(57)【要約】  装置の構成の簡素化を実現しつつ、浮遊粒子の種類を正確に判別することができる浮遊粒子検出装置１であり、この装置は、レーザ発光素子（１１）及びバックモニタ用受光素子（１２）を含むレーザ光照射部（１０）と、浮遊粒子（５０）に照射されたときに発生する散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部（２０）と、第１の検出信号と第２の検出信号とに基づいて浮遊粒子の種類を判別する判別処理部（３０）とを備え、バックモニタ用受光素子（１２）に入射する入射光は、バックモニタ用レーザ光（Ｌ０）と浮遊粒子（５０）に照射された照射レーザ光（Ｌ１）の散乱光（Ｌｓ）の内のレーザ光照射部（１０）に向かう後方散乱光（Ｌｂｓ）とを含む。
2015156037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、
前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部と
を備え、
前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記バックモニタ用レーザ光と、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光とを含む
ことを特徴とする浮遊粒子検出装置。
【請求項２】
浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、
前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部と
を備え、
前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光が前記レーザ光照射部のレーザ発光素子の前側端面に入射したことによる前記バックモニタ用レーザ光の揺らぎを前記浮遊粒子の種類の判別に用いる
ことを特徴とする浮遊粒子検出装置。
【請求項３】
前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記後方散乱光の内の前記バックモニタ用受光素子に入射する成分と前記後方散乱光の内の前記レーザ発光素子の前記前側端面に入射する成分との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項４】
前記散乱光受光部は、
前記照射レーザ光の前記散乱光の内の予め決められた偏光成分の光のみを透過させる偏光フィルタと、
前記偏光フィルタを透過した偏光成分の光を受光して前記第２の検出信号を生成する散乱光検出素子と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項５】
前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光は、前記レーザ発光素子から出射した前記照射レーザ光の偏光方向と直交する偏光方向を持つ直線偏光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項６】
前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方を検出する第１の判別部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項７】
前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号を前記バックモニタ用レーザ光に対応する直流成分と前記レーザ光照射部に向かう前記後方散乱光に対応する交流成分とに分離する直流交流分離部をさらに有し、
前記第１の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項８】
前記判別処理部は、
前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号の波形を、前記バックモニタ用レーザ光に対応する直流成分よりも前記後方散乱光に対応する交流成分を強調するように補正する波形補正部と、
前記波形補正部によって補正された前記第１の検出信号を前記直流成分と前記交流成分とに分離する直流交流分離部と
をさらに有し、
前記第１の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項９】
前記判別処理部は、前記散乱光受光部で生成される前記第２の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第２の判別部を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１０】
前記判別処理部は、
前記散乱光受光部で生成される前記第２の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第２の判別部と、
前記第１の判別部から得られる前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方と、前記第２の判別部から得られる前記浮遊粒子の形状とに基づいて、前記浮遊粒子の種類を判別する第３の判別部と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の浮遊粒子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊する粒子の種類を判別する機能を備えた浮遊粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
花粉又は埃などの浮遊する微小な粒子状物質（以下「浮遊粒子」と言う）が存在する空間に光を照射したときに発生する散乱光を検出し、浮遊粒子の量、浮遊粒子のサイズ、又は浮遊粒子の種類の検出又は判別を行う浮遊粒子検出装置が種々提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１は、被検出領域に向けて水平方向にレーザ光を照射する発光手段と、被検出領域の中心位置から水平方向を基準にして斜め上方６０°の角度の位置に配置された第１の受光手段と、被検出領域の中心位置から水平方向を基準にして斜め下方６０°の角度の位置に配置された第２の受光手段とを備え、花粉と土埃との判別を行う花粉センサを説明している。【０００４】
また、特許文献２は、半導体レーザと受光素子とを備え、半導体レーザから放射されるレーザ光をレンズで略平行光束に変換し、平行光束のレーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光を受光素子で検出することによって、浮遊粒子の数量の検出、及び、浮遊粒子のサイズの判定を行う粒子センサを説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８５０４１８号公報（例えば、段落００１３から００２３、図１、図４）
【特許文献２】米国特許第８，００９，２９０号公報（例えば、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の花粉センサは、レーザ光の進行方向である水平方向を基準にして対称の位置関係にある２つの受光手段、すなわち、第１の受光手段と第２受光手段を有しており、第１の受光手段及び第２の受光手段の各々はレンズと受光センサを有している。このため、特許文献１に記載の花粉センサには、構成部品の数が多くなり、装置の構成が複雑になり且つ装置サイズが大きくなるという問題がある。【０００７】
また、特許文献２に記載の粒子センサにおいては、散乱光の検出部の構成部品は１つの受光素子のみであるので、浮遊粒子の数及びサイズの判定は可能と思われるが、浮遊粒子の種類を正確に判別することができないという問題がある。【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、装置の構成の簡素化を実現しつつ、浮遊粒子の種類を正確に判別することができる浮遊粒子検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部とを備え、前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記バックモニタ用レーザ光と、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光とを含むことを特徴とする。
また、本発明の他の態様に係る浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部とを備え、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光が前記レーザ光照射部のレーザ発光素子の前側端面に入射したことによる前記バックモニタ用レーザ光の揺らぎを前記浮遊粒子の種類を判別に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明によれば、装置の構成の簡素化を実現しつつ、浮遊粒子の種類を正確に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】バックモニタ値保持部の内部の構成を示すブロック図である。
【図３】バックモニタ値保持部の内部の処理を示すフローチャートである。
【図４】浮遊粒子にレーザ光を照射したときに発生する主要な散乱光を模式的に示す図である。
【図５】部分Ａ及びＢは、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置において異形及び球形の浮遊粒子を照射する照射レーザ光の偏光方向を光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示し、部分Ｃ及びＤは、異形及び球形の浮遊粒子に照射レーザ光を照射したときに発生する散乱光の偏光方向を光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示し、部分Ｅ及びＦは、照射レーザ光の偏光方向と同じ方向についての散乱光の偏光成分を示し、部分Ｇ及びＨは、照射レーザ光の偏光方向に直交する方向についての散乱光の偏光成分を示す。
【図６】（ａ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の散乱光受光部の散乱光受光素子が異形粒子からの散乱光を検出したときの検出波形の一例を概略的に示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の散乱光受光部の散乱光受光素子が球形粒子からの散乱光を検出したときの検出波形の一例を概略的に示す図である。
【図７】実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】正規化ピーク値を適用した場合の第２の判別部の内部の処理を示すブロック図である。
【図９】第２の判別部の内部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の波形補正部に入力されるバックモニタ用受光素子の検出波形の一例を概略的に示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の波形補正部で補正された検出波形の一例を概略的に示す図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の直流交流分離部で生成された交流成分の波形及び直流成分の波形を概略的に示す図である。
