JP2005091061A - Handholding particle visualizing apparatus and assembling method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は大気中に浮遊する塵、埃等の浮遊粒子を目視可能とする小型でハンディな手持ち型の粒子可視化装置であって、特に携帯性に優れた軽量で簡便な構成の装置及びその組み立て方法を提供するものである。 The present invention is a small and hand-held particle visualization device that enables visual observation of suspended particles such as dust and dirt floating in the atmosphere, and is a particularly lightweight and simple device with excellent portability and its assembly A method is provided.
従来より浮遊粒子の存在や濃度を計る手段として、粉体分布計測用にレーザを用いたレーリ散乱光を検出する方法を利用することが知られている。例えば特許文献1や特許文献2ではレーザビームを被検査体に照射し、その散乱光をフォトダイオードで検出する方法を提供している。
Conventionally, as a means for measuring the presence and concentration of suspended particles, it is known to use a method of detecting Rayleigh scattered light using a laser for powder distribution measurement. For example,
しかしながら、通常の室内で空気汚れ状態を感知する手段としては、厳密な浮遊粒子の分析装置でなく、凡そに浮遊粒子の存在の検出が可能な、より安価な装置が求められている。例えば、特許文献3では、外気流入口を設けた暗箱内に発光素子として一つの発光ダイオードまたは電球を配置し、空気流通路を介して受光素子として一つのフォトトランジスタまたはフォトダイオードを配置した構造を提供している。また、特許文献4では、空中に浮遊していてさらに透過性がある塵や埃に対し発光ダイオードの光を照射して、その塵や埃での屈折光のみをフォトトランジスタで検出し、塵や埃の多少を計数する装置が提供されている。これらの例ではレーザを用いることなく煙、粉塵の浮遊粒子の過多を電気的に計測できるので、室内での空気汚れを簡便的に検知する装置を安価に提供できる利点がある。しかし、この手段は汚れ物質の多少を受光素子で計測することで室内の空気汚染警報を出すことや、煙感知器として利用できるが、空気汚れ状態を直接に目視するものではない。
However, as a means for detecting the air pollution state in a normal room, there is a demand for a cheaper device that can detect the presence of suspended particles rather than a strict suspended particle analyzer. For example,
ところで、近年、生活空間の衛生環境はより快適で衛生的になることがより求められている。そのため、手軽で持ち運びが容易な環境管理器具が必要とされて、特に室内の空気中に漂う目に見えにくい微小な浮遊粒子やハウスダストを直感的に視認可能とする手段が望まれている。 By the way, in recent years, the sanitary environment of living space is more demanded to be more comfortable and hygienic. Therefore, there is a need for an environmental management device that is easy and easy to carry, and in particular, a means that makes it possible to intuitively visually recognize minute suspended particles and house dust that float in the air in the room is desired.
そのような目的に比較的近い公知技術としては、流体の流れを可視化するために、粒子を流体中に混在させ、発光ダイオードで照射する手段が提供されている。例えば、特許文献5では、空中に浮遊する煙草の煙及び水蒸気ミスト、また水中の泡及びプラスチックトレーサ粒粉に一列に配置した発光ダイオードで光を照射して、それらの物質からの反射光をビデオカメラに記録することで流体の流れ分布を検出する方法が提供されている。この手段は流体の流れ状態を可視化するために、浮遊粒子の粒径を比較的大きいものを予め選んであり、その反射光が発生されるように発光ダイオードを直列配置にしているところに特徴がある。ところで、この特許文献5では特定の粒子のみを可視化するので流体の流れ状態を検出する手段としては好適であるが、不特定多数の種類から成る大気中の浮遊粒子の存在や多少から空気の汚れ具合を感覚的に捉えるためには使用できない。そこで、大気中に漂う多種類の浮遊粒子の目視化を可能にする更なる好適な手段が求められる。
As a known technique that is relatively close to such a purpose, means for mixing particles in a fluid and irradiating with a light emitting diode is provided in order to visualize the flow of the fluid. For example, in
ところで、本発明者の研究によれば、多種類の浮遊粒子を可視化するためには、被測定空間として均一な照度の光強度空間が必要であることを見出した。そのためには発光ダイオードを円環状に配置し、その円の中心に向け照射する構成が好適になる。 By the way, according to the research of the present inventor, it was found that a light intensity space with uniform illuminance is necessary as a space to be measured in order to visualize many kinds of suspended particles. For this purpose, a configuration in which the light emitting diodes are arranged in an annular shape and irradiated toward the center of the circle is suitable.
