(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に垂直に配置された筒状体と、
前記筒状体の下部に設けられ、筒状体の上部から外気を吸入する吸引部と、
前記筒状体の所定位置に取付けられ、筒状体内に光を照射する発光部と、
前記筒状体を通過する微粒子からの散乱光を受光する受光部と、
前記受光部からの受光信号を所定の閾値によって弁別し、前記閾値を越える受光信号を計数する計数部と、
前記吸引部の動作を停止した後に前記計数部から得られる単位時間当たりの平均計数値を算出し、算出された前記平均計数値の１／２を閾値として吸引部の停止から前記計数部からの計数値が半減値以下となる沈降時間を計測し、沈降時間に基づいて花粉の沈降速度を算出する信号処理手段と、を具備することを特徴とする花粉計測装置。
【請求項２】
外部からの信号を受信して前記信号処理手段に花粉の沈降速度の計測開始信号を与え、計測した沈降速度データを送出する通信手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載の花粉計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気中を飛散する花粉の数と飛散速度を測定するための花粉計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日では春にスギ花粉等が大量に飛散し、多くの人に花粉症を引き起こす原因となっている。花粉の飛散量は天候，風向きによって大きく変動するため、飛散の程度を容易に測定することが求められている。
【０００３】
従来大気中の花粉の量を調べるものとしてダーハム（Durham）型捕集器による方法が知られている。これは２枚の円板を水平に配置し、その間にスライドガラスを配置して一定時間経過した後、スライドガラス上に捕集された花粉を顕微鏡で測定するものである。又捕集用のスライドガラスを回転自在とし、風の向きに合わせて回動させ、一定の流速(0.5m3／hr）で大気を吸引して補集するようにしたバーカード（Burkard)型捕集器も広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような従来の花粉捕集器によれば、スライドガラス上に付着した花粉数を顕微鏡で計数する必要があり、花粉数の計測に極めて多くの手間がかかるという欠点があった。
【０００５】
又花粉を染色して蛍光を測定する方法や、円形の程度によって花粉かどうかを判定し、その個数を計測する方法も知られているが、測定方法が複雑で多くの手間がかかり、又測定が高価になるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、容易にほぼリアルタイムで自動的に花粉の飛散状態を把握できるようにすることを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、筐体内に垂直に配置された筒状体と、前記筒状体の下部に設けられ、筒状体の上部から外気を吸入する吸引部と、前記筒状体の所定位置に取付けられ、筒状体内に光を照射する発光部と、前記筒状体を通過する微粒子からの散乱光を受光する受光部と、前記受光部からの受光信号を所定の閾値によって弁別し、前記閾値を越える受光信号を計数する計数部と、前記吸引部の動作を停止した後に前記計数部から得られる単位時間当たりの平均計数値を算出し、算出された前記平均計数値の１／２を閾値として吸引部の停止から前記計数部からの計数値が半減値以下となる沈降時間を計測し、沈降時間に基づいて花粉の沈降速度を算出する信号処理手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項２の発明は、請求項１の花粉計測装置において、外部からの信号を受信して前記信号処理手段に花粉の沈降速度の計測開始信号を与え、計測した沈降速度データを送出する通信手段を更に含むことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
現在花粉症の原因はスギの花粉が大部分といわれている。スギ花粉は球形で直径約３０μｍでほぼ均一であり、飛散のし易さは湿度や温度の気象条件と高い相関がある。又スギに次いで花粉症の原因となるヒノキ花粉は粒径３０〜４５μｍである。一方一般の大気中の粉塵は大半が１０μｍ以下と小さい。そこで本発明では粒径が約２０μｍ以上の粒子を花粉とみなして光散乱法を用いて散乱光を発した粒子数を測定することによって、花粉の飛散状態を計測するものである。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態による花粉計測装置を示す断面図である。本図において円筒形のハウジング１内に筒状体であるシリンダ２が垂直に配置される。ハウジング１の中央部分には側方に張り出し下方を開放したカバー３を有している。カバー３の内側のハウジング１の側面には、メッシュ４が形成され、カバー３の下方から空気がメッシュ４を介してハウジング１内に流入するように構成される。ハウジング１の上部は図示のように密封されている。ハウジング１内ではシリンダ２が中心軸に沿って垂直に保持される。シリンダ２の上部は開放されており、下部には円錐形に広がった吸引部５が設けられ、その内部にはファン６が取付けられる。ファン６はモータ７によって駆動され、シリンダ２内の空気を下向きに吸引し、ハウジング１の下方から外部に放出することによってハウジング１の外部から空気をシリンダ２に流入させるものである。
