粒子計測装置
【課題】高い応答性で、粒子の濃度および種類を高精度に測定することができる粒子計測装置を提供する。
【解決手段】粒子計測装置は、大気中の粒子を吸引する吸入口と、吸引された粒子を輸送する配管部と、配管部を経由した粒子が通過するサンプルセルと、サンプルセル内を通過する粒子へ光を照射する光源と、光のうち粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、光により粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、第２の光センサの出力信号に基づいて粒子の種類を特定する分析部と、第１の光センサの出力信号に基づいて粒子を検出した時点で光源の発光強度を増加させて、第２の光センサによって蛍光を検出させる制御部と、を備える。
【解決手段】粒子計測装置は、大気中の粒子を吸引する吸入口と、吸引された粒子を輸送する配管部と、配管部を経由した粒子が通過するサンプルセルと、サンプルセル内を通過する粒子へ光を照射する光源と、光のうち粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、光により粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、第２の光センサの出力信号に基づいて粒子の種類を特定する分析部と、第１の光センサの出力信号に基づいて粒子を検出した時点で光源の発光強度を増加させて、第２の光センサによって蛍光を検出させる制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中や液中に飛散する花粉等の粒子を計測する粒子計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スギやヒノキなど代表される花粉に対してアレルギー症状を示す花粉症患者が増加している。これらの花粉症患者にとって、家屋の窓の開閉や、洗濯物を屋外へ干す際や、外出の際に、参考のために、飛散している花粉の濃度をリアルタイムに把握することは、非常に有益である。
花粉症の患者毎にアレルゲンとなる花粉種即ち植物の種類が異なる。従って、花粉種毎に飛散している濃度を把握することは非常に有益である。
【０００３】
従来のリアルタイム花粉計測装置としては、例えば、特許文献１では、大気中に飛散する花粉を吸引し配管部に導き、配管中を通過する花粉にレーザ光を照射し、その散乱光を検出し花粉濃度を算出する装置が提案されている。また、特許文献２では、配管経路中を通過する花粉に励起光となるレーザ光を照射し、花粉が発光する特有の蛍光量を計測することにより、花粉量に加えて花粉の種類を算出する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３１８９０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２記載の装置を用いてレーザ光を連続発光（ＣＷ）させて測定する場合、照射パワーが不足することにより蛍光検出精度が低下し、結果的に花粉種の特定精度が低下する可能性がある。
この照射パワー不足を補うために、大気の吸引速度（単位時間当たりの吸引体積）を低下させることにより花粉の通過速度を低下させて、蛍光検出精度を向上させる方法が考えられる。しかし、大気の吸引速度を低下させると、濃度変化に対する応答性が低下し、リアルタイム性を損なうという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑み、高い応答性で、粒子の濃度および種類を高精度に測定することができる粒子計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る粒子計測装置は、大気中の粒子を吸引する吸入口と、吸引された前記粒子を輸送する配管部と、前記配管部を経由した前記粒子が通過するサンプルセルと、前記サンプルセル内を通過する前記粒子へ光を照射する光源と、前記光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、前記光により前記粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、前記第２の光センサの出力信号に基づいて前記粒子の種類を特定する分析部と、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高い応答性で、大気中等に存在する粒子の濃度および種類を高精度に測定することができる粒子計測装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の粒子計測装置の実施の形態を以下に示す。
（実施の形態１）
本実施の形態の粒子計測装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の粒子計測装置全体を示す構成図である。粒子計測装置は、大気中の花粉８を吸引する吸入口１、吸入口１に水やゴミが落下して花粉８と混ざり合わないようにするための覆い２、吸入口１から検出部６へ花粉８を導く配管部３、一定の吸引速度で大気を吸引するポンプ４、花粉８よりも大きな粒子などが配管部３内に入るのを防止するフィルタ５、および検出部６を制御解析する制御解析ユニット７を備える。
【０００８】
ここで、図２に検出部および制御解析ユニットの構成を示す。図３および４に検出部６の正面図および縦断面図を示す。
検出部６は、配管部３を経由した花粉８が通過するサンプルセル６１、サンプルセル６１内を通過する花粉８にレーザ光を照射する半導体レーザ照射モジュール６２、レーザ光のうち花粉８により散乱された散乱光を検出する散乱光受光モジュール６３、およびレーザ光により花粉８が発する蛍光を検出する蛍光受光モジュール６４からなる。散乱光受光モジュール６３および蛍光受光モジュール６４は、半導体レーザ照射モジュール６２を含むｙｚ面に配されている。半導体レーザ照射モジュール６２が本発明における光源に相当し、散乱光受光モジュール６３が本発明における第１の光センサに相当し、蛍光受光モジュール６４が本発明における第２の光センサに相当する。
【０００９】
配管部３を経由した花粉８は、注入口６５から注入されサンプルセル６１内の空洞部６１ａを通過する。この空洞部６１ａは、断面は一辺が２．５ｍｍの正方形であり、長さ（Ｘ方向（流速方向））が１０ｍｍの直方体形状である。空洞部６１ａを通過した花粉８は排出口６６から配管部３へ移動する。そしてポンプ４を経由して外部へ排出される。
半導体レーザ照射モジュール６２は、半導体レーザと、これを発した光を略平行光にしてｚ方向に出射する光学系とからなる。
【００１０】
散乱光受光モジュール６３は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域でｙ方向へ散乱された光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系とからなる。散乱光受光モジュール６３から出力される信号強度が散乱光強度を示す。
蛍光受光モジュール６４は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域で発生し−ｙ方向へ伝搬する蛍光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系と、特定の波長をフォトダイオードに入射させる分光素子とからなる。蛍光受光モジュール６４からの出力される信号強度が蛍光強度を示す。
【００１１】
制御解析ユニット７は、蛍光受光モジュール６４の出力信号を分析して花粉８の種類を特定する蛍光分析器７４と、散乱光受光モジュール６３の出力信号に基づいて花粉８を検出した時点で半導体レーザの発光強度を増加させて、蛍光受光モジュール６４によって蛍光を検出させ、花粉８が蛍光受光モジュール６４の受光領域を通過した後、半導体レーザ照射モジュール６２の発光強度を増加する前の強度に戻す制御部と、を含む。さらに詳しくは、制御部は、半導体レーザ照射モジュール６２を駆動する駆動器７１、半導体レーザの発光強度をパルス状に増加させるトリガー信号を、駆動器７１に供給するトリガ−発生器７２、および散乱光受光モジュール６３の出力信号のパルス数を計数するカウンター７３からなる。蛍光分析器７４が本発明における分析部に相当する。