【図１１】第１の判別部の内部の処理を示すブロック図である。
【図１２】第１の判別部の内部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の直流交流分離部で生成された交流成分の波形と閾値との関係を概略的に示す図である。
【図１４】実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置の第３の判別部の浮遊粒子形状と浮遊粒子サイズの組み合わせによる浮遊粒子の種別の判別例を示す図である。
【図１５】偏光フィルタをバックモニタ用受光素子の前側に追加した構成を概略的に示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る浮遊粒子検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１は、主要な構成として、レーザ光照射部１０、散乱光受光部２０及び判別処理部３０を備える。また、浮遊粒子検出装置１は、発光素子制御部４０を備えることができる。実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１は、被検出領域５１内、すなわち、空間中に浮遊する浮遊粒子５０の種類を判別する機能を持つ。つまり、浮遊粒子検出装置１は、被検出領域５１の空間中に浮遊する浮遊粒子５０の種類を判別する機能を持つ。被検出領域５１は、大気などの気体中の領域、水などの液体中の領域又は真空の領域を含む。被検出領域５１は、気体又は液体が流れる流路又は容器の中の領域でもよい。また、被検出領域５１は、室内などの閉鎖された領域又は屋外などの開放された領域でもよい。検出対象である浮遊粒子５０は、照射光を照射したときに散乱光を発生させる微小物質であれば、特に制限されない。照射光は、例えば、レーザ光等である。以下において、照射光をレーザ光として説明する。検出対象となる浮遊粒子５０の代表例は、花粉、ダニなどの微小生物の死骸及び糞、ハウスダストと称される埃、タバコの煙、微小粒子状物質ＰＭ２．５及びＰＭ１０などである。つまり、検出対象となる浮遊粒子５０は、花粉、ハウスダストと称される埃又はタバコの煙などを含む。また、検出対象となる浮遊粒子５０は、ダニなどの微小生物の死骸又は糞を含む。また、検出対象となる浮遊粒子５０は、微小粒子状の物質ＰＭ２．５又は微小粒子状の物質ＰＭ１０などを含む。なお、本出願における「散乱光」とは、浮遊粒子に当たった照射レーザ光Ｌ１がその伝播状態を変化させて発生する光である。ただし、本出願における「散乱光」は、照射レーザ光Ｌ１の波長により発生する浮遊粒子の蛍光も含む。
【００１３】
図１に示されるように、レーザ光照射部１０は、レーザ発光素子１１及びバックモニタ用受光素子１２を有する。レーザ光照射部１０は、集光レンズ１３を有することができる。バックモニタ用受光素子１２は、レーザ発光素子１１から出射されるレーザ光の強度を検出することができる位置に配置されている。レーザ光照射部１０は、半導体レーザ素子又は半導体レーザ照射装置である。レーザ光照射部１０は、一般に市販されている光学部品又は光学ユニットであってもよい。
【００１４】
レーザ発光素子１１は、半導体レーザチップである。レーザ発光素子１１は、浮遊粒子５０が存在する被検出領域５１を照射する照射レーザ光Ｌ１を前側端面（図１において右側の端面）から出射する。レーザ発光素子１１は、この照射レーザ光Ｌ１の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光Ｌ０を後側端面（図１において左側の端面）から出射する。
【００１５】
集光レンズ１３は、レーザ発光素子１１から出射された照射レーザ光Ｌ１を浮遊粒子５０が存在する被検出領域５１内に集光する。照射レーザ光Ｌ１の強度が浮遊粒子５０の検出にとって十分に大きく設定できる場合などには、集光レンズ１３を省略することが可能である。
【００１６】
バックモニタ用受光素子１２は、バックモニタ用レーザ光Ｌ０が入射される位置に配置されている。バックモニタ用受光素子１２の受光面は、レーザ発光素子１１の後側端面に対向している。このため、バックモニタ用受光素子１２の受光面は、被検出領域５１にも面している。バックモニタ用受光素子１２は、入射光の量に応じた電流信号Ｓ１２を出力する。バックモニタ用受光素子１２に入射する入射光は、レーザ発光素子１１から出射されるバックモニタ用レーザ光Ｌ０と、照射レーザ光Ｌ１が照射された浮遊粒子５０からの後方散乱光Ｌｂｓとを含む。
【００１７】
図１に示される電流電圧変換部１４は、電流信号Ｓ１２をバックモニタ用受光素子１２から与えられる。電流電圧変換部１４は、電流信号Ｓ１２を、この電流信号Ｓ１２に対応する電圧信号Ｓ１４に変換する。電流電圧変換部１４は、この電圧信号Ｓ１４を判別処理部３０に与える。なお、バックモニタ用受光素子１２が電流電圧変換部１４の機能を有している製品もある。この場合には、電流電圧変換部１４を備える必要は無い。一般に、バックモニタ用受光素子１２には、照射レーザ光Ｌ１の出射パワーに比例した量の光が入射される。
【００１８】
このことから、バックモニタ用受光素子１２の出力信号は、レーザ発光素子１１の前側端面から出射される照射レーザ光Ｌ１のパワーモニタ用として用いられるのが一般的である。実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１は、バックモニタ用受光素子１２を浮遊粒子５０からの後方散乱光Ｌｂｓの検出にも用いている。後方散乱光Ｌｂｓは、照射レーザ光Ｌ１を浮遊粒子５０に照射して得られる散乱光である。この点で、浮遊粒子検出装置１は、バックモニタ用受光素子の一般的な使用方法と異なる使用方法を採用している。
【００１９】
図１に示されるように、散乱光受光部２０は、散乱光検出素子２１、偏光フィルタ２２及びレンズ２３を有する。散乱光検出素子２１は、少なくとも照射レーザ光Ｌ１の波長帯域の光を検出することができる。散乱光検出素子２１は、偏光フィルタ２２を透過する光が入射される位置に配置されている。散乱光検出素子２１は、入射光の量に応じた電流信号Ｓ２１を出力する。偏光フィルタ２２は、偏光部材としての機能を有する。偏光フィルタ２２は、浮遊粒子５０に照射された照射レーザ光Ｌ１の散乱光Ｌｓの内の予め決められた１方向の偏光方向の光（すなわち、１方向の偏光成分）Ｌ２を選択的に透過させる。実施の形態１において、散乱光Ｌｓの内の偏光フィルタ２２を透過する偏光方向の光は、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に直交する偏光方向を持つ光である。レンズ２３は、散乱光Ｌｓを散乱光検出素子２１に集光する。検出に十分な散乱光Ｌｓが受光されている場合には、レンズ２３を省略することが可能である。
【００２０】
電流電圧変換部２４は、入力された電流信号Ｓ２１を電圧信号に変換する。電流電圧変換部２４は、電圧信号Ｓ２４を判別処理部３０に与える。なお、散乱光検出素子２１が電流電圧変換部２４の機能を有する製品もある。この場合には電流電圧変換部２４を備える必要は無い。
【００２１】
図１に示されるように、判別処理部３０は、直流交流（ＤＣ／ＡＣ）分離部３２、バックモニタ値保持部３３、第１の判別部３４、第２の判別部３５及び第３の判別部３６を有する。また、判別処理部３０は、波形補正部３１を有することができる。
【００２２】
波形補正部３１は、例えば、周波数に応じてゲインを変えることができるイコライザを有する。波形補正部３１は、例えば、第１の検出信号Ｓ１４の波形を、バックモニタ用レーザ光Ｌ０に対応する直流成分よりも後方散乱光Ｌｂｓに対応する交流成分を強調するように補正する。第１の検出信号Ｓ１４の波形は、バックモニタ用受光素子１２で生成された電流信号Ｓ１２を、電圧信号に変換された波形である。波形補正部３１は、第１の検出信号Ｓ１４の波形を補正した第２の検出信号Ｓ３１を直流交流分離部３２に与える。波形補正部３１は、後段の処理部における処理の品質を向上させる。ただし、波形補正部３１は、必須の構成ではなく、省略可能である。
【００２３】
直流交流分離部３２は、検出信号Ｓ３１を直流成分の信号Ｓｄｃと交流成分の信号Ｓａｃとに分離する。検出信号Ｓ３１は、バックモニタ用受光素子１２の検出値に基づく信号である。直流成分の信号Ｓｄｃは、バックモニタ用レーザ光Ｌ０に対応する直流成分である。交流成分の信号Ｓａｃは、後方散乱光Ｌｂｓに対応する交流成分である。図１の例においては、直流交流分離部３２は、波形補正部３１から与えられた補正後の検出信号Ｓ３１を受け取る。直流交流分離部３２は、検出信号Ｓ３１の交流（ＡＣ）成分の信号Ｓａｃと検出信号Ｓ３１の直流（ＤＣ）成分の信号Ｓｄｃとを分離する。直流成分の信号Ｓｄｃは、バックモニタ値保持部３３と第１の判別部３４とに与えられる。交流成分の信号Ｓａｃは、第１の判別部３４に与えられる。直流交流分離部３２で生成される直流成分の信号Ｓｄｃの値は、レーザ光Ｌ０の強度の平均値に対応する値である。レーザ光Ｌ０の強度の平均値は、レーザ光Ｌ１の強度の平均値に対応する。レーザ光Ｌ１は、レーザ発光素子１１から測定対象の浮遊粒子５０に向けて出射されたレーザ光である。検出信号の交流成分の信号Ｓａｃの値は、散乱光Ｌｓの内の後方散乱光Ｌｂｓの強度に対応する値である。散乱光Ｌｓは、レーザ発光素子１１から出射したレーザ光Ｌ１を測定対象の浮遊粒子５０に照射することによって発生した散乱光である。後方散乱光Ｌｂｓは、レーザ光照射部１０に向け進む戻り光である。
【００２４】
バックモニタ値保持部３３は、直流交流分離部３２で分離された直流成分の信号Ｓｄｃを、予め決められた指定タイミングで抽出し一時的に保持する。バックモニタ値保持部３３は、保持される値を、予め決められた指定タイミングごとに更新してもよい。また、保持される値は、抽出された複数の値の平均値などであってもよい。バックモニタ値保持部３３は、保持された直流成分の値Ｄｐを信号Ｓ３３として発光素子制御部４０と第１の判別部３４とに与える。
【００２５】
図２は、バックモニタ値保持部３３の内部の構成を示すブロック図である。また、図３は、バックモニタ値保持部３３の内部の処理を示すフローチャートである。タイミング制御部３３０は、制御信号ＣＴＬ１を出力する（ステップＳＴ１）。これに基づき、レベル検出部３３１は、検出信号Ｓ３１の直流成分の信号Ｓｄｃのレベル値を検出する。そして、レベル検出部３３１は、信号Ｓｄｃのレベル値をレベル値ＤｐとしてＤｐ値記憶部３３２で更新して保持させる（ステップＳＴ２）。タイミング制御部３３０は、制御信号ＣＴＬ２を出力する（ステップＳＴ３）。これに基づき、Ｄｐ値記憶部３３２は、その時点でＤｐ値記憶部３３２に保持されているレベル値Ｄｐを、信号Ｓ３３として出力する（ステップＳＴ４）。バックモニタ値保持部３３は、ステップＳＴ１からステップＳＴ４をタイミング制御部３３０に設定されたタイミングで繰り返し行うことができる。
【００２６】
