JP2017187381A - 微粒子検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子の検知精度を高めることができる微粒子検知装置を提供する。【解決手段】投光部２と受光部３と電圧変換部４と電圧閾値記憶手段６と第一カウント手段７、第二カウント手段８、積算手段９と演算手段１０を備え、受光部３と電圧変換部４により得られた微粒子５の粒子径に応じた電圧出力を、電圧閾値記憶手段６に記憶された電圧閾値を用いて第一カウント手段７と第二カウント手段８、積算手段９でピーク数と積算時間を出力し、この情報に基づいて演算手段１０が電圧閾値記憶手段６に記憶される電圧閾値に対応した粒子径と異なる粒子径の粒子の有無予測結果を出力することで、微粒子の検知精度を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、空気中の微細なホコリによる汚染状態を判定するために使用される微粒子検知装置に関するものである。

近年、アレルギー性ハウスダストや、ＰＭ２．５などの空気中の微細なホコリに関する健康問題が拡大している。これに対して、大気の汚れを観測するための自動測定器や空気清浄機などでホコリの種類に合わせた最適な自動制御を行うため、簡易的な光学式の微粒子検知装置を用いた空気中のホコリ検知が行われている。従来、この種のホコリの種類判別は、微粒子検知装置が照射した光のホコリによる散乱光の強度の違いに基づいて検知する方法が知られている(例えば、特許文献１参照)。

以下、微粒子検知装置について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、従来の微粒子検知装置は、空気中を浮遊しているホコリ１００に光を照射するＬＥＤ発光回路１０１と、空気中のホコリを検知しパルス信号を出力するダスト検知器１０２と、前記パルス信号を読み取ることでその数量の違いから空気の汚染状態を判定するマイコン１０３とから構成される。

ダスト検知器１０２は、受光回路１０４と増幅回路１０５と粒子径判定回路１０６と出力回路１０７から構成されている。受光回路１０４はホコリ１００の粒子径が大きいほど高強度となる反射光を受光し、受光強度に応じた電圧信号を出力する。また、受光回路１０４は、ダスト検知器１０２の主要構成であって、受光素子となっている。増幅回路１０５は、前記電圧信号を増幅する。粒子径判定回路１０６は、コンパレータにて構成され、前記増幅された電圧信号を規定する判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス信号に変換して出力する。出力回路１０７は、前記出力されたパルス信号をマイコン１０３で読み取れる規定する電圧値の変化に増幅する。

また、前記マイコン１０３により粒子径判定回路１０６の電圧閾値を切り替えるためのレベル切替回路１０８を備えている。レベル切替回路１０８は、粒子径判定回路１０６の電圧閾値を２段階設けてマイコン１０３により電圧閾値を交互に切り替える。このようにして、粒子径の異なる複数のホコリ量を１つのダスト検知器１０２で判定できるようにしている。

特開２００２−８９９０７号公報

ところで、従来の微粒子検知装置においては、レベル切替回路１０８を介してマイコン１０３により粒子径判定回路１０６の２段階の電圧閾値を切り替えながらダスト検知器１０２から出力されるパルス信号を読み取る。このようにして、１組のＬＥＤ発光回路１０１と受光回路１０４とから、２種類の粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。

また、ダスト検知器１０２において異なる電圧閾値をあらかじめ設定した粒子径判定回路１０６と、出力回路１０７を１組以上備える。そして各対応して出力されるパルス信号をマイコン１０３により読み取ることにより粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。

よって、１組の発光素子と受光素子の組み合わせから得られる電圧信号の電圧値の違いから複数の粒子径の異なるホコリ量を判定することが基本となる。また、ダスト検知器は粒子径判定回路１０６のダイナミックレンジや、マイコン１０３の時間分解能などにより精度良く検知できる粒子径が有限である。そのため、検知範囲を超える粒子径の粒子を検知しようとした場合に粒子の検知精度が低くなるという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微粒子の検知精度を高めた微粒子検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ａよりも小さい電圧閾値Ｂとを記憶する電圧閾値記憶手段と、所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａを超えた範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第一カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Ｂを超えた時間を積算する積算手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、を備えたものとし、これにより初期の目的を達成するものである。

本発明の微粒子検知装置によれば、微粒子の検知精度を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る微粒子検知装置１の概略の構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１の概略の構造を示す構成図。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１から出力される検知信号の一例を示す電圧波形データ。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１から出力される検知信号の存在確率を示す概略図。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１の演算手段１０周辺の概略構成図。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１の演算手段１０の補正適用手段１９の一例を示す入出力特性図。 実施の形態１に係る微粒子検知装置１の演算手段１０の集計手段２４の予測結果の一例を示す入出力特性図 従来の微粒子検知装置の概略の回路構成を示すブロック図。