【００１２】
次に、本実施の形態の粒子計測装置の動作を、図５〜７を用いて説明する。
ここでは、一例として、半導体レーザ照射モジュール６２が、波長≒４００ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する場合を説明する。なお、波長≒４００ｎｍの光が照射されると、スギ花粉の場合は波長≒５００ｎｍにピークを示す蛍光スペクトルを発し、ヒノキ花粉の場合は波長≒５２１ｎｍにピークを示す蛍光スペクトルを発し、ブタクサ花粉の場合は波長≒５０５ｎｍにピークを示す蛍光スペクトル蛍光を発することが知られている。
【００１３】
また、分光素子として、透過率のピークが５００ｎｍ、および透過率の半値全幅が１０ｎｍの誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを用い、シリコンフォトダイオードの受光面には５００±５ｎｍの蛍光を入射するように構成された蛍光受光モジュール６４を用い、スギ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出する場合を説明する。
本実施の形態では、ポンプ４が吸引速度＝４．１Ｌ／分で大気を吸引する。従って、サンプルセル６１内の空洞部６１ａでは、流速≒１０．９ｍ／ｓの空気流が発生し、これに乗って花粉も速度≒１０．９ｍ／ｓで、サンプルセル６１内を移動する。
【００１４】
図５〜７のグラフにおいて横軸は時間（ｓ）を示す。図５のグラフの縦軸は、散乱光受光モジュール６３の出力信号を示し、これは花粉により散乱された散乱光強度と他の粒子によって散乱された散乱光強度との合計に相当する。図６のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６２から照射されるパワーを示す。図７のグラフの縦軸は、蛍光受光モジュール６４の出力信号を示し、これは花粉が発した蛍光強度に相当する。
【００１５】
図５のグラフにおいて、散乱光受光モジュール６２は、粒子が半導体レーザ照射モジュール６２の照射領域を通過する毎に、パルス信号を発生する。ここで、このパルス信号のパルス幅は（１ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒９１．４μｓになる。また、パルス振幅は粒子の大きさに依存し、粒子が大きくなるほど大きくなる。花粉の粒径は２０μｍ以上であり、その他の大半の浮遊粒子は１０μｍ以下なので、パルス振幅のピークが所定値以上の場合は花粉と判定する。ここで、予め花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅と、花粉に対するパルス振幅を計測しておく。そして、これらを区別するために、花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅の値よりも大きく、かつ花粉に対するパルス振幅の値よりも小さい所定値ｙ1を設定する。なお、この所定値ｙ1を小さくしすぎると花粉以外の浮遊粒子を花粉と誤判定してしまい、所定値ｙ1を大きくしすぎると花粉をそれ以外の浮遊粒子と誤判定してしまうので、使用する環境に応じてこれらの誤判定が最小になるように設定する。
【００１６】
単位時間当たりのパルス数が粒子の濃度に相当し、例えば花粉濃度が１０００個／ｍ3の時、単位時間当たりのパルス数＝１０００×（４．１Ｌ／１ｍ3）＝４．１パルス／ｍｉｎ≒０．０６８３パルス／ｓになる。カウンター７３は単位時間当たりのパルス数を計数し濃度を算出する。ここで、所定値ｙ1を超えたパルスだけを計数した場合は花粉の濃度に相当し、所定値ｙ1以下のパルスを計数した場合は、その他の粒子濃度に相当する。
【００１７】
トリガー発生器７２は、パルス振幅が所定値ｙ1を超えたパルス信号を観測する時（図５中のｔ1およびｔ3の時点）、駆動器７１へトリガー信号を供給する。そして、駆動器７１は半導体レーザ照射モジュール６２を制御し、図６のグラフに示すように、出力パワーをパルス状に増加させる。すなわち、図６中のｔ1およびｔ3の時点で、出力パワーをｙ2からｙ3へ（例えば、５ｍＷから１００ｍＷへ）増加させる。そして、粒子が照射領域通過後、ｔ1およびｔ3から所定時間τ経過後のｔ2およびｔ4の時点で、パワーをｙ3からｙ2へ（例えば、１００ｍＷから５ｍＷへ）元に戻す。本実施の形態の場合はパワーを増加させている期間τ（図６中のｔ1〜ｔ2の期間およびｔ3〜ｔ4の期間）は９１．４μｓになる。言い換えると、出力パワーを振幅９５ｍＷ（＝１００−５ｍＷ）、幅（τ）＝９１．４μｓでパルス変調する。
【００１８】
このように、出力パワーを制御すると、図７のグラフに示すように、蛍光受光モジュール６４はパルス状の出力信号を示す。ここで、予めスギ花粉に対する蛍光受光モジュール６４の出力信号（実線）のパルス振幅と、ヒノキ花粉に対するパルス振幅（点線）を計測しておき、これらが区別できるパルス振幅を所定値ｙ4と設定する。そして、蛍光分析器７４は、トリガー発生器７２よりトリガー信号が供給されると、蛍光受光モジュールの出力信号を分析し、花粉種を特定する。即ちパルス振幅が所定値ｙ4を超えている場合はスギ花粉と特定し、超えていない場合はヒノキ花粉と特定する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態によれば、花粉がレーザ光の照射領域を通過している期間のみレーザ光のパワーをパルス状に増加させることで、花粉に照射するパワーを増加させることができる。本実施の形態の粒子計測装置では、２０倍のパワーを照射でき、蛍光強度も２０倍になり蛍光の検出精度が向上することで、結果的に花粉種の特定精度を向上させることができる。
【００２０】
半導体レーザの出力パワーの最大規格は、連続発光（ＣＷ）の場合とパルス発光の場合とに区別して設定されている。連続発光（ＣＷ）より、パルス発光の方が出力パワーを大きくすることができる。また、パルス幅とデューティーが小さいほど出力パワーを大きくできる。本発明は、この特性に鑑み、花粉が照射領域を通過するタイミングに合わせてパワーをパルス変調することで、発光能力を有効利用するものである。
【００２１】
好ましくは、想定される最大花粉濃度時のデューティーとパルス幅から、許容される発光パワーにパルス発光時のパワー（パルス振幅）を設定すると最大の蛍光強度が得られる。例えば、花粉飛散量が非常に多く、花粉濃度が１０００個／ｍ3である場合、平均パルス間隔は（１ｍ3／４．１Ｌ）／１０００≒０．２４４ｍｉｎ≒１４．６ｓになる。パルス幅は９１．４μｓであるので、デューティーは９１．４μｓ／１４．６ｓ≒６．２６×１０-6となる。そして、このデューティーとパルス幅から、パルス発光時のパワーを設定する。
【００２２】
また、半導体レーザの寿命は、出力の平均パワーが低い程長くなるので、パルス発光時以外は、図６に示すグラフに示すパルス状の出力信号で、花粉が必要な精度で判定できる範囲で、発光パワーを小さく設定することにより半導体レーザの寿命を長くでき経済的である。さらに、パルス幅（τ）を通過期間（ｔ1〜ｔ2の期間）と一致させたことにより、蛍光検出の精度を最大に維持しつつ、平均パワーを低く設定することができ有利である。
【００２３】
（実施の形態２）
本実施の形態の粒子計測装置の構成を説明する。
検出部６および制御解析ユニット７の代わりに検出部１６および制御解析ユニット１７を用いた以外は、図１に示す実施の形態１の粒子計測装置と同じである。