このような観点から従来技術を検討する。特許文献6では、内燃機関のオイルミストを検知する粒子の検知装置であって、オイルミストの検知手段として対向した一対の発光ダイオードを4対、すなわち8個を円環状に配置し、照射方向に対しほぼ垂直な方向にフォトダイオードを配置した構成を開示している。そして、内燃機関に通気するようにサイクロンと拡散スクリーンを介し、大きな粒子を除去して照射空間のオイルミスト粒子をフォトダイオードで監視する装置を提供している。この公知例では発光ダイオードを対向配置することでそれぞれ互いに発光力を監視する機能をもたせている。
また、特許文献7では、眼鏡用レンズの内部あるいは表面の傷や刻印コードを判別するために、対向配置した一対の発光ダイオードを円環状にして、被検査レンズの一面側に搭載し、さらにその上に透明部材を置く。そこで、対向配置した一対の発光ダイオードを順次点灯させる。この照射光はレンズと透明部材間で繰り返し反射し、レンズ表面に傷や刻印がある部分で乱反射が起き、発光ダイオードの順次点灯でその位相を確認することができる。この公知例はレンズの異常や刻印をその位相位置も含め判別する手段が提供されている。しかしながら、これら特許文献6や特許文献7の公知例では使用者がいる室内の空気をその監視空間に流入させることができないので、大気中の浮遊粒子の目視化に供することができない。
Further, in
本発明は以上に説明した点に鑑みてなされたもので、大気中の浮遊粒子を肉眼で直視できるようにして、この使用者がいる室内の大気環境の汚れ程度を直視的に感知させるものである。さらに、その装置は手持ちが可能な小型軽量のハンディ性のある簡易構造で供することにある。本発明の第1の目的は通常の室内灯の下では直視できない微小な浮遊粒子を可視化させ、塵埃による空気汚れを使用者に直感的な視覚的認識を与えることにある。本発明の第2の目的はより目視を容易にする手段を付加させる構造を明らかにすることにある。本発明の第3の目的は大気の流れがない室内でも空気流れを発生させて、室内の平均的な浮遊粒子を視認可能とすることにある。本発明の第4の目的はこれらの機能を有す可視化装置を小型軽量で手持ち可能な簡易構造で提供することにある。本発明の第5の目的はこの装置の組み立て方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and allows the airborne particles in the atmosphere to be directly viewed with the naked eye so that the degree of contamination of the indoor air environment in which the user is present can be sensed directly. is there. Further, the apparatus is provided with a small and light handy simple structure that can be held by hand. A first object of the present invention is to visualize minute suspended particles that cannot be directly viewed under a normal room light, and to give the user an intuitive visual recognition of air contamination due to dust. The second object of the present invention is to clarify a structure to which means for facilitating visual observation is added. A third object of the present invention is to generate an air flow even in a room where there is no air flow so that the average suspended particles in the room can be visually recognized. A fourth object of the present invention is to provide a visualization device having these functions with a simple structure that is small and light and can be held by hand. A fifth object of the present invention is to provide a method for assembling this apparatus.
室内の大気中に浮遊する通常肉眼で視認できない粒子は数百nmから数十μmであり、それより大きな数百μmの粒子は視認容易であるし、また浮遊量は少ない。そして数十μm以下の微小な浮遊物はその薄さから透明であることが多い。本発明装置の原理は粒子の大きさが照射光の波長に比べ近いか、あるいは大きい場合に起きるミー(Mie)散乱を応用したものであって、被照射粒子の前方散乱パターンが粒子径の数倍になる特性を利用するものである。すなわち、被測定空間に浮遊する粒子に照射光が当ると光波長に対し大きな粒子は前方散乱を起こすので、照射方向に直交する方向からは浮遊粒子を実物より数倍大きく視認可能になる。そこで光強度の均一場を形成するために半導体発光素子を円環状に並べ、各素子の照射方向をその円の中心に向けると、各照射方向の全てに直交する方向は、円環状の中心を通過する仮想垂直軸の方向になり、その仮想垂直軸の方向から被測定空間の照射空間に存在する浮遊粒子がミー散乱で実質拡大されてその存在が確認できる。 Particles that are normally invisible to the naked eye floating in the indoor atmosphere are several hundreds of nanometers to several tens of micrometers, and particles larger than several hundreds of micrometers are easy to visually recognize, and the amount of floating is small. In addition, a fine suspended substance of several tens of μm or less is often transparent because of its thinness. The principle of the apparatus of the present invention is the application of Mie scattering that occurs when the particle size is close to or larger than the wavelength of the irradiation light, and the forward scattering pattern of the irradiated particles is the number of particle diameters. The characteristic that doubles is used. That is, when the irradiation light hits the particles floating in the space to be measured, the particles that are larger than the light wavelength cause forward scattering, so that the floating particles can be seen several times larger than the actual object from the direction orthogonal to the irradiation direction. Therefore, in order to form a uniform field of light intensity, semiconductor light emitting elements are arranged in an annular shape, and when the irradiation direction of each element is directed to the center of the circle, the direction orthogonal to all the irradiation directions is the center of the annular shape. It becomes the direction of the virtual vertical axis that passes through, and from the direction of the virtual vertical axis, floating particles existing in the irradiation space of the space to be measured are substantially enlarged by Mie scattering, and the presence can be confirmed.
