(57)【要約】【課題】  吸引する流体の流量変化の影響を低減することができる微小体検出装置を提供する。【解決手段】  微小体検出装置（１００）は、流量制御部（５）、計測部（５２，７）及び演算部（１１）を備える。微小体検出装置（１００）は、流体（Ａ１）を吸引して前記流体（Ａ１）に含まれる微小体（Ｍ）の量を計測する。流量制御部（５）は、流体（Ａ１）を吸引する。計測部（５２，７）は、流量制御部（５）が吸引する前記流体（Ａ１）の量を推定する。演算部（１１）は、計測部（５２，７）の計測結果を基に、計測された前記微小体（Ｍ）の量を修正し、または、前記流量制御部（５）の前記流体（Ａ１）の吸引量を修正する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吸引して前記流体に含まれる微小体の量を計測する微小体検出装置において、
前記流体をファンによって吸引する流量制御部と、
前記ファンの回転数を推定する計測部と、
前記計測部の計測結果を基に、計測された前記微小体量の値を修正し、または、前記流量制御部の前記ファンの回転数を修正する演算部と
を備える微小体検出装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記ファンの回転に伴う信号を出力する信号出力部を備える請求項１に記載の微小体検出装置。
【請求項３】
前記計測部は、温度センサーを備える請求項１に記載の微小体検出装置。
【請求項４】
前記温度センサーは、前記流量制御部の周囲温度を測定する請求項３に記載の微小体検出装置。
【請求項５】
前記温度センサーは、前記流量制御部の温度を測定する請求項３に記載の微小体検出装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記ファンの回転に伴う信号を出力する信号出力部と、前記流量制御部の周囲温度または前記流量制御部の温度を測定する温度センサーとを備え、
前記信号出力部の値と前記温度センサーの値とを基に、前記計測結果を作成する請求項１に記載の微小体検出装置。
【請求項７】
前記計算結果は、前記信号出力部の値と前記温度センサーの値との平均値または二乗平均の値である請求項６に記載の微小体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からのレーザー光の光軸にほぼ直交するように被検粒子を含む空気の通過経路を設け、被検粒子からの散乱光を受光素子により検出し、空気中の被検粒子の質量濃度を測定する粒子検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の粒子検出装置は、小型ファンによりノズルを介して空気を吸い込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５９９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の粒子検出装置では、小型ファンの回転むらによって空気中の被検粒子の質量濃度の測定精度が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明の微小体検出装置は、流体を吸引して前記流体に含まれる微小体の量を計測する微小体検出装置において、前記流体を吸引する流量制御部と、前記流量制御部が吸引する前記流体の量を推定する計測部と、前記計測部の計測結果を基に、計測された前記微小体の量を修正し、または、前記流量制御部の前記流体の吸引量を修正する演算部とを備えることを特徴として有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吸引する流体の流量変化の影響を低減することができる微小体検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態１の微小体検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の微小体検出装置の検出信号を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の変形例１の微小体検出装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の微小体検出装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２の変形例２の微小体検出装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２の変形例３の微小体検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、本発明を適用した微小体検出装置について説明をする。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る微小体検出装置１００の構成図である。
