(57)【要約】【課題】特別な熟練を要することなく、測定すべき場所でしかもリアルタイムで花粉計数が出来る花粉センサを提供する。【解決手段】照射光を浮遊粒子に照射する発光部１と、花粉による吸収のある波長の散乱強度を測定する第１の受光部２と、花粉による吸収の無い波長の光の散乱強度を測定する第２の受光部３とを設ける。遮光ハウジング１４の底面に空気吸入口１３を設ける。発光部１のハロゲンランプ４から検出域Ｆの浮遊粒子に光を照射し、浮遊粒子による第１の受光部２の方向への散乱光のうち３００〜４００ｎｍの波長の光のみの強度Ｉａを光学フィルター８を介してフォトダイオード７により測定し、浮遊粒子による第２の受光部３の方向への散乱光のうち７００ｎｍ以上の波長の光のみの強度Ｉｂを光学フィルター１１を介してフォトダイオード１０により測定する。散乱強度Ｉｂと散乱強度Ｉａとを用いて吸収比＝（Ｉｂ／Ｉａ）を演算により求め、この吸収比が大きい浮遊粒子を花粉として識別する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中の浮遊粒子に照射光を照射する発光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉の吸収波長の光のみを検出する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉による吸収の無い波長の光のみを検出する第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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂ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】
前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉の種類の識別を更に行うことを特徴とする請求項１記載の花粉センサ。
【請求項３】
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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項１又は２記載の花粉センサ。
【請求項４】
花粉の種類の識別は、前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項２記載の花粉センサ。
【請求項５】
空中の浮遊粒子に花粉の吸収波長の照射光を照射する第１の発光部と、空中の浮遊粒子に花粉による吸収の無い波長の照射光を照射する第２の発光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉の吸収波長の光のみを検出する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉による吸収の無い波長の光のみを検出する第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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂ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６】
前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉の種類の識別を更に行うことを特徴とする請求項５記載の花粉センサ。
【請求項７】
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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項５又は６記載の花粉センサ。
【請求項８】
花粉の種類の識別は、前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項６記載の花粉センサ。
【請求項９】
空中の浮遊粒子に花粉の吸収波長の照射光を照射する第１の発光部、及び前記第１の受光部からの照射光のうち浮遊粒子によって散乱された光を検出する第１の受光部を備えた第１のユニットと、
空中の浮遊粒子に花粉による吸収の無い波長の照射光を照射する第２の発光部、及び前記第２の発光部からの照射光のうち浮遊粒子によって散乱された光を検出する第２の受光部を備えた第２のユニットと
を備え、
前記第１のユニット及び前記第２のユニットは、前記第１及び第２のユニットのそれぞれに於ける照射光及び散乱光が互いに干渉しないように配置されており、前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂ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１０】
前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉の種類の識別を更に行うことを特徴とする請求項９記載の花粉センサ。
【請求項１１】
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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項９又は１０記載の花粉センサ。
【請求項１２】
花粉の種類の識別は、前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとを用いて求められる吸収比＝Ｉｂ／Ｉａに基づいて行われることを特徴とする請求項１０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。