【００１３】
さてシリンダ１の下方には、その上方のフレームから所定の間隔Ｌ１、例えば１ｍ下方に発光部１１から設けられる。発光部１１は、例えば光源となるレーザダイオード１１ａやコリメータレンズを含んでおり、光をシリンダ２の内部に向けて照射するものである。発光部１１からのレーザ光は光のビーム径を円形としてもよく、又シリンドリカルレンズを用いて楕円形としてもよい。更にシリンダ２の発光部が取付けられる水平面を全て覆うようにスリット状の光を照射するようにしてもよい。この光ビームの水平面上の最大面積が測定面積となる。又この発光部１１と対向する位置には光を受光するモニタ用のフォトダイオード１２が配置されている。更にシリンダ２の上部には、散乱光を集光するためのレンズ１３、及び集光された散乱光を受光するためのフォトダイオード１４から成る受光部が設けられる。レンズ１３の外周部分にはレンズ１３の曇り止めのためのヒータ１５がフレーム１６に保持されている。又フォトダイオード１４はレンズ１３の焦点位置に配置される。レーザダイオード１１ａ、フォトダイオード１２，１４は信号処理部に接続される。
【００１４】
次にこの花粉計測装置の信号処理部について図２を用いて説明する。花粉検出用のフォトダイオード１４の出力は電圧信号に変換され、増幅器２０によって増幅されて弁別回路２１において所定閾値を越えるレベルが弁別される。このとき外乱光の影響を除くためにパルス成分のみを通過させるハイパスフィルタを弁別回路２１の前段に設けておいてもよい。弁別回路２１の閾値はレベル設定器２２で任意に設定することができるものとし、弁別した出力はカウンタ２３に入力される。カウンタ２３はマイクロコンピュータ２４からのリセット信号によりリセットされ、弁別回路２１からのパルス数を計数するものであって、増幅器２０，弁別回路２１，レベル設定器２２と共に計数部を構成している。カウンタ２３の計数出力は信号処理手段であるマイクロコンピュータ２４に入力される。又モニタ用のフォトダイオード１２の出力は電圧信号に変換され、増幅器２５で増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６でデジタル値に変換されてマイクロコンピュータ２４に与えられる。マイクロコンピュータ２４には所定周波数のクロックを発生するクロック発生器２７及びインターフェース回路２８が接続される。インターフェース回路２８にはファン駆動用のモータ７を駆動するモータドライバ、光源であるレーダダイオード１１ａを駆動するＬＤドライバ３０及びヒータ１５を加熱するヒータドライバ３１が接続される。ヒータ１５は高湿度の際にレンズ１３の曇り止めのためにマイクロコンピュータ２４からの制御信号に基づいてレンズを加熱するものである。又このマイクロコンピュータ２４には、外部からの制御信号を受信し、検出結果を送信する通信部３２が接続される。この花粉計測装置を山林等に設置しておくものとすると、有線又は無線通信回線を介して多数の花粉計測装置を図示しないホストコンピュータに接続し、ホストコンピュータ側でデータを収集してデータ処理を行わせることができる。有線通信回線を接続する場合には通信部３２はモデムを含むものとし、無線通信回線で接続する場合には通信部３２は無線送受信装置を含むものとする。
【００１５】
次に本実施の形態の動作について説明する。計測を開始すると、まず一定の速度でモータ７を駆動しファン６を回転させる。こうすれば外部からカバー３の下部を通って花粉を含む空気がメッシュ４を通り抜けてハウジング１内に流入し、シリンダ２の上部よりシリンダ２内に流入する。従って発光部１１より光をシリンダ２内に照射すると、光の照射部分を花粉が通過したときに散乱光が得られる。空気中には他の粉塵も存在しているが、大気中の粉塵の大半は１０μｍ以下である。一方花粉症の原因となっているスギ花粉やヒノキ花粉は前述のように３０μｍ以上の粒径を持っており、これらの花粉が流入すると、比較的高いレベルの散乱光が得られる。この花粉計測装置を設置する場所を考慮すると、飛散する花粉の種類は既知であるといえる。従ってレベル設定器２２に適当なレベルの閾値を設定しておくことにより、ほぼスギなどの花粉のみからの散乱光が得られる。これを弁別回路２１で波形整形し、単位時間Δｔ毎にカウンタ２３をリセットして計数することによって、単位時間内にシリンダ２の測定面積を通過する花粉数Ｎ０が計測できることとなる。
【００１６】
こうして花粉の流入が安定した後、モータ７を停止してファン６を停止する。この停止時点ｔ1 でシリンダ２内及びその上部に残留する花粉は図３（ａ）に示される状態となっている。そしてモータ７を停止した後に落下を開始する。その落下速度は空気抵抗によって限定されるため、層流場での粒子の沈降速度Ｖとなり、その最終沈降速度は次式で示される。
【数１】
0003917353.tif 000002
ここでｇ：重力加速度