発光素子制御部４０は、バックモニタ値保持部３３で生成される信号Ｓ３３の値Ｄｐに基づいて、照射レーザ光Ｌ１の出射光量を制御する。例えば、発光素子制御部４０は、周囲温度の変化などによる緩やかな発光効率の変化に伴う照射レーザ光Ｌ１の出射光量の変動を抑える。このために、発光素子制御部４０は、値Ｄｐにある定数を掛け算した値に維持するように、駆動電流値を制御する。この駆動電流値は、レーザ光照射部１０を発光させるための電流値である。発光素子制御部４０の駆動電流値の制御は、値Ｄｐの更新時点から次の更新時点までの時間毎に行われる。このようなフィードバック制御によって、照射レーザ光Ｌ１の出射光量の安定化を図ることができる。
【００２７】
第１の判別部３４は、値Ｄｐ、直流成分の信号Ｓｄｃ、及び交流成分の信号Ｓａｃを受け取る。そして、第１の判別部３４は、これらの値に基づいて浮遊粒子５０のサイズ又は濃度の少なくとも一方を検出する。値Ｄｐは、バックモニタ値保持部３３に保持されている直流成分の値である。直流成分の信号Ｓｄｃは、直流交流分離部３２によって分離された直流成分である。交流成分の信号Ｓａｃは、直流交流分離部３２によって分離された交流成分である。第１の判別部３４は、これらの入力値に基づいて、浮遊粒子５０のサイズ又は浮遊粒子５０の濃度を算出する。浮遊粒子５０のサイズは、バックモニタ用受光素子１２の出力信号の変化の大小に基づき判別され得る。浮遊粒子５０の濃度は、あるタイミングで保持された発光量を示す値Ｄｐ（保持値）からの検出信号Ｓｄｃの変化に基づき判別され得る。
【００２８】
第２の判別部３５は、散乱光検出素子２１で生成される検出信号Ｓ２１に対応する電圧信号Ｓ２４を受け取る。第２の判別部３５は、この信号Ｓ２４に基づいて、浮遊粒子５０の形状を判別する。すなわち、第２の判別部３５は、散乱光Ｌｓの偏光フィルタ２２を通過した偏光成分から、浮遊粒子５０の形状を判別する。
【００２９】
第３の判別部３６は、情報Ｓ３４と情報Ｓ３５とに基づいて、浮遊粒子５０の種類を判別する。そして、第３の判別部３６は、判別結果である情報Ｓ３６を出力する。情報Ｓ３４は、第１の判別部３４から得られる浮遊粒子５０のサイズ又は濃度の少なくとも一方についての情報である。情報Ｓ３５は、第２の判別部３５から得られる浮遊粒子５０の形状に関する情報である。
【００３０】
図４は、浮遊粒子５０に照射光（例えば、照射レーザ光Ｌ１）を照射したときに発生する主要な散乱光を模式的に示す図である。照射レーザ光Ｌ１は、レーザ発光素子１１から出射された光である。散乱光Ｌｓは、照射レーザ光Ｌ１が浮遊粒子５０に当たって散乱した光である。散乱光Ｌｂｓは、レーザ発光素子１１に向かう光である。つまり、散乱光Ｌｂｓは、後方に向かう光である。散乱光Ｌｆｓは、前方に向かう光である。散乱光Ｌｓは、散乱光検出素子２１に向かう光である。ここでは、一般的な散乱に関する説明をする。
浮遊粒子５０のサイズに比較的近い長さの波長を有する照射光（レーザ光に限定されない）が照射されると、一般的に散乱光が発生する。散乱光Ｌｓは、大別して照射レーザ光Ｌ１の伝播方向に発生する前方散乱光Ｌｆｓと、それ以外の方向に発生する散乱光とがある。浮遊粒子５０の形状及びサイズによって、散乱光の強度の割合が変化する。例えば、浮遊粒子５０のサイズ（直径）が大きくなるほど、散乱光の強度が強くなる。そして、浮遊粒子５０の形状及びサイズによって、浮遊粒子５０から各方位へ向かう散乱光の分布（散乱強度の分布）が変化する。散乱光Ｌｓの強度は、照射レーザ光Ｌ１の強度に比べて非常に小さい。また、散乱光Ｌｓの一部として、入射光（照射レーザ光Ｌ１）の進行方向の反対方向に向かう後方散乱光Ｌｂｓも存在する。
【００３１】
実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１においては、散乱光受光部２０を照射レーザ光Ｌ１の側方又は前方に配置する。そして、散乱光受光部２０は、照射レーザ光Ｌ１が浮遊粒子５０に照射されたときに発生する側方散乱光又は前方散乱光を受光する。
【００３２】
偏光フィルタ２２は、照射レーザ光Ｌ１が散乱後も偏光方向を維持したまま、受光部側へ方位だけが変わって伝搬してきた光とは、直交する偏光成分だけを透過する。つまり、偏光フィルタ２２は、散乱後の照射レーザ光Ｌ１と直交する偏光成分だけを透過する。散乱後の照射レーザ光Ｌ１は、偏光方向を維持したまま、受光部（散乱光検出素子２１）に向けて方向（方位）だけが変わって伝搬してきた光である。
【００３３】
実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１は、浮遊粒子５０の形状の判別にレーザ光の偏光特性を利用する。花粉は、表面が比較的滑らかで球形に近い形状を持つ浮遊粒子である。このような粒子を、球形に近い形状を有するので「球形粒子」と言う。また、ダニの死骸、ハウスダスト、及び埃などは、表面の起伏が大きく非対称な形状をした浮遊粒子が多く含まれている。このような粒子を、球形とは異なる形状を持つので、「異形粒子」と言う。このような異形粒子に直線偏光の光が照射されると、直線偏光の光は、散乱により偏光成分が変更される。つまり、照射した光の偏光成分に対して直交した偏光成分の光が散乱光として発生する。一般に、このような現象を偏光解消という。この偏光解消の現象により、照射レーザ光Ｌ１が異形粒子に照射された場合には、その散乱光は、照射レーザ光Ｌ１の直線偏光の成分に対して直交した偏光成分の光を含む。実施の形態１においては、散乱光Ｌｓにおいて、この照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と異なる偏光方向の偏光成分を検出し、形状の判別に利用する。
【００３４】
以下に、第２の判別部３５における浮遊粒子形状の判別方法について説明する。実施の形態１においては、偏光フィルタ２２は、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と直交した偏光方向を持つ偏光成分のみを透過するように設定されている。浮遊粒子５０が球形粒子の場合には、散乱光Ｌｓの偏光方向は、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同じである。このため、散乱光Ｌｓは偏光フィルタ２２を通過できない。散乱光検出素子２１の出力は０（ゼロ）になる。一方、浮遊粒子５０が異形粒子の場合には、散乱光Ｌｓは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と異なる偏光方向の偏光成分を含むようになる。このため、散乱光検出素子２１の出力は、浮遊粒子５０の異形の程度に応じた検出値となる。「異形の程度」とは、球形からどの程度異なるかの程度である。異形の程度（異形度）は、粒子を楕円球に近似し、その楕円球の長軸の長さと短軸の長さとの比率で示すことができる。また、異形の程度は、粒子を楕円球に近似し、その楕円球の長軸の長さと短軸の長さの差分値などで示すことができる。
【００３５】
図５は、光軸に垂直な平面上の偏光方向又は偏光成分を示す図である。図５において、部分Ａ及びＢは、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置において異形及び球形の浮遊粒子を照射する照射レーザ光の偏光方向を光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示し、部分Ｃ及びＤは、異形及び球形の浮遊粒子に照射レーザ光を照射したときに発生する散乱光の偏光方向を光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示し、部分Ｅ及びＦは、照射レーザ光の偏光方向と同じ方向についての散乱光の偏光成分を示し、部分Ｇ及びＨは、照射レーザ光の偏光方向に直交する方向についての散乱光の偏光成分を示す。図５の部分Ａ〜Ｈの横軸は、ｘ軸である。図５の部分Ａ〜Ｈの縦軸は、ｙ軸である。ｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸は、照射レーザ光Ｌ１と散乱光それぞれの進行方向である。照射レーザ光Ｌ１の偏向方向は、ｙ軸方向である。ｘ軸は、偏光方向（ｙ軸方向）に直交する方向である。図５の部分Ａは、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１において異形の浮遊粒子を照射する照射レーザ光Ｌ１の偏光方向を、光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示す図である。図５の部分Ｂは、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１において球形の浮遊粒子を照射する照射レーザ光Ｌ１の偏光方向を光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示す図である。図５の部分Ｃは、異形の浮遊粒子に照射レーザ光Ｌ１を照射したときに発生する散乱光Ｌｓの偏光方向を、光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示す図である。図５の部分Ｄは、球形の浮遊粒子に照射レーザ光Ｌ１を照射したときに発生する散乱光Ｌｓの偏光方向を、光軸に垂直な平面上に両方向矢印で示す図である。図５の部分Ｅは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に直交する方向（ｘ軸方向）についての異形の浮遊粒子の散乱光Ｌｓの偏光成分を示す図である。図５の部分Ｆは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に直交する方向（ｘ軸方向）についての球形の浮遊粒子の散乱光Ｌｓの偏光成分を示す図である。図５の部分Ｇは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同じ方向（ｙ軸方向）についての異形の浮遊粒子の散乱光Ｌｓの偏光成分を示す図である。図５の部分Ｈは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同じ方向（ｙ軸方向）についての球形の浮遊粒子の散乱光Ｌｓの偏光成分を示す図である。図５の部分Ａ及びＢのように、照射光である照射レーザ光Ｌ１は、図の上下方向（ｙ軸方向）に振幅を持つ直線偏光である。
【００３６】
図５の部分Ｃに示される散乱光Ｌｓは、偏光方向が回転している。図５の部分Ｃに示される散乱光Ｌｓの偏光方向は、図５の部分Ａに示される照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に対して、時計まわり（図５の部分Ｃの偏光方向は一例であり、反時計まわりであってもよい）に回転している。浮遊粒子５０が異形である場合には、偏光解消の現象により散乱光Ｌｓは、例えば、図５の部分Ｃに示されるように、偏光が回転した状態となる。図５の部分Ｄに示される散乱光Ｌｓは、偏光方向を維持している。図５の部分Ｄに示される散乱光Ｌｓの偏光方向は、図５の部分Ｂに示される照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同じである。つまり、図５の部分Ｄに示される散乱光Ｌｓの偏光方向は、ｙ軸に平行である。浮遊粒子５０が球形である場合には、図５の部分Ｄに示されるように、偏光は回転せずに、散乱光Ｌｓの偏光方向は、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同じ方向である。
【００３７】