すなわち、円環状照射空間の仮想垂直軸線方向に視点を置くように、手持ち用に保持する部材を備えれば、この照射空間を任意の場所に使用者が持ち運びできる。そして 塵や埃が実質的に多い数μmから数十μmの粒径でミー散乱を起こすよう、また、人間の比視感度が最も敏感になる光波長に発光ダイオードを定める。この両条件を満たす波長は510から560nmであり、この光で照射空間を形成することで、空気中に漂う塵や埃が視認可能になる。ところで、発光ダイオードの発光波長は数十〜百nmの波長光を通常含んでいるので、おおよそ510nm〜560nmの緑色発光ダイオードが最も好適であり、この各種の波長により粒子径の異なる各種の浮遊粒子を視認可能となる。従来の多くの粒子計測装置がレーザを使用しているが、その波長は単一であるので各種の浮遊粒子を検出するにそぐわない。これに対し、本発明で構成される緑色発光ダイオードは室内大気中のように各種の塵埃を検出可能になり、使用者に直感的に室内の汚れを視認させ得る。 That is, the user can carry this irradiation space to an arbitrary place by providing a hand-held member so that the viewpoint is placed in the virtual vertical axis direction of the annular irradiation space. The light emitting diode is determined at a light wavelength at which human specific visual sensitivity is most sensitive so that Mie scattering occurs with a particle size of several μm to several tens of μm, which is substantially dusty. The wavelength that satisfies both the conditions is 510 to 560 nm. By forming an irradiation space with this light, dust and dirt floating in the air can be visually recognized. By the way, since the light emission wavelength of the light emitting diode usually includes light of several tens to hundreds of nm, a green light emitting diode of about 510 nm to 560 nm is most suitable, and various floating particles having different particle diameters depending on these various wavelengths. Can be visually recognized. Many conventional particle measuring devices use a laser, but since the wavelength is single, it is not suitable for detecting various suspended particles. On the other hand, the green light-emitting diode constructed according to the present invention can detect various kinds of dust as in the indoor air, and allows the user to intuitively visually recognize indoor dirt.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明は、複数の半導体発光素子が共に照射する所定位置と、その半導体発光素子を両面から挟むように配置する遮光部材で照射空間を構成し、さらにこの遮光部材と実質的に一体となる部材で手持ち用のハンドル部を構成する。そして、その遮光板材に穴を開けた開口部を設け、半導体素子と遮光部材で構成される中空部を照射空間とする。この開口部は浮遊粒子を含む大気を流入可能にして、照射空間に流入する浮遊粒子を半導体発光素子で照射することにより、その浮遊粒子を目視する構成を開示した手持ち型粒子可視化装置である。 According to the first aspect of the present invention, an irradiation space is configured by a predetermined position where a plurality of semiconductor light emitting elements irradiate together and a light shielding member arranged so as to sandwich the semiconductor light emitting elements from both sides, and further this light shielding. A hand-held handle portion is constituted by a member that is substantially integrated with the member. And the opening part which opened the hole in the light-shielding board material is provided, and let the hollow part comprised with a semiconductor element and a light-shielding member be irradiation space. This opening is a hand-held particle visualization device that discloses a configuration in which air containing floating particles can flow in and the floating particles flowing into the irradiation space are irradiated with a semiconductor light-emitting element to visually observe the floating particles.
請求項2記載の発明は、請求項1の発光ダイオードが、人間の比視感度と実質的にハウスダストとして最も多い浮遊粒子径から照射空間を形成すべき光波長として、最高光強度波長として510から560nmの範囲にある光を発光する発光ダイオードを用いた手持ち型粒子可視化装置である。 According to a second aspect of the present invention, the light-emitting diode according to the first aspect has a maximum light intensity wavelength of 510 as a light wavelength at which an irradiation space should be formed from a human's specific visual sensitivity and a suspended particle diameter that is substantially the largest as house dust. To 560 nm is a handheld particle visualization device using a light emitting diode that emits light in the range of 560 nm to 560 nm.
請求項3記載の発明は、請求項1あるいは2の構成に対し、発光ダイオードを円環状に配置して、その円の中心方向を所定位置にした筒状の照射空間を形成し、円形の遮光部材に円形の開口部を設けた手持ち型粒子可視化装置である。 According to a third aspect of the present invention, the light emitting diodes are arranged in an annular shape with respect to the configuration of the first or second aspect to form a cylindrical irradiation space in which the center direction of the circle is a predetermined position, and a circular light shielding. This is a hand-held particle visualization device in which a circular opening is provided in a member.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の構成に対し、不要な光が照射空間に入らないようにして浮遊粒子をより判別し易くさせる背景遮光部材を、請求項1記載の遮光部材とほぼ平行に配置した手持ち型粒子可視化装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light-shielding member according to the first aspect, wherein the background light-shielding member makes it easier to discriminate suspended particles by preventing unnecessary light from entering the irradiation space. Is a hand-held particle visualization device arranged almost in parallel.
請求項5記載の発明は、請求項4の構成に対し、照射空間と背景遮光部材とさらに送風機を配置することで、空気流れの少ない室内においても、強制的に室内空気を還流させて、室内の平均的な空気汚れを視認する手持ち型粒子可視化装置である。 According to the fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, by arranging the irradiation space, the background light-shielding member, and the blower, the indoor air is forcibly recirculated even in a room with a small air flow. This is a hand-held particle visualization device that visually recognizes the average air pollution.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明で構成する送風機の駆動電源と半導体発光素子の電源を共用する手持ち型粒子可視化装置である。 A sixth aspect of the present invention is a hand-held particle visualization apparatus that shares the drive power supply of the blower and the power supply of the semiconductor light emitting element that are configured in the fifth aspect of the present invention.