【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には、偏光を用いた花粉検出器が開示されている。この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せると、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、偏光フィルタを通過して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】
【特許文献１】
特許第３１１３７２０号公報
【０００６】
【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、偏光を用いることなく、また、特別な熟練を要することなく、測定すべき場所でしかもリアルタイムで花粉計数が出来る花粉センサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空中の花粉粒子に光を照射すると、花粉粒子は特定の波長の光のみを吸収するという性質と、花粉種類ごとに吸収強度が異なるという性質に基づいて完成されたものである。
【０００８】
即ち、本発明の花粉センサは、空中の浮遊粒子に照射光を照射する発光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉の吸収波長の光のみを検出する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉による吸収の無い波長の光のみを検出する第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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別、又はこれに加えて花粉の種類の識別を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の花粉センサは、空中の浮遊粒子に花粉の吸収波長の照射光を照射する第１の発光部と、空中の浮遊粒子に花粉による吸収の無い波長の照射光を照射する第２の発光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉の吸収波長の光のみを検出する第１の受光部と、浮遊粒子からの散乱光のうち花粉による吸収の無い波長の光のみを検出する第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強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別、又はこれに加えて花粉の種類の識別を行うことを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の花粉センサは、空中の浮遊粒子に花粉の吸収波長の照射光を照射する第１の発光部、及び前記第１の受光部からの照射光のうち浮遊粒子によって散乱された光を検出する第１の受光部を備えた第１のユニットと、空中の浮遊粒子に花粉による吸収の無い波長の照射光を照射する第２の発光部、及び前記第２の発光部からの照射光のうち浮遊粒子によって散乱された光を検出する第２の受光部を備えた第２のユニットとを備え、前記第１及び第２のユニットのそれぞれに於ける照射光及び散乱光が互いに干渉しないように配置されており、前記第１の受光部で検出された散乱強度Ｉａと前記第２の受光部で検出された散乱強度Ｉｂとに基づいて、花粉と花粉以外の浮遊粒子との識別、又はこれに加えて花粉の種類の識別を行うことを特徴とする。
【００１１】
花粉粒子はその種類によって多少の違いはあるものの、図３に示すように、約３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を吸収するものが多く、また、７００ｎｍ以上の波長の光はほとんど吸収しないという特性を有している。吸収比は、花粉による吸収のある波長の光の散乱強度Ｉａと、花粉による吸収の無い波長の光の散乱強度Ｉｂを用い、吸収比＝（Ｉｂ／Ｉａ）の演算により求めた数値である。この吸収比を花粉粒子と他の浮遊粒子とについて求めて比較すると、花粉の吸収比は他の浮遊粒子のそれに比較して大きくなることが分かる。本発明の花粉センサは、このような花粉の特性を利用し、花粉と他の浮遊粒子との識別を行う構成とすることができる。
【００１２】
また、図３から分かるように、花粉粒子はその種類によって約３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光の吸収強度が異なるため、花粉の吸収波長の光の散乱強度Ｉａと花粉の吸収の無い波長の光の散乱強度Ｉｂにより求めた吸収比＝（Ｉｂ／Ｉａ）も花粉粒子の種類に依存することとなる。従って、この吸収比＝（Ｉｂ／Ｉａ）の数値の大きさに基づいて、花粉粒子の種類の識別が可能となる。
【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検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に設けられ照射光を浮遊粒子に照射する発光部１と、入射光軸Ｘに対して６０度の散乱角に配置され花粉による吸収のある波長の散乱強度を測定する第１の受光部２と、同じく入射光軸Ｘに対して６０度の散乱角に配置され花粉による吸収の無い波長の光の散乱強度を測定する第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、ポンプ等によってサンプルエアーが遮光ハウジング内に供給される。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、ハロゲンランプ４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はハロゲンランプからの照射光が検出域Ｆに照射されるように配置されている。
