(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中の個々の浮遊粒子が花粉であるか花粉以外の浮遊粒子であるかの識別を行う花粉センサであって、
遮光ハウジングと、
該遮光ハウジング内の検出域に浮遊粒子が１個づつ供給されるようにサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、
前記検出域を通過する浮遊粒子に対して所定方向の偏光を照射する発光部と、
浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光と平行な方向の偏光の強度Ｉｐを選択的に測定する第１の受光部と、
浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光に直交する方向の偏光の強度Ｉｓを選択的に測定する第２の受光部と
を備え、
前記第１の受光部で検出された偏光の強度Ｉｐと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別を行うことを特徴とする花粉センサ。
【請求項２】
花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別は、前記第１の受光部で検出された偏光の強度Ｉｐと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとを用いて、（Ｉｐ−Ｉｓ）／（Ｉｐ＋Ｉｓ）で表される偏光度により行われることを特徴とする請求項１記載の花粉センサ。
【請求項３】
空中の個々の浮遊粒子が花粉であるか花粉以外の浮遊粒子であるかの識別を行う花粉センサであって、
遮光ハウジングと、
該遮光ハウジング内の検出域に浮遊粒子が１個づつ供給されるようにサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、
前記検出域を通過する浮遊粒子に対して所定方向の偏光を照射する発光部と、
浮遊粒子からの散乱光の強度Ｉを測定する第１の受光部と、
浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光に直交する方向の偏光の強度Ｉｓを選択的に測定する第２の受光部と
を備え、
前記第１の受光部で検出された散乱光の強度Ｉと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別を行うことを特徴とする花粉センサ。
【請求項４】
花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別は、前記第１の受光部で検出された散乱光の強度Ｉと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとを用いて、（Ｉ−Ｉｓ）／Ｉで表される偏光度により行われることを特徴とする請求項３記載の花粉センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、花粉センサに関し、更に詳しくは、花粉症の原因となる大気中に浮遊する花粉粒子の検出に用いられる花粉センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大気中に浮遊する花粉の計数は、ガラス板を大気中に晒して、これに付着する花粉を染色処理し、熟達者が顕微鏡を用いて目視で計数する顕微鏡法によって行われていた。また、特許文献１及び特許文献２には、偏光を用いた花粉検出器が開示されている。
【０００３】
しかしながら、上記顕微鏡法では、染色という手間のかかる前処理に多くの時間を要するうえに、目視計数を行う者には高度の熟練が要求される。また、ガラス板を一定時間大気中に晒さなければならないため、リアルタイムで花粉を検出することができないという問題点がある。更に、測定すべき場所で測定結果を得ることができないという問題点がある。
【０００４】
特許文献１に記載されている花粉検出器を使用すれば、顕微鏡法のような手間と熟練は必要なく、リアルタイムで測定場所で測定結果を得ることは可能である。しかし、花粉の浮遊数量は非常に少ないため、計数精度を上げるためには吸引する空気の量を増加さなければならない。吸引する空気の量を増加さると、検出域を複数の浮遊粒子が同時に通過する確率が高くなり、その場合には特許文献１記載の花粉検出器を用いた花粉と他粒子との識別は不可能となる。加えて、経時的な発光部の光源の光量の減少やレンズの汚れにより、検出域に届く光量が減少した場合には散乱光の強度が小さくなり、花粉と他粒子の識別が困難となるという問題点がある。
【０００５】
また、特許文献２の装置では、浮遊粒子を測定することはできるものの、通常の浮遊粒子と花粉の粒子とを識別する機能は備えていない。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１１３７２０号公報
【特許文献２】
特開平２００１−８３０７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するものであり、本発明の目的は、特別な熟練を要することなく、測定すべき場所でリアルタイムで花粉の計数を行うことができ、また、高い計数精度で花粉とその他の浮遊粒子を識別し得る花粉センサを提供することである。更に、経時的な発光部の光源の光量の減少又はレンズの汚れにより検出域に到達する光量が減少しても、花粉と他粒子の識別し得る花粉センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空中の花粉粒子による散乱光の偏光を解消する作用が、花粉粒子と同様の粒子径を有する他の浮遊粒子のそれより大きいことに基づいて完成されたものである。
