_0001
乱光 !_ 1 2匕とに分岐させる。 ビームスブリッタ 3 3 0は、 ミラー 2 0で反 射された散乱光 1- 1 2の進行方向に対して 4 5 ° の角度で配置されており、 散乱光 1_ 1 2の一部を透過して第 3散乱光 !_ 1 2 3として出射させ、 散乱光 1- 1 2の残りを反射して第 4散乱光 !_ 1 2匕として出射させる。 ビームスプ リッタ 3 3 0は、 例えば、 透過率と反射率とが等しいハーフミラーであり、 第 3散乱光 1_ 1 2 3と第4散乱光1_ 1 2匕とは、 光強度が実質的に等しい。 なお、 ビームスプリッタ 3 3 0の透過率と反射率とは異なっていてもよい。
[0208] 偏光フィルタ 3 4 0は、 第 3散乱光 1_ 1 2 3の光路上に配置され、 照射光 L 1 1の偏光面に平行な偏光成分 （以下、 単に平行成分と記載する） を透過 させる第 2偏光フィルタの一例である。 偏光フィルタ 340は、 照射光 L 1 1の偏光面に平行ではない成分を実質的に遮断して透過させない。 このため 、 偏光フィルタ 340を透過した後の第 3散乱光 L 1 2 aは、 透過前の第 3 散乱光 L 1 2 aのうち、 平行成分のみを有する光になる。
[0209] 偏光フィルタ 342は、 第 4散乱光 L 1 2 bの光路上に配置され、 照射光
L 1 1の偏光面に垂直な偏光成分 （以下、 単に、 垂直成分と記載する） を透 過させる第 3偏光フィルタの一例である。 偏光フィルタ 342は、 照射光 L 1 1の偏光面に垂直ではない成分を実質的に遮断して透過させない。 このた め、 偏光フィルタ 342を透過した後の第 4散乱光 L 1 2 bは、 透過前の第 4散乱光 L 1 2 bのうち、 垂直成分のみを有する光になる。
[0210] 受光素子 350は、 偏光フィルタ 340を透過した後の第 3散乱光 L 1 2 aを受光する第 1受光素子の一例である。 受光素子 350は、 受光強度に応 じた電気信号を出力する。 受光素子 350による受光強度は、 散乱光 L 1 2 に含まれる、 照射光 L 1 1の偏光面に平行な偏光成分の強度に対応しており 、 受光素子 350が出力する電気信号の信号レベルに相当する。
[0211] 受光素子 350は、 例えば、 PMT （Photomultiplier Tube） である。 あ るいは、 受光素子 350は、 PMTとフオトンカウンタとを有してもよい。 また、 受光素子 350は、 アバランシェフオトダイオード （A P D） であつ てもよい。
[0212] 受光素子 352は、 偏光フィルタ 342を透過した後の第 4散乱光 L 1 2 bを受光する第 2受光素子の一例である。 受光素子 352は、 受光強度に応 じた電気信号を出力する。 受光素子 352による受光強度は、 散乱光 L 1 2 に含まれる、 照射光 L 1 1の偏光面に垂直な偏光成分の強度に対応しており 、 受光素子 352が出力する電気信号の信号レベルに相当する。 受光素子 3 52は、 受光素子 350と同じ構成を有する。
[0213] 信号処理回路 360は、 照射光 L 1 1の照射方向と、 照射光 L 1 1 を照射 してから散乱光 L 1 2を受光するまでの時間とに基づいてエアロゾル粒子 9 〇 2020/175070 42 卩（：171? 2020 /004401
0の位置を算出する。 信号処理回路 3 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0による散 乱光 1_ 1 2の偏光解消度と、 エアロゾル粒子 9 0の落下速度とに基づいて、 エアロゾル粒子 9 0の種別を判別する。 具体的には、 信号処理回路 3 6 0は 、 散乱光 1- 1 2の偏光解消度に基づいて、 エアロゾル粒子 9 0が非球形粒子 であるか否かの第 1の判定を行う。 さらに、 信号処理回路 3 6 0は、 エアロ ゾル粒子 9 0が非球形粒子ではないと判定された場合に、 エアロゾル粒子 9 〇の落下速度に基づいて、 エアロゾル粒子 9 0が IV! 2 . 5であるか否かの 第 2の判定を行う。 信号処理回路 3 6 0の具体的な処理については、 後で説 明する。
[0214] 信号処理回路 3 6 0は、 実施の形態 1 に係る信号処理回路 4 0と同様に、 複数の回路部品を含む 1つ又は複数の電子回路で構成されている。
[0215] 散乱体測定装置 3 0 1が備える各構成要素は、 例えば、 図示しない筐体の 内部に収容されている。 筐体は、 散乱体測定装置 3 0 1の外郭筐体であり、 遮光性を有する。 筐体には、 照射光 !_ 1 1及び散乱光 !_ 1 2を通過させるた めの開口が設けられている。 開口は、 照射光 !_ 1 1 と散乱光 !_ 1 2とのそれ それに対応させて 1つずつ設けられていてもよい。 散乱体測定装置 3 0 1は 、 ミラー 2 0の光入射側に配置された、 散乱光 1_ 1 2を集光するレンズなど の光学素子を備えてもよい。
[0216] 筐体の内部における各構成要素の配置は、 特に限定されない。 各構成要素 は、 照射光！- 1 1、 散乱光 !_ 1 2、 第 3散乱光 !_ 1 2 3及び第 4散乱光 !_ 1 2匕の光路に応じて適切な位置に配置される。 例えば、 散乱体測定装置 3 0 1は、 ミラー 2 0を備えなくてもよく、 散乱光 !_ 1 2が直接ビームスプリッ 夕 3 3 0に入射してもよい。 また、 散乱体測定装置 3 0 1は、 複数のミラー 2 0を備えてもよい。
[0217] また、 受光素子 3 5 0と受光素子 3 5 2とは、 互いに異なる構成を有して もよい。 例えば、 受光素子 3 5 2の感度は、 受光素子 3 5 0の感度より高く てもよい。 例えば、 信号処理回路 3 6 0が、 感度の差を補正してもよい。 ま た、 ビームスブリッタ 3 3 0による透過率と反射率とが異なる場合に、 信号 〇 2020/175070 43 卩（：171? 2020 /004401
処理回路 3 6 0は、 透過率と反射率との差を補正してもよい。
[0218] [ 2 . エアロゾル粒子の種別の判別]
次に、 エアロゾル粒子の種別の判別方法について説明する。
[0219] エアロゾル粒子 9 0は、 例えば、 図 2に示されるように、 人 9 9の口から 放出される飛沫である。 飛沫は、 人 9 9の咳、 く しゃみ又は発話によって動 的に発生する微小液滴である。 飛沫には、 ウイルス又は細菌などが含まれて いる場合がある。
[0220] —般的には、 エアロゾル粒子には、 飛沫だけでなく、 塵埃などのハウスダ スト、 黄砂、 大気汚染エアロゾル、 1\/! 2 . 5などの浮遊粒子状物質、 花粉 などの生物系粒子などが含まれる。 エアロゾル粒子は、 その形状及び大きさ に基づいて分類が可能である。
[0221 ] 具体的には、 エアロゾル粒子は、 球形粒子と非球形粒子とに分類可能であ る。 球形粒子には、 1\/1 2 . 5、 花粉、 飛沫などが含まれる。 非球形粒子に は、 ハウスダスト、 黄砂、 大気汚染エアロゾルなどが含まれる。
[0222] [ 2 - 1 . 偏光解消度に基づく第 1の判定]
信号処理回路 3 6 0は、 散乱光 1_ 1 2の偏光解消度 5に基づいて球形粒子 と非球形粒子とを判定する。 偏光解消度 5は、 以下の式 （3） で表される。
[0223] [数 3]
Figure imgf000045_0001
[0224] 式 （3） において、 /,は、 照射光 1_ 1 1の偏光面に平行な偏光成分の強度 である。 丄は、 照射光し 1 1の偏光面に垂直な偏光成分の強度である。 // は、 受光素子 3 5 0による受光強度に相当する。 丄は、 受光素子 3 5 2によ る受光強度に相当する。 本実施の形態では、 信号処理回路 3 6 0は、 受光素 子 3 5 0による受光強度 /,と受光素子 3 5 2による受光強度 丄とに基づい て、 偏光解消度 3を取得する。 具体的には、 信号処理回路 3 6 0は、 式 （3 ） に基づいて偏光解消度 3を算出する。 さらに、 信号処理回路 3 6 0は、 偏 光解消度 3に基づいて、 エアロゾル粒子 9 0が非球形粒子であるか否かを判 〇 2020/175070 44 卩（：171? 2020 /004401