また、図５の部分Ｅ及びＧは、図５の部分Ｃの散乱光Ｌｓを、図５の部分Ａの照射レーザ光Ｌ１の偏光方向とそれと直交する方向とのそれぞれの成分に分解された状態を示している。つまり、図５の部分Ｅ及びＧは、図５の部分Ｃの散乱光Ｌｓを、ｙ軸方向の成分とｘ軸方向の成分とに分解された状態を示している。図５の部分Ｅは、図５の部分Ｃの散乱光Ｌｓを、ｘ軸方向の成分に分解された状態を示している。図５の部分Ｅは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に直交する方向と同一方向の散乱光Ｌｓの成分を示している。照射レーザ光Ｌ１に対して直交な関係の偏光成分は、図５の部分Ｅに示す偏光成分である。図５の部分Ｅに示す散乱光Ｌｓの偏光成分は、存在している。図５の部分Ｇは、図５の部分Ｃの散乱光Ｌｓを、ｙ軸方向の成分に分解された状態を示している。図５の部分Ｇは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同一方向の散乱光Ｌｓの成分を示している。これらの図（図５の部分Ｅ及びＧ）は、一例を示すものであり、偏光の回転方向又は回転角度については、特に限定しているものではない。散乱光Ｌｓが散乱光受光部２０に入射したとき、偏光フィルタ２２は、照射光である照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と直交した関係の偏光成分のみを透過するように設定されている。このため、浮遊粒子５０が異形（つまり、非球形）であった場合には、散乱光Ｌｓの偏光成分の一部は、図５の部分Ｃに示すように、図５の部分Ｃにおいて斜め方向の偏光方向を持つ偏光成分となる。よって、図５の部分Ｃに示す散乱光Ｌｓのうちの、照射光である照射レーザ光Ｌ１に対して直交な関係の偏光成分のみが散乱光検出素子２１で受光される。
【００３８】
一方、浮遊粒子５０が球形に近い形状であった場合には、偏光解消の現象は、ほとんど起こらない。例えば、図５の部分Ｄに示されるように、散乱光Ｌｓでは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と同じ偏光方向を持つ偏光状態が維持される。また、図５の部分Ｆ及びＨに示すように、図５の部分Ｄの散乱光をそれぞれの成分に分解された状態を示す図である。つまり、図５の部分Ｆ及びＨは、図５の部分Ｄの散乱光Ｌｓを、ｙ軸方向の成分とｘ軸方向の成分とに分解された状態を示している。図５の部分Ｆは、図５の部分Ｄの散乱光Ｌｓを、ｘ軸方向の成分に分解された状態を示している。図５の部分Ｆは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向に直交する方向と同一方向の散乱光Ｌｓの成分を示している。図５の部分Ｈは、図５の部分Ｄの散乱光Ｌｓを、ｙ軸方向の成分に分解された状態を示している。図５の部分Ｈは、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向と同一方向の散乱光Ｌｓの成分を示している。図５の部分Ｆに示す散乱光Ｌｓの偏光成分は、ほとんどゼロである。図５の部分Ｆに示すように、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と直交な偏光成分は、ほとんど無い。散乱光Ｌｓは、偏光フィルタ２２をほとんど透過しないので、散乱光検出素子２１からの出力信号Ｓ２１の値Ｓｐは、ほぼ値０（ゼロ）になる。
【００３９】
以上より、出力信号Ｓ２４の値Ｓｐから、浮遊粒子５０の形状が異形であるか又は球形であるかを判別することができる。または、値Ｓｐが所定のレベル以下であるか否かの判断から、浮遊粒子５０の形状が異形であるか又は球形であるかを判別することができる。
【００４０】
図６（ａ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の散乱光受光部２０の散乱光検出素子２１が異形粒子からの散乱光を検出したときの検出波形の一例を概略的に示す図である。図６（ｂ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の散乱光受光部２０の散乱光検出素子２１が球形粒子からの散乱光を検出したときの検出波形の一例を概略的に示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は信号の値（信号レベル）を示す。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）における０レベル付近の波形の小さな揺らぎは、ノイズを示す。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）における大きなピーク波形には、便宜上、小さな揺らぎ（ノイズ）は描かれていないが、実際には大きなピーク波形にもノイズの波形（小さな揺らぎ）が重なっている。
【００４１】
散乱光検出素子２１からの信号Ｓ２４の波形は、例えば、図６（ａ）又は図６（ｂ）のようになる。図６（ａ）の波形は、閾値ＴＨｐよりも大きなピーク波形が２つある。２つのピーク波形は、散乱光Ｌｓによるピーク波形である。１つのピーク波形のピーク値Ｐは、値Ｐａ１である。他のピーク波形のピーク値Ｐは、値Ｐａ２である。ピーク値Ｐの値Ｐａ１は閾値ＴＨｐよりも大きいため、浮遊粒子５０は異形粒子と判断される。また、ピーク値Ｐの値Ｐａ２は閾値ＴＨｐよりも大きいため、浮遊粒子５０は異形粒子と判断される。また、図６（ａ）で、信号レベル（縦軸）がほぼゼロのあたりに示されている小さな波形状は、ノイズを示している。すなわち、図６（ａ）に示されるように、浮遊粒子５０の形状が異形の場合には、ピーク値Ｐ＝Ｐａ１及びＰ＝Ｐａ２のような大きなピーク波形が検出される。一方、図６（ｂ）の波形は、閾値ＴＨｐよりも小さなピーク波形が２つある。２つのピーク波形は、側方散乱光Ｌｓによるピーク波形である。１つのピーク波形のピーク値Ｐは、値Ｐｓ１である。他のピーク波形のピーク値Ｐは、値Ｐｓ２である。ピーク値Ｐの値Ｐｓ１は閾値ＴＨｐ以下のため、浮遊粒子５０は球形粒子と判断される。また、ピーク値Ｐの値Ｐｓ２は閾値ＴＨｐ以下のため、浮遊粒子５０は球形粒子と判断される。また、図６（ｂ）で、信号レベル（縦軸）がほぼゼロのあたりに示されている小さな波形状は、ノイズを示している。図６（ｂ）に示されるように、浮遊粒子５０が球形の場合には、ピーク値Ｐ＝Ｐｓ１及びＰ＝Ｐｓ２のような小さなピーク波形が検出される。または、浮遊粒子５０が球形の場合には、ピーク波形が検出されない。このとき、予め決められた閾値ＴＨｐを用いて、ピーク波形のピーク値Ｐが閾値ＴＨｐを超えたときに、浮遊粒子５０が異形の形状であると判別することができる。ピーク波形のピーク値Ｐが閾値ＴＨｐ以下のときに、浮遊粒子５０が球形の形状であると判別することができる。閾値ＴＨｐは、検出信号以外のノイズレベルより大きく且つ異形粒子の信号Ｓ２４の値Ｓｐのピーク値Ｐよりも十分に小さい値に設定する。
【００４２】
また、異形粒子の異形度合いに応じて偏光解消度が変わる。一般的には、異形粒子の異形度合いが大ききほど、偏光解消度は大きくなる。「異形の程度」とは、球形からどの程度異なるかの程度である。このことから、それに応じて照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と直交する偏光方向（ｘ軸方向）の成分（偏光成分）の大きさが変化する。したがって、異形粒子の異形の度合いに応じて、散乱光検出素子２１から散乱光Ｌｓに応じた信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐが異なる。したがって、異形粒子の異形の度合い判別用の別の閾値を予め設定しておき、この閾値と信号Ｓ２４の値Ｓｐのピーク値Ｐとの大小関係から、異形の度合いを求める。これを浮遊粒子の形状判別の結果情報Ｓ３５として浮遊粒子の種別に用いることもできる。結果情報Ｓ３５は、第２の判別部３５から出力される。
【００４３】
以上で説明した構成では、偏光フィルタ２２は、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と直交する偏光方向（ｘ軸方向）の偏光成分のみを透過するように設定されている。しかし、偏光フィルタ２２を、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と同じ偏光方向（ｙ軸方向）の偏光成分のみを透過するように設定した構成とすることも可能である。この場合には、粒子形状と信号Ｓ２４との関係を予め測定した基準データをメモリなどに記憶しておく。または、粒子形状と信号Ｓ２４との関係を予め算出した基準データをメモリなどに記憶しておく。そして、信号Ｓ２４Ｓｐの値Ｓｐと基準データとを用いて、異形粒子か球形粒子かを判別することができる。
【００４４】
ただし、照射レーザ光Ｌ１の偏光方向（ｙ軸方向）と直交する偏光方向（ｘ軸方向）の偏光成分のみを透過するように偏光フィルタを設定した場合には、異形粒子のときのみに散乱光検出素子２１からの出力信号が現れるようになる。このため、散乱光検出素子２１の出力信号Ｓ２１の有り又は無しの判別によって、浮遊粒子が異形形状か球形形状かを判別することが可能になるという利点がある。そして、浮遊粒子の形状の判別も容易に行うことができるという利点がある。
【００４５】
また、異形の度合いを求めるにあたっては、散乱光検出素子２１から散乱光に応じた信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐが、散乱光Ｌｓの後方散乱光Ｌｂｓに対応する交流成分の信号Ｓａｃのレベル値Ａｋ（ｋは整数）により正規化したもの（すなわち、Ｐ／Ａｋ）であってもよい。以降、正規化した信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐを「正規化ピーク値」と呼ぶ。）。側方散乱光（散乱光Ｌｓ）、及び後方散乱光Ｌｂｓについては、浮遊粒子５０の大きさや粒子の材質の光吸収特性といった種々の要因によっても光量が変化する。それらの要因により散乱光自体の光量変化分も信号Ｓｐの値Ｐに含まれてしまう。
【００４６】
この正規化を行うことで、散乱光自体の光量変化分による信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐの変化をキャンセルできる。そして、閾値ＴＨｐを基準とした信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐの大小判定による異形の度合いの判定ミスを低減することができる。図７は、正規化ピーク値Ｐ／Ａｋを用いる際の実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の構成を概略的に示す図である。図１に示した浮遊粒子検出装置１の構成に比べて、直流交流分離部３２から出力される信号Ｓ３１の直流成分のＳａｃが、第２の判別部３５に入力される構成が追加されている。
【００４７】
図８は、正規化ピーク値を適用した場合の第２の判別部３５の内部の処理を示すブロック図である。また、図９は、第２の判別部３５での内部の処理の流れを示すフローチャートである。ピーク検出部３５０は、信号Ｓ２４の値Ｓｐのピーク値Ｐを検出する。そして、ピーク検出部３５１は、検出信号Ｓ３１の交流成分の信号Ｓａｃのピークであるレベル値Ａｋを検出する（ステップＳＴ１１）。その後、正規化ピーク値算出部３５２は、ピーク値Ｐをレベル値Ａｋで正規化する。そして、正規化ピーク値算出部３５２は、正規化された信号Ｓ３５を出力する（ステップＳＴ１２）。