ここで、図８に検出部１６および制御解析ユニット１７の構成を示す。図９および１０に検出部１６の正面図および縦断面図を示す。なお、図８中のサンプルセル６１、蛍光受光モジュール６４、注入口６５、排出口６６、およびカウンター７３は、図２のサンプルセル６１、蛍光受光モジュール６４、注入口６５、排出口６６、およびカウンター７３と同じである。また、図８の蛍光励起用の半導体レーザ照射モジュール６２およびトリガー発生器７２は、図２の半導体レーザ照射モジュール６２およびトリガー発生器７２と同じであるが、設定や動作は異なる。
【００２４】
検出部１６は、サンプルセル６１と、ｚ方向に光を照射する半導体レーザ照射モジュール６２と、半導体レーザ照射モジュール６２の照射領域よりも上流側（−ｘ方向に３ｍｍの位置）に、サンプルセル６１内を通過中の花粉８にレーザ光をｚ方向に照射する散乱光発生用の半導体レーザ照射モジュール６７と、半導体レーザ照射モジュール６２を含むｙｚ面において、サンプルセル６１の空洞部６１ａの両側に配された粒子が−ｙおよびｙ方向に発した蛍光を検出する一対の蛍光受光モジュール６４および６９、すなわち第１の蛍光受光モジュール６４および第２の蛍光受光モジュール６９とを備える。この半導体レーザ照射モジュール６７は、半導体レーザと、これを発した光を略平行光にして出射する光学系とからなる。出力パワー≒２０ｍＷ、波長≒７８０ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する。半導体レーザ照射モジュール６７及び半導体レーザ照射モジュール６２が、それぞれ本発明における第１の光源及び第２の光源に相当する。また、第１の蛍光受光モジュール６４および第２の蛍光受光モジュール６９が本発明における第２の光センサに相当する。
【００２５】
散乱光受光モジュール６８は、花粉８により散乱された散乱光を検出する。この散乱光受光モジュール６８は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６７が照射している領域でｙ方向へ散乱された光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系とからなる。散乱光受光モジュール６８から出力された信号強度が散乱光強度を示す。散乱光受光モジュール６８が本発明における第１の光センサに相当する。
【００２６】
半導体レーザ照射モジュール６２は、実施の形態１と同様に、波長≒４００ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する。
第２の蛍光受光モジュール６９は、花粉８が発した蛍光のみを検出する。第２の蛍光受光モジュール６９は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域で発生しｙ方向へ伝搬する蛍光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系と、特定の波長をフォトダイオードに入射させる分光素子とからなる。第２の蛍光受光モジュール６９から出力された信号強度が蛍光強度を示す。蛍光分析器７６が本発明における分析部に相当する。
【００２７】
次に、本実施の形態の粒子計測装置の動作を図１１〜１４を用いて説明する。
ここでは、分光素子として、透過率のピークが５２１ｎｍ、透過率の半値全幅が１０ｎｍの誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを用い、シリコンフォトダイオードの受光面には５２１±５ｎｍの蛍光を入射するように構成された第２の蛍光受光モジュール６９を用いて、ヒノキ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出する場合を説明する。
【００２８】
実施の形態１と同様に、ポンプ４が吸引速度＝４．１Ｌ／分で大気を吸引している。従って、サンプルセル６１内の空洞部６１ａでは、流速≒１０．９ｍ／ｓの空気流が発生し、これに乗って花粉も速度≒１０．９ｍ／ｓで、サンプルセル６１内を移動する。
図１１〜１４のグラフにおいて横軸は時間（ｓ）を示す。図１１のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６７から照射されるパワーを示し、散乱光を発生させるパワーである。図１２のグラフの縦軸は、散乱光受光モジュール６８の出力信号を示し、これは花粉により散乱された散乱光強度だけでなく、他の粒子によって散乱された散乱光強度に相当する。図１３のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６２から照射されるパワーを示し、蛍光を励起するパワーを示す。図１４のグラフの縦軸は、蛍光受光モジュール６４，６９の出力信号を示し、これは花粉が発した蛍光強度に相当する。
【００２９】
図１２のグラフに示すように、散乱光受光モジュール６８は、粒子が半導体レーザ照射モジュール６７の照射領域を通過する毎に、パルス信号を発生する。ここで、このパルス信号のパルス幅は（１ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒９１．４μｓになる。また、パルス振幅は粒子の大きさに依存し、粒子が大きくなるほど大きくなる。花粉の粒径は２０μｍ以上であり、その他の大半の浮遊粒子は１０μｍ以下なので、パルス振幅のピークが所定値以上の場合は花粉と判定する。ここで、予め花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅と、花粉に対するパルス振幅を計測しておく。そして、これらを区別するために、花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅の値よりも大きく、かつ花粉に対するパルス振幅の値よりも小さい所定値ｙ5を設定する。なお、この所定値ｙ5を小さくしすぎると花粉以外の浮遊粒子を花粉と誤判定してしまい、所定値ｙ5を大きくしすぎると花粉をそれ以外の浮遊粒子と誤判定してしまうので、使用する環境に応じてこれらの誤判定が最小になるように設定する。
【００３０】
単位時間当たりのパルス数が粒子の濃度に相当し、例えば花粉濃度が１０００個／ｍ3の時、単位時間当たりのパルス数＝１０００×（４．１Ｌ／１ｍ3）＝４．１パルス／ｍｉｎ≒０．０６８３パルス／ｓになる。カウンター７３は単位時間当たりのパルス数を計数し濃度を算出する。ここで、所定値ｙ5を超えたパルスだけを計数した場合は花粉の濃度に相当し、所定値ｙ5以下のパルスを計数した場合は、その他の粒子も含めた濃度に相当する。
【００３１】
パルス振幅が所定値ｙ5を超えたパルス信号を観測した時点（図１２のｔ9およびｔ11）より所定時間ｔ経過後、トリガー発生器７２は、駆動器７５へトリガー信号を供給する。本実施の形態の場合、散乱光が観測される領域よりも３ｍｍ下流側で蛍光が観測されるため、所定時間ｔ＝（３ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒２７５μｓになるように、トリガー発生器７２を設定する。駆動器７５は半導体レーザ照射モジュール６２を制御し、図１３のグラフのように、ｔ9およびｔ11の時点から２７５μｓ経過後のｔ5およびｔ7の時点で、出力パワーを０ｍＷから所定値ｙ6（例えば、２００ｍＷ）に増加させてパルス発光させる。そして、粒子が照射領域通過後、すなわち蛍光発光モジュール６４、６９の受光領域通過後、出力パワーを、所定値ｙ6（例えば、２００ｍＷ）から０ｍＷへ元に戻す。本実施の形態の場合は出力パワーを増加させる期間（図１３中のｔ5〜ｔ6の期間およびｔ7〜ｔ8の期間）は９１．４μｓになる。言い換えると、出力パワーを振幅２００ｍＷ幅＝９１．４μｓでパルス変調する。
【００３２】
このように、出力パワーを制御すると、図１４のグラフに示すように、蛍光受光モジュールはパルス状の出力信号を示す。図１４中において、実線は第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号を示し、点線は第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号を示す。ここで、第１の蛍光受光モジュール６４はスギ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出するように設定されており、第２の蛍光受光モジュール６９はヒノキ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出するように設定されている。