本発明における微粒子検知装置は、投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ａよりも小さい電圧閾値Ｂとを記憶する電圧閾値記憶手段と、所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａを超えた範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第一カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Ｂを超えた時間を積算する積算手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、を備えた構成を有する。

つまり、所定の粒子径サイズを規定する電圧閾値Ａから得られるピーク数と、それより小さい粒子径サイズを規定する電圧閾値Ｂに対して得られるピーク数と積算時間に基づいて、微粒子検知装置の検知範囲を超える粒子径の有無を予測する構成とした。

これにより、微粒子検知装置の検知可能な粒子径を維持したまま、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂに対応する粒子径とは別の粒子径を判別できる。言い換えると、微粒子検知装置の検知範囲を超える粒子径の粒子の有無を予測できる。これにより、空気清浄機などでは、大気中をただよう微粒子の検知精度が高まるため、判定結果に基づき、微粒子に対して最適な清浄動作が実現できる。さらに、少ないハード構成の変更で粒子の有無判定ができるため、低コスト化にもつながる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

更に、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

（実施の形態１）
図１と図２に示すように、本実施の形態における微粒子検知装置１は、投光部２と受光部３と電圧変換部４と電圧閾値記憶手段６と第一カウント手段７と第二カウント手段８と積算手段９と演算手段１０と、を備えている。

投光部２は、空気中にただよう微細なホコリを構成する微粒子５に対して光を照射する。

受光部３は、投光部２から照射された光であって、ホコリ検知点１２を通過した微粒子５の表面で散乱して反射される光を受光する。受光部３は、受光した光の受光強度に応じた信号を出力する。

ホコリ検知点１２は、投光部２からレンズ１３ａを介して照射される光の照射軸と、レンズ１３ｂを介して受光部３に入射される光の入射軸の交差点に設けられる空間を示す。また、ホコリ検知点１２は、微粒子検知装置１の外郭部材１１に囲まれた位置であって、加熱手段１５と開口１４ａ、１４ｂで形成される流路上であって、外部から微粒子５が流入可能な位置に設けられる。

加熱手段１５は抵抗素子のヒータ上昇気流により気流を生成する。なお、加熱手段１５は微粒子５がホコリ検知点１２を通過可能な気流が生成できればよく、ファンなどを用いた構成でも問題ない。

電圧変換部４は、受光部３の信号を電圧信号に変換して出力する。図上には示していないが、電圧出力の増幅、フィルタ処理なども行うことで、後段の処理回路に適した信号レベルなどに変換している。また、電圧変換部４は、微粒子検知装置１内のホコリ検知点１２を微粒子５が通過するタイミングと微粒子５の粒子径によって、時系列で電圧振幅が異なる電圧波形データとして出力する。電圧波形データの一例を図３に示すが詳細は後述する。

電圧閾値記憶手段６は、第一カウント手段７による算出に利用する電圧閾値Ａと、第二カウント手段８と積算手段９による算出に利用するための電圧閾値Ｂと、第三カウント手段２５による算出に利用するための電圧閾値Ｃを記憶している。

第一カウント手段７と第二カウント手段８と第三カウント手段２５は、電圧変換部４から出力される電圧波形データと電圧閾値記憶手段６に記憶された電圧閾値Ａ、電圧閾値Ｂ、電圧閾値Ｃを比較し、ピークの個数情報を出力する。

積算手段９は、電圧変換部４から出力される電圧波形データと電圧閾値記憶手段６に記憶された電圧閾値Ｂを比較し、時間情報を出力する。

演算手段１０は、第一カウント手段７と第二カウント手段８と積算手段９と第三カウント手段２５の出力に基づき、異なる粒子径の有無の予測結果を出力するものである。

また、微粒子検知装置１は、図上には示していないが、電源手段から供給される電力により動作するものである。

また、電圧閾値記憶手段６と第一カウント手段７と第二カウント手段８と積算手段９と第三カウント手段２５と演算手段１０は、例えば１チップのマイクロコンピュータ（以下、マイコン）を用いるものである。このマイコンは、演算や判定処理を行う中央演算装置、入出力端子、ＡＤＣ入力端子、メモリ等を一体としたものである。入出力端子は、外部の電圧変化の信号を取り込み、出力を行う。ＡＤＣ入力端子は、アナログ電圧信号をデジタル値に変換して取り込む。メモリは動作手順をソフトウェアとして記憶したり、演算や判定状態を保存したりする。

マイコンを用いた構成では、入力端子を介して読み込んだアナログ信号やＨｉ電位やＬｏ電位をデジタル値としてマイコン内部へ読み込む。Ｈｉ電位は、許容される電圧の電気信号の仕様で規定される駆動電源の電圧電位である。Ｌｏ電位は、基準電位（ＧＮＤ）である。