【００４８】
図１０（ａ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の波形補正部３１に入力されるバックモニタ用受光素子１２の検出波形（電圧信号Ｓ１４）の一例を概略的に示す図である。図１０（ａ）の波形は、閾値ＴＨａよりも小さなピーク波形が３つある。図１０（ａ）で、閾値ＴＨａは信号レベルＤＣに加算される形で示されている。つまり、閾値ＴＨａは信号レベルＤＣを基準とした値である。３つのピーク波形は、後方散乱光Ｌｂｓによるピーク波形である。また、図１０（ａ）で、信号レベル（縦軸）がゼロから信号レベルＤＣの位置に示されている小さな波形状は、ノイズを示している。信号レベルＤＣは、検出信号Ｓ３１の直流成分の信号Ｓｄｃの値である。つまり、バックモニタ用レーザ光Ｌ０による直流成分である。
【００４９】
図１０（ｂ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の波形補正部３１で補正された検出波形（第１の検出信号Ｓ３１）の一例を概略的に示す図である。図１０（ｂ）の波形は、閾値ＴＨａよりも大きなピーク波形が３つある。図１０（ｂ）で、閾値ＴＨａは信号レベルＤＣに加算される形で示されている。つまり、閾値ＴＨａは信号レベルＤＣを基準とした値である。３つのピーク波形は、後方散乱光Ｌｂｓによるピーク波形である。また、図１０（ｂ）で、信号レベル（縦軸）がゼロから信号レベルＤＣの位置に示されている小さな波形状は、ノイズを示している。信号レベルＤＣは、検出信号Ｓ３１の直流成分の信号Ｓｄｃの値である。つまり、バックモニタ用レーザ光Ｌ０による直流成分である。
【００５０】
図１０（ｃ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の直流交流分離部３２で生成された交流成分の信号Ｓａｃの波形を概略的に示す図である。図１０（ｃ）の波形は、閾値ＴＨａよりも大きなピーク波形が３つある。図１０（ｃ）では、閾値ＴＨａは信号レベルがゼロの値を基準とした値である。３つのピーク波形は、後方散乱光Ｌｂｓによるピーク波形である。また、図１０（ｃ）で、信号レベル（縦軸）がゼロの位置に示されている小さな波形状は、ノイズを示している。３つのピーク波形の振幅Ａｎ（ｎ＝１，２，３）は、浮遊粒子５０の粒子サイズを表わしている。また、ピーク波形の個数は、浮遊粒子５０の数を表わしている。ピーク波形の頻度は、浮遊粒子５０の濃度を表わしている。
【００５１】
図１０（ｄ）は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の直流交流分離部３２で生成された直流成分の信号Ｓｄｃの波形を概略的に示す図である。また、図１０（ｄ）で、信号レベル（縦軸）がゼロから信号レベルＤＣの位置に示されている小さな波形状は、ノイズを示している。信号レベルＤＣは、検出信号Ｓ３１の直流成分の信号Ｓｄｃの値である。
【００５２】
図１０（ａ）から図１０（ｄ）において、横軸は時間を示し、縦軸は信号の値（信号レベル）を示す。また、図１０（ａ）から図１０（ｄ）における直流成分の波形の小さな揺らぎは、ノイズを示す。また、図１０（ａ）から図１０（ｃ）における大きなピーク波形（大きな揺らぎ）には、便宜上、小さな揺らぎ（ノイズ）は描かれていないが、実際には大きなピーク波形にもノイズの波形（小さな揺らぎ）が重なっている。
【００５３】
浮遊粒子５０による散乱光Ｌｓの内の後方に向かう後方散乱光Ｌｂｓは、集光レンズ１３を透過してバックモニタ用受光素子１２に向けて進む。つまり、散乱光Ｌｓは、複数の浮遊粒子５０の各々からさまざまな角度（方位）に伝搬している。このため、散乱光Ｌｓの一部が直接バックモニタ用受光素子１２に向かう後方散乱光Ｌｂｓとなる。そして、後方散乱光Ｌｂｓはレーザ光照射部１０に入射する。これにより、バックモニタ用受光素子１２の電流信号Ｓ１２の出力値Ｓｄｃから散乱光Ｌｓを検出することが可能である。
【００５４】
また、別の方法として、散乱光Ｌｓが直接バックモニタ用受光素子１２に入射させず、レーザ発光素子１１の前側端面に戻り光として入射される。これにより、レーザ発光素子１１のバックモニタ用受光素子１２に向かう後方端面からの出射光量もそれに応じて変化する。これを、バックモニタ用レーザ光Ｌ０の揺らぎとも言う。この現象を利用して、バックモニタ用受光素子１２の出力値Ｓｄｃ（検出信号Ｓ３１の直流成分）から散乱光Ｌｓを検出することができる。一般に、出射光Ｌ１の一部が反射してレーザ発光素子１１の前側端面に入射すると、これによる半導体レーザチップ内の光強度分布が乱されてレーザ発振状態も変動する。これに伴って、レーザ発光素子１１のバックモニタ用受光素子１２側の後方端面からの出射光量も変動する。実施の形態１においては、このようなバックモニタ用レーザ光Ｌ０の揺らぎを利用することもできる。
【００５５】
実施の形態１は、浮遊粒子５０からの散乱光Ｌｓをレーザ発光素子１１に向かう戻り光として、光源側のバックモニタ用受光素子１２で自己検出している。レーザ発光素子１１は、照射用の光源である。これによって、浮遊粒子検出装置１は、浮遊粒子５０の存在を検出し、又は、浮遊粒子５０のサイズを検出する。このことにより、従来、受光側において必要になっていた散乱光Ｌｓの２つの検出光学系の内の１つが不要となる。このため、実施の形態１においては、浮遊粒子検出装置１は、散乱光受光部２０を設けるだけで、浮遊粒子５０の種類を判別することができる。散乱光受光部２０は、１つの偏光成分を検出する検出光学系である。以下に具体的に説明する。
【００５６】
第１の判別部３４は、一般的に、浮遊粒子５０のサイズ（径）が大きいほど散乱光Ｌｓの強度が大きくなることを利用して、浮遊粒子５０のサイズを判別している。バックモニタ用受光素子１２の検出信号Ｓ３１を交流成分の信号Ｓａｃは、浮遊粒子５０での散乱に応じて変化する。つまり、第１の判別部３４は、検出信号Ｓ３１を交流の信号Ｓａｃの信号変化レベルと、予め設定された判別用の閾値との大小関係から浮遊粒子５０のサイズを判別している。第３の判別部３６は、これを浮遊粒子サイズ判別の結果情報Ｓ３４として受け取り、浮遊粒子５０の種別の判別に用いる。また、第１の判別部３４は、浮遊粒子５０のサイズ毎に、検出信号Ｓ３１を交流成分の信号Ｓａｃの信号変化の回数をカウントする。これにより、第３の判別部３６は、浮遊粒子５０の個数又はある大気容積中の浮遊粒子５０の数として浮遊粒子５０の数量を計算することができる。
【００５７】
図１０（ａ）から図１０（ｄ）を使って具体的に説明する。バックモニタ用受光素子１２の検出信号Ｓ１４は、浮遊粒子５０の形状にかかわらず、散乱光Ｌｓがレーザ光照射部１０に戻ることによって、浮遊粒子５０で散乱が起こる度に図１０（ａ）のような揺らぎ（ピーク波形）が現れる。つまり、散乱光Ｌｓがレーザ光照射部１０に戻ることによって、検出信号Ｓ１４には、浮遊粒子５０で散乱が起こる度に図１０（ａ）のような揺らぎ（ピーク波形）が現れる。この揺らぎ（ピーク波形）は、浮遊粒子５０の形状に関係しない。図１０（ａ）には、揺らぎ（ピーク波形）が３か所現れている。図１０（ａ）のピーク波形の最大値は、閾値ＴＨａよりも小さい。ただし、図１０（ａ）から図１０（ｄ）においては、揺らぎ（ピーク波形）は、増加した変化（プラス側のピーク波形）で表示している。しかし、レーザ発光素子１１の特性によって減少する場合には、これに準じて、揺らぎ変化の極性が上記の場合と逆（マイナス側のピーク波形）であってよい。この揺らぎ（ピーク波形）の振幅は、一般的に小さい。このため、他の比較的に高周波なノイズ成分の振幅レベルと判断が付きにくい場合がある。その場合には、例えば、波形補正部３１は、揺らぎ（ピーク波形）の信号成分を強調する波形補正部を構成することができる。揺らぎ（ピーク波形）の信号成分を強調することで、波形を図１０（ｂ）のように補正することができる（信号Ｓ３１）。図１０（ｂ）のピーク波形の最大値は、閾値ＴＨａよりも大きい。次に、信号Ｓ３１は、直流交流分離部３２で、ＡＣ成分（交流成分）の信号ＳａｃとＤＣ成分（直流成分）の信号Ｓｄｃとに分離される。図１０（ｃ）では、信号Ｓ３１の交流成分の信号Ｓａｃが示されている。図１０（ｃ）においては、浮遊粒子５０がいずれの形状であっても、それぞれ信号Ｓａｃのピーク波形の信号レベルＡｉ及びＡｋが検出される。添え字ｉ及び添え字ｋは、１以上の整数である。図１０（ｃ）では、信号レベルＡ１、信号レベルＡ２及び信号レベルＡ３が示されている。これら信号レベルＡｉ及び信号レベルＡｋは、その浮遊粒子５０の径に応じた出力レベルとなる。
【００５８】
よって、信号レベルＡｉ及び信号レベルＡｋと、予め設定された判別用の閾値ＴＨａとの大小関係から、浮遊粒子５０のサイズを判別することができる。また、図１０（ｃ）の波形を利用して、第１の判別部３４は、浮遊粒子５０のサイズ毎に信号波形の閾値ＴＨａを超えるピーク波形の回数をカウントするか、単位時間当たりの回数（発生頻度）を計測する。これにより、浮遊粒子５０の個数又はある大気容積中（単位容積中）の浮遊粒子数として浮遊粒子５０の数量（濃度）を計算することができる。
【００５９】
次に、第１の判別部３４での浮遊粒子５０の濃度の判別方法について説明する。図１０（ｄ）では、信号Ｓ３１の直流成分の信号Ｓｄｃが示されている。バックモニタ値保持部３３は、図１０（ｄ）に示された信号Ｓｄｃの値Ｄｐ（保持値）をあるタイミングで保持する。値Ｄｐの保持のタイミングは、例えば、浮遊粒子検出装置１の起動時のタイミングである。または、値Ｄｐの保持のタイミングは、浮遊粒子検出装置１で設定されるべき検出時の照射光（照射レーザ光Ｌ１）を必要なパワーに補正するタイミングなどである。必要なパワーに補正するタイミングは、例えば、出荷時のパワー補正のタイミングである。このパワー補正は、急激な照射部（レーザ光照射部１０）の光出射効率の低下が起こらない限り行う必要はない。つまり、このパワー補正は、必要に応じて間欠的に行えばよい。次のパワー補正処理まで、バックモニタ値保持部３３に更新前の検出信号Ｓｄｃの値Ｄｐが保持される。また、パワー補正の時間間隔は、検出を開始してから最終的に浮遊粒子５０の種別が判別されるまでを１回の検出工程とすると、少なくとも１回の検出工程に要する時間以上であることが望ましい。つまり、パワー補正の時間間隔は、短くても１回の検出で１回となる。
【００６０】
保持値Ｄｐ及び検出信号Ｓｄｃの値は、第１の判別部３４に入力される。そして、保持値Ｄｐ及び検出信号Ｓｄｃの値は、浮遊粒子５０の濃度の判別に利用される。上記の説明においては、浮遊粒子５０の飛散濃度が比較的低い場合を想定している。しかしながら、飛散する浮遊粒子５０が、例えば、「タバコの煙」のように密集して飛散している場合には、照射レーザ光Ｌ１が一度に数多くの浮遊粒子５０に照射される。このため、戻り光（後方散乱光Ｌｂｓ）のレベルは、時間平均的に変化する。すなわち、浮遊粒子５０の１つ１つに対応した波形とはならず、信号ＳｄｃであるＤＣ成分（直流成分）の変化として検出される。
【００６１】
よって、保持値Ｄｐから、どの程度だけ検出信号Ｓｄｃの値が変化したかをモニタする。このモニタによって、飛散濃度が高い浮遊粒子５０が検出されていることを判別することができる。すなわち、図１０（ｄ）に示す信号Ｓｄｃの値ＤＣ（現状の直流成分の値）が、時間の経過に伴い、保持値Ｄｐを基準にして緩やかに変化しているときに、第１の判別部３４は、飛散濃度が高い浮遊粒子５０であることを判別できる。さらに、第１の判別部３４は、その変化の度合いに応じて、浮遊粒子５０の飛散の濃度を判別することも可能となる。