定する。
[0225] 偏光された照射光 1_ 1 1 を球形粒子が散乱させることで発生する散乱光 !_
1 2は、 偏光面が維持される。 このため、 散乱光 !_ 1 2には、 垂直成分がほ とんど含まれないので、 受光強度 丄が小さくなる。 したがって、 球形粒子の 場合、 偏光解消度 5が小さくなる。
[0226] これに対して、 偏光された照射光 !_ 1 1 を非球形粒子が散乱させることで 発生する散乱光 !_ 1 2は、 偏光面が維持されない。 このため、 散乱光 !_ 1 2 には、 垂直成分が含まれるので、 受光強度 丄が大きくなる。 したがって、 非 球形粒子の場合、 偏光解消度 3が大きくなる。
[0227] 本実施の形態では、 信号処理回路 3 6 0は、 偏光解消度 3と閾値とを比較 することで、 エアロゾル粒子 9 0の種別を判別する。 信号処理回路 3 6 0は 、 偏光解消度 3が閾値以上である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が非球形粒子 であると判定する。 信号処理回路 3 6 0は、 偏光解消度 5が閾値未満である 場合に、 エアロゾル粒子 9 0が非球形粒子ではない、 すなわち、 球形粒子で あると判定する。 偏光解消度 5は、 一般的にパーセントで表されるため、 閾 値は、 例えば 1 0 %である。
[0228] なお、 非特許文献 1及び非特許文献 2に示されるように、 偏光解消度 5は 、 後方散乱係数及びライダー比を利用することで、 理論的に算出することが 可能である。 例えば、 非球形粒子の一例である塩化ナトリウムの微小結晶の 偏光解消度 5は、 1 8 %である。 球形粒子の一例である液滴の偏光解消度 5 は、 0 %になる。
[0229] また、 非特許文献 3には、 室内のモデル環境で偏光解消度 3を実測した例 が開示されている。 非球形粒子の一例である黄砂の偏光解消度 5は、 1 6 % から 2 1 %の範囲である。 塩化ナトリウム又は硫酸アンモニウムなどの液滴 の偏光解消度 3はいずれも、 5 %未満である。
[0230] したがって、 閾値を 1 0 %とすることで、 非球形粒子と球形粒子とを精度 良く判別することができる。 なお、 閾値は、 1 0 %でなくてもよい。 閾値は 、 例えば 5 %以上 1 6 %未満の値であってもよい。 〇 2020/175070 45 卩（：171? 2020 /004401
[0231 ] [ 2 - 2 . 落下速度に基づく第 2の判定]
信号処理回路 3 6 0は、 第 1の判定によってエアロゾル粒子 9 0が非球形 粒子ではないと判定された場合に、 エアロゾル粒子 9 0の落下速度に基づい て第 2の判定を行う。 具体的には、 信号処理回路 3 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0が IV! 2 . 5、 花粉及び飛沫のいずれであるかを判定する。
[0232] 図 1 3 は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 3 0 1 による第 1照射光 の照射時のエアロゾル粒子 9 0を示す図である。 図 1 3巳は、 本実施の形態 に係る散乱体測定装置 3 0 1 による第 2照射光の照射時のエアロゾル粒子 9 0を示す図である。
[0233] 本実施の形態では、 散乱体測定装置 3 0 1は、 照射光 !_ 1 1 をエアロゾル 粒子 9 0に 2回照射する。 つまり、 散乱体測定装置 3 0 1は、 1回目に照射 される第 1照射光と、 2回目に照射される第 2照射光とを照射する。 このた め、 散乱体測定装置 3 0 1は、 2回の照射光 !_ 1 1の照射によって発生する 散乱光 !_ 1 2を 2回受光する。 つまり、 散乱体測定装置 3 0 1は、 第 1照射 光がエアロゾル粒子 9 0によって散乱されることによって生じる第 1散乱光 と、 第 2照射光がエアロゾル粒子 9 0によって散乱されることによって生じ る第 2散乱光とを受光する。
[0234] 例えば、 図 1 3八に示されるように、 エアロゾル粒子 9 0は、 第 1空間の 一例である単位空間 9 5内に位置している。 このため、 散乱体測定装置 3 0 1は、 単位空間 9 5に向けて 1回目の照射光！- 1 1 を第 1照射光として照射 することで、 エアロゾル粒子 9 0からの 1回目の散乱光！- 1 2を第 1散乱光 として取得することができる。
[0235] エアロゾル粒子 9 0は、 重力を受けて自由落下する。 したがって、 一定の 期間が経過した後、 図 1 3巳に示されるように、 エアロゾル粒子 9 0は、 第 2空間の一例である単位空間 9 6に位置している。 このため、 散乱体測定装 置 3 0 1は、 単位空間 9 6に向けて 2回目の照射光 !_ 1 1 を第 2照射光とし て照射することで、 エアロゾル粒子 9 0からの 2回目の散乱光 !_ 1 2を第 2 散乱光として取得することができる。 なお、 単位空間 9 6は、 単位空間 9 5 \¥02020/175070 46 2020/004401
の鉛直下方に位置する空間である。
[0236] 信号処理回路 3 6 0は、 1回目の照射光 !_ 1 1 を散乱させた時点でのエア ロゾル粒子 9 0の第 1位置と、 2回目の照射光 !_ 1 1 を散乱させた時点での エアロゾル粒子 9 0の第 2位置との鉛直方向における距離、 及び、 2回の散 乱光 1_ 1 2の受光の時間間隔に基づいて、 エアロゾル粒子 9 0の落下速度 II ^ （単位：
Figure imgf000048_0001
を算出する。 第 1位置と第 2位置との鉛直方向における距 離は、 エアロゾル粒子 9 0の落下距離である。 信号処理回路 3 6 0は、 落下 距離 （単位： ） を受光の時間間隔 （単位：秒） で割ることにより、 落下速 度 を算出する。
[0237] なお、 エアロゾル粒子 9 0は、 空間中に 1つのみが単独で存在する場合は 少なく、 通常、 一定の範囲に複数のエアロゾル粒子 9 0がまとまって存在す る。 つまり、 散乱体測定装置 3 0 1は、 複数のエアロゾル粒子 9 0の集合体 からの散乱光 !- 1 2を取得する。 この場合において、 エアロゾル粒子 9 0の 第 1位置及び第 2位置は、 例えば、 集合体の中心位置とすることができる。 なお、 第 1位置及び第 2位置は、 エアロゾル粒子 9 0が存在する単位空間毎 に規定されてもよい。 例えば、 図 1 3八及び図 1 3巳に示される例では、 2 回の照射の間にエアロゾル粒子 9 0が単位空間 9 5から単位空間 9 6に移動 しているので、 エアロゾル粒子 9 0は、 鉛直方向に 1つの単位空間分、 移動 したことになる。 つまり、 エアロゾル粒子 9 0の落下距離は、 1つの単位空 間の鉛直方向の長さに相当する。
[0238] 信号処理回路 3 6 0は、 算出した落下速度 II ^と閾値とを比較することで、 エアロゾル粒子 9 0の種別を判別する。 本実施の形態では、 信号処理回路 3 6 0は、 落下速度 II ^と、 互いに異なる複数の閾値の各々とを比較する。 例え ば、 信号処理回路 3 6 0は、 落下速度 II ^が第 1閾値未満である場合に、 エア ロゾル粒子 9 0が IV! 2 . 5であると判定する。 信号処理回路 3 6 0は、 落 下速度 II ^が第 1閾値以上第 2閾値未満である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が 花粉であると判定する。 信号処理回路 3 6 0は、 落下速度 II ^が第 2閾値以上 である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫であると判定する。 [0239] 第 1閾値は、 例えば、 〇. 001 /3である。 第 2閾値は、 第 1閾値よ り大きい値である。 第 2閾値は、 例えば、 〇.