【００３３】
このため、スギ花粉の場合は第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号のほうが第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号よりも大きくなる。ヒノキ花粉の場合は第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号のほうが第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号よりも大きくなる。従って、蛍光分析器７６は、実線（第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号）の方が、点線（第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号）よりも大きい場合をスギ花粉と特定し、反対の場合はヒノキ花粉と特定する。
【００３４】
さらに、半導体レーザ照射モジュール６７は、蛍光を検出している期間即ち半導体レーザ照射モジュール６２がパルス発光している期間（図１３に示すｔ5〜ｔ6およびｔ7〜ｔ8の期間）、発光を停止する。これにより、蛍光検出における迷光を低減させることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、花粉がレーザ光の照射領域を通過している期間のみレーザ光のパワーをパルス状に増加させることで、花粉に照射するパワーを増加させることができる。
【００３５】
特に、蛍光分析の際に、分光特性、すなわち検出する蛍光波長が異なる２種の蛍光受光モジュール６４、６９の出力信号に基づいて花粉種を特定するため、特定精度が向上する。即ち、実施の形態１に比べて、励起光照射領域中のｙｚ面における花粉位置の違いによる、照射強度や蛍光捕捉率の違いによる影響を除去できるので、特定精度が向上する。例えば、２種の蛍光受光モジュールの信号の比を算出し、予め花粉種毎に比を計測して登録しておくことで、多数の花粉種を特定できる。
【００３６】
また、一般的にパルス発光専用の半導体レーザは、ＣＷ発光が可能な半導体レーザよりも、高いパワーで発光可能である。従って、本実施の形態のように半導体レーザ照射モジュール６２が蛍光励起専用である場合、パルス発光専用の半導体レーザを使用することができ、高いパワーを照射することが可能になり、精度向上に有利である。
【００３７】
上記実施の形態は、花粉の種類を特定する場合を示すが、花粉以外でも特有の蛍光を発する粒子であれば、その粒子の特有の蛍光スペクトルを検出することにより、粒子の種類を特定することができる。
また、上記実施の形態は、大気中を浮遊する花粉の種類を特定する場合を示すが、大気中を浮遊する他の粒子であってもよい。このような粒子としては、例えば、土誇り、ハウスダスト、ディーゼル車から排出される粒子等が挙げられる。また、溶液中を浮遊する粒子、例えば、ポリスチレン粒子、抗原抗体複合物等を特定する場合も上記と同様の効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る粒子計測装置は、大気中に飛散する花粉等の粒子の濃度と種類を高精度、かつ高い応答性で特定できるため、花粉症対策等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１の粒子計測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の粒子計測装置における検出部６と制御解析ユニット７の構成図である。
【図３】図２の検出部６の正面図である。
【図４】図２の検出部６の縦断面図である。
【図５】散乱光受光モジュール６３の出力信号の経時変化を示す図である。
【図６】半導体レーザ照射モジュール６２の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図７】蛍光受光モジュール６４の出力信号の経時変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の粒子計測装置における検出部１６と制御解析ユニット１７の構成図である。
【図９】図８の検出部１６の正面図である。
【図１０】図８の検出部１６の縦断面図である。
【図１１】散乱光発生用半導体レーザ照射モジュール６７の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図１２】散乱光受光モジュール６８の出力信号の経時変化を示す図である。
【図１３】蛍光励起用半導体レーザ照射モジュール６２の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図１４】蛍光受光モジュール６４、６９の出力信号の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 吸引口
２ 覆い
３ 配管部
４ ポンプ
５ フィルタ
６、１６ 検出部
７、１７ 制御解析ユニット
８ 花粉
６１ サンプルセル
６１ａ 空洞部
６２、６７ 半導体レーザ照射モジュール
６３、６８ 散乱光受光モジュール
６４、６９ 蛍光受光モジュール
７１、７５ 駆動器
７２ トリガー発生器
７３ カウンター
７４、７６ 蛍光分析器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中や液中に飛散する花粉等の粒子を計測する粒子計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スギやヒノキなど代表される花粉に対してアレルギー症状を示す花粉症患者が増加している。これらの花粉症患者にとって、家屋の窓の開閉や、洗濯物を屋外へ干す際や、外出の際に、参考のために、飛散している花粉の濃度をリアルタイムに把握することは、非常に有益である。
花粉症の患者毎にアレルゲンとなる花粉種即ち植物の種類が異なる。従って、花粉種毎に飛散している濃度を把握することは非常に有益である。
【０００３】
従来のリアルタイム花粉計測装置としては、例えば、特許文献１では、大気中に飛散する花粉を吸引し配管部に導き、配管中を通過する花粉にレーザ光を照射し、その散乱光を検出し花粉濃度を算出する装置が提案されている。また、特許文献２では、配管経路中を通過する花粉に励起光となるレーザ光を照射し、花粉が発光する特有の蛍光量を計測することにより、花粉量に加えて花粉の種類を算出する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３１８９０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２記載の装置を用いてレーザ光を連続発光（ＣＷ）させて測定する場合、照射パワーが不足することにより蛍光検出精度が低下し、結果的に花粉種の特定精度が低下する可能性がある。