【００１６】
第１の受光部２は、３００〜４００ｎｍの波長の光のみを透過させる光学フィルター８と、距離ｆ＝１０ｍｍのプラスチックレンズ９と、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。
【００１７】
第２の受光部３は、７００ｎｍ以上の波長の光のみを透過する光学フィルター１１と、焦点距離ｆ＝１０ｍｍのプラスチックレンズ１２と、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。
【００１８】
本実施形態の花粉センサにおいては、発光部１のハロゲンランプ４から発せられた照射光は、レンズ６を透過し、検出域Ｆに集光する。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及び第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、散乱光は第１の受光部２及び第２の受光部３に達する。ここで、浮遊粒子が花粉の場合には、図３に示すように花粉粒子は３００〜４００ｎｍの波長の光を吸収するため、散乱光にはこの波長領域の光が少なくなる。一方、浮遊粒子が花粉以外の粒子である場合には３００〜４００ｎｍの波長の光の吸収は殆ど起こらず、散乱光は入射光とほぼ同じ波長成分からなることとなる。
【００１９】
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を透過し光学フィルター８に達する。光学フィルター８は、３００〜４００ｎｍの波長の散乱光のみを透過させ、透過光はフォトダイオード７に達する。これにより、フォトダイオード７から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、第２の受光部３のレンズ１２を透過して光学フィルター１１に達する。光学フィルター１１は、７００ｎｍ以上の波長の散乱光のみを透過させ、透過光はフォトダイオード１０に達する。これにより、フォトダイオード１０は、フォトダイオード７と同様に、光電変換信号出力する。
【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２で検出された光の散乱強度Ｉａと、第２の受光部３で検出された光の散乱強度Ｉｂとを用いて吸収比が演算により求められる。具体的な演算式は、吸収比＝（Ｉｂ／Ｉａ）である。
【００２３】
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及びスギ花粉について測定を行った結果を表１に示した。表から明らかなように、スギ花粉の吸収比は、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に比べて大きな値となっており、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。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
また、表２は本実施形態の花粉センサを用いて、スギ、ヒノキ、オオバヤシャブシ、ヤマモモ及びヨモギについて測定を行った結果を示している。表２から明らかなように、５種類の花粉の吸収比は明らかに違っており、花粉の種類の識別が出来ていることが分かる。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
図４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の実施形態に於ける１つの発光部１に代えて、第１の発光部２１及び第２の発光部２２の２つの光源を有している。そして、本実施形態では、第１の発光部２１の光源として、図１の実施形態に於けるハロゲンランプ４とは異なり、３００〜６００ｎｍの波長の光を発する青色発光ダイオード２５が使用され、また、第２の発光部２２の光源として、７００ｎｍ以上の波長の光を発する赤外発光ダイオード２６が使用されている。また、第２の受光部３は、第２の発光部２２の光軸Ｙに対して６０度の散乱角に配置されている。
【００２８】
本実施形態の花粉センサにおいては、第１の発光部２１の青色発光ダイオード２５から発せられた波長３００〜６００ｎｍの照射光は、レンズ２３を透過し、検出域Ｆのサンプルエアーに集光する。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２３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とになる。
【００２９】
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を透過し光学フィルター８に達する。光学フィルター８は、３００〜４００ｎｍの波長の散乱光のみを透過させ、透過光はフォトダイオード７に達する。これにより、フォトダイオード７から光電変換信号が出力される。なお、第１の発光部２１の光源として３００〜６００ｎｍの波長の光を発する青色発光ダイオード２５を使用しているにも拘わらず、第１の受光部２に３００〜４００ｎｍの波長の散乱光のみを透過させる光学フィルター８を設けたのは、後述する第２の発光部２２の赤外発光ダイオード２６の照射光の浮遊粒子による散乱光をカットするためである。
【００３０】