Figure imgf000049_0001
である。 第 1閾値及 び第 2閾値は、 エアロゾル粒子 90の粒径に基づいて定められる。
[0240] 図 1 4は、 エアロゾル粒子の粒径と落下速度との関係を示す図である。 図
1 4において、 横軸はエアロゾル粒子の粒径口 （単位： ） を表し、 縦軸 はエアロゾル粒子の落下速度 II ^ （単位： 01/3） を表している。
[0241] 図 1 4に示されるように、 通常、 粒径口 が大きくなる程、 落下速度 は 速くなる。 エアロゾル粒子の種別毎の落下速度 II ^ （単位： /3） は、 スト —クスの重力沈降速度式と呼ばれる式 （4） に基づいて算出される。
[0242] [数 4]
(4)
Figure imgf000049_0002
[0243] 式 （4） において、 Mは粘性係数 （単位： P a - s） である。 i〇 pは、 粒子 の密度 （単位： k g/m3） である。 Dpは、 粒子の直径 （単位： m） である 。 gは、 重力加速度 （単位： m/s2） である。
[0244] エアロゾル粒子のように小さい粒子は、 静止空気中で重力によって自由落 下した場合に、 速やかに一定速度に達する。 このときの一定速度は、 終末沈 降速度と呼ばれ、 式 （4） で表される落下速度 U tである。 なお、 式 （4） は 、 一定速度で自由落下するエアロゾル粒子に働く流体抵抗力と重力とが釣り 合うことから求められる。
[0245] 球形粒子に含まれる P M2. 5、 花粉及び飛沫の中では、 PM2. 5の粒 径 Dpが最も小さい。 PM2. 5の粒径 Dpは、 例えば、 2. 5 Mm以下であ る。 一例として、 1 Mmの粒子が 1 m落下するのに要する時間は、 無風状態 を想定した場合に、 約 9時間とされている。 式 （4） を用いて算出した場合 、 粒径が 1 Mmの粒子の落下速度 Utは、 3. 0 X 1 0_5m/sである。 粒径 が 2.
Figure imgf000049_0003
の粒子の落下速度 U tは、 1. 9 X 1 0_4m/sである。
[0246] 花粉の粒径 Dpは、 1 O^mから 5 O^mの範囲である。 一例として、 スギ 〇 2020/175070 48 卩（：171? 2020 /004401
花粉の粒径口 の平均値は、 27 である。 この花粉が 1 を落下するのに 要する時間は、 1分程度である。 式 （4） を用いて算出した場合、 粒径が 1 5 の花粉の落下速度 II 1は、 5. 9 1 0_3〇1/3である。 粒径が 5〇 の花粉の落下速度 II ^は、 6. 5 X 1 0_2〇1/3である。
[0247] 飛沫の粒径口 は、 5 から 1 00 の範囲である。 例えば、 1 00 の飛沫が 1
Figure imgf000050_0001
を落下するのに要する時間は、 約 30秒である。 式 （4） を 用いて算出した場合、 粒径が 1 0〇 の飛沫の落下速度 II ^は、 〇. 30 / である。 通常、 人 99の口から飛沫が放出された場合、 粒径 0 が 1 00 程度の大きいサイズの飛沫が一定量含まれる。 このため、 エアロゾル粒 子 90の集合体の中に、 落下速度 II ^が速いエアロゾル粒子 90が含まれる場 合には、 当該集合体に含まれるエアロゾル粒子 90を飛沫であると判定する ことができる。 なお、 非特許文献 4には、 飛沫の粒径と落下速度との関係を 実測した例が開示されている。
[0248] したがって、 1\/12. 5を判別するための第 1閾値は、 例えば〇. 001
/ 3になる。 なお、 第 1閾値は、 2X 1 0-401/ 3以上、 5X 1 0-301/ 3以下の範囲の値であってもよい。 飛沫を判別するための第 2閾値は、 例え ば〇.
Figure imgf000050_0002
になる。 なお、 第 2閾値は、 〇. 07〇1/3以上、 0. 29 01/3以下の範囲の値であってもよい。
[0249] なお、 ここでは、 散乱体測定装置 301が、 2回目の照射光 1_ 1 1の照射 によって、 落下後のエアロゾル粒子 90からの散乱光 !_ 1 2を取得できた例 を説明したが、 これに限らない。 散乱体測定装置 301は、 3回以上の照射 光 !- 1 1 を照射してもよい。 信号処理回路 360は、 散乱光 !_ 1 2が取得で きたときの照射光 !_ 1 1 を 「2回目の照射光 !_ 1 1」 とみなすことで、 上述 した処理と同様にして落下速度を算出することができる。
[0250] また、 エアロゾル粒子 90が 1\/12. 5である場合、 1\/12. 5はほとん ど落下しないので、 単位空間 96に照射光 1_ 1 1 を照射したとしても散乱光 !_ 1 2を取得できない場合が起こりうる。 この場合、 3回目以降の照射光 !_
1 1は、 単位空間 95に一部が重なる空間に向けて照射されてもよい。 例え 〇 2020/175070 49 卩（：171? 2020 /004401
ば、 図 1 3 に示される単位空間 9 5の下半分と単位空間 9 6の上半分とを 含む空間に照射光 1- 1 1が照射されてもよい。 言い換えると、 2回目以降に 照射光 1- 1 1が照射される第 2空間は、 第 1空間の鉛直下方に位置し、 かつ 、 第 1空間と一部が重複していてもよい。
[0251 ] また、 一定期間が経過した後も、 エアロゾル粒子 9 0の落下が検出されな い場合に、 信号処理回路 3 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0が IV! 2 . 5である と判別してもよい。 例えば、 散乱体測定装置 3 0 1は、 単位空間 9 5におい てエアロゾル粒子 9 0が検出された後、 一定期間において、 単位空間 9 6に おいてエアロゾル粒子 9 0が検出されない場合、 当該一定期間の経過後に単 位空間 9 5に向けて照射光 !_ 1 1 を照射する。 このときに、 エアロゾル粒子 9 0が検出された場合に、 信号処理回路 3 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0が落 下していないと判定し、 エアロゾル粒子 9 0が 1\/1 2 . 5であると判定して もよい。
[0252] [ 3 . 動作]
続いて、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 3 0 1の動作、 すなわち、 散 乱体測定方法について、 図 1 5を用いて説明する。 図 1 5は、 本実施の形態 に係る散乱体測定装置 3 0 1の動作を示すフローチヤートである。
[0253] 図 1 5に示されるように、 まず、 光源 1 0が、 照射光 !_ 1 を出射する （3
1 1 0） 。 次に、 偏光フィルタ 3 1 2が、 照射光 !_ 1 を偏光する （3 1 1 2 ） 。 偏光された照射光 !_ 1 1は、 散乱体測定装置 3 0 1の外部に出射される 。 照射光 1- 1 1の照射方向にエアロゾル粒子 9 0が存在する場合には、 エア ロゾル粒子 9 0が照射光 !_ 1 1 を散乱することで、 散乱光を発生させる。 発 生させた散乱光のうち、 後方散乱光である散乱光 !_ 1 2が散乱体測定装置 3 0 1 に戻ってくる。
[0254] 次に、 散乱体測定装置 3 0 1では、 偏光フィルタ 3 4 0及び偏光フィルタ
3 4 2が、 散乱光 !_ 1 2を偏光する （3 1 1 4） 。 具体的には、 ビームスプ リッタ 3 3 0が散乱光 !_ 1 2を第 3散乱光 !_ 1 2 3と第 4散乱光 !_ 1 2匕と に分岐させた後、 偏光フィルタ 3 4 0が第 3散乱光 !_ 1
Figure imgf000051_0001
のうち、 照射光 \¥02020/175070 50 卩（：17 2020 /004401
1- 1 1の偏光面に平行な偏光成分を透過させ、 偏光フィルタ 342が第 4散 乱光 !_ 1 26のうち、 照射光 !_ 1 1の偏光面に垂直な偏光成分を透過させる
[0255] 次に、 受光素子 350が、 偏光フィルタ 340を透過した後の第 3散乱光
1- 1 を受光し、 受光素子 352が、 偏光フィルタ 342を透過した後の 第 4散乱光 !_ 1 2匕を受光する （31 1 6） 。 受光素子 350では、 散乱光 1_ 1 2に含まれる平行成分の受光強度？//に応じた電気信号が生成され、 信号 処理回路 360に出力される。 受光素子 352では、 散乱光 1_ 1 2に含まれ る垂直成分の受光強度？丄に応じた電気信号が生成され、 信号処理回路 360 に出力される。
[0256] 次に、 信号処理回路 360は、 受光素子 350による受光強度 //と受光素 子 352による受光強度 丄とに基づいて、 式 （3） により偏光解消度 3を算 出する （31 1 8） 。 次に、 信号処理回路 360は、 算出した偏光解消度 5 と閾値とを比較する （31 20） 。 ここでの閾値は、 例えば 1 0%である。
[0257] 偏光解消度 3が 1 0%以上である場合
Figure imgf000052_0001