請求項7記載の発明は、所定位置を照射する複数の半導体発光素子と、この半導体発光素子を挟む遮光部材を配置して、この半導体発光素子に照射される空間と、前記遮光部材に挟まれた空間を照射空間とする。そして、この遮光部材が手持ち用の部材と実質的に一体としてこの遮光部材に開口部を設ける。そこで、手持ち用の部材を手持ち保持した状態で、その開口部から照射空間が直視可能であり、さらにこの遮光部材で半導体発光素子を直視できない位置に目視点を置く。その目視点は照射空間の垂直方向にあって、この目視点から照射空間に存在する浮遊粒子を直視することを開示した手持ち型粒子可視化装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, a plurality of semiconductor light emitting elements that irradiate a predetermined position and a light shielding member that sandwiches the semiconductor light emitting elements are arranged, and a space that is irradiated to the semiconductor light emitting elements and the light shielding member This space is the irradiation space. The light shielding member is substantially integrated with the hand-held member, and an opening is provided in the light shielding member. Therefore, with the handheld member held in hand, the irradiation space can be directly viewed from the opening, and the eye viewpoint is placed at a position where the semiconductor light emitting element cannot be directly viewed by the light shielding member. The eye viewpoint is in the vertical direction of the irradiation space, and is a hand-held particle visualization device that discloses direct observation of suspended particles existing in the irradiation space from the eye viewpoint.
請求項8記載の発明は、請求項7の半導体素子が、請求項2と同じく発光波長510〜560nmの発光ダイオードで構成した手持ち型粒子可視化装置である。
The invention according to
請求項9記載の発明は、請求項7あるいは8の構成に対し、請求項3と同じく照射空間が筒形状であり、開口部が円形の手持ち型粒子可視化装置である。
The invention according to claim 9 is a hand-held particle visualization device having the irradiation space having a cylindrical shape and the opening having a circular shape as in the case of
請求項10記載の発明は、請求項7乃至9記載の構成に対し、請求項4と同じく背景遮光部材を配置した手持ち型粒子可視化装置である。 A tenth aspect of the present invention is a hand-held particle visualization device in which a background light-shielding member is arranged in the same manner as the fourth aspect with respect to the configuration of the seventh to ninth aspects.
請求項11記載の発明は、請求項10の構成に対し、請求項5と同じく送風機を配置した手持ち型粒子可視化装置である。 The invention according to an eleventh aspect is a hand-held particle visualization device in which a blower is arranged in the same manner as the fifth aspect in the configuration of the tenth aspect.
請求項12記載の発明は、請求項11記載の構成に対し、請求項6と同じく共用電源を配置した手持ち型粒子可視化装置である。 The invention according to a twelfth aspect is a hand-held type particle visualization apparatus in which a shared power source is arranged in the same manner as the sixth aspect with respect to the configuration according to the eleventh aspect.
請求項13記載の発明は、請求項5あるいは11の手持ち型粒子可視化装置の組み立て方法である。
The invention described in claim 13 is the method for assembling the hand-held particle visualization apparatus according to
本発明の手持ち型粒子可視化装置は、手持ち可能な小型軽量のハンディ性のある簡易構造であって、室内などの大気中に浮遊する通常肉眼で目視し難い粒子浮遊粒子を肉眼で可視し、塵や埃などによる大気環境の汚れ程度を直感的に視覚することができる。本発明の請求項1の発明によれば、室内空気の汚れ状態を常にリアルタイムに目認できるので、本発明の第1の目的と第4の目的を同時に具現化できる。そして、請求項2の発明によれば、粒子の大きさが異なる浮遊する塵埃であっても、比視感度に最も優れた波長で照射するので第2の目的である目視を容易にする。また、請求項3の発明によれば、第1の目的と第4の目的をより具体的に実現できる。さらに請求項4の発明によればこの目視の容易性をさらに改良して利用できる。そしてさらに請求項5の発明によれば、空気流動の無い室内においても、平均的な汚れを認めることができ第3の目的を実現でき、請求項6の発明でより簡易な構成にできる。
The hand-held particle visualization device of the present invention is a hand-held small and light handy simple structure that makes it possible to visually observe particles suspended particles floating in the atmosphere such as indoors that are difficult to see with the naked eye. It is possible to intuitively see the degree of contamination of the atmospheric environment due to dust and dirt. According to the first aspect of the present invention, it is possible to always recognize the dirty state of the room air in real time, so that the first object and the fourth object of the present invention can be realized at the same time. Further, according to the second aspect of the present invention, even floating dust particles having different particle sizes are irradiated with a wavelength having the best specific visibility, so that the second object of visual observation is facilitated. According to the invention of
次に請求項7の発明によれば、使用者の視点位置の自由度があるので、使い勝手よく空気汚れ程度を容易に直視できるので、本発明の第1と第4の目的をさらに向上して利用できる。そして、請求項8の発明によれば、この使い勝手の良さに加え粒子の大きさが異なる浮遊する塵埃であっても第2の目的をさらに確実に実現できる。また、請求項9の発明によれば、第1の目的と第4の目的をより具体的に実現できる。さらに、請求項10の発明によれば、この第2の目的が向上する。そしてさらに請求項11の発明によれば、本発明の第3の目的を使い勝手良く利用できる上に、請求項12の発明でより簡易な構成にできる。
Next, according to the invention of
本発明の第5の目的の技術を提供する請求項13によれば、使用者は室内の明るさや大気の流動程度に合わせてこの装置の機能を任意に選択できるので、より本発明装置を活用し易くなる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, which provides the fifth object of the present invention, the user can arbitrarily select the function of the apparatus in accordance with the brightness of the room and the degree of air flow. It becomes easy to do.