この照射パワー不足を補うために、大気の吸引速度（単位時間当たりの吸引体積）を低下させることにより花粉の通過速度を低下させて、蛍光検出精度を向上させる方法が考えられる。しかし、大気の吸引速度を低下させると、濃度変化に対する応答性が低下し、リアルタイム性を損なうという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑み、高い応答性で、粒子の濃度および種類を高精度に測定することができる粒子計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る粒子計測装置は、大気中の粒子を吸引する吸入口と、吸引された前記粒子を輸送する配管部と、前記配管部を経由した前記粒子が通過するサンプルセルと、前記サンプルセル内を通過する前記粒子へ光を照射する光源と、前記光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、前記光により前記粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、前記第２の光センサの出力信号に基づいて前記粒子の種類を特定する分析部と、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高い応答性で、大気中等に存在する粒子の濃度および種類を高精度に測定することができる粒子計測装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の粒子計測装置の実施の形態を以下に示す。
（実施の形態１）
本実施の形態の粒子計測装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の粒子計測装置全体を示す構成図である。粒子計測装置は、大気中の花粉８を吸引する吸入口１、吸入口１に水やゴミが落下して花粉８と混ざり合わないようにするための覆い２、吸入口１から検出部６へ花粉８を導く配管部３、一定の吸引速度で大気を吸引するポンプ４、花粉８よりも大きな粒子などが配管部３内に入るのを防止するフィルタ５、および検出部６を制御解析する制御解析ユニット７を備える。
【０００８】
ここで、図２に検出部および制御解析ユニットの構成を示す。図３および４に検出部６の正面図および縦断面図を示す。
検出部６は、配管部３を経由した花粉８が通過するサンプルセル６１、サンプルセル６１内を通過する花粉８にレーザ光を照射する半導体レーザ照射モジュール６２、レーザ光のうち花粉８により散乱された散乱光を検出する散乱光受光モジュール６３、およびレーザ光により花粉８が発する蛍光を検出する蛍光受光モジュール６４からなる。散乱光受光モジュール６３および蛍光受光モジュール６４は、半導体レーザ照射モジュール６２を含むｙｚ面に配されている。半導体レーザ照射モジュール６２が本発明における光源に相当し、散乱光受光モジュール６３が本発明における第１の光センサに相当し、蛍光受光モジュール６４が本発明における第２の光センサに相当する。
【０００９】
配管部３を経由した花粉８は、注入口６５から注入されサンプルセル６１内の空洞部６１ａを通過する。この空洞部６１ａは、断面は一辺が２．５ｍｍの正方形であり、長さ（Ｘ方向（流速方向））が１０ｍｍの直方体形状である。空洞部６１ａを通過した花粉８は排出口６６から配管部３へ移動する。そしてポンプ４を経由して外部へ排出される。
半導体レーザ照射モジュール６２は、半導体レーザと、これを発した光を略平行光にしてｚ方向に出射する光学系とからなる。
【００１０】
散乱光受光モジュール６３は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域でｙ方向へ散乱された光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系とからなる。散乱光受光モジュール６３から出力される信号強度が散乱光強度を示す。
蛍光受光モジュール６４は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域で発生し−ｙ方向へ伝搬する蛍光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系と、特定の波長をフォトダイオードに入射させる分光素子とからなる。蛍光受光モジュール６４からの出力される信号強度が蛍光強度を示す。
【００１１】
制御解析ユニット７は、蛍光受光モジュール６４の出力信号を分析して花粉８の種類を特定する蛍光分析器７４と、散乱光受光モジュール６３の出力信号に基づいて花粉８を検出した時点で半導体レーザの発光強度を増加させて、蛍光受光モジュール６４によって蛍光を検出させ、花粉８が蛍光受光モジュール６４の受光領域を通過した後、半導体レーザ照射モジュール６２の発光強度を増加する前の強度に戻す制御部と、を含む。さらに詳しくは、制御部は、半導体レーザ照射モジュール６２を駆動する駆動器７１、半導体レーザの発光強度をパルス状に増加させるトリガー信号を、駆動器７１に供給するトリガ−発生器７２、および散乱光受光モジュール６３の出力信号のパルス数を計数するカウンター７３からなる。蛍光分析器７４が本発明における分析部に相当する。
【００１２】
次に、本実施の形態の粒子計測装置の動作を、図５〜７を用いて説明する。
ここでは、一例として、半導体レーザ照射モジュール６２が、波長≒４００ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する場合を説明する。なお、波長≒４００ｎｍの光が照射されると、スギ花粉の場合は波長≒５００ｎｍにピークを示す蛍光スペクトルを発し、ヒノキ花粉の場合は波長≒５２１ｎｍにピークを示す蛍光スペクトルを発し、ブタクサ花粉の場合は波長≒５０５ｎｍにピークを示す蛍光スペクトル蛍光を発することが知られている。
【００１３】
また、分光素子として、透過率のピークが５００ｎｍ、および透過率の半値全幅が１０ｎｍの誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを用い、シリコンフォトダイオードの受光面には５００±５ｎｍの蛍光を入射するように構成された蛍光受光モジュール６４を用い、スギ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出する場合を説明する。
本実施の形態では、ポンプ４が吸引速度＝４．１Ｌ／分で大気を吸引する。従って、サンプルセル６１内の空洞部６１ａでは、流速≒１０．９ｍ／ｓの空気流が発生し、これに乗って花粉も速度≒１０．９ｍ／ｓで、サンプルセル６１内を移動する。
【００１４】
図５〜７のグラフにおいて横軸は時間（ｓ）を示す。図５のグラフの縦軸は、散乱光受光モジュール６３の出力信号を示し、これは花粉により散乱された散乱光強度と他の粒子によって散乱された散乱光強度との合計に相当する。図６のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６２から照射されるパワーを示す。図７のグラフの縦軸は、蛍光受光モジュール６４の出力信号を示し、これは花粉が発した蛍光強度に相当する。
【００１５】
図５のグラフにおいて、散乱光受光モジュール６２は、粒子が半導体レーザ照射モジュール６２の照射領域を通過する毎に、パルス信号を発生する。ここで、このパルス信号のパルス幅は（１ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒９１．４μｓになる。また、パルス振幅は粒子の大きさに依存し、粒子が大きくなるほど大きくなる。花粉の粒径は２０μｍ以上であり、その他の大半の浮遊粒子は１０μｍ以下なので、パルス振幅のピークが所定値以上の場合は花粉と判定する。ここで、予め花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅と、花粉に対するパルス振幅を計測しておく。そして、これらを区別するために、花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅の値よりも大きく、かつ花粉に対するパルス振幅の値よりも小さい所定値ｙ1を設定する。なお、この所定値ｙ1を小さくしすぎると花粉以外の浮遊粒子を花粉と誤判定してしまい、所定値ｙ1を大きくしすぎると花粉をそれ以外の浮遊粒子と誤判定してしまうので、使用する環境に応じてこれらの誤判定が最小になるように設定する。
【００１６】
単位時間当たりのパルス数が粒子の濃度に相当し、例えば花粉濃度が１０００個／ｍ3の時、単位時間当たりのパルス数＝１０００×（４．１Ｌ／１ｍ3）＝４．１パルス／ｍｉｎ≒０．０６８３パルス／ｓになる。カウンター７３は単位時間当たりのパルス数を計数し濃度を算出する。ここで、所定値ｙ1を超えたパルスだけを計数した場合は花粉の濃度に相当し、所定値ｙ1以下のパルスを計数した場合は、その他の粒子濃度に相当する。