【００６２】
図１１は、第１の判別部３４の内部の処理を示すブロック図である。また、図１２は、第１の判別部３４の内部の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６３】
第１の判別部３４では、レベル値Ｄｐを、値Ｓｄｃで正規化した値Ｓｄｃ／Ｄｐを算出する（ステップＳＴ２１）。レベル値Ｄｐは、バックモニタ値保持部３３から出力されるレベル値である。値Ｓｄｃは、直流交流分離部３２から出力される直流成分の値である。ピーク検出部３４１は、直流交流分離部３２から出力される交流成分の値Ｓａｃのピーク値Ａｋを検出する（ステップＳＴ２２）。レベル比較部３４２は、ピーク値Ａｋと閾値ＴＨａのそれぞれとの大小比較を行なう（ステップＳＴ２３）。閾値ＴＨａは、閾値記憶部３４３に予め記憶された閾値である。閾値ＴＨａは、例えば、後述するＴＨａ２５、ＴＨａ１００、ＴＨａ２５０、ＴＨａ４００である。粒子サイズ判定部３４４は、値Ｓｄｃ／Ｄｐとレベル比較部３４２の比較結果に基づいて、粒子サイズを判定する（ステップＳＴ２４）。その判定結果は、値Ｓ３４として、第１の判別部３４から出力される。また、検出数カウント部３４５は、ピーク検出部３４１でピーク波形の検出回数をカウントする。そして、濃度算出部３４６は、ピーク検出部３４１から検出回数の値を受け取る。濃度算出部３４６は、単位時間あたりの回数（発生頻度）を算出する。
【００６４】
第３の判別部３６は、第２の判別部３５の浮遊粒子５０の形状判別の結果情報Ｓ３５と、第１の判別部３４の浮遊粒子５０のサイズ判別の結果情報Ｓ３４とに基づいて、浮遊粒子５０の種別を判別する。そして、第３の判別部３６は、判別結果Ｓ３６を出力する。第３の判別部３６は、記憶部３６ａを有している。
【００６５】
図１３は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の直流交流分離部３２で生成された交流成分のピーク波形と閾値ＴＨａ２５，ＴＨａ１００，ＴＨａ２５０，ＴＨａ４００との関係を概略的に示す図である。また、図１４は、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の第３の判別部３６の浮遊粒子５０の形状と浮遊粒子のサイズの組み合わせによる浮遊粒子５０の種別の判別例を示す図である。
【００６６】
図１３及び図１４では、「タバコの煙」、「ＰＭ２．５」、「ＰＭ１０」、「花粉」及び「ハウスダスト」を判別する場合を説明する。
【００６７】
図１３は、浮遊粒子検出装置１の直流交流分離部３２で生成された交流成分の波形（信号Ｓａｃ）と閾値ＴＨａとの関係を概略的に示す図である。図１３には、５つのピーク波形が示されている。第１のピーク波形は、ＰＭ２．５を示している。第１のピーク波形の振幅Ａ１１は、閾値ＴＨａ２５以下である。つまり、第１のピーク波形の振幅Ａ１１は、Ａ１１≦ＴＨａ２５の関係が成り立つ。第２のピーク波形は、ＰＭ１０を示している。第２のピーク波形の振幅Ａ１２は、閾値ＴＨａ２５よりも大きい。また、第２のピーク波形の振幅Ａ１２は、閾値ＴＨａ１００以下である。つまり、第２のピーク波形の振幅Ａ１２は、ＴＨａ２５＜Ａ１２≦ＴＨａ１００の関係が成り立つ。第３のピーク波形は、ハウスダスト又は花粉を示している。第３のピーク波形の振幅Ａ１３は、閾値ＴＨａ１００よりも大きい。また、第３のピーク波形の振幅Ａ１３は、閾値ＴＨａ２５０以下である。つまり、第３のピーク波形の振幅Ａ１３は、ＴＨａ１００＜Ａ１３≦ＴＨａ２５０の関係が成り立つ。第４のピーク波形は、ハウスダスト又は花粉を示している。第４のピーク波形の振幅Ａ１４は、閾値ＴＨａ２５０よりも大きい。また、第４のピーク波形の振幅Ａ１４は、閾値ＴＨａ４００以下である。つまり、第４のピーク波形の振幅Ａ１４は、ＴＨａ２５０＜Ａ１４≦ＴＨａ４００の関係が成り立つ。第５のピーク波形は、ハウスダストを示している。第５のピーク波形の振幅Ａ１５は、閾値ＴＨａ４００よりも大きい。つまり、第５のピーク波形の振幅Ａ１５は、ＴＨａ４００＜Ａ１５の関係が成り立つ。また、図１３で、信号レベル（縦軸）がゼロの位置に示されている小さな波形状は、ノイズを示している。
【００６８】
「タバコの煙」は、一般的に、浮遊粒子径が０．５μｍ以下であり、その飛散濃度が高いという特徴がある。「ＰＭ２．５」は、浮遊粒子径が２．５μｍ以下の浮遊粒子５０が対象となる。また、「ＰＭ１０」は、浮遊粒子径が１０μｍ以下の浮遊粒子５０が対象となる。「花粉」は、その形状が比較的球形に近い形状であるという特徴がある。ダニの死骸及び埃などの「ハウスダスト」は、その形状が球形である可能性は少なく、異形に分類されるという特徴がある。これらは、概ね浮遊粒子径により分類することができる。しかし、「花粉」及び「ハウスダスト」は、同様の大きさに分布し得る。このため、「花粉」及び「ハウスダスト」は、大きさ以外の基準によって判別する必要がある。大きさ以外の基準は、例えば、それらの形状によって判別する必要がある。
【００６９】
図１４は、浮遊粒子検出装置１の第３の判別部の浮遊粒子５０の形状と浮遊粒子５０のサイズの組み合わせによる浮遊粒子５０の種別の判別例を示す図である。図１４において、値Ｄｐは、パワー補正後の検出信号Ｓｄｃの保持値である。ＴＨｃは、「タバコの煙」を判別するための閾値である。Ａｎ（ｎは、整数）は、信号Ｓａｃの値である。また、ＴＨａ２５、ＴＨａ１００、ＴＨａ２５０及びＴＨａ４００は、それぞれ浮遊粒子径が２．５μｍ以下、１０μｍ以下、２５μｍ以下、４０μｍ以下であることを判別するために使用される閾値である。つまり、ＴＨａ２５は、浮遊粒子径が２．５μｍ以下であることを判別するために使用される閾値である。ＴＨａ１００は、浮遊粒子径が１０μｍ以下であることを判別するために使用される閾値である。ＴＨａ２５０は、浮遊粒子径が２５μｍ以下であることを判別するために使用される閾値である。ＴＨａ４００は、浮遊粒子径が４０μｍ以下であることを判別するために使用される閾値である。また、値Ｐは、信号Ｓ２４の値Ｓｐのピーク値である。ＴＨｐは、値Ｓｐのピーク値Ｐについて異形度合いを判別するための閾値である。ピーク値Ｐが閾値ＴＨｐ以下の場合には、浮遊粒子５０を球形と判別する。また、ピーク値Ｐが閾値ＴＨｐより大きい場合には、浮遊粒子５０を異形と判別する。閾値ＴＨａ２５，ＴＨａ１００，ＴＨａ２５０，ＴＨａ４００は、次の２つの結果（値）の一方又は両方を元にして設定される。第１に、浮遊粒子５０のサイズと信号Ｓａｃの値Ａｎ（例えば、値Ａｉ又は値Ａｋ）との関係を予め測定した結果である。第２に、浮遊粒子５０のサイズと光の散乱に関する一般的な物理理論とから得られる、浮遊粒子５０のサイズと信号Ｓａｃの値Ａｎ（例えば、値Ａｉ又は値Ａｋ）との関係の予測値である。図１４の情報は、例えば、記憶部３６ａに予め記憶されている。
【００７０】
図１４に示されるように、判別結果情報Ｓ３４、及び、判別結果情報Ｓ３５に基づいて、第３の判別部３６は、浮遊粒子５０が、「タバコの煙」、「花粉」又は「ハウスダスト」のいずれの種別であるかを判別する。第３の判別部３６は、判別結果情報Ｓ３６を出力する。第３の判別部３６は、浮遊粒子５０の種別判別部である。判別結果情報Ｓ３４は、第１の判別部３４における判別結果の情報である。判別結果情報Ｓ３５は、第２の判別部３５における判別結果の情報である。
【００７１】
以上に述べたように、実施の形態１においては、浮遊粒子検出装置１は、結果情報Ｓ３５と結果情報Ｓ３４との組み合わせによって、浮遊する浮遊粒子５０の種別を判別することができる。結果情報Ｓ３５は、浮遊粒子５０の形状判別の結果情報である。結果情報Ｓ３４は、浮遊粒子５０のサイズ判別の結果情報である。
【００７２】
実施の形態１においては、散乱光受光部２０は、レンズ２３と偏光フィルタ２２と散乱光検出素子２１で構成されている。しかし、実施の形態１の発明は、これに限定されるものではない。例えば、レンズ２３を省略して散乱光Ｌｓを直接に偏光フィルタ２２と散乱光検出素子２１とで検出する構成であってもよい。また、偏光フィルタ２２と散乱光検出素子２１とは、一体化された構成であってもよい。
【００７３】
また、図１においては、散乱光受光部２０は、照射側の光（照射レーザ光Ｌ１）の進行方向に対して斜め（例えば、３０度程度の傾き）にしてこの方位の散乱光（散乱光Ｌｓ）を検出する構成としている。しかし、実施の形態１は、これに限定されるものではない。散乱光受光部２０は、いずれの角度又は方位に配置されている構成であってもよい。また、偏光フィルタ２２の代わりに、偏光プリズム又は平板型偏光ビームスプリッタなどの特定の偏光方向の光を選択可能な他の光学部品を適用して、所望の偏光方向の散乱光を散乱光検出素子２１に導いてもよい。ここで「所望の偏光方向」とは、浮遊粒子５０の形状を判別するのに適した偏光方向を示す。実施の形態１では、「所望の偏光方向」は、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と直交した関係の偏光成分の方向である。
【００７４】
また、実施の形態１においては、集光レンズ１３により照射レーザ光Ｌ１は、集光光束に変換されている。しかし、実施の形態１の発明はこれに限定されない。レーザ光照射部１０への戻り光（後方散乱光Ｌｂｓ）が得られる構造であれば、集光レンズ１３から出射される照射レーザ光Ｌ１は集光光束以外の光束であってもよい。
【００７５】
また、実施の形態１において、レーザ光照射部１０は、偏光フィルタ１７をバックモニタ用受光素子１２の前側に追加して配置させる構成であってもよい。図１５は、偏光フィルタ１７をバックモニタ用受光素子１２の前側に追加した構成を概略的に示す図である。偏光フィルタ１７は、バックモニタ用受光素子１２に入射する光のうち、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と同じ（すなわち平行した）関係の偏光成分のみを透過する。照射レーザ光Ｌ１は、後方散乱光Ｌｂｓの照射光である。これにより、浮遊粒子５０が異形形状であるときに、バックモニタ用受光素子１２で受光される後方散乱光Ｌｂｓは、照射レーザ光Ｌ１（照射光）の偏光成分と直交した関係の偏光成分がカットされる。つまり、バックモニタ用受光素子１２は、照射レーザ光Ｌ１（照射光）の偏光成分と同じ（すなわち平行した）関係の偏光成分のみの後方散乱光Ｌｂｓを受光できる。
【００７６】
散乱光Ｌｓは、後方散乱光Ｌｂｓとしてバックモニタ用受光素子１２に入射される。レベル値Ａｋは、散乱光Ｌｓの後方散乱光Ｌｂｓに対応する交流成分Ｓａｃのレベル値である。浮遊粒子５０が異形形状であるとき、レベル値Ａｋ（ｋは整数）は、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と直交した関係の偏光成分と、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と同じ（すなわち平行した）関係の偏光成分とを含んだ値となる。
【００７７】
いま、浮遊粒子５０が異形形状であるとき、散乱光Ｌｓの後方散乱光Ｌｂｓのうち、照射レーザ光Ｌ１（照射光）の偏光成分と平行した関係の偏光成分の信号をＳａとする。異形形状である浮遊粒子５０からの散乱光Ｌｓの後方散乱光Ｌｂｓのうち照射レーザ光Ｌ１（照射光）の偏光成分と直交した関係の偏光成分による信号をＳｐｂとする。浮遊粒子５０が異形形状である場合には、バックモニタ用受光素子１２に入射される散乱光からの信号Ｓａｃは、Ｓａｃ＝Ｓａ＋Ｓｐｂで表わされる。信号Ｓａｃは、検出信号Ｓ３１の交流成分の信号である。