そしてこれらの発明を従来の技術と比較すれば、まず第1に従来多く用いられているレーザ光のレーリ散乱計測あるいは回折計測法は精密な光学系が必要であるが、本発明では光学系を用いない簡易な構造を提供する。第2に従来発光ダイオードを使用した装置では、暗箱の中にフォトトランジスタを配置して一対の発光素子と受光素子で粒子の存在を計数カウントする方法であるので、暗箱内の大気汚染の粒子を直視するものではない。これに対し、本発明では使用者が大気環境を直感的に視認できるので使い勝手に優れている。また多数の発光ダイオードを用いるので、2〜3個の発光ダイオードが故障しても実質この装置の機能を得ることができるので信頼性に優れている。第3に円環状のダイオード配置とこの駆動用乾電池と薄い背景遮光板と小型の送風機が主要構成部品になるので軽量小型で手持ちが容易であり、使用者はいつでもどこでも大気汚染程度を直感できるハンディ性に優れた機能を提供できる。 When these inventions are compared with the prior art, first of all, the Rayleigh scattering measurement or diffraction measurement method of laser light that is widely used in the past requires a precise optical system. Provide a simple structure that is not used. Secondly, in a device using a conventional light emitting diode, a phototransistor is arranged in a dark box and the presence of particles is counted and counted by a pair of light emitting elements and light receiving elements. It is not something that is directly viewed. On the other hand, in the present invention, since the user can intuitively visually recognize the atmospheric environment, it is excellent in usability. In addition, since a large number of light emitting diodes are used, even if two or three light emitting diodes break down, the function of this device can be obtained substantially, so that the reliability is excellent. Third, an annular diode arrangement, a driving battery, a thin background light shielding plate, and a small blower are the main components, so it is lightweight and easy to hold, and the user can intuitively understand the degree of air pollution anytime, anywhere. It can provide an excellent function.
本発明の最良の形態を以下の実施例で詳細に説明する。 The best mode of the invention is described in detail in the following examples.
本発明の第1の実施例の構造を図1、図2、図3、図4で説明する。この第1の実施例は、本発明の浮遊粒子を肉眼で目視可能とする本発明装置の可視化構造体1になる。
先ず図1と図2で可視化構造体1の概略構成を説明する。図1は一部断面正面図であり、図2は一部断面側面図である。この可視化構造体1は円形状に配置した複数の発光ダイオード101、102、103、104、105、106、142と、それを挟み込む位置に円形の板部材21、22を配置してさらに外周部材23で覆った遮光部材2と、その遮光部材2の中心部を開口させた開口部3と、この可視化構造体1を手持ちするための手持ち用部材4と、電源スイッチ5で構成する。使用者がこの装置を使用するさいに外部から見える部材は遮光部材2と開口部3と手持ち用部材4と電源スイッチ5のみであり、発光ダイオード101、102、103、104、105、106、142は直視できないよう円形の板部材21、22で覆っている。
The structure of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. This 1st Example becomes the
First, a schematic configuration of the
次にこの全断面を示す図3、図4で内部構造を説明する。発光ダイオード101、102、103、104、105、106、116、117、118、119、120、121、142は円形状に並べて、その照射方向を円の中心方向に定めている。図3では42個の発光ダイオードを図示しているが符号は一部省略する。この発光ダイオードの周囲には駆動回路の抵抗201、209、210、211、212、213を配置して、発光ダイオードそれぞれに結線301、302、303、304で電気的接続をしている。これら抵抗や結線は14個図示してあるが、符号は一部省略する。そして、これらの抵抗や結線の外周に外周部材23を配置する。これらの発光ダイオードは円形の板部材21、22の間に配置したリング11、12で保持する。抵抗201、209、210、211、212、213の他端は結線13、14とスイッチ5を介して乾電池15、16に電気的接続をする。手持ち用部材4の内部はこの乾電池15、16を保持する板17で構成する収納室18とスイッチ5を配置してあり、図5はこれら発光ダイオード(LED)と抵抗と電源から成る回路の一部を示す。この回路は図5に示すLEDと抵抗の組み合わせ回路を14個並列に接続したものであるので、この回路図では同じ回路構成部分を省略して図示した。
Next, the internal structure will be described with reference to FIGS. The
ここで用いる発光ダイオードは、波長510nmから560nmの範囲に最高光強度の発光波長を有する緑色発光ダイオードである。具体的には人間の比視感度が最も鋭敏になる光波長が510nmから560nmであるので、この波長範囲に最高光強度を設定するのが良いが実用的には500〜600nmでも良い。さらに、この波長を限定することが必要な場合には、発光波長520nmから530nmの範囲に最高光強度を有す緑色発光型が好適である。また発光ダイオードの使用個数は本実施例では42個使用しているが、この個数は設計上任意に定めることができる。すなわち開口部3の面積を大きくして被測定空間を大きくする場合はその数を多く、被測定空間が小さい場合はその数を少なくできる。
The light-emitting diode used here is a green light-emitting diode having an emission wavelength with the highest light intensity in a wavelength range of 510 nm to 560 nm. Specifically, the light wavelength at which the human's specific visual sensitivity becomes the most sensitive is from 510 nm to 560 nm. Therefore, the maximum light intensity is preferably set in this wavelength range, but may be practically 500 to 600 nm. Further, when it is necessary to limit this wavelength, a green light emitting type having a maximum light intensity in the range of the emission wavelength of 520 nm to 530 nm is preferable. The number of light emitting diodes used is 42 in this embodiment, but this number can be arbitrarily determined in design. That is, when the area of the