信号処理回 路 360は、 エアロゾル粒子 90が非球形粒子であると判定する （31 22 ） 。 具体的には、 信号処理回路 360は、 エアロゾル粒子 90が黄砂又はハ ウスダストであると判定する。
[0258] 偏光解消度 5が 1 0%未満である場合 （31 20で!\1〇） 、 信号処理回路
360は、 エアロゾル粒子 90が非球形粒子ではないと判定し、 エアロゾル 粒子 90の落下速度の判定を行う （31 24） 。 具体的には、 信号処理回路 360は、 2回の散乱光 !_ 1 2の受光の時間間隔と、 エアロゾル粒子 90の 落下距離とに基づいて、 エアロゾル粒子 90の落下速度 II ^を算出する。 信号 処理回路 360は、 算出した落下速度 II ^と、 !\/!2. 5を判別するための第 1閾値とを比較する。 ここでの第 1閾値は、 例えば〇. 001
Figure imgf000052_0002
である
[0259] 落下速度 II ^が〇. 〇〇 1 /3未満である場合 （31 24で1\1〇） 、 すな わち、 エアロゾル粒子 90が実質的に落下していないとみなせる場合、 信号 〇 2020/175070 51 卩（：171? 2020 /004401
処理回路 360は、 エアロゾル粒子 90が 1\/12. 5であると判定する （3 1 26） 。 落下速度 II ^が〇. 〇〇 1 /3以上である場合 （31 24で丫 6 ） 、 信号処理回路 360は、 エアロゾル粒子 90が IV! 2. 5ではないと 判定し、 落下速度リ ^と第 2閾値とを比較する （31 28） 。 ここでの第 2閾 値は、 例えば〇. 1 01/ 3である。
[0260] 落下速度 II 1が 0. 1 /3未満である場合 （31 28で1\1〇） 、 信号処理 回路 360は、 エアロゾル粒子 90が花粉であると判定する （31 30） 。 落下速度
Figure imgf000053_0001
が〇. 1 /3以上である場合 （31 28で丫63） 、 信号処理 回路 360は、 エアロゾル粒子 90が飛沫であると判定する （31 32） 。
[0261] 散乱体測定装置 301は、 以上のステップ 31 1 0からステップ 31 32 までの処理を、 照射光 1- 1 1の照射方向を変えながら繰り返し行う。 例えば 、 対象空間内の複数の単位空間の各々に対して照射光 !_ 1 1 を照射し、 散乱 光 !_ 1 2が受光できた場合に、 散乱光 !_ 1 2の発生源となったエアロゾル粒 子 90の位置及び種別を判別する。 これにより、 散乱体測定装置 301は、 例えば、 対象空間内のエアロゾル粒子 90の位置及び種別を示す分布図を生 成することができる。 このように、 本実施の形態によれば、 エアロゾル粒子 90の位置及び種別を精度良く判別することができる。
[0262] （実施の形態 6）
続いて、 実施の形態 6について説明する。
[0263] 実施の形態 5では、 落下速度と第 2閾値とを比較することで、 花粉と飛沫 とを判別する例について説明した。 これに対して、 実施の形態 6では、 検出 対象のエアロゾル粒子が発する蛍光を利用することで、 飛沫と花粉とを判別 する。 以下では、 実施の形態 5との相違点を中心に説明し、 共通点の説明を 省略又は簡略化する。
[0264] [ 1 構成]
図 1 6は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 401の概略構成を示すブ ロック図である。 図 1 6に示されるように、 散乱体測定装置 401は、 実施 の形態 5に係る散乱体測定装置 301 と比較して、 信号処理回路 360の代 〇 2020/175070 52 卩（：171? 2020 /004401
わりに信号処理回路 4 6 0を備える点が相違する。 また、 散乱体測定装置 4 0 1は、 新たに、 ビームスブリッタ 4 3 0と、 受光素子 4 5 0と、 分光部 4 7 0と、 分光部 4 7 2とを備える。 以下では、 新たに追加された構成要素を 光の経路の順に沿って説明する。
[0265] 分光部 4 7 0は、 光源 1 0が出射する光を分光することで、 特定の波長成 分の光を照射光 I- 1 として出射させる。 分光部 4 7 0から出射される照射光 !- 1は、 偏光フィルタ 3 1 2によって偏光され、 偏光された照射光 !_ 1 1 と して空間に向けて照射される。 偏光された照射光 !_ 1 1は、 偏光前の照射光 1- 1 と同じ波長成分を有する。
[0266] 本実施の形態では、 照射光 1- 1 1は、 飛沫の蛍光波長成分を含まない光で ある。 詳細については後で説明するが、 飛沫の蛍光波長成分は、 約 3 0 0
Figure imgf000054_0001
〇!以上約 4 1 0 〇!以下の波長帯域の光である。
[0267] 照射光 1_ 1 1は、 例えば、 花粉を構成するアミノ酸などの有機物を励起す る励起光である。 具体的には、 照射光!- 1 1は、 3 0 0 n 以上 5 0 0门 以下の波長帯域にピークを有する光である。 _例として、 照射光！- 1 1は、
3 5 5 n にピークを有する光である。 つまり、 特定の波長成分は、 例えば 3 5 5 1^〇!である。
[0268] 詳細については後で説明するが、 3 5 5门
Figure imgf000054_0002
にピークを有する照射光 !_ 1
1は、 花粉を強く励起するのに対して、 飛沫をほとんど励起しない。 つまり 、 3 5 5 n にピークを有する照射光 !_ 1 1は、 花粉に照射された場合に花 粉から強い蛍光が発せられるのに対して、 飛沫に照射された場合に飛沫から は蛍光がほとんど発せられない。 このため、 蛍光の受光強度に基づいて、 花 粉と飛沫とを判別することができる。
[0269] 分光部 4 7 0は、 例えば、 回折格子又はプリズムであるが、 これに限らな い。 分光部 4 7 0は、 特定の波長帯域のみを透過するバンドパスフィルタで あってもよい。
[0270] ビームスブリッタ 4 3 0は、 偏光フィルタ 3 4 0を透過した後の第 3散乱 光 !_ 1 2 3を 2つの第 3散乱光 !_ 1 2〇及び !_ 1 2 に分岐させる。 ビーム 〇 2020/175070 53 卩（：171? 2020 /004401
スブリッタ 4 3 0は、 偏光フィルタ 3 4 0を透過した後の第 3散乱光 !_ 1 2 3の進行方向に対して 4 5 ° の角度で配置されており、
Figure imgf000055_0001
の一部を反射して第 3散乱光 !_ 1 2〇して出射させ、 第 3散乱光 !_ 1 2 3の 残りを透過して第 3散乱光！- 1 2 として出射させる。
[0271 ] ビームスブリッタ 4 3 0は、 例えば、 透過率と反射率とが等しいハーフミ ラーであり、 第 3散乱光 1_ 1 2〇と第3散乱光1_ 1 2 とは、 光強度が実質 的に等しい。 この場合、 受光素子
Figure imgf000055_0002
、 第 3散乱光 1_ 1 2 3の半分の強度になる。 このため、 信号処理回路 4 6 0 は、 受光素子 3 5 0から出力される電気信号の信号レベルを 2倍に補正する 。 これにより、 実施の形態 5と同様に、 信号処理回路 4 6 0は、 式 （3） を 用いて偏光解消度 3を算出することができる。 あるいは、 受光素子 3 5 0か ら出力される電気信号を増幅する増幅器が設けられてもよい。
[0272] あるいは、 ビームスブリッタ 3 3 0の透過率及び反射率を異ならせてもよ い。 例えば、 ビームスブリッタ 3 3 0の透過率を 2 / 3とし、 反射率を 1 / 3にする。 この場合、 ビームスブリッタ 3 3 0による反射光である第 4散乱 光 !_ 1 2 13の強度は、 透過光である第 3散乱光 !_ 1 2 3の強度の半分になる 。 これにより、 第 3散乱光 !_ 1 2〇と第 4散乱光 !_ 1 2匕との強度比率が同 じになるので、 信号処理回路 4 6 0は、 実施の形態 5と同様にして、 偏光解 消度 5を算出することができる。 なお、 ビームスブリッタ 4 3 0の透過率と 反射率とが異なつていてもよい。
[0273] 分光部 4 7 2は、 第 3散乱光 !_ 1 2 を分光することで、 特定の波長成分 の光を受光素子 4 5 0に入射させる。 本実施の形態では、 分光後の第 3散乱 光 1_ 1 2〇1は、 4 0 0 〇!以上 1 0 0 0 〇!以下の波長成分の光である。
[0274] 具体的には、 分光部 4 7 2は、 励起光が照射された場合に花粉が発する蛍 光の波長成分の光を透過させ、 それ以外の波長成分の光の透過を遮断する。 例えば、 分光部 4 7 2は、 励起光が照射された場合に飛沫が発する蛍光の波 長成分の光を遮断する。 また、 分光部 4 7 2は、 照射光 1_ 1 1の波長成分の 光を遮断する。 これにより、 受光素子 4 5 0には、 花粉が発する蛍光のみが 入射されるので、 受光素子 4 5 0の受光強度に基づいて花粉の判別を容易に 行うことができる。