【００７８】
偏光フィルタを設けない場合には、検出信号Ｓ２４の正規化ピーク値（正規化された異形の度合いを表す値Ｐ）は、Ｓｐ／（Ｓａ＋Ｓｐｂ）となる。値Ｐを示す式の分母と分子とに照射レーザ光Ｌ１の偏光成分と直交した関係の偏光成分が含まれて計算される。このため、値Ｐを示す式は、理想的な照射レーザ光Ｌ１の偏光成分に対して直交した関係の偏光成分と、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分に対して同じ関係の偏光成分との比率から誤差が発生する。
【００７９】
これに対し、偏光フィルタを設けた場合には、検出信号Ｓ２４の正規化ピーク値は、Ｓｐ／Ｓａとなる。このため、値Ｐを示す式の分母は照射レーザ光Ｌ１の偏光成分の値Ｓａである。値Ｐを示す式の分子は照射レーザ光Ｌ１に対して直交した関係の偏光成分の値Ｓｐである。値Ｐを示す式は、値Ｓａと値Ｓｐとに分離されて計算される。このため、理想的な照射レーザ光Ｌ１の偏光成分に対して直交した関係の偏光成分の値Ｓａと、照射レーザ光Ｌ１の偏光成分に対して同じ関係の偏光成分の値Ｓｐとの比率を精度良く保つことができる。
【００８０】
従来（特許文献１）の浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子の形状を判別するために、受光側で複数の検出光学系を必要としていた。これらの検出光学系は、散乱光の２つの偏光成分を個別に検出している。一方、以上に説明した実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１は、１つの偏光成分を検出する検出光学系のみにした簡素な構成を実現できる。また、浮遊粒子検出装置１は、光源側の戻り光を利用して浮遊粒子の存在又は浮遊粒子サイズを検出する。浮遊粒子検出装置１は、これらの検出結果を用いて浮遊粒子の種別を判別できる。
【００８１】
実施の形態１の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の検出を１つの散乱光受光部で行い、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する後方散乱光の検出をレーザ光照射部の一部であるバックモニタ用受光素子で行うので、装置の構成の増加を抑制することができ、その結果、装置の構成の簡素化を実現することができる。
【００８２】
また、実施の形態１の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の偏光成分の検出結果に基づいて浮遊粒子の形状を判別し、バックモニタ用受光素子の出力の内の浮遊粒子に起因するピーク波形の振幅に基づいて浮遊粒子のサイズを判別し、及び、ピーク波形の個数又は発生頻度に基づいて浮遊粒子の個数又は濃度を判別し、これらの判別結果に基づいて浮遊粒子の種類を判別することができる。
【００８３】
実施の形態２．
図１６は、本発明の実施の形態２に係る浮遊粒子検出装置２の構成を概略的に示す図である。図１６において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１における符号と同じ符号を付しその説明を省略する。図１と同一又は対応する構成要素は、レーザ光照射部１０、散乱光受光部２０、判別処理部３０、発光素子制御部４０及び電流電圧変換部１４，２４である。レーザ光照射部１０の図１と同一又は対応する構成要素は、レーザ発光素子１１、バックモニタ用受光素子１２及び集光レンズ１３である。散乱光受光部２０の図１と同一又は対応する構成要素は、散乱光検出素子２１、偏光フィルタ２２及びレンズ２３である。判別処理部３０の図１と同一又は対応する構成要素は、波形補正部３１、直流交流（ＤＣ／ＡＣ）分離部３２、バックモニタ値保持部３３、第１の判別部３４、第２の判別部３５及び第３の判別部３６である。
【００８４】
実施の形態２に係る浮遊粒子検出装置２は、レンズ１５及びミラー１６を有する点において、図１に示される実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１と相違する。レンズ１５は、照射レーザ光Ｌ１を平行光束にする。ミラー１６は、レンズ１５で平行光束に変換された照射レーザ光Ｌ１を反射してレーザ光照射部１０に戻す。
【００８５】
レーザ発光素子１１の出射端面とミラー１６とは、外部共振系を構成している。被検出領域５１は外部共振系の中に存在する。このため、被検出領域５１内の浮遊粒子５０によって外部共振状態が変動する。その結果、バックモニタ用受光素子１２は、揺らぎを検出する。実施の形態２においては、この揺らぎを利用して得られた信号Ｓａｃ及び信号Ｓｄｃを第１の判別部３４に与える。この点を除き、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。
【００８６】
従来（特許文献１）の浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子の形状を判別するために、受光側で複数の検出光学系を必要としていた。これらの検出光学系は、散乱光の２つの偏光成分を個別に検出している。一方、以上に説明した実施の形態２に係る浮遊粒子検出装置２は、１つの偏光成分を検出する検出光学系のみにした簡素な構成を実現できる。また、浮遊粒子検出装置２は、光源側の戻り光を利用して浮遊粒子の存在又は浮遊粒子サイズを検出する。浮遊粒子検出装置２は、これらの検出結果を用いて浮遊粒子の種別を判別できる。
【００８７】
実施の形態２の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の検出を１つの散乱光受光部で行い、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する後方散乱光の検出をレーザ光照射部の一部であるバックモニタ用受光素子で行うので、装置の構成の増加を抑制することができ、その結果、装置の構成の簡素化を実現することができる。
【００８８】
また、実施の形態２の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の偏光成分の検出結果に基づいて浮遊粒子の形状を判別し、バックモニタ用受光素子の出力の内の浮遊粒子に起因するピーク波形の振幅に基づいて浮遊粒子のサイズを判別し、及び、ピーク波形の個数又は発生頻度に基づいて浮遊粒子の個数又は濃度を判別し、これらの判別結果に基づいて浮遊粒子の種類を判別することができる。
【００８９】
実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置３の構成を概略的に示す図である。図１７において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１における符号と同じ符号を付しその説明を省略する。図１と同一又は対応する構成要素は、レーザ光照射部１０、散乱光受光部２０、判別処理部３０、発光素子制御部４０及び電流電圧変換部１４，２４である。レーザ光照射部１０の図１と同一又は対応する構成要素は、レーザ発光素子１１、バックモニタ用受光素子１２及び集光レンズ１３である。散乱光受光部２０の図１と同一又は対応する構成要素は、散乱光検出素子２１、偏光フィルタ２２及びレンズ２３である。判別処理部３０の図１と同一又は対応する構成要素は、波形補正部３１、直流交流（ＤＣ／ＡＣ）分離部３２、バックモニタ値保持部３３、第１の判別部３４、第２の判別部３５及び第３の判別部３６である。
【００９０】
実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置３は、容器６０を備える点において、実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１と相違する。容器６０は、液体又は気体を収容する透光性の容器である。また、容器６０は、液体又は気体を流す流路に設けられた透光性の容器であっても良い。「容器」とは、一般的には物を入れる器のことである。しかし、ここでは、「容器」を液体又は気体を一定の領域内に制限するものとして説明する。つまり、「容器」は、浮遊粒子５０を含む液体又は気体が「容器」で制限された領域以外の領域に移動することを規制している。被検出領域５１は、容器６０に収容された液体中の領域にある。被検出領域５１には、浮遊粒子５０が存在する
【００９１】
また、実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置３は、収差補正部６１を有してもよい。収差補正部６１は、容器６０の照射レーザ光Ｌ１が通過する位置に設けられている。収差補正部６１は、照射レーザ光Ｌ１の収差を補正する。収差補正部６１は、例えば、レンズ構造である。
【００９２】
ここでは、浮遊粒子５０を含む液体として説明する。浮遊粒子５０を含む液体は、容器６０内に収容される。容器６０の部材は、照射レーザ光Ｌ１を透過する特性を有する。収差補正部６１は、容器６０の照射レーザ光Ｌ１の入射面の位置に設けられている。収差補正部６１は、立体的な形状が形成されている。収差補正部６１は、照射レーザ光Ｌ１が液体中で所望の品質で集光できるように収差を補正する形状を有する。ここで、「所望の品質」とは、被検査物である浮遊粒子５０の判別に適した集光径又は収差の低減等を意味する。容器６０としては、例えば、中空の円柱状容器、中空の直方体形状の容器又は中空の多角柱体状の容器などを使用できる。容器６０の形状は特に限定されない。集光レンズ１３で集光された照射レーザ光Ｌ１は、容器６０の部材を透過するときに、液体中の集光品質が劣化する。この集光品質の劣化は、容器６０の厚み、容器６０の屈折率、及び液体の屈折率等の影響によるものである。例えば、容器６０の形状が単純な平面であったとしても、照射レーザ光Ｌ１は、これらの影響を受ける。収差補正部６１は、この集光品質の劣化を防ぐためのものである。容器６０の入射側の形状（収差補正部６１の形状）は、所望の品質で集光できるように収差を補正する形状を有している。収差補正部６１としては、例えば、凸レンズ状又は半円球状などの形状を利用できる。
【００９３】
以上に説明したように、実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置３は、２つの偏光成分を個別に検出する複数の検出光学系を必要としない簡素な光学構成である。また、浮遊粒子検出装置３は、容器６０の中の液体に含まれる検出対象物の浮遊粒子５０に、集光した照射レーザ光Ｌ１を照射させることができる。そして、浮遊粒子検出装置３は、浮遊粒子５０からの戻り光の強度を大きくすることができる。これにより、レーザ光照射部１０への戻り光（散乱光）を効率よく戻すことができる。このために、浮遊粒子検出装置３は、液体中の浮遊粒子５０の検出感度を大きく維持することが可能となる。
【００９４】
上記以外の点については、実施の形態３は、上記実施の形態１又は２と同様である。実施の形態３には、実施の形態１又は２で説明した種々の変形を適用できる。
【００９５】