使用者がこの可視化構造体1の手持ち用部材4を持ちスイッチ5をオンすると、全ての発光ダイオードが同時に点灯する。ここで、単体の発光ダイオードの指向特性は図6に示すごとくおおよそ数度以内の狭拡散角の照射域Tであるが、本実施例では42個の発光ダイオードを円の中心方向に照射しているので、図7に示すように開口部3の中心3aに集光される。この開口部の中心3aには42個の照射域Tが指向しているが、図7では一部の発光ダイオードでの照射状態を示す。すなわち、発光ダイオード110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121は、開口部3の中心3aに向いているので、各々の照射域110a、111a、112a、113a、114a、115a、116a、117a、118a、119a、120a、121aが中心3aに向け照射域を形成している。なお、図7では図面左側の照射を省略して図示しているが、42個の発光ダイオード全てが中心3aに向け照射している。そこで開口部3から見える照射空間の緑色光強度はおおよそ均一になり、この照射空間全体が被測定空間になる。
When the user holds the hand-held
この被測定空間に数百nmから数十μm程度の大きさの塵や埃などの粒子が浮遊していると、発光ダイオードから照射される光は浮遊粒子に拡散される。この拡散の程度は粒子が光波長と同程度かそれより大きい場合、ミー散乱になり、粒子径の数倍の前方拡散を起こす。そこで、例えば使用者が図7の紙面上方からこの照射空間を目視すると、通常の室内光の下では見えにくい数μm(数千nm)から数十μm(数万nm)の浮遊粒子はその前方散乱と、散乱光が最も鋭敏な比視感度になる効果と重畳して視認が容易な手持ち型粒子可視化装置になる。 When particles such as dust or dust having a size of several hundred nm to several tens of μm are suspended in the measurement space, the light emitted from the light emitting diode is diffused into the suspended particles. If the degree of diffusion is the same as or larger than the light wavelength, Mie scattering occurs, causing forward diffusion several times the particle diameter. Therefore, for example, when the user visually observes the irradiation space from above the paper surface of FIG. 7, suspended particles of several μm (several thousand nm) to several tens of μm (tens of thousands nm) that are difficult to see under normal room light are in front of the irradiation space. A hand-held particle visualization device that is easy to view by superimposing the scattering and the effect that the scattered light has the sharpest specific visual sensitivity.
図8は実際の室内で目視した浮遊粒子の存在を示す写真である。図中の円形中央部の黒部が開口部3から見える照射空間であり、線状や白点線状に見える部分が浮遊して漂う浮遊粒子を示している。なお、この図8はカメラをシャッタ開放にて目視状態を撮影しているので、浮遊粒子が線状や白点線状に見えている。
FIG. 8 is a photograph showing the presence of suspended particles observed in an actual room. In the figure, the black part at the center of the circle is an irradiation space that can be seen from the
ところで、使用者からこの照射空間を見ると、照射空間のみならず発光ダイオード光源も含め直視する可能性もあるが、発明者は発光ダイオードの光源を直視しないで、照射空間のみ直視すると、より浮遊粒子の可視化が顕著になることを見出した。そこで、本発明は目視位置6a、6bと開口部3の大きさと発光ダイオードを挟む遮光部材2のスリット幅(図2に示す円形の板部材21、22の間の寸法)の関係を明らかにして、本発明のより有効な構造を開示する。下記の数1はこれらの関係を示す解析式である。
By the way, when viewing this irradiation space from the user, there is a possibility that not only the irradiation space but also the light source of the light emitting diode may be viewed directly, but the inventor does not look directly at the light source of the light emitting diode but looks more directly at the irradiation space. It has been found that the visualization of the particles becomes remarkable. Therefore, the present invention clarifies the relationship between the viewing positions 6a and 6b, the size of the
L;発光ダイオードが下がった距離(すなわち、L=(D−d)/2)
q;目視点(使用者の瞳位置)から照射空間までの距離
t;瞳孔間距離
s;発光ダイオードが配置された円形の板部材間距離(発光ダイオード配置の 為のスリット幅)
である。
なお、これらの記号を図9で定義する。目視位置は両眼6a、6bで示す。そして、両眼6a、6bと照射空間7に直交する垂直軸8の交点を目視点9とすると、数1によって定める設定で発光ダイオードの直射光が使用者の目に入ることが防げるので浮遊粒子10が良く目視できる。
すなわち、本発明の粒子可視化装置をより顕著な可視化を実現する上で、数1で求めるLより大きくして、発光ダイオードの配置直径Dと開口部3の直径dを定めれば、塵や埃の目視をより確実に達成できる。したがって、本発明をより効果的にするには数2に示す関係を満たせばよい。
L: Distance traveled by the light-emitting diode (ie, L = (D−d) / 2)
q: Distance from eye viewpoint (user's pupil position) to irradiation space
t: Interpupillary distance
s: Distance between circular plate members where light emitting diodes are placed (slit width for light emitting diode placement)
It is.
These symbols are defined in FIG. The visual position is indicated by both eyes 6a and 6b. If the intersection of the eyes 6a and 6b and the
That is, in order to realize more remarkable visualization of the particle visualization device of the present invention, if the arrangement diameter D of the light-emitting diode and the diameter d of the
表1は使用者の近点距離を調査したものであり、図10はそれを図示したものである。 Table 1 is an investigation of the near point distance of the user, and FIG. 10 illustrates this.