【００１０】
＜微小体検出装置１００の構成＞
微小体検出装置１００は、流量制御部５および信号出力部５２を備える。微小体検出装置１００は、発光素子１、レンズ２、ミラー３、ミラー４、受光素子６、増幅器８または演算部１１を備えることができる。流量制御部５は、例えば、ファン５３を備えている。そして、信号出力部５２は、例えば、ファン５３の回転数を推定する計測部である。
【００１１】
発光素子１は、光を発する。発光素子１は、微小体Ｍに照射される照射光を発する。つまり、発光素子１は、光源である。微小体Ｍは、微小体検出装置１００の被検出物である。発光素子１は、例えば、固体発光素子である。固体発光素子は、例えば、レーザーおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含む。
【００１２】
レンズ２は、発光素子１から出射された光を集光する。レンズ２は、発光素子１から放射された照射光を集光する。照射光は、レンズ２によって、ミラー４，５の内部の微小体Ｍの位置に集光される。レンズ２は、照射光を微小体Ｍの位置に集光する。レンズ２は、発光素子１から出射された光を、微小体Ｍに向けて集光する。発光素子１から出射された光は微小体Ｍに当たり、散乱光となる。
【００１３】
ミラー３，４は、散乱光を集光する。上述のように、レンズ２によって集光された照射光は、微小体Ｍに当たって散乱光となる。ミラー３，４は、この散乱光が受光素子６に到達する形状をしている。散乱光は、微小体Ｍに当たって散乱した光である。
【００１４】
ミラー３は、例えば、球面鏡である。ミラー４は、例えば、楕円鏡である。楕円鏡は、楕円の特徴である2つの焦点を利用し、一方の焦点から出た光を反射して、もう一方の焦点に集める面を持つ鏡面のことである。楕円鏡は、楕円面鏡とも呼ばれる。
【００１５】
流量制御部５は、ミラー３，４で囲まれた領域（以下、被検出領域Ｄという）に空気を流入させる。この空気は、検出対象である微小体Ｍを含んでいる。流量制御部５は、例えば、ファンまたはポンプなどである。以下において、流量制御部５がファンを備えている例を示す。
【００１６】
図１では、空気Ａ１は、流量制御部５に対向する位置に開けられた穴５１（以下、吸気口という）から、被検出領域Ｄ内に流入する。吸気口５１は、例えば、受光素子６の近くに設けられている。流量制御部５は、被検出領域Ｄ内に流入した空気Ａ１を排気している。図１においては、空気Ａ２が排気されている。
【００１７】
信号出力部５２は、ファン５３の回転に伴ってパルス信号を発生する。信号出力部５２は、例えば、ファン５３の一回転に対して１個または複数個発生される。パルス信号は通常ファンのドライバーと一体化されたＩＣにより発生させる事が出来る。
【００１８】
実施の形態に係る図において、信号出力部５２は、例えば、流量制御部５の内部に備えられている例を示している。しかし、信号出力部５２は、例えば、流量制御部５の外部に備えられても構わない。
【００１９】
信号出力部５２は、ファン５３の回転数を推定する計測部の一例である。計測部は、ファンの回転数を推定する。計測部は、例えば、ファン５３の回転に伴ってパルス信号を発生する信号出力部５２を備えている。
【００２０】
なお、後述する実施の形態２に係る微小体検出装置１２０では、計測部の一例として温度センサー７を示している。計測部は、例えば、流量制御部５の周囲温度または流量制御部５の温度を測定する温度センサー７を備えている。また、実施の形態２の変形例２に係る微小体検出装置１３０では、計測部は信号出力部５２と温度センサー７とを備えている。
【００２１】
受光素子６は、微小体Ｍに当たって散乱した散乱光を受光する。受光素子６は、ミラー３，４で反射された散乱光が到達する位置に配置されている。受光素子６は、例えば、楕円鏡であるミラー４の１つの焦点の位置に配置されている。また、レンズ２の集光位置（微小体Ｍの位置）は、楕円鏡であるミラー４の他の焦点の位置に位置している。球面鏡であるミラー３で反射された光は、再度、微小体Ｍの位置に戻り、その後、楕円鏡であるミラー４で反射されて受光素子６に到達する。
【００２２】
受光素子６に到達する光は、例えば、ミラー３，４で反射された散乱光である。受光素子６は、信号Ｓ１を出力する。
【００２３】
増幅器８は、受光素子６の出力する信号Ｓ１を増幅する。増幅器８は、信号Ｓ２を演算部１１に送る。信号Ｓ２は、増幅器８で増幅された信号である。
【００２４】
＜微小体検出装置１００の動作＞
【００２５】
次に、微小体検出装置１００の動作について説明する。
【００２６】
図１において、吸気口５１から微小体Ｍを含んだ空気Ａ１が、被検出領域Ｄ内に入る。空気Ａ１は、流量制御部５によって設定された流量で、被検出領域Ｄの内部に流れ込む。
【００２７】