[0275] 分光部 4 7 2は、 例えば、 回折格子又はプリズムであるが、 これに限らな い。 分光部 4 7 2は、 特定の波長帯域のみを透過するバンドパスフィルタで あってもよい。
[0276] 受光素子 4 5 0は、 分光部 4 7 2によって分光された第 3散乱光 L 1 2 d を受光する第 3受光素子の一例である。 受光素子 4 5 0は、 受光強度に応じ た電気信号を出力する。 受光素子 4 5 0による受光強度は、 散乱光 L 1 2に 含まれる、 特定波長の蛍光成分の強度に対応しており、 受光素子 4 5 0が出 力する電気信号の信号レベルに相当する。 受光素子 4 5 0は、 例えば、 受光 素子 3 5 0と同じ構成を有する。
[0277] 信号処理回路 4 6 0は、 実施の形態 5に係る信号処理回路 3 6 0と同様に 、 偏光解消度 S及び落下速度 U tの算出を行う。 さらに、 信号処理回路 4 6 0 は、 偏光解消度 Sに基づく第 1の判定と、 落下速度 U tに基づく第 2の判定と を行う。 本実施の形態では、 信号処理回路 4 6 0は、 第 2の判定において、 落下速度 U tが第 1閾値以上である場合に行う処理が信号処理回路 3 6 0とは 異なる。 具体的には、 信号処理回路 4 6 0は、 落下速度 U tが第 1閾値以上で ある場合に、 蛍光強度に基づいてエアロゾル粒子 9 0が花粉であるか飛沫で あるかを判定する。 信号処理回路 4 6 0の具体的な処理については、 以下で 説明する。
[0278] [ 2 . 蛍光強度に基づく判定]
ここで、 蛍光強度に基づくエアロゾル粒子 9 0の種別の判定方法について 説明する。
[0279] 本実施の形態に係る散乱体測定装置 4 0 1は、 花粉と飛沫との蛍光波長の 差異を利用してエアロゾル粒子 9 0の種別を判定する。 以下ではまず、 花粉 と飛沫との三次元蛍光スぺクトルについて説明する。 三次元蛍光スペクトル は、 励起虽光マトリクス ( E E M : Exc i tat i on-Em i ss i on Mat r i x) 、 あるい は、 蛍光指紋とも呼ばれ、 励起波長と受光波長との組み合わせに対する受光 〇 2020/175070 55 卩（：171? 2020 /004401
強度を示す情報である。
[0280] 図 1 7は、 唾液の三次元蛍光スペクトルの一例である。 図 1 8は、 スギ花 粉の三次元蛍光スペクトルの一例である。 図 1 7及び図 1 8のいずれも、 横 軸が受光波長 （単位： 〇〇〇 を表し、 縦軸が励起波長 （単位： n m） を表し ている。 縦軸及び横軸で定義されるグラフ領域に描かれている実線は、 受光 強度の等強度線である。
[0281 ] 図 1 7に示される例では、 唾液は、
Figure imgf000057_0001
帯域の励起光が照射された場合に、 約 3 0 0 n から約 4 1 0 n の波長帯 域の蛍光を発する。 唾液は、 約 2 6 0 n から約 2 8 0 n の波長帯域の励 起光が照射された場合に、 約 3 2 0 n から約 3 7 0 n の波長帯域に強い 強度の虽光を発する。 唾液に対する励起光のピーク波長は約 2 6 0 1^〇!であ り、 当該ピーク波長の励起光が唾液に照射された場合に発する蛍光のピーク 波長は約 3 5 0 n である。 飛沫は、 唾液が口から放出される際に微粒子化 されたものである。 したがって、 飛沫の三次元蛍光マトリクスは、 唾液の三 次元蛍光マトリクスと同じである。
[0282] 図 1 8に示される例では、 スギ花粉は、
Figure imgf000057_0002
波長帯域の励起光が照射された場合に、 約 4 3 0 n から約 4 9 0 n の波 長帯域の強い蛍光を発する。 スギ花粉に対する励起光のピーク波長の 1つは 約 3 5 0 n であり、 当該ピーク波長の励起光が照射された場合にスギ花粉 が発する蛍光のピーク波長は、 約 4 6 0 n mである。 また、 スギ花粉は、 約 4 2 0 n から約 4 7 0 n の波長帯域の励起光が照射された場合に、 約 4 7 0 n から約 5 2 0 n の波長帯域の強い蛍光を発する。 スギ花粉に対す る励起光のピーク波長の 1つは約 4 5 0 n であり、 当該ピーク波長の励起 光が照射された場合にスギ花粉が発する蛍光のピーク波長は、 約 5 0 0 n である。
[0283] 図 1 7と図 1 8とに示されるように、 唾液、 すなわち、 飛沫と花粉とでは 、 特定の波長の励起光を照射した場合に発せられる蛍光の強度が異なってい る。 本実施の形態では、 励起光として照射する照射光 !- 1 1の波長と、 蛍光 〇 2020/175070 56 卩（：171? 2020 /004401
である散乱光 !- 1 2の受光波長と、 散乱光 !_ 1 2の受光強度とに基づいて、 飛沫と花粉とを判別することができる。
[0284] 例えば、 分光部 4 7 0によって分光された後の照射光 !_ 1 1の波長が 3 5 である場合、 図 1 7に示されるように、 飛沫は蛍光を発しない。 これ に対して、 図 1 8に示されるように、 照射光 !_ 1
Figure imgf000058_0001
る場合、 花粉は、
Figure imgf000058_0002
の波長の蛍光を発する。
[0285] ここで、 分光部 4 7 2は、 4 0 0 n 以上 1 0 0 0 n 以下の波長帯域を 通過させるバンドパスフイルタである場合を想定する。 エアロゾル粒子 9 0 が花粉である場合、 所定の強度の第 3散乱光 !_ 1 2 が受光素子 4 5 0に入 射される。 このとき、 第 3散乱光 1_ 1 2 に含まれる照射光 1_ 1 1の波長成 分は、 分光部 4 7 2によって遮断される。 したがって、 受光素子 4 5 0には 、 花粉による虽光成分のみが入射される。
[0286] 一方で、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫である場合、 飛沫が蛍光を発しないの で、 第 3散乱光 1_ 1 2 の強度は十分に小さい。 また、 第 3散乱光 1_ 1 2 に照射光 1- 1 1の波長成分が含まれる場合であっても分光部 4 7 2によって 遮断される。 したがって、 受光素子 4 5 0では第 3散乱光 !_ 1 2 がほとん ど検出されない。
[0287] したがって、 信号処理回路 4 6 0は、 受光素子 4 5 0による受光強度と閾 値とを比較することにより、 エアロゾル粒子 9 0が花粉であるか飛沫である かを判定することができる。 具体的には、 信号処理回路 4 6 0は、 受光素子 4 5 0による受光強度が閾値より大きい場合に、 エアロゾル粒子 9 0が花粉 であると判定する。 信号処理回路 4 6 0は、 受光素子 4 5 0による受光強度 が閾値以下である場合に、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫であると判定する。 な お、 閾値は、 例えば 0であるが、 これに限らない。
[0288] [ 3 . 動作]
続いて、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 4 0 1の動作、 すなわち、 散 乱体測定方法について、 図 1 9を用いて説明する。 図 1 9は、 本実施の形態 に係る散乱体測定装置 4 0 1の動作を示すフローチヤートである。 〇 2020/175070 57 卩（：171? 2020 /004401
[0289] 図 1 9に示されるように、 信号処理回路 4 6 0が落下速度 II 1と第 1閾値と の比較を行う工程 （3 1 2 4） までの処理は、 実施の形態 5において図 1 5 を用いて説明した処理と同じである。 本実施の形態に係る散乱体測定装置 4 0 1では、 落下速度 が第 1閾値以上である場合 （3 1 2 4で丫 6 3）、 信 号処理回路 4 6 0は、 蛍光強度と閾値丁 との比較を行う （3 1 4 0） 。 閾 値丁 は、 例えば 0である。
[0290] 具体的には、 分光部 4 7 2が第 3散乱光 !_ 1 2 を分光することで、 4 0
0门 以上 1 0 0 0 n 以下の波長成分のみを受光素子 4 5 0に入射させる 。 これにより、 受光素子 4 5 0による受光強度は、 エアロゾル粒子 9 0から の散乱光 1- 1 2に含まれる
Figure imgf000059_0001
度に相当する。 4 0 0 n 以上 1 0 0 0 n 以下の波長成分の受光強度が閾 値丁 より大きい場合 （3 1 4 0で 1\1〇） 、 信号処理回路 4 6 0は、 エアロ ゾル粒子 9 0が花粉であると判定する。 4 0 0 n m以上 1 0 0 0 n 以下の 波長成分の受光強度が閾値丁 II以下である場合 （3 1 4 0で丫6 3） 、 信号 処理回路 4 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0が飛沫であると判定する。