【００１７】
トリガー発生器７２は、パルス振幅が所定値ｙ1を超えたパルス信号を観測する時（図５中のｔ1およびｔ3の時点）、駆動器７１へトリガー信号を供給する。そして、駆動器７１は半導体レーザ照射モジュール６２を制御し、図６のグラフに示すように、出力パワーをパルス状に増加させる。すなわち、図６中のｔ1およびｔ3の時点で、出力パワーをｙ2からｙ3へ（例えば、５ｍＷから１００ｍＷへ）増加させる。そして、粒子が照射領域通過後、ｔ1およびｔ3から所定時間τ経過後のｔ2およびｔ4の時点で、パワーをｙ3からｙ2へ（例えば、１００ｍＷから５ｍＷへ）元に戻す。本実施の形態の場合はパワーを増加させている期間τ（図６中のｔ1〜ｔ2の期間およびｔ3〜ｔ4の期間）は９１．４μｓになる。言い換えると、出力パワーを振幅９５ｍＷ（＝１００−５ｍＷ）、幅（τ）＝９１．４μｓでパルス変調する。
【００１８】
このように、出力パワーを制御すると、図７のグラフに示すように、蛍光受光モジュール６４はパルス状の出力信号を示す。ここで、予めスギ花粉に対する蛍光受光モジュール６４の出力信号（実線）のパルス振幅と、ヒノキ花粉に対するパルス振幅（点線）を計測しておき、これらが区別できるパルス振幅を所定値ｙ4と設定する。そして、蛍光分析器７４は、トリガー発生器７２よりトリガー信号が供給されると、蛍光受光モジュールの出力信号を分析し、花粉種を特定する。即ちパルス振幅が所定値ｙ4を超えている場合はスギ花粉と特定し、超えていない場合はヒノキ花粉と特定する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態によれば、花粉がレーザ光の照射領域を通過している期間のみレーザ光のパワーをパルス状に増加させることで、花粉に照射するパワーを増加させることができる。本実施の形態の粒子計測装置では、２０倍のパワーを照射でき、蛍光強度も２０倍になり蛍光の検出精度が向上することで、結果的に花粉種の特定精度を向上させることができる。
【００２０】
半導体レーザの出力パワーの最大規格は、連続発光（ＣＷ）の場合とパルス発光の場合とに区別して設定されている。連続発光（ＣＷ）より、パルス発光の方が出力パワーを大きくすることができる。また、パルス幅とデューティーが小さいほど出力パワーを大きくできる。本発明は、この特性に鑑み、花粉が照射領域を通過するタイミングに合わせてパワーをパルス変調することで、発光能力を有効利用するものである。
【００２１】
好ましくは、想定される最大花粉濃度時のデューティーとパルス幅から、許容される発光パワーにパルス発光時のパワー（パルス振幅）を設定すると最大の蛍光強度が得られる。例えば、花粉飛散量が非常に多く、花粉濃度が１０００個／ｍ3である場合、平均パルス間隔は（１ｍ3／４．１Ｌ）／１０００≒０．２４４ｍｉｎ≒１４．６ｓになる。パルス幅は９１．４μｓであるので、デューティーは９１．４μｓ／１４．６ｓ≒６．２６×１０-6となる。そして、このデューティーとパルス幅から、パルス発光時のパワーを設定する。
【００２２】
また、半導体レーザの寿命は、出力の平均パワーが低い程長くなるので、パルス発光時以外は、図６に示すグラフに示すパルス状の出力信号で、花粉が必要な精度で判定できる範囲で、発光パワーを小さく設定することにより半導体レーザの寿命を長くでき経済的である。さらに、パルス幅（τ）を通過期間（ｔ1〜ｔ2の期間）と一致させたことにより、蛍光検出の精度を最大に維持しつつ、平均パワーを低く設定することができ有利である。
【００２３】
（実施の形態２）
本実施の形態の粒子計測装置の構成を説明する。
検出部６および制御解析ユニット７の代わりに検出部１６および制御解析ユニット１７を用いた以外は、図１に示す実施の形態１の粒子計測装置と同じである。
ここで、図８に検出部１６および制御解析ユニット１７の構成を示す。図９および１０に検出部１６の正面図および縦断面図を示す。なお、図８中のサンプルセル６１、蛍光受光モジュール６４、注入口６５、排出口６６、およびカウンター７３は、図２のサンプルセル６１、蛍光受光モジュール６４、注入口６５、排出口６６、およびカウンター７３と同じである。また、図８の蛍光励起用の半導体レーザ照射モジュール６２およびトリガー発生器７２は、図２の半導体レーザ照射モジュール６２およびトリガー発生器７２と同じであるが、設定や動作は異なる。
【００２４】
検出部１６は、サンプルセル６１と、ｚ方向に光を照射する半導体レーザ照射モジュール６２と、半導体レーザ照射モジュール６２の照射領域よりも上流側（−ｘ方向に３ｍｍの位置）に、サンプルセル６１内を通過中の花粉８にレーザ光をｚ方向に照射する散乱光発生用の半導体レーザ照射モジュール６７と、半導体レーザ照射モジュール６２を含むｙｚ面において、サンプルセル６１の空洞部６１ａの両側に配された粒子が−ｙおよびｙ方向に発した蛍光を検出する一対の蛍光受光モジュール６４および６９、すなわち第１の蛍光受光モジュール６４および第２の蛍光受光モジュール６９とを備える。この半導体レーザ照射モジュール６７は、半導体レーザと、これを発した光を略平行光にして出射する光学系とからなる。出力パワー≒２０ｍＷ、波長≒７８０ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する。半導体レーザ照射モジュール６７及び半導体レーザ照射モジュール６２が、それぞれ本発明における第１の光源及び第２の光源に相当する。また、第１の蛍光受光モジュール６４および第２の蛍光受光モジュール６９が本発明における第２の光センサに相当する。
【００２５】
散乱光受光モジュール６８は、花粉８により散乱された散乱光を検出する。この散乱光受光モジュール６８は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６７が照射している領域でｙ方向へ散乱された光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系とからなる。散乱光受光モジュール６８から出力された信号強度が散乱光強度を示す。散乱光受光モジュール６８が本発明における第１の光センサに相当する。
【００２６】
半導体レーザ照射モジュール６２は、実施の形態１と同様に、波長≒４００ｎｍで、ｘ方向のビーム厚さが１ｍｍの略平行光のレーザ光をｚ方向へ照射する。
第２の蛍光受光モジュール６９は、花粉８が発した蛍光のみを検出する。第２の蛍光受光モジュール６９は、フォトダイオードと、プリアンプと、サンプルセル６１内の半導体レーザ照射モジュール６２が照射している領域で発生しｙ方向へ伝搬する蛍光をフォトダイオードの受光面に入射させる光学系と、特定の波長をフォトダイオードに入射させる分光素子とからなる。第２の蛍光受光モジュール６９から出力された信号強度が蛍光強度を示す。蛍光分析器７６が本発明における分析部に相当する。
【００２７】
次に、本実施の形態の粒子計測装置の動作を図１１〜１４を用いて説明する。
ここでは、分光素子として、透過率のピークが５２１ｎｍ、透過率の半値全幅が１０ｎｍの誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを用い、シリコンフォトダイオードの受光面には５２１±５ｎｍの蛍光を入射するように構成された第２の蛍光受光モジュール６９を用いて、ヒノキ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出する場合を説明する。
【００２８】
実施の形態１と同様に、ポンプ４が吸引速度＝４．１Ｌ／分で大気を吸引している。従って、サンプルセル６１内の空洞部６１ａでは、流速≒１０．９ｍ／ｓの空気流が発生し、これに乗って花粉も速度≒１０．９ｍ／ｓで、サンプルセル６１内を移動する。