発光素子１から放射された光が微小体Ｍに当たる事で、散乱光が発生する。発光素子１から出射された光がレンズ２によって集光され、微小体Ｍに当たる事で散乱光が発生する。散乱光は、ミラー３またはミラー４によって反射される。ミラー３，４で反射された光は、受光素子６に集光される。ミラー３，４で集光された光は、受光素子６に入射する。
【００２８】
受光素子６に入射した光は、電気信号Ｓ１に変換される。光から変換された電気信号Ｓ１は、増幅器８によって増幅される。増幅された電気信号Ｓ２は、演算部１１に送られる。
【００２９】
図２は、微小体検出装置１００の検出信号を示す図である。縦軸は、信号Ｓ２の強度を示す。横軸は、時間［ｍｓｅｃ］を示す。図２において、閾値ＴＨを超えているピーク信号は、信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６である。
【００３０】
演算部１１は、信号Ｓ２に含まれるパルス信号をカウントする事によって微小体Ｍの個数を得る。演算部１１は、例えば、演算処理回路である。演算部１１は、図２に示すように、設定された閾値ＴＨを超えたパルス信号をカウントする。つまり、演算部１１は、閾値ＴＨを超えたピーク信号をカウントする。演算部１１は、閾値ＴＨを超えた時点から次に閾値ＴＨを下回る信号を検出する。演算部１１が閾値ＴＨを下回る信号を検出した場合に、演算部１１は微小体Ｍを１個とカウントする。通常、閾値ＴＨは、ノイズレベルの２倍程度に設定される。
【００３１】
演算部１１でカウントされる微小体Ｍの個数は、流量制御部５が吸引する空気Ａ１の流入量に関係する。しかし、流量制御部５がファン５３によって空気Ａ１を吸引する場合には、微小体検出装置１００の周囲温度が変化によってファン５３の回転数が変化して、吸引される空気Ａ１の量が変化する。
【００３２】
一般的に、周囲温度が下がるとファン５３に塗布されているグリス等が硬化してファン５３の回転数が下がる。そこで、例えば、信号出力部５２は、ファン５３の回転に伴ってパルス信号を発生する。パルス信号は、ファン５３の一回転に対して１個または複数個発生される。演算部１１は、このパルス信号をカウントすることによって、空気Ａ１の流量の変化値を検知できる。
【００３３】
検出されたパルス信号の数に伴ってファン５３の回転係数を変更することができる。これによって、演算部１１は微小体Ｍの濃度を補正することが出来る。
【００３４】
例えば、常温の回転係数を「１」に設定する。周囲温度が下がるとファン５３の回転数が下がる。そして、ファン５３の回転数が下がると空気Ａ１の流量が減少する。そして、検出される微小体Ｍの個数が減少する。そこで、回転係数を「１」よりも大きい数値に設定する。検出された微小体Ｍの個数に「１」よりも大きい回転係数を乗ずる。
【００３５】
逆に、周囲温度が上がると回転数が上がる。周囲温度が上がるとファン５３の回転数が上がる。そして、ファン５３の回転数が上がると空気Ａ１の流量が増加する。そして、検出される微小体Ｍの個数が増加する。そこで、回転係数を「１」よりも小さい数値に設定する。検出された微小体Ｍの個数に「１」よりも小さい回転係数を乗ずる。
【００３６】
＜変形例１＞
図３は、実施の形態１の変形例１に係る微小体検出装置１１０の構成図である。微小体検出装置１００は、信号Ｓ３を基に微小体Ｍの個数を補正している。微小体検出装置１１０は、信号Ｓ３を基に流量制御部５のファン５３の回転数を変更している。信号Ｓ３は信号出力部５２（計測部）の計測結果である。
【００３７】
図３において、信号Ｓ３は、ファン５３の回転数を示す信号である。信号Ｓ３を受けて、演算部１１は電源回路１２に電源電圧を制御する信号Ｓ４を送る。信号Ｓ４を受けて、電源回路１２は、流量制御部５に信号Ｓ５を送る。これらによって、演算部１１は、流量制御部５の電源電圧を変化させる。
【００３８】
周囲温度が下がると流量制御部５のファン５３の回転数が下がる。そして、信号出力部５２からの信号Ｓ３に含まれるパルス数が減少する。演算部１１は、信号出力部５２からのパルス数の減少を検知する。そして、演算部１１は、流量制御部５の電源電圧を上げる。流量制御部５の電源電圧を上げることによって、流量制御部５のファン５３の回転数は上がる。そして、空気Ａ１の流量の低下を抑えることができる。
【００３９】
逆に、周囲温度が上がると流量制御部５のファン５３の回転数が上がる。そして、信号出力部５２からの信号Ｓ３に含まれるパルス数が増加する。演算部１１は、信号出力部５２からのパルス数の増加を検知する。そして、演算部１１は、流量制御部５の電源電圧を下げる。流量制御部５の電源電圧を下げることによって、流量制御部５のファンの回転数は下がる。そして、空気Ａ１の流量の増加を抑えることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２の微小体検出装置１２０の構成図である。微小体検出装置１２０は、温度センサー７を備える点で、微小体検出装置１００，１１０と相違する。微小体検出装置１００の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図４では、温度センサー７は、流量制御部５の周囲温度を測定している。しかし、温度センサー７は、例えば、流量制御部５の筐体の温度などを測定することができる。温度センサー７は、周囲温度の信号Ｓ６を演算部１１に送る。温度センサー７は、ファン５３の回転数を推定する計測部である。信号Ｓ６を温度センサー７（計測部）の計測結果である。