[0291 ] 本実施の形態によれば、 花粉及び飛沫の判定に落下速度を用いないので、 飛沫の粒径のサイズによらずに飛沫と花粉とを精度良く判別することができ る。 具体的には、 花粉より小さいサイズの飛沫であっても判別することがで きる。
[0292] また、 信号処理回路 4 6 0は、 受光素子 4 5 0による受光強度と照射光 !_
1 1の波長とに基づいて三次元蛍光マトリクスを生成し、 生成した三次元蛍 光マトリクスに基づいて花粉と飛沫とを判別してもよい。 具体的には、 互い に異なる波長成分を含む複数の照射光 !_ 1 1 をエアロゾル粒子 9 0に照射し 、 第 3散乱光 1_ 1
Figure imgf000059_0002
を、 互いに異なる複数の受光波長に分光することで、 受光波長毎の受光強度を取得してもよい。 これにより、 信号処理回路 4 6 0 は、 励起波長と受光波長と受光強度とに基づく三次元蛍光マトリクスを生成 する。
[0293] 図 1 7及び図 1 8に示される花粉及び飛沫の各々の三次元蛍光スペクトル 〇 2020/175070 58 卩（：171? 2020 /004401
は、 信号処理回路 4 6 0が有するメモリに予め記憶されている。 信号処理回 路 4 6 0は、 生成した三次元蛍光マトリクスと、 メモリに記憶された三次元 蛍光マトリクスとを比較することで、 より精度良く飛沫及び花粉を判別する ことができる。
[0294] また、 例えば、 偏光解消度 3が閾値以上である場合であっても、 受光素子 4 5 0による受光強度が閾値より大きい場合には、 信号処理回路 4 6 0は、 エアロゾル粒子 9 0が花粉であると判定してもよい。 具体的には、 図 1 9に おいて、 ステップ 3 1 2 0で偏光解消度 5が 1 0 %以上であると判定された 場合 （3 1 2 0で丫 6 3） , 信号処理回路 4 6 0は、 ステップ 3 1 4〇の処 理である蛍光強度の判定処理を行ってもよい。 これにより、 花粉が完全な形 ではなく、 崩れた形状を有する場合であっても、 エアロゾル粒子 9 0が花粉 であるか否かを判定することができる。
[0295] （実施の形態 7）
続いて、 実施の形態 7について説明する。
[0296] 散乱光には、 ノイズ成分として、 空気を構成する分子によるレイリー散乱 光が含まれる場合がある。 実施の形態 7では、 散乱光を干渉させることで、 散乱光に含まれるノイズ成分を除去する。 以下では、 実施の形態 5との相違 点を中心に説明し、 共通点の説明を省略又は簡略化する。
[0297] 図 2 0は、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 5 0 1の概略構成を示すブ ロック図である。 図 2 0に示されるように、 散乱体測定装置 5 0 1は、 実施 の形態 5に係る散乱体測定装置 5 0 1 と比較して、 光源 1 0及び信号処理回 路 3 6 0の代わりに、 光源 2 1 0及び信号処理回路 5 6 0を備える点が相違 する。 また、 散乱体測定装置 5 0 1は、 新たに、 干渉部 2 7 0を備える。 光 源 2 1 0及び干渉部 2 7 0は、 実施の形態 4に係る散乱体測定装置 2 0 1が 備える光源 2 1 0及び干渉部 2 7 0と同じである。
[0298] 信号処理回路 5 6 0は、 実施の形態 5と同様の処理に加えて、 干渉部 2 7
0を通過した散乱光 1- 1 2に基づいてインターフエログラムを生成する。 本 実施の形態では、 信号処理回路 5 6 0は、 第 3散乱光 !_ 1 2 3及び第 4散乱 〇 2020/175070 59 卩（：171? 2020 /004401
光 !_ 1 2 の各々についてのインターフエログラムを生成する。 信号処理回 路 5 6 0は、 生成したインターフエログラムに基づいて第 1の干渉フリンジ の信号強度を取得し、 当該信号強度に基づいてエアロゾル粒子 9 0からのミ —散乱光の平行成分の受光強度及び垂直成分の受光強度の各々を取得するこ とができる。 これにより、 信号処理回路 5 6 0は、 偏光解消度 3を精度良く 算出することができる。
[0299] なお、 信号処理回路 5 6 0は、 第 1の干渉フリンジの近傍の信号に基づい てフーリエ変換を行ってもよい。 信号処理回路 5 6 0は、 フーリエ変換によ って波長スぺクトルデータを生成し、 その最大値をミー散乱光の強度として 取得することができる。
[0300] 以上のように、 本実施の形態に係る散乱体測定装置 5 0 1 によれば、 散乱 光 !_ 1 2からレイリー散乱光を除去することができる。 したがって、 エアロ ゾル粒子 9 0からのミー散乱光に基づいて精度良くエアロゾル粒子 9 0の位 置及び種別を判別することができる。
[0301 ] なお、 本実施の形態では、 干渉部 2 7 0がミラー 2 0とエアロゾル粒子 9
0との間に配置される例を示したが、 これに限らない。 例えば、 散乱体測定 装置 5 0 1は、 2つの干渉部 2 7 0を備えてもよい。 2つの干渉部 2 7 0は 、 ビームスブリッタ 3 3 0と、 偏光フィルタ 3 4 0及び 3 4 2の各々との間 に配置されてもよい。 あるいは、 2つの干渉部 2 7 0は、 偏光フィルタ 3 4 〇と受光素子 3 5 0との間、 及び、 偏光フィルタ 3 4 2と受光素子 3 5 2と の間に配置されてもよい。
[0302] （他の実施の形態）
以上、 1つ又は複数の態様に係る散乱体測定装置及び散乱体測定方法につ いて、 実施の形態に基づいて説明したが、 本開示は、 これらの実施の形態に 限定されるものではない。 本開示の主旨を逸脱しない限り、 当業者が思いつ く各種変形を本実施の形態に施したもの、 及び、 異なる実施の形態における 構成要素を組み合わせて構築される形態も、 本開示の範囲内に含まれる。
[0303] 例えば、 エアロゾル粒子 9 0からの散乱光 !_ 2の強度は、 エアロゾル粒子 〇 2020/175070 60 卩（：171? 2020 /004401
9 0の濃度が高い程、 強くなる。 このため、 信号処理回路 4 0は、 散乱光 1_
2の強度に基づいて単位空間中のエアロゾル粒子 9 0の濃度の増減を判定す ることができる。 信号処理回路 4 0は、 飛沫が発生した後の散乱光 1_ 2の強 度から、 飛沫の発生前の散乱光の強度をノイズ成分として除去する。 信号処 理回路 4 0は、 除去後の強度が同等になる 2つの単位空間を、 エアロゾル粒 子 9 0の移動前の第 1空間及び移動後の第 2空間として、 エアロゾル粒子 9 0の速度を判定する。 なお、 飛沫の発生タイミングは、 例えば、 音検出部 1 6 0による咳又はく しゃみの発生した時刻である。
[0304] 例えば、 花粉などの他のエアロゾル粒子が存在する単位空間に向けて、 人 が咳又はく しゃみを行った場合、 当該単位空間に飛沫が発生し、 当該単位空 間からの散乱光 !_ 2の強度は、 飛沫が発生する前の強度よりも大きくなる。 このため、 信号処理回路 4 0は、 飛沫の発生前の単位空間 9 5からの散乱光 の強度と、 飛沫の発生後の単位空間 9 5からの散乱光の強度とに基づいて、 その差分が飛沫に相当する散乱光の強度とみなすことができる。
[0305] 説明を簡単にするため、 飛沫の発生前の単位空間 9 5からの散乱光 3 ,の強 度を 5とし、 飛沫の発生後の単位空間 9 5からの散乱光 3 ,の強度を 1 5とす ると、 飛沫に相当する散乱光の強度は、 1 0 ( = 1 5 - 5 ) になる。 したが って、 当該単位空間の周辺を探索した場合に、 単位空間からの散乱光 3 + 1の 強度が 1 〇になる単位空間が、 飛沫の移動先であると判別することができる 。 例えば、 散乱光 3 + 1の強度が 5になる単位空間が存在したとしても、 飛沫 の移動先の単位空間ではないと判別することができる。 これにより、 飛沫の 移動速度を精度良く算出することができる。
[0306] また、 飛沫の移動先に、 花粉などの他のエアロゾル粒子が存在する場合も 同様である。 例えば、 他のエアロゾル粒子が存在しない単位空間 9 5に飛沫 が発生し、 その後、 他のエアロゾル粒子が存在する単位空間 9 6に飛沫が移 動した場合を想定する。 この場合、 単位空間 9 5からの散乱光は、 飛沫に基 づく散乱光であり、 その強度は 1 0になる。 単位空間 9 6からの散乱光は、 飛沫と他のエアロゾル粒子とに基づく散乱光であり、 その強度は 1 5になる 〇 2020/175070 61 卩（：171? 2020 /004401
。 飛沫の発生前の単位空間 9 6からの散乱光は、 他のエアロゾル粒子に基づ く散乱光であり、 その強度は 5である。 したがって、 飛沫が発生した後の単 位空間 9 6からの散乱光の強度は、 発生前の強度を除外することで、 1 0 ( = 1 5 - 5 ) になり、 飛沫が移動したことを精度良く検出することができる
[0307] また、 例えば、 照射光 !_ 1 を照射する光源 1 0の光出射側には、 分光器が 設けられていてもよい。 これにより、 特定の波長成分の光のみを照射光 !- 1 として出射してもよい。