【０００９】
即ち、本発明の花粉センサは、空中の個々の浮遊粒子が花粉であるか花粉以外の浮遊粒子であるかの識別を行う花粉センサであって、遮光ハウジングと、該遮光ハウジング内の検出域に浮遊粒子が１個づつ供給されるようにサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、前記検出域を通過する浮遊粒子に対して所定方向の偏光を照射する発光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光と平行な方向の偏光の強度Ｉｐを選択的に測定する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光に直交する方向の偏光の強度Ｉｓを選択的に測定する第２の受光部とを備え、前記第１の受光部で検出された偏光の強度Ｉｐと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の花粉センサは、空中の個々の浮遊粒子が花粉であるか花粉以外の浮遊粒子であるかの識別を行う花粉センサであって、遮光ハウジングと、該遮光ハウジング内の検出域に浮遊粒子が１個づつ供給されるようにサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、前記検出域を通過する浮遊粒子に対して所定方向の偏光を照射する発光部と、浮遊粒子からの散乱光の強度Ｉを測定する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち発光部からの照射光に直交する方向の偏光の強度Ｉｓを選択的に測定する第２の受光部とを備え、前記第１の受光部で検出された散乱光の強度Ｉと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別を行うことを特徴とする。
【００１１】
入射光が直線偏光の場合（以下、その偏光方向を「入射偏光方向」という）、偏光度は、散乱光の入射偏光方向と平行な方向における偏光強度Ｉｐ又は全偏光強度Ｉと、散乱光の入射偏光方向に直交する方向における偏光強度Ｉｓとを用いて演算した値である。
【００１２】
具体的には、入射偏光方向の偏光強度Ｉpと、入射偏光方向に直交する方向の偏光強度Ｉsとを用いる場合、偏光度は（Ｉp−Ｉs）／（Ｉp＋Ｉs）で表される。また、全偏光強度Ｉと、散乱光の入射偏光方向に直交する方向における偏光強度Ｉsとを用いる場合、偏光度は（Ｉ−Ｉs）／Ｉで表される。花粉粒子と花粉粒子以外の浮遊粒子との偏光度を比較すると、花粉の偏光度はそれ以外の浮遊粒子のそれに比べて小さくなる。本発明はこの性質を利用し、花粉粒子とそれ以外の浮遊粒子とを識別するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態に係る花粉センサの平面構成を示している。本実施形態の花粉センサは、遮光ハウジング１４に設けられ図１の紙面に対して直角方向の偏光を浮遊粒子に照射する発光部１と、入射光軸に対して６０度の散乱角の方向に配置された、浮遊粒子による散乱光のうち照射光の偏光方向と平行な方向の偏光の強度Ｉｐを選択的に測定する第１の受光部２と、同じく入射光軸に対して６０度の散乱角の方向に配置された、浮遊粒子による散乱光のうち発光部からの照射光に直交する方向の偏光の強度Ｉｓを選択的に測定する第２の受光部３とを備えている。
【００１４】
遮光ハウジング１４の底面には空気吸入口１３が設けられ、ファンやポンプによってサンプルエアーが遮光ハウジング１４内に供給される。サンプルエアーは図１の紙面の下方から紙面の上方に向かって供給されている。
【００１５】
発光部１は半導体レーザー（ローム製；ＲＬＤ６５ＭＺＴ１）４と、図１の紙面に直角の方向に偏光軸を設定した偏光フィルター（ポラロイド社製；ＨＮ３８）５と、焦点距離ｆ＝１０ｍｍのプラスチックレンズ６とによって構成されている。レンズ６は偏光フィルター５を透過した半導体レーザーの光が平行光となって検出域Ｆに到達するように配置されている。
【００１６】
第１の受光部２は、偏光フィルター（ポラロイド社製；ＨＮ３８）８と、距離ｆ＝１０ｍｍのプラスチックレンズ９と、偏光フィルター８の透過光を測定するためのフォトダイオード（浜松ホトニクス製；Ｓ２５０６−０２）７とによって構成されている。偏光フィルター８の偏光軸は、偏光フィルター５と同様に、図１の紙面に直角の方向に設定されている。
【００１７】
第２の受光部３は、偏光フィルター（ポラロイド社製；ＨＮ３８）１１と、焦点距離ｆ＝１０ｍｍのプラスチックレンズ１２と、偏光フィルター１１の透過光を測定するためのフォトダイオード（浜松ホトニクス製；Ｓ２５０６−０２）１０とによって構成されている。偏光フィルター１１の偏光軸は、偏光フィルター５の偏光軸に対して直角となるように、即ち図１の紙面に平行となるように設定されている。
【００１８】
本実施形態の花粉センサにおいては、発光部１の半導体レーザー４から発せられた光のうち、図１の紙面に直角な偏光方向を有する成分のみが偏光フィルター５を透過する。偏光フィルター５を透過した光は、レンズ６を透過し、検出域Ｆに達する。検出域Ｆには空気吸入口１３よりサンプルエアーが供給されている。このサンプルエアー中に浮遊粒子が含まれていない場合には、レンズ６からの照射光は直進し、第１の受光部２又は第２の受光部３には入射することはない。一方、サンプルエアーに浮遊粒子が含まれている場合、その浮遊粒子が検出域Ｆを通過すると、照射光が散乱される。この散乱に際して、紙面に直角に偏光した照射光は花粉粒子の偏光を解消する作用を受けて散乱光となる。従って、この散乱光に含まれる紙面に直角な偏光の強度は、照射光に含まれる紙面に直角な偏光の強度より小さくなる。