μ：空気の粘性係数
ｄp ：粒子の大きさ
ρp ：花粉の密度
ρf ：空気の密度
【００１７】
例えば花粉の密度を１ｇ／cm3 、粒子径を３０μｍとすると、沈降速度Ｖは約５mm／sec となる。モータ７を停止した後、図３（ａ）から徐々に花粉がシリンダ内を落下し、図３（ｂ）、次いで図３（ｃ）に示す状態となる。この間は理想的には単位時間Δｔにレーザ光で照射される花粉数の平均値は一定と考えられ、落下中もレーザダイオードで照射される毎に花粉から散乱光が連続して得られるため、単位時間Δｔ当たりのカウント数Ｎ１は図４（ａ）に示すように一定となる。そしてファンを停止した時刻ｔ1 にフレーム１６の真下の任意にあった花粉が落下して発光部１１の測定位置を通過すると、それ以降は図３（ｄ）に示すようにカウント数はほぼ０となる。従って理想的には、単位時間当たりのカウント数は図４（ａ）に示すように変化すると考えられる。
【００１８】
しかし実際には花粉に粒径分布のばらつきがあり、且つ空間的にも分布のばらつきがあり、流れも完全な層流でなく対流等の影響があるため、図４（ｂ）に示すようにある時間内では単位時間当たりのカウント数はほぼ一定値となり、ある時間経過後に徐々にカウント数が０に近づくこととなる。図４（ｃ）はこのグラフの包絡線を示すものである。ここで単位時間（例えば１〜３秒）当たりの粒子数がほぼ一定となっているときに、その平均値Ｎ２を求める。そしてその平均値Ｎ２の１／２、即ち半減値Ｎ２／２を閾値とすれば、発光部１１の通過を終える時間Ｔ１が求まり、この通過時間Ｔ１から沈降速度、即ち花粉の飛散し易さの情報を得ることができる。この沈降速度Ｖは前述した式で示され、変数である花粉の密度ρp は湿度によって決定される数値となる。例えば湿度が低く密度が小さければ飛散し易く、この場合には包絡線波形は図４（ｃ）に示す曲線Ｂのように通過時間Ｔ２が長くなる。又湿度が高く密度が大きければ、沈降速度も大きく飛散しにくくなり、曲線Ｃで示すように沈降時間Ｔ３が短くなる。又半減値Ｎ２／２を閾値とすることで正規化されるため、花粉数の絶対値に影響されることはなくなる。又測定対象となる花粉の粒径が平均粒径を中心として分散が大きければ、カウント値の変化のカーブの傾きがよりなだらかになることが考えられるが、半減値を閾値として計測することにより、粒径が不均一であることの影響を除くことが可能となる。
【００１９】
そのためこの花粉計測装置は単位時間当たりのカウント数の平均値Ｎ０から花粉数が得られる。又ファンを停止した後の沈降時間Ｔから沈降速度Ｖ（＝Ｌ１／Ｔ）を得ることができ、飛散速度情報を得ることができる。このような処理を繰り返すことによって、一定のサイクルタイム毎に自動的に花粉の飛散状態を把握することができるという効果が得られる。
【００２０】
又通信部３２は上位のホストコンピュータから測定開始信号を受け取ると、その信号をマイクロコンピュータ２４に与えることによって花粉数の計測や沈降速度の計測を開始させ、この結果得られるデータをホストコンピュータ側に送信するように構成することができる。又そのときの気象条件や花粉数等に基づいて単位時間Δｔを適宜変更する信号を与えるようにすることもできる。この場合にはカウンタ２３をリセットするタイミングを変えるのみで足りる。
【００２１】
尚この実施の形態ではスギ花粉として花粉の大きさを約３０μｍとしたが、ヒノキなどより大きい花粉に対しては花粉に応じた適切な閾値を設定して計数することかできることはいうまでもない。又吸引を停止せずに連続的にファンによる吸引をすることによって、空気中を飛散する花粉数の変化を連続してモニタすることも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１，２の発明によれば、空中を飛散する花粉の沈降速度から飛散し易さを示す情報を得ることができる。このためこの計測装置を山林等に配置しておくことによって、その位置での花粉の飛散速度が検出できることとなる。又請求項２の発明によれば、この花粉計測装置を用いて花粉の飛散の程度を示す情報を遠隔地で収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による花粉計測装置の構成を示す断面図である。
【図２】この実施の形態による花粉計測装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】この実施の形態による花粉計測装置のファン停止後の花粉の沈降を示す図である。
【図４】本実施の形態によるファン停止後の単位時間当たりの計数値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  シリンダ
３  カバー
４  メッシュ
５  吸引部
６  ファン
７  モータ
１１  発光部
１２  モニタ用フォトダイオード
１３  レンズ
１４  受光フォトダイオード
２１  弁別回路
２３  カウンタ
２４  マイクロコンピュータ
【図１】
0003917353.tif 000003
【図２】
0003917353.tif 000004
【図３】
0003917353.tif 000005
【図４】
0003917353.tif 000006