[0308] 同様に、 受光部 3 0の光入射側には、 分光器が設けられていてもよい。 こ れにより、 特定の波長成分の光のみを受光部 3 0に受光させてもよい。
[0309] また、 例えば、 人 9 9の咳又はく しゃみの検出には、 赤外線又は可視光イ メージセンサが用いられてもよい。 人 9 9の動作を撮影することにより、 咳 又はく しゃみを検出することができる。 あるいは、 人 9 9に取り付けられた 加速度センサなどに基づいて、 咳又はく しゃみを検出してもよい。
[0310] 例えば、 散乱体測定装置 3 0 1は、 非球形粒子と !\/1 2 . 5とを判別し、 花粉及び飛沫の少なくとも一方を判別しなくてもよい。 例えば、 信号処理回 路 3 6 0は、 落下速度と第 2閾値との比較を行わなくてもよい。 信号処理回 路 3 6 0は、 落下速度が第 1閾値未満である場合にエアロゾル粒子 9 0が 5であると判定し、 落下速度が第 1閾値以上である場合にエアロゾル 粒子 9 0が IV! 2 . 5ではないと判定してもよい。 つまり、 散乱体測定装置 3 0 1は、 エアロゾル粒子 9 0が花粉であるか飛沫であるかを特定しなくて もよい。
[031 1 ] また、 例えば、 偏光解消度の算出には、 偏光された照射光 1- 1 1が少なく とも 1回、 エアロゾル粒子 9 0に照射されればよい。 つまり、 エアロゾル粒 子 9 0に複数回、 照射光を照射する場合に、 偏光された照射光 1- 1 1 を 1回 のみ照射し、 残りの回数は、 偏光される前の照射光 !_ 1 を照射してもよい。 例えば、 偏光フィルタ 3 1 2は可動式であってもよく、 照射光 !_ 1の光路上 と光路外とで移動可能であってもよい。 あるいは、 散乱体測定装置 3 0 1は 〇 2020/175070 62 卩（：171? 2020 /004401
、 複数の光源 1 〇を備えてもよく、 1つの光源 1 〇から出射される照射光 !_ 1の光路上には偏光フィルタ 3 1 2が配置されていなくてもよい。
[0312] また、 例えば、 エアロゾル粒子 9 0を検出する前、 すなわち、 エアロゾル 粒子 9 0からの散乱光を受光する前は、 対象空間を粗く走査し、 エアロゾル 粒子 9 0からの散乱光を受光した後、 対象空間を細かく走査してもよい。 具 体的には、 エアロゾル粒子 9 0からの散乱光を受光する前は、 大きなサイズ の単位空間毎に照射光を照射し、 エアロゾル粒子 9 0からの散乱光を受光し た後は、 小さいサイズの単位空間毎に照射光を照射してもよい。 このように 、 対象空間を走査中に、 所定のタイミングにおいて単位空間の大きさ又は形 状を変更してもよい。
[0313] なお、 所定のタイミングは、 エアロゾル粒子 9 0の検出ではなく、 人の検 出であってもよい。 例えば、 人の頭部の少なくとも一部が検出された場合に 、 単位空間のサイズを小さく し、 当該人の頭部の近傍を中心に単位空間毎に 照射光を照射してもよい。 これにより、 対象空間が広い場合であっても、 対 象空間を粗く走査することで、 速やかに人の頭の位置を検出することができ る。 人の頭の位置を検出しておくことで、 人の口から放出される飛沫を放出 直後に検出しやすくすることができる。
[0314] また、 例えば、 飛沫、 花粉又は非球形粒子などであるエアロゾル粒子 9 0 が散乱体の一例である例を示したが、 これに限らない。 散乱体には、 大気を 構成する分子が含まれてもよい。
[0315] また、 上記実施の形態において、 特定の処理部が実行する処理を別の処理 部が実行してもよい。 また、 複数の処理の順序が変更されてもよく、 あるい は、 複数の処理が並行して実行されてもよい。 また、 散乱体測定装置が備え る構成要素の複数の装置への振り分けは、 一例である。 例えば、 一の装置が 備える構成要素を他の装置が備えてもよい。 また、 散乱体測定装置は、 単一 の装置として実現されてもよい。
[0316] 例えば、 上記実施の形態において説明した処理は、 単一の装置 （システム ） を用いて集中処理することによって実現してもよく、 又は、 複数の装置を 用いて分散処理することによって実現してもよい。 また、 上記プログラムを 実行するプロセッサは、 単数であってもよく、 複数であってもよい。 すなわ ち、 集中処理を行ってもよく、 又は分散処理を行ってもよい。
[0317] また、 上記実施の形態において、 信号処理回路などの構成要素の全部又は 一部は、 専用のハードウェアで構成されてもよく、 あるいは、 各構成要素に 適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。 各構成要素は、 CPU (Central Processing Unit) 又はプロセッサなどのプ ログラム実行部が、 HDD (Hard Disk Drive) 又は半導体メモリなどの記録 媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによっ て実現されてもよい。
[0318] また、 信号処理回路などの構成要素は、 1つ又は複数の電子回路で構成さ れてもよい。 1つ又は複数の電子回路は、 それぞれ、 汎用的な回路でもよい し、 専用の回路でもよい。
[0319] 1つ又は複数の電子回路には、 例えば、 半導体装置、 丨 C (Integrated Ci rcu i t) 又は LS I (Large Scale Integration) などが含まれてもよい。 I C又は LS Iは、 1つのチップに集積されてもよく、 複数のチップに集積さ れてもよい。 ここでは、 丨 C又は LS 丨 と呼んでいるが、 集積の度合いによ って呼び方が変わり、 システム LS 丨、 VLS I (Very Large Scale Integr at ion) % 又は、 U L S I (Ultra Large Scale Integration) と呼ばれるか もしれない。 また、 LS 丨の製造後にプログラムされる F P G A (Field Pro grammable Gate Array) も同じ目的で使うことができる。
[0320] また、 本開示の全般的又は具体的な態様は、 システム、 装置、 方法、 集積 回路又はコンビュータプログラムで実現されてもよい。 あるいは、 当該コン ピュータブログラムが記憶された光学ディスク、 H D D若しくは半導体メモ リなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい 。 また、 システム、 装置、 方法、 集積回路、 コンピュータプログラム及び記 録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
[0321] また、 上記の各実施の形態は、 特許請求の範囲又はその均等の範囲におい て種々の変更、 置き換え、 付加、 省略などを行うことができる。 産業上の利用可能性
[0322] 本開示は、 散乱体の位置を精度良く検出することができる散乱体測定方法 及び散乱体測定装置などに利用することができ、 例えば、 空気清浄機又は空 調機器などに利用することができる。
符号の説明
[0323] 1、 1 01、 201、 301、 401、 501 散乱体測定装置
1 0、 2 1 0 光源
20 ミラー
30 受光部
40、 240、 360、 460、 560 信号処理回路
50、 1 50 制御部
90 エアロゾル粒子
95、 96、 97 単位空間
99 人
1 00 対象空間
1 60 音検出部
270 干渉部
3 1 2、 340、 342 偏光フィルタ
330、 430 ビームスプリッタ
350、 352、 450 受光素子
470、 472 分光部
L 1、 L 1 1 照射光
L 2、 L 1 2 散乱光
L 1 2 a、 L 1 2 c、 L 1 2 d 第 3散乱光
L 1 2 b 第 4散乱光

Claims

\¥0 2020/175070 65 卩（：17 2020 /004401 請求の範囲
[請求項 1 ] 散乱体が存在する第 1空間を通過する第 1照射光を照射することと 前記第 1照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 1散 乱光を受光することと、
前記散乱体が前記第 1空間から、 前記第 1空間とは少なくとも一部 が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空間を通過する第 2照射 光を照射することと、
前記第 2照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散 乱光を受光することと、
前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱 体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出することとを 含む、
散乱体測定方法。
[請求項 2] 前記第 1空間及び前記第 2空間はそれぞれ、 前記散乱体測定方法に よる測定の対象となる対象空間を仮想的に分割することにより得られ た、 各々が所定形状の複数の単位空間の 1つである、 請求項 1 に記載の散乱体測定方法。