ところで、この実施例では光源として発光ダイオードを使用しているが、上記発光を狭拡散角の同様な発光波長で照射する半導体発光素子であれば同じ効果を得ることができる。
By the way, although a light emitting diode is used as a light source in this embodiment, the same effect can be obtained as long as it is a semiconductor light emitting element that irradiates the light emission at a similar emission wavelength with a narrow diffusion angle.
本発明の第2の実施例の構造を図11で説明する。この第2の実施例は、本発明の第1の実施例をさらに肉眼で目視を容易にするために改良した本発明装置である。
可視化構造体1は手持ち用部材4の方向から第1の連結部材30に挿入し、突起部30a、30bで保持する。この第1の連結部材30は可視化構造体1の片面側(図11の左側)に伸延する筒状部30cで図11中左側に伸ばし、突起部30d、30eで背景光を除去する背景遮光部材31を保持する。この背景遮光部材31は可視化構造体1の照射空間を目視点から見たときに、迷光を遮断するものである。具体的には光吸収性材料を板状にして黒色つや消し塗装板、墨を塗った紙、不織布、粗表面のつや消し塗装板、微細な穴を多数開けた多穴板、表面に微細な溝を持った光除去フィルム等、迷光除去機能を有るものであれば効果を有し、可視化構造体1での大気中の浮遊粒子をより顕著に可視化できる。そして、この背景遮光部材31は照射空間7に対しほぼ平行に取り付ける。この平行により、照射空間7への迷光はほぼ均一に防止するので、浮遊粒子を照射空間7内で均等に目視させることができる手持ち型粒子可視化装置になる。
The structure of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is an apparatus according to the present invention, which is an improvement of the first embodiment of the present invention in order to facilitate visual observation with the naked eye.
The
本発明の第3の実施例の構造を図12、図13で説明する。この第3の実施例は、本発明の第2の実施例をさらに改良したものであって、室内のような大気流れが少ない場所で使用する上で好適なるように改善した本発明装置であり、図12は部分断面正面図、図13は部分断面側面図である。この図12と図13は前述の第1の連結部材30に挿入した可視化構造体1を第2の連結部材40に挿入して組み立てた状態を示している。すなわち手持ち用部材4を第2の連結部材40の保持部40aで保持する。この保持部40aは可視化構造体1の手持ち用部材4をこの保持部40aの壁面40b、40cで支持する。一方、送風機50を保持する送風機保持部材51も第2の連結部材40の保持部40dの壁面40e、40fに挿入して支持する。この送風機50はつまみ52でファン53a、53b、53cを取り付けた回転軸54の回転数を定める。この送風機は小型のDCモータで駆動できるので重量形状ともハンディ性を阻害するものではない。この送風機50を備えることで、空気流れの無い室内の平均的空気汚れを視認できるようになる手持ち型粒子可視化装置になる。
The structure of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This third embodiment is a further improvement of the second embodiment of the present invention, and is an apparatus of the present invention which is improved so as to be suitable for use in a place where there is little atmospheric flow such as indoors. 12 is a partial sectional front view, and FIG. 13 is a partial sectional side view. 12 and 13 show a state where the
図14に示す第4の実施例はこの第3の実施例をさらに改良したものであって、発光ダイオードの電源と送風機50の電源を共有するようにしたものである。第2の連結部材40の内部に共有用の電源42を配置する。この電源42は第2の連結部材内に結線43と接続端子44を備え、送風機保持部材51内の壁面51aで保持した結線55と接続端子56と電気的接続を成すものである。一方、可視化構造体1の手持ち用部材4内にも同様に結線45(接続端子は省略する。)で発光ダイオードへの電源供給を行う。ここで使用する電源は市販乾電池である1次電池、あるいは蓄電型の2次電池のいずれも利用可能である。この実施例では第2の連結部材40内に電源を備える例を示したが、送風機50の電源として可視化構造体1内の乾電池15、16を共通電源として利用することも設計上可能である。この実施例では送風機用電源と発光ダイオード用電源を一つにできるので、より簡易で軽量の手持ち型粒子可視化装置になる。
The fourth embodiment shown in FIG. 14 is a further improvement of the third embodiment, and shares the power supply of the light emitting diode and the power supply of the
本発明の手持ち型粒子可視化装置は、先ず第1に可視化構造体1単品で目的とする機能を有する。第2に第1の連結部材30で背景遮光部材31を組み立てることができ、本発明の目的をより向上した性能を提供できる。第3にさらに第2の連結部材40で送風機50を取り付けて組み立てすることができ、室内のように大気の流れが少ない場所においても室内の空気汚れ具合を直感的に視認できる。すなわち、この手持ち型粒子可視化装置は第1の構成体となる可視化構造体1と、背景遮光部材31及び第1の連結部材30と、送風機保持体と第2の連結部材40を各々着脱可能に構成できる。この組み立ては第2の連結部材40のみ使用することも可能であり、使用者が任意にこの組み合わせを選ぶことができる。
The hand-held particle visualization apparatus of the present invention first has a desired function with a
1 可視化構造体
2 遮光部材
3 開口部
4 手持ち用部材
5 電源スイッチ
6a、6b 両眼の目視位置
7 照射空間
8 照射空間に対する垂直軸
9 目視点
10 浮遊粒子
11 リング
12 リング
13 結線
14 結線
15 乾電池
16 乾電池
17 乾電池を保持する板
18 乾電池の収納室
21 円形の板部材
22 円形の板部材
23 外周部材
30 第1の連結部材
31 背景遮光部材
40 第2の連結部材
42 共有の電源
43 結線
44 接続端子
45 結線
50 送風機
51 送風機保持部材
53 ファン
54 回転軸
55 結線
56 接続端子
101 発光ダイオード
102 発光ダイオード
103 発光ダイオード
104 発光ダイオード
105 発光ダイオード
106 発光ダイオード
110 発光ダイオード
111 発光ダイオード
112 発光ダイオード
113 発光ダイオード
114 発光ダイオード
115 発光ダイオード
116 発光ダイオード
117 発光ダイオード
118 発光ダイオード
119 発光ダイオード
120 発光ダイオード
121 発光ダイオード
142 発光ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体発光素子を挟む遮光部材を配置し、前記半導体発光素子に照射される空間と、
前記遮光部材に挟まれた空間とから成る照射空間を形成すると共に、
前記遮光部材が手持ち用の部材と一体であって、
前記遮光部材に開口部を配して、浮遊粒子を含む大気が前記開口部を介して前記照射空間へ流入するとともに、前記照射空間に存在する浮遊粒子を目視することを特徴とする手持ち型粒子可視化装置。 A plurality of semiconductor light emitting elements that irradiate a predetermined position;
A light-shielding member that sandwiches the semiconductor light-emitting element, and a space that is irradiated to the semiconductor light-emitting element;