【００１９】
この散乱光のうち、第１の受光部２の方向に散乱された散乱光は、レンズ９を透過し偏光フィルター８に達する。偏光フィルター８では、浮遊粒子の散乱によって生じた入射偏光方向と直角の偏光成分がカットされ、入射偏光方向と平行な方向の偏光のみがフォトダイオード７に達する。フォトダイオード７からは光電変換信号が出力される。
【００２０】
一方、第２の受光部３の方向に散乱された散乱光は、レンズ１２を透過し偏光フィルター１１に達する。偏光フィルター１１では、浮遊粒子の散乱によって生じた入射偏光方向と直角の偏光成分のみが透過し、フォトダイオード１０に達する。フォトダイオード１０からは、フォトダイオード７と同様に、光電変換信号が出力される。
【００２１】
図２はフォトダイオード７からの光電変換信号と、フォトダイオード１０からの光電変換信号とを処理する回路の一例を示すブロック図である。フォトダイオード７から出力された光電変換信号１と、フォトダイオード１０から出力された光電変換信号２は、それぞれＩ−Ｖ変換回路１５及び１６に入力され、更に増幅回路１７及び１８を経て演算回路１９に入力される。
【００２２】
演算回路１９では、第１の受光部で検出された偏光の強度Ｉｐと、前記第２の受光部で検出された偏光の強度Ｉｓとを用いて偏光度が演算により求められる。具体的な演算式は、偏光度＝（Ｉｐ−Ｉｓ）／（Ｉｐ＋Ｉｓ）である。
【００２３】
図３〜図６は、本実施形態の花粉センサを用いて、２０ミクロンポリスチレンラテックス、３０ミクロンポリスチレンラテックス、４０ミクロンポリスチレンラテックス及びスギ花粉の測定を実際に行った結果を示しており、横軸は偏光度（Ｉp−Ｉs）／（Ｉp＋Ｉs）とし、縦軸を頻度としたときのヒストグラムがそれぞれ示されている。図６のスギ花粉のヒストグラムと、図３〜図５のラテックスのヒストグラムとを比較すれば分かるとおり、スギ花粉のヒストグラムはラテックスのヒストグラムより偏光度の小さい方（図６に於いて左側）にシフトしており、重複部は存在するものの、花粉と他の浮遊粒子とを明確に区別できていることが分かる。なお重複部は全体の数量の５％程度であった。
【００２４】
図７は本発明の他の実施形態に係る花粉センサの平面構成を示している。本実施形態の花粉センサは、前述の図１の実施形態に於いて、第１の受光部２の偏光フィルター８を除いたものであり、対応する構成要素には同じ符号が付されている。この実施形態に於いては、浮遊粒子からの散乱光は偏光フィルターを介することなくそのままフォトダイオード７に達するので、光電変換信号１は全偏光方向の散乱光の強度Ｉに対応したものとなる。従って、本実施形態に於ける偏光度は（Ｉ−Ｉs）／Ｉで表されることになる。
【００２５】
上記２つの実施形態では、第１の受光部２及び第２の受光部３は何れも散乱角を入射光に対して６０度に設定したが、２つの受光部の散乱角は必ずしも同じである必要はなく、また、散乱角は０度から９０度の間であれば何れの値であっても良い。また、散乱光を１つのレンズに入射させた後に、偏光ビームスプリッターを用いて、図１の紙面に平行な成分と直角の成分とに分離し、各々をフォトダイオードで測定することにより、偏光度を求めても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る花粉センサを用いれば、従来のように染色等の前処理が不要となり、しかも熟練を要する顕微鏡の観察も必要としないので、誰でも容易に花粉粒子の測定を行うことができる。また、測定すべき場所でしかもリアルタイムで花粉粒子を計数することができるので、花粉情報をいち早く得ることが可能となる。更に、計数精度を上げるために、吸引する空気の量を増やすことで、検出域を浮遊粒子が同時に通過する確率が高くなっても、花粉と他粒子の識別が可能となる。
【００２７】
加えて、経時的に発光部の光源の光量が減少し、レンズの汚れにより検出域に到達する光量が減少しても、花粉と他粒子の正確な識別が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る花粉センサの一部を破断した平面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る花粉センサの回路ブロック図である。
【図３】  ２０ミクロンポリスチレンラテックスの偏光度のヒストグラムである。
【図４】  ３０ミクロンポリスチレンラテックスの偏光度のヒストグラムである。
【図５】  ４０ミクロンポリスチレンラテックスの偏光度のヒストグラムである。
【図６】  スギ花粉の偏光度のヒストグラムである。
【図７】  本発明の他の実施形態に係る花粉センサの一部を破断した平面図である。
【符号の説明】
１  発光部
２  第１の受光部
３  第２の受光部
４  半導体レーザー
５  偏光フィルター
８  偏光フィルター
１１  偏光フィルター
６  レンズ
９  レンズ
１２  レンズ
７  フォトダイオード
１０  フォトダイオード
１３  空気吸入口
１４  遮光ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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