[請求項 3] 前記第 2空間は、 前記複数の単位空間のうちの、 前記第 1空間に隣 接する単位空間である、
請求項 2に記載の散乱体測定方法。
[請求項 4] 前記第 1空間は、 人の頭の少なくとも一部が存在する空間、 又は、 人の頭の少なくとも一部に最も近い空間である、
請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。
[請求項 5] さらに、 前記第 1照射光を照射する前に、 前記頭の少なくとも一部 が存在する空間、 又は、 前記頭の少なくとも一部に最も近い空間を前 記第 1空間として特定することを含む、 〇 2020/175070 66 2020 /004401
請求項 4に記載の散乱体測定方法。
[請求項 6] さらに、 前記速度と閾値とを比較し、 前記速度が前記閾値以上であ る場合に、 前記散乱体が人の口から呼出される飛沫であると判定する ことを含む、
請求項 1から 5のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。
[請求項· 7] 前記閾値は、 5 01 / 3である、
請求項 6に記載の散乱体測定方法。
[請求項 8] 前記第 1照射光及び前記第 2照射光はそれぞれ、 等しい周波数間隔 の光であり、
前記第 1散乱光を受光することでは、 光路差を変更可能な干渉部を 通過した後の前記第 1散乱光を受光し、
前記第 2散乱光を受光することでは、 前記干渉部を通過した後の前 記第 2散乱光を受光し、
前記算出することでは、 前記光路差を掃引させて得られる前記第 1 散乱光及び前記第 2散乱光の各々の第 1の干渉フリンジに対応する信 号成分を抽出し、 前記信号成分に基づいて前記速度を算出する、 請求項 1から 7のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。
[請求項 9] 前記干渉部が掃引する前記光路差は、 前記第 1照射光及び前記第 2 照射光の各々の中心波長の 1 / 4より長く、 かつ、 前記第 1散乱光及 び前記第 2散乱光の各々の干渉フリンジの間隔の 1 / 2より短い、 請求項 8に記載の散乱体測定方法。
[請求項 10] 前記第 1照射光及び前記第 2照射光からなる群から選択される少な くとも _方は、 偏光された光であり、
前記速度は、 前記散乱体の落下速度であり、
さらに、 前記第 1散乱光及び前記第 2散乱光からなる群から選択さ れる少なくとも一方であって、 前記偏光された光に対応する散乱光の 偏光解消度を計測することを含む、
請求項 1から 9のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。 〇 2020/175070 67 卩（：171? 2020 /004401
[請求項 11] さらに、
前記偏光解消度に基づいて、 前記散乱体が非球形粒子であるか否か の第 1の判定を行うことと、
前記散乱体が非球形粒子ではないと判定された場合に、 前記落下速 度に基づいて、 前記散乱体が IV! 2. 5であるか否かの第 2の判定を 行うこととを含む、
請求項 1 〇に記載の散乱体測定方法。
[請求項 12] 前記第 1の判定では、 前記偏光解消度が 1 0%以上である場合に、 前記散乱体が非球形粒子であると判定し、 前記偏光解消度が 1 0%未 満である場合に、 前記散乱体が非球形粒子ではないと判定する、 請求項 1 1 に記載の散乱体測定方法。
[請求項 13] 前記第 2の判定では、 前記落下速度が 0. 001 01/ 3未満である 場合に、 前記散乱体が IV! 2. 5であると判定する、 請求項 1 1又は 1 2に記載の散乱体測定方法。
[請求項 14] 前記第 1照射光及び前記第 2照射光はそれぞれ、 飛沫の蛍光波長成 分を含まない光であり、
前記第 2の判定では、
( 3 ) 前記落下速度が 0. 001 01/ 3以上であり、 かつ、 前記散 乱光に含まれる 400 n m以上 1 000 n 以下の波長成分の受光強 度が閾値より大きい場合、 前記散乱体が花粉であると判定し、
(匕) 前記落下速度が 0. 001 01/ 3以上であり、 かつ、 前記散 乱光に含まれる
Figure imgf000069_0001
の前記波長成分の受 光強度が前記閾値以下である場合、 前記散乱体が飛沫であると判定す る、
請求項 1 3に記載の散乱体測定方法。
[請求項 15] 前記第 2の判定では、 前記落下速度が 0. 1 / 3以上である場合 に、 前記散乱体が飛沫であると判定する、
請求項 1 1から 1 3のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。 〇 2020/175070 68 卩（：171? 2020 /004401
[請求項 16] 前記第 2の判定では、 前記落下速度が〇. 0 0 1 / 3以上〇. 1
Figure imgf000070_0001
/ 3未満である場合に、 前記散乱体が花粉であると判定する、 請求項 1 1から 1 3及び 1 5のいずれか 1項に記載の散乱体測定方 法。
[請求項 17] 前記第 2空間は、 前記第 1空間の鉛直下方に位置する、
請求項 1から 1 6のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法。
[請求項 18] 請求項 1から 1 7のいずれか 1項に記載の散乱体測定方法をコンビ ユータに実行させるプログラム。
[請求項 19] 散乱体が存在する第 1空間を通過する第 1照射光を照射する光源と 前記第 1照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 1散 乱光を受光する受光素子と、
信号処理回路と、 を備え、
前記光源は、 さらに、 前記散乱体が前記第 1空間から、 前記第 1空 間とは少なくとも一部が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空 間を通過する第 2照射光を照射し、
前記受光素子は、 さらに、 前記第 2照射光が前記散乱体で散乱され ることにより生じる第 2散乱光を受光し、
前記信号処理回路は、 前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速 度を算出する、
散乱体測定装置。
[請求項 20] さらに、
前記光源から照射された第 1照射光及び第 2照射光からなる群から 選択される少なくとも一方を偏光する第 1偏光フィルタと、
前記第 1散乱光及び前記第 2散乱光からなる群から選択される少な くとも一方であって、 前記第 1偏光フィルタによって偏光された光に 〇 2020/175070 69 卩（：171? 2020 /004401
対応する散乱光を第 3散乱光と第 4散乱光とに分岐させるビームスプ リッタと、
前記第 3散乱光の光路上に配置され、 前記偏光された光の偏光面に 平行な偏光成分を透過させる第 2偏光フイルタと、 前記第 4散乱光の光路上に配置され、 前記偏光された光の偏光面に 垂直な偏光成分を透過させる第 3偏光フイルタとを備え、
前記受光素子は、
前記第 2偏光フイルタを通過した後の前記第 3散乱光を受光する第 1受光素子と、
前記第 3偏光フイルタを通過した後の前記第 4散乱光を受光する第 2受光素子とを含み、
前記速度は、 前記散乱体の落下速度であり、
前記信号処理回路は、 さらに、
前記第 1受光素子による前記第 3散乱光の受光強度と前記第 2受光 素子による前記第 4散乱光の受光強度とに基づいて、 偏光解消度を取 得し、
前記偏光解消度に基づいて、 前記散乱体が非球形粒子であるか否か を判定し、
前記散乱体が非球形粒子ではないと判定された場合に、 前記落下速 度に基づいて、 前記散乱体が 1\/1 2 . 5であるか否かを判定する 請求項 1 9に記載の散乱体測定装置。
[請求項 21 ] 散乱体を測定するためのプログラムを格納したコンビュータ読み取 り可能な記録媒体であって、
前記プログラムが前記コンピュータによって実行されるときに、 前記散乱体が存在する第 1空間を通過する第 1照射光を照射するこ とと、
前記第 1照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 1散 乱光を受光することと、 70 卩（：171? 2020 /004401
前記散乱体が前記第 1空間から、 前記第 1空間とは少なくとも一部 が異なる第 2空間に移動した後に、 前記第 2空間を通過する第 2照射 光を照射することと、
前記第 2照射光が前記散乱体で散乱されることにより生じる第 2散 乱光を受光することと、
前記第 1散乱光を受光した第 1時刻と前記第 2散乱光を受光した第 2時刻との差、 及び、 前記第 1時刻から前記第 2時刻までに前記散乱 体が移動した距離に基づいて、 前記散乱体の速度を算出することと、 が実行される、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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