【００４２】
図４に示すように、微小体検出装置１２０に温度センサー７を取り付けることによって、微小体検出装置１２０の周囲温度を検知することが出来る。
【００４３】
周囲温度が上がると、流量制御部５のファン５３の回転数が上がる。そして、微小体検出装置１２０に流れ込む空気Ａ１の量が増加する。空気Ａ１の量が増加すると、微小体検出装置１２０が検出する微小体Ｍの数は増加する。そして、微小体検出装置１００と同様に、回転係数の値を修正する。
【００４４】
逆に、周囲温度が下がると、流量制御部５のファン５３の回転数が下がる。そして、微小体検出装置１２０に流れ込む空気Ａ１の量が減少する。空気Ａ１の量が減少すると、微小体検出装置１２０が検出する微小体Ｍの数は減少する。そして、微小体検出装置１００と同様に、回転係数の値を修正する。
【００４５】
検出された温度に伴ってファン５３の回転係数を変更することができる。これによって、微小体Ｍの濃度を補正することが出来る。
【００４６】
＜変形例２＞
図５は、実施の形態２の変形例２に係る微小体検出装置１３０の構成図である。微小体検出装置１２０は、信号Ｓ６を基に微小体Ｍの個数を補正している。微小体検出装置１３０は、信号Ｓ６を基に流量制御部５のファン５３の回転数を変更している。
【００４７】
図５において、信号Ｓ６は、周囲温度を示す信号である。信号Ｓ６を受けて、演算部１１は電源回路１２に電源電圧を制御する信号Ｓ４を送る。信号Ｓ４を受けて、電源回路１２は、流量制御部５に信号Ｓ５を送る。これらによって、演算部１１は、流量制御部５の電源電圧を変化させる。
【００４８】
演算部１１の流量制御部５に対する制御方法は、実施の形態１の変形例１の図３を用いた説明と同様である。
【００４９】
また、図５に示す微小体検出装置１３０では、演算部１１は流量制御部５から信号Ｓ３を受け取っている。
【００５０】
演算部１１は、信号出力部５２からの信号Ｓ３と、温度センサー７からの信号Ｓ６とを受け取っている。これによって、空気Ａ１の流量を、より正確に検知することができる。そして、より正確に微小体Ｍの濃度を検出することができる。
【００５１】
温度センサー７の検知する温度と空気Ａ１の流量との関係は、直線性を持たない。また、流量制御部５のファン５３の回転数と空気Ａ１の流量との関係は、直線性を持たない。そのため、流量制御部５のファン５３の回転数と温度センサー７の検知する温度とのどちらか１つの信号では、微小体Ｍの個数の検出に誤差が生じてしまう。
【００５２】
そこで、この２つの値を用いることで、微小体Ｍの個数の算出精度を向上することができる。また、この２つの値を用いることで、空気Ａ１の流量の制御を向上することができる。
【００５３】
２つの信号Ｓ３，Ｓ６から１つの係数を求めるには、例えば、各々の信号Ｓ３，Ｓ６から得られた係数を平均することが考えられる。また、各々の信号Ｓ３，Ｓ６から得られた係数を二乗平均することが考えられる。
【００５４】
＜変形例３＞
図６は、実施の形態２の変形例３に係る微小体検出装置１４０の構成図である。変形例２では、演算部１１が流量制御部５の電源電圧を制御している。変形例３では、流量制御部５の電源電圧の制御にトランジスタを用いている。
【００５５】
トランジスタ９のベースは、演算部１１に繋がっている。演算部１１から出力された信号Ｓ８は、トランジスタ９のベースに送られる。トランジスタ９のコレクタは、流量制御部５に繋がっている。コレクタの値である信号Ｓ７は、流量制御部５に送られる。トランジスタ９のエミッタは、接地されている。
【００５６】
図６に示す回路構成とすることで、流量制御部５をＰＷＭ信号で動作させることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００，１１０，１２０，１３０，１４０  微小体検出装置、  １  発光素子、  ２  レンズ、  ３，４  ミラー、  ５  流量制御部、  ５１  穴（吸気口）、  ６  受光素子、  ７  温度センサー、  ８  増幅器、  ９  トランジスタ、  １１  演算部  、  １２  電源回路、  Ａ１，Ａ２  空気、  Ｄ  被検出領域、  Ｍ  微小体、  Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８。
【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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