図１１〜１４のグラフにおいて横軸は時間（ｓ）を示す。図１１のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６７から照射されるパワーを示し、散乱光を発生させるパワーである。図１２のグラフの縦軸は、散乱光受光モジュール６８の出力信号を示し、これは花粉により散乱された散乱光強度だけでなく、他の粒子によって散乱された散乱光強度に相当する。図１３のグラフの縦軸は、半導体レーザ照射モジュール６２から照射されるパワーを示し、蛍光を励起するパワーを示す。図１４のグラフの縦軸は、蛍光受光モジュール６４，６９の出力信号を示し、これは花粉が発した蛍光強度に相当する。
【００２９】
図１２のグラフに示すように、散乱光受光モジュール６８は、粒子が半導体レーザ照射モジュール６７の照射領域を通過する毎に、パルス信号を発生する。ここで、このパルス信号のパルス幅は（１ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒９１．４μｓになる。また、パルス振幅は粒子の大きさに依存し、粒子が大きくなるほど大きくなる。花粉の粒径は２０μｍ以上であり、その他の大半の浮遊粒子は１０μｍ以下なので、パルス振幅のピークが所定値以上の場合は花粉と判定する。ここで、予め花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅と、花粉に対するパルス振幅を計測しておく。そして、これらを区別するために、花粉以外の浮遊粒子に対するパルス振幅の値よりも大きく、かつ花粉に対するパルス振幅の値よりも小さい所定値ｙ5を設定する。なお、この所定値ｙ5を小さくしすぎると花粉以外の浮遊粒子を花粉と誤判定してしまい、所定値ｙ5を大きくしすぎると花粉をそれ以外の浮遊粒子と誤判定してしまうので、使用する環境に応じてこれらの誤判定が最小になるように設定する。
【００３０】
単位時間当たりのパルス数が粒子の濃度に相当し、例えば花粉濃度が１０００個／ｍ3の時、単位時間当たりのパルス数＝１０００×（４．１Ｌ／１ｍ3）＝４．１パルス／ｍｉｎ≒０．０６８３パルス／ｓになる。カウンター７３は単位時間当たりのパルス数を計数し濃度を算出する。ここで、所定値ｙ5を超えたパルスだけを計数した場合は花粉の濃度に相当し、所定値ｙ5以下のパルスを計数した場合は、その他の粒子も含めた濃度に相当する。
【００３１】
パルス振幅が所定値ｙ5を超えたパルス信号を観測した時点（図１２のｔ9およびｔ11）より所定時間ｔ経過後、トリガー発生器７２は、駆動器７５へトリガー信号を供給する。本実施の形態の場合、散乱光が観測される領域よりも３ｍｍ下流側で蛍光が観測されるため、所定時間ｔ＝（３ｍｍ）／（１０．９ｍ／ｓ）≒２７５μｓになるように、トリガー発生器７２を設定する。駆動器７５は半導体レーザ照射モジュール６２を制御し、図１３のグラフのように、ｔ9およびｔ11の時点から２７５μｓ経過後のｔ5およびｔ7の時点で、出力パワーを０ｍＷから所定値ｙ6（例えば、２００ｍＷ）に増加させてパルス発光させる。そして、粒子が照射領域通過後、すなわち蛍光発光モジュール６４、６９の受光領域通過後、出力パワーを、所定値ｙ6（例えば、２００ｍＷ）から０ｍＷへ元に戻す。本実施の形態の場合は出力パワーを増加させる期間（図１３中のｔ5〜ｔ6の期間およびｔ7〜ｔ8の期間）は９１．４μｓになる。言い換えると、出力パワーを振幅２００ｍＷ幅＝９１．４μｓでパルス変調する。
【００３２】
このように、出力パワーを制御すると、図１４のグラフに示すように、蛍光受光モジュールはパルス状の出力信号を示す。図１４中において、実線は第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号を示し、点線は第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号を示す。ここで、第１の蛍光受光モジュール６４はスギ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出するように設定されており、第２の蛍光受光モジュール６９はヒノキ花粉の蛍光スペクトルのピークを検出するように設定されている。
【００３３】
このため、スギ花粉の場合は第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号のほうが第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号よりも大きくなる。ヒノキ花粉の場合は第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号のほうが第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号よりも大きくなる。従って、蛍光分析器７６は、実線（第１の蛍光受光モジュール６４の出力信号）の方が、点線（第２の蛍光受光モジュール６９の出力信号）よりも大きい場合をスギ花粉と特定し、反対の場合はヒノキ花粉と特定する。
【００３４】
さらに、半導体レーザ照射モジュール６７は、蛍光を検出している期間即ち半導体レーザ照射モジュール６２がパルス発光している期間（図１３に示すｔ5〜ｔ6およびｔ7〜ｔ8の期間）、発光を停止する。これにより、蛍光検出における迷光を低減させることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、花粉がレーザ光の照射領域を通過している期間のみレーザ光のパワーをパルス状に増加させることで、花粉に照射するパワーを増加させることができる。
【００３５】
特に、蛍光分析の際に、分光特性、すなわち検出する蛍光波長が異なる２種の蛍光受光モジュール６４、６９の出力信号に基づいて花粉種を特定するため、特定精度が向上する。即ち、実施の形態１に比べて、励起光照射領域中のｙｚ面における花粉位置の違いによる、照射強度や蛍光捕捉率の違いによる影響を除去できるので、特定精度が向上する。例えば、２種の蛍光受光モジュールの信号の比を算出し、予め花粉種毎に比を計測して登録しておくことで、多数の花粉種を特定できる。
【００３６】
また、一般的にパルス発光専用の半導体レーザは、ＣＷ発光が可能な半導体レーザよりも、高いパワーで発光可能である。従って、本実施の形態のように半導体レーザ照射モジュール６２が蛍光励起専用である場合、パルス発光専用の半導体レーザを使用することができ、高いパワーを照射することが可能になり、精度向上に有利である。
【００３７】
上記実施の形態は、花粉の種類を特定する場合を示すが、花粉以外でも特有の蛍光を発する粒子であれば、その粒子の特有の蛍光スペクトルを検出することにより、粒子の種類を特定することができる。
また、上記実施の形態は、大気中を浮遊する花粉の種類を特定する場合を示すが、大気中を浮遊する他の粒子であってもよい。このような粒子としては、例えば、土誇り、ハウスダスト、ディーゼル車から排出される粒子等が挙げられる。また、溶液中を浮遊する粒子、例えば、ポリスチレン粒子、抗原抗体複合物等を特定する場合も上記と同様の効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る粒子計測装置は、大気中に飛散する花粉等の粒子の濃度と種類を高精度、かつ高い応答性で特定できるため、花粉症対策等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１の粒子計測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の粒子計測装置における検出部６と制御解析ユニット７の構成図である。
【図３】図２の検出部６の正面図である。
【図４】図２の検出部６の縦断面図である。
【図５】散乱光受光モジュール６３の出力信号の経時変化を示す図である。
【図６】半導体レーザ照射モジュール６２の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図７】蛍光受光モジュール６４の出力信号の経時変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の粒子計測装置における検出部１６と制御解析ユニット１７の構成図である。