一方、第２の発光部２２の赤外発光ダイオード２６から発せられた波長７００ｎｍ以上の波長の照射光も、レンズ２４を透過して検出域Ｆのサンプルエアーに集光する。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２４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とになる。
【００３１】
この散乱光のうち、第２の受光部３の方向に散乱された散乱光は、第２の受光部３のレンズ１２を透過して光学フィルター１１に達する。光学フィルター１１は、７００ｎｍ以上の波長の散乱光のみを透過させ、透過光はフォトダイオード１０に達する。これにより、フォトダイオード１０は、フォトダイオード７と同様に、光電変換信号出力する。なお、第２の発光部２２の光源として７００ｎｍ以上の波長の光を発する赤外発光ダイオード２６を使用しているにも拘わらず、第２の受光部３に７００ｎｍ以上の波長の散乱光のみを透過させる光学フィルター１１を設けたのは、前述の第１の発光部２１の青色発光ダイオード２５の照射光の浮遊粒子による散乱光をカットするためである。
【００３２】
本実施形態の花粉センサに於いても、第１の受光部２のフォトダイオード７からの光電変換信号１と、第２の受光部３のフォトダイオード１０からの光電変換信号２は、図２に示す処理回路に入力され、吸収比が求められることとなる。
【００３３】
図５及び図６は、本発明の更なる他の実施形態に係る花粉センサを示している。本実施形態の花粉センサは、前述の図４の実施形態に於ける第１の発光部２１及び第１の受光部２を第１のユニット（図５）として構成し、第２の発光部２２及び第２の受光部３を第２のユニット（図６）として構成したものであり、これらの第１のユニット及び第２のユニットを、空気吸入口１３からのサンプルエアーの流れの方向にずらせて配置した構成を有している。このような構成により、第１のユニット及び第２のユニットのそれぞれに於ける照射光及び散乱光が互いに干渉しないようにすることができる。なお、図５及び図６に示すように、本実施形態では、第１の受光部２に於ける光学フィルター８、及び第２の受光部３に於ける光学フィルター１１は設けられていない。その理由は、上述のように第１のユニット及び第２のユニットのそれぞれに於ける照射光及び散乱光は互いに干渉することがないので、第１の発光部２１の青色発光ダイオード２５の浮遊粒子による散乱光を第１の受光部２のフォトダイオード７に直接入射させることができ、同様に、第２の発光部２２の赤外発光ダイオード２６の浮遊粒子による散乱光を第２の受光部３のフォトダイオード１０に直接入射させることができるからである。
【００３４】
なお、上記の実施形態では、３００〜６００ｎｍの波長の光を発する青色発光ダイオード２５と７００ｎｍ以上の波長に光を発する赤外発光ダイオード２６とを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３００〜６００ｎｍの波長の光と７００ｎｍ以上の波長に光を発するように、光源、フィルタ等を備えた発光部であれば使用することができる。また、本実施形態では、第１の受光部２及び第２の受光部３は入射光軸に対して同じ散乱角６０度に配置したが、これらの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、この散乱角は、０度から９０度の間であれば、どのような値に設定してもよい。
【００３５】
更に、上記各実施形態では、Ｉａ及びＩｂを用いてＩｂ／Ｉａの式により吸収比を求めて花粉を識別する構成について説明したが、これ以外の式を用いて花粉を識別する構成することも可能である。
【００３６】
【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、容易に花粉の測定を行うことができる。しかも、顕微鏡の観察も必要ないので、熟練を要することなく誰でも容易に花粉粒子の測定を行うことができる。更に、測定すべき場所でしかもリアルタイムで花粉と他の浮遊粒子との識別及び花粉の種類の識別ができ、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る花粉検センサの平面構成を示す平面図である。
【図２】図１の花粉センサに使用される回路の一例を示すブロック図である。
【図３】スギ花粉、ヒノキ花粉、オオバヤシャブシ花粉、ヤマモモ花粉及びヨモギ花粉の吸収特性を表す図である。
【図４】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す平面図である。
【図５】本発明の更なる他の実施形態に係る花粉センサに於ける花粉の吸収波長域の散乱強度を計測する第１のユニットを示す平面図である。
【図６】本発明の更なる他の実施形態に係る花粉センサに於ける花粉による吸収のない波長域の散乱強度を計測する第２のユニットを示す平面図である。
【符号の説明】
１  発光部
２  第１の受光部
３  第２の受光部
４  ハロゲンランプ
６  プラスチックレンズ
９  プラスチックレンズ
１２  プラスチックレンズ
７  フォトダイオード
１０  フォトダイオード
８，１１  光学フィルター
１３  空気吸入口
１４  遮光ハウジング
１５，１６  Ｉ−Ｖ変換回路
１７，１８  増幅回路
１９  演算回路
２１  第１の発光部
２２  第２の発光部
２５  青色発光ダイオード
２６  赤外発光ダイオード
【図１】
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【図２】
2004184395.tif 000006
【図３】
2004184395.tif 000007
【図４】
2004184395.tif 000008
【図５】
2004184395.tif 000009
【図６】
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