従来（特許文献１）の浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子の形状を判別するために、受光側で複数の検出光学系を必要としていた。これらの検出光学系は、散乱光の２つの偏光成分を個別に検出している。一方、以上に説明した実施の形態３に係る浮遊粒子検出装置３は、１つの偏光成分を検出する検出光学系のみにした簡素な構成を実現できる。また、浮遊粒子検出装置３は、光源側の戻り光を利用して浮遊粒子の存在又は浮遊粒子サイズを検出する。浮遊粒子検出装置３は、これらの検出結果を用いて浮遊粒子の種別を判別できる。
【００９６】
実施の形態３の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の検出を１つの散乱光受光部で行い、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する後方散乱光の検出をレーザ光照射部の一部であるバックモニタ用受光素子で行うので、装置の構成の増加を抑制することができ、その結果、装置の構成の簡素化を実現することができる。
【００９７】
また、実施の形態３の発明においては、レーザ光を浮遊粒子に照射したときに発生する散乱光の偏光成分の検出結果に基づいて浮遊粒子の形状を判別し、バックモニタ用受光素子の出力の内の浮遊粒子に起因するピーク波形の振幅に基づいて浮遊粒子のサイズを判別し、及び、ピーク波形の個数又は発生頻度に基づいて浮遊粒子の個数又は濃度を判別し、これらの判別結果に基づいて浮遊粒子の種類を判別することができる。
【００９８】
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【符号の説明】
【００９９】
１，２，３  浮遊粒子検出装置、  １０  レーザ光照射部、  １１  レーザ発光素子、  １２  バックモニタ用受光素子、  １３  集光レンズ、  １４  電流電圧変換部、  １５  レンズ、  １６  ミラー、  ２０  散乱光受光部、  ２１  散乱光検出素子、  ２２  偏光フィルタ、  ２３  レンズ、  ２４  電流電圧変換部、  ３０  判別処理部、  ３１  波形補正部、  ３２  直流交流分離部、  ３３  バックモニタ値保持部、  ３４  第１の判別部、  ３５  第２の判別部、  ３６  第３の判別部、  ３６ａ  記憶部、  ４０  発光素子制御部、  ５０  浮遊粒子、  ５１  被検出領域、  ６０  容器、  ６１  収差補正部、  Ｌ０  バックモニタ用レーザ光、  Ｌ１  照射レーザ光、  Ｌｓ  散乱光、  Ｌｂｓ  後方散乱光。
【図１】
2015156037.tif 000003
【図２】
2015156037.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月1日(2016.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、
前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部と
を備え、
前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記バックモニタ用レーザ光と、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の前記散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光とを含む
ことを特徴とする浮遊粒子検出装置。
【請求項２】
前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の前記散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう前記後方散乱光が前記レーザ光照射部の前記レーザ発光素子の前記前側端面に入射したことによる前記バックモニタ用レーザ光の揺らぎを前記浮遊粒子の種類の判別に用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項３】
前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記後方散乱光の内の前記バックモニタ用受光素子に入射する成分と前記後方散乱光の内の前記レーザ発光素子の前記前側端面に入射する成分との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項４】
前記散乱光受光部は、
前記照射レーザ光の前記散乱光の内の予め決められた偏光成分の光のみを透過させる偏光フィルタと、
前記偏光フィルタを透過した偏光成分の光を受光して前記第２の検出信号を生成する散乱光検出素子と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項５】
前記照射レーザ光の前記散乱光の内の予め決められた偏光成分の光は、前記レーザ発光素子から出射した前記照射レーザ光の偏光方向と直交する偏光方向を持つ直線偏光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項６】
前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方を検出する第１の判別部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項７】
前記判別処理部は、前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号を前記バックモニタ用レーザ光に対応する第１の直流成分と前記レーザ光照射部に向かう前記後方散乱光に対応する交流成分とに分離する直流交流分離部をさらに有し、
前記第１の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記第１の直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項８】
前記判別処理部は、
前記バックモニタ用受光素子で生成される前記第１の検出信号の波形を、前記バックモニタ用レーザ光に対応する第１の直流成分よりも前記後方散乱光に対応する交流成分を強調するように補正する波形補正部と、
前記波形補正部によって補正された前記第１の検出信号を前記第１の直流成分と前記交流成分とに分離する直流交流分離部と
をさらに有し、
前記第１の判別部による前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方の検出は、前記直流交流分離部によって分離された前記第１の直流成分と前記交流成分とに基づいて行われる
ことを特徴とする請求項６に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項９】
前記判別処理部は、前記第１の直流成分を、第２の直流成分として、予め決められた時点で保持するバックモニタ値保持部をさらに有することを特徴とする請求項７又は８に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１０】
前記バックモニタ値保持部に保持された前記第２の直流成分に基づいて、前記レーザ発光素子の駆動を制御する発光素子制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１１】
前記第１の判別部は、前記バックモニタ値保持部に保持された前記第２の直流成分と、前記直流交流分離部によって分離された現在の前記第１の直流成分との比較結果に基づいて、前記浮遊粒子の判別を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１２】
前記判別処理部は、前記散乱光受光部で生成される前記第２の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第２の判別部を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１３】
前記判別処理部は、
前記散乱光受光部で生成される前記第２の検出信号に基づいて、前記浮遊粒子の形状を判別する第２の判別部と、
前記第１の判別部から得られる前記浮遊粒子のサイズ及び濃度の少なくとも一方と、前記第２の判別部から得られる前記浮遊粒子の形状とに基づいて、前記浮遊粒子の種類を判別する第３の判別部と、
を含むことを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１４】
前記照射レーザ光の内の前記被検出領域を通過して進むレーザ光の進行方向を前記レーザ発光素子に向かう方向に変える光反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１５】
前記浮遊粒子が存在する前記被検出領域は、気体中の領域であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１６】
液体を収容する透光性の容器をさらに備え、
前記浮遊粒子が存在する前記被検出領域は、前記容器に収容された前記液体中の領域である
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の浮遊粒子検出装置。
【請求項１７】
前記容器は、前記照射レーザ光が通過する位置に前記照射レーザ光の収差を補正するための収差補正部を有することを特徴とする請求項１６に記載の浮遊粒子検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一態様に係る浮遊粒子検出装置は、浮遊粒子が存在する被検出領域を照射する照射レーザ光を出射する前側端面と該照射レーザ光の進行方向の反対方向に進むバックモニタ用レーザ光を出射する後側端面とを含むレーザ発光素子と、前記バックモニタ用レーザ光が入射される位置に配置され、入射光の量に応じた第１の検出信号を生成するバックモニタ用受光素子と、を有するレーザ光照射部と、前記浮遊粒子に照射されたときに発生する前記照射レーザ光の散乱光の内の予め決められた偏光成分の光を選択的に受光して第２の検出信号を生成する散乱光受光部と、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記浮遊粒子の種類を判別する判別処理部とを備え、前記バックモニタ用受光素子に入射する前記入射光は、前記バックモニタ用レーザ光と、前記浮遊粒子に照射された前記照射レーザ光の前記散乱光の内の前記レーザ光照射部に向かう後方散乱光とを含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
この正規化を行うことで、散乱光自体の光量変化分による信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐの変化をキャンセルできる。そして、閾値ＴＨｐを基準とした信号Ｓ２４の値Ｓｐ（信号レベル）のピーク値Ｐの大小判定による異形の度合いの判定ミスを低減することができる。図７は、正規化ピーク値Ｐ／Ａｋを用いる際の実施の形態１に係る浮遊粒子検出装置１の構成を概略的に示す図である。図１に示した浮遊粒子検出装置１の構成に比べて、直流交流分離部３２から出力される信号Ｓ３１の交流成分のＳａｃが、第２の判別部３５に入力される構成が追加されている。
【国際調査報告】
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