【図９】図８の検出部１６の正面図である。
【図１０】図８の検出部１６の縦断面図である。
【図１１】散乱光発生用半導体レーザ照射モジュール６７の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図１２】散乱光受光モジュール６８の出力信号の経時変化を示す図である。
【図１３】蛍光励起用半導体レーザ照射モジュール６２の出力パワーの経時変化を示す図である。
【図１４】蛍光受光モジュール６４、６９の出力信号の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 吸引口
２ 覆い
３ 配管部
４ ポンプ
５ フィルタ
６、１６ 検出部
７、１７ 制御解析ユニット
８ 花粉
６１ サンプルセル
６１ａ 空洞部
６２、６７ 半導体レーザ照射モジュール
６３、６８ 散乱光受光モジュール
６４、６９ 蛍光受光モジュール
７１、７５ 駆動器
７２ トリガー発生器
７３ カウンター
７４、７６ 蛍光分析器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の粒子を吸引する吸入口と、
吸引された前記粒子を輸送する配管部と、
前記配管部を経由した前記粒子が通過するサンプルセルと、
前記サンプルセル内を通過する前記粒子へ光を照射する光源と、
前記光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、
前記光により前記粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、
前記第２の光センサの出力信号に基づいて前記粒子の種類を特定する分析部と、
前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる制御部と、
を備えた粒子計測装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記粒子が前記サンプルセル内における前記第２の光センサの受光領域を通過した後、前記光源の発光強度を増加する前の強度に戻す請求項１記載の粒子計測装置。
【請求項３】
前記光源は、前記サンプルセル内の上流側を通過する前記粒子へ光を照射する第１の光源と、前記サンプルセル内の下流側を通過する前記粒子へ光を照射する第２の光源と、を含み、
前記第１のセンサは、前記第１の光源からの光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出し、
前記第２のセンサは、前記第２の光源からの光により前記粒子が発する蛍光を検出し、
前記制御部は、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記第２の光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる請求項１記載の粒子計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記粒子が前記サンプルセル内における前記第２の光センサの受光領域を通過した後、前記第２の光源の発光強度を増加する前の強度に戻す請求項３記載の粒子計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記第２の光源を発光させる請求項３記載の粒子計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２の光源が発光している間は、前記第１の光源の発光強度を低下させる請求項４または５記載の粒子計測装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の光源の発光時間を、前記粒子が前記第２の光センサの受光領域を通過する時間と一致させる請求項３〜６のいずれかに記載の粒子計測装置。
【請求項８】
前記分析部は、前記第２の光センサの出力信号に基づいて花粉種を特定する請求項１〜７のいずれかに記載の粒子計測装置。
【請求項９】
前記第２の光センサは、検出する蛍光波長が異なる２個以上の検出部を備え、
前記分析部は、前記２個以上の検出部の出力信号に基づいて花粉種を特定する請求項１〜７のいずれかに記載の粒子計測装置。
【請求項１】
大気中の粒子を吸引する吸入口と、
吸引された前記粒子を輸送する配管部と、
前記配管部を経由した前記粒子が通過するサンプルセルと、
前記サンプルセル内を通過する前記粒子へ光を照射する光源と、
前記光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出する第１の光センサと、
前記光により前記粒子が発する蛍光を検出する第２の光センサと、
前記第２の光センサの出力信号に基づいて前記粒子の種類を特定する分析部と、
前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる制御部と、
を備えた粒子計測装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記粒子が前記サンプルセル内における前記第２の光センサの受光領域を通過した後、前記光源の発光強度を増加する前の強度に戻す請求項１記載の粒子計測装置。
【請求項３】
前記光源は、前記サンプルセル内の上流側を通過する前記粒子へ光を照射する第１の光源と、前記サンプルセル内の下流側を通過する前記粒子へ光を照射する第２の光源と、を含み、
前記第１のセンサは、前記第１の光源からの光のうち前記粒子により散乱された散乱光を検出し、
前記第２のセンサは、前記第２の光源からの光により前記粒子が発する蛍光を検出し、
前記制御部は、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記粒子を検出した時点で前記第２の光源の発光強度を増加させて、前記第２の光センサによって前記蛍光を検出させる請求項１記載の粒子計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記粒子が前記サンプルセル内における前記第２の光センサの受光領域を通過した後、前記第２の光源の発光強度を増加する前の強度に戻す請求項３記載の粒子計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の光センサの出力信号に基づいて前記第２の光源を発光させる請求項３記載の粒子計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２の光源が発光している間は、前記第１の光源の発光強度を低下させる請求項４または５記載の粒子計測装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の光源の発光時間を、前記粒子が前記第２の光センサの受光領域を通過する時間と一致させる請求項３〜６のいずれかに記載の粒子計測装置。
【請求項８】
前記分析部は、前記第２の光センサの出力信号に基づいて花粉種を特定する請求項１〜７のいずれかに記載の粒子計測装置。
【請求項９】
前記第２の光センサは、検出する蛍光波長が異なる２個以上の検出部を備え、
前記分析部は、前記２個以上の検出部の出力信号に基づいて花粉種を特定する請求項１〜７のいずれかに記載の粒子計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−３９７３５（Ｐ２００８−３９７３５Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１８１９０（Ｐ２００６−２１８１９０）
【出願日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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