While forming an irradiation space consisting of a space sandwiched between the light shielding members,
The light shielding member is integral with a hand-held member;
An opening is provided in the light shielding member, and air containing suspended particles flows into the irradiation space through the opening, and the suspended particles present in the irradiation space are visually observed. Visualization device.
前記半導体発光素子に照射される空間と、前記遮光部材に挟まれた空間とから成る照射空間を形成すると共に、前記遮光部材が手持ち用の部材と一体であって、
前記遮光部材に開口部を配して、
前記手持ち用の部材を手持ち保持した状態で、前記開口部を介して前記照射空間を直視可能であり且つ前記遮光部材で前記半導体発光素子を直視できない位置の目視点を前記照射空間に対し垂直方向の仮想軸上に有して、
前記目視点から前記照射空間に存在する浮遊粒子を目視することを特徴とする手持ち型粒子可視化装置。 A plurality of semiconductor light emitting elements that irradiate a predetermined position and a light shielding member that sandwiches the semiconductor light emitting elements are arranged,
Forming an irradiation space composed of a space irradiated to the semiconductor light emitting element and a space sandwiched between the light shielding members, and the light shielding member is integral with a hand-held member,
An opening is disposed in the light shielding member,
In a state where the handheld member is held by hand, the eye viewpoint at a position where the irradiation space can be directly viewed through the opening and the semiconductor light emitting element cannot be directly viewed by the light shielding member is perpendicular to the irradiation space. On the virtual axis of
A hand-held particle visualization device, wherein suspended particles existing in the irradiation space are visually observed from the eye viewpoint.
前記開口部の直径をd、前記半導体発光素子の最内周先端の成す円の直径をDとする時、
D>dの関係を有して、
前記Dの直径部が前記dの開口部で遮られて直視できない位置に前記目視点を有する前記請求項7あるいは8記載の少なくともいずれかの請求項を含む手持ち型粒子可視化装置。 All of the plurality of semiconductor light emitting elements are arranged in an annular shape, and the predetermined position is a region surrounded by the annular shape,
When the diameter of the opening is d and the diameter of the circle formed by the innermost peripheral tip of the semiconductor light emitting element is D,
Having a relationship of D> d,
9. The hand-held particle visualization apparatus including at least one of the claims 7 and 8, wherein the eye viewpoint is located at a position where the diameter portion of D is blocked by the opening of d and cannot be directly viewed.
前記遮光部材に開口部を配して、前記開口部を直視する目視点側を前記遮光部材の前面とすると、前記遮光部材の裏面側に前記開口部に略平行して配置する背景遮光部材と、
前記背景遮光部材の前記開口部側を前記背景遮光部材の前面とすると、前記背景遮光部材の裏面側に前記背景遮光部材と略平行して配置する送風機と、
前記遮光部材と前記背景遮光部材と前記送風機をそれぞれ連結する連結部材とを有し、
前記遮光部材に対し、前記背景遮光部材あるいは前記送風機の少なくともいずれか一方を連結することを特徴とする手持ち型粒子可視化装置の組み立て方法。
A plurality of semiconductor light emitting elements that irradiate a predetermined position, a plurality of light shielding members that sandwich the semiconductor light emitting elements are arranged, and a space that is irradiated to the semiconductor light emitting elements and a space that is sandwiched between the plurality of light shielding members The light shielding member forming the irradiation space;
An opening is arranged in the light shielding member, and an eye viewpoint side that directly views the opening is a front surface of the light shielding member, and a background light shielding member disposed on the back surface side of the light shielding member substantially in parallel with the opening. ,
When the opening side of the background light-shielding member is the front surface of the background light-shielding member, a blower is disposed on the back surface side of the background light-shielding member substantially in parallel with the background light-shielding member;
The light shielding member, the background light shielding member, and a connecting member for connecting the blower, respectively.
A method for assembling a handheld particle visualization apparatus, wherein at least one of the background light shielding member and the blower is connected to the light shielding member.
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