ソフトウェア記述のプログラムとしてメモリ上に一連の制御処理の手順を記憶させ、この手順を規定のタイミングに合わせて、あるいは、マイコンの入力端子から読み込んだ電気信号のデジタル値の変化に基づいて実行する。これにより、要求される制御動作を実現させることができる。

次に、上記構成を有する微粒子検知装置１で所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算方法について、図３で示す電圧波形データを参照しながら説明する。

図３に示す電圧波形データは、上述のホコリ検知点１２を通過した微粒子５による光の反射に基づいて電圧変換部４より出力された信号であり、Ｘ軸は時間を、Ｙ軸は信号の出力強度（電圧）を示す。また、電圧波形データは、例えば単位時間Ｔを一単位として第一カウント手段７、第二カウント手段８、積算手段９に入力されて処理される。なお、図３では、アナログの波形データとして示したが、実際は波形データを二値化されたデジタルデータとして処理する。

第一カウント手段７は、電圧閾値記憶手段６により記憶されている電圧閾値Ａと電圧波形データを比較し、電圧閾値Ａを超える範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を所定の単位時間Ｔについてカウントする。ここでピークとは頂点を指し、波形の微分点がプラスからマイナスに反転する箇所を意味する。図３においてはポイントＰ１、ポイントＰ２の２箇所がカウント対象に該当する。

また、第二カウント手段８は、電圧閾値記憶手段６に記憶されている電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの間の範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を、所定の単位時間Ｔについてカウントする。図３においてはポイントＰ３、ポイントＰ４の２箇所がカウント対象に該当する。

さらに、積算手段９は、電圧閾値記憶手段６に記憶されている電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの間の範囲に各波形のピーク値が存在する電圧波形データに対し、電圧閾値Ｂを超える時間を所定の単位時間Ｔの間について積算し、積算時間として出力する。図３においては時間ＷＸと時間ＷＹの和が積算時間に該当する。

第三カウント手段２５は、電圧閾値記憶手段６に記憶されている電圧閾値Ｂと電圧閾値Ｃの間の範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を、所定の単位時間Ｔについてカウントする。図３においてはポイントＰ５がカウント対象に該当する。

つまり、具体的には、図３で示す波形の場合、第一カウント手段７の出力値をＣ１、第二カウント手段８の出力値をＣ２、積算手段９の出力値をＷ２、第三カウント手段２５の出力値をＣ３とすると以下で示す値となる。

第一カウント手段７： Ｃ１ ＝ ２
第二カウント手段８： Ｃ２ ＝ ２
積算手段９： Ｗ２ ＝ ＷＸ＋ＷＹ
第三カウント手段２５： Ｃ３ ＝ １
受光部３は、微粒子５がホコリ検知点１２を通過したときの反射光を受光するため、粒子径が大きい粒子ほど信号強度が高くなる。つまり電圧波形データの電圧振幅は微粒子５の粒子径と相関がある。そのためＣ１、Ｃ２、Ｗ２の各出力は、微粒子検知装置１のホコリ検知点１２を通過した個数が、電圧閾値Ａに対応する粒子径を超える粒子が２個、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの範囲に対応する粒子径の粒子が２個存在するということを意味する。また、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂに対応する粒子径の粒子としてカウントした２個の粒子が、ＷＸ＋ＷＹの時間の間、電圧閾値Ｂを上回っていたことを意味している。

図４は、粒子径が同じ大量の微粒子５が微粒子検知装置１内のホコリ検知点１２を通過した場合における電圧波形のピーク値の電圧値を積算することで算出した、存在確率の概略図を示している。図３の電圧波形データで観測された各波形のピーク値を長時間積算することで、図４を算出している。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の各条件は、同じ粒子径で同程度の個数が微粒子検知装置１内のホコリ検知点１２を通過したときに観測される結果を示している。Ｘ軸が存在確率を示し、Ｙ軸が図３のＹ軸と同じ信号の出力強度（電圧）を示す。Ｙ軸方向の存在確率のピーク値の位置は、ホコリ検知点１２を通過した粒子径を意味している。また、Ｘ軸方向のピーク値の振幅は、振幅が大きいほど多くの粒子が存在するため微粒子検知装置１で検出できる可能性が高く、振幅が小さいほど微粒子検知装置１で検出できる可能性が低いということ意味している。

図４（ａ）は電圧閾値Ａに対応する粒子径より大きな複数個の粒子が、微粒子検知装置１のホコリ検知点１２を理想的に通過した場合の存在確率を示している。同じ粒子径の粒子がホコリ検知点１２を通過したため、ピーク値の位置がほぼ一致し、１個のピークを有する存在確率分布を示している。

図４（ｂ）は、実際の大気環境において、図４（ａ）と同じ粒子径の粒子がホコリ検知点１２を通過したときの存在確率の分布イメージを示す。図４（ａ）の理想状態とは異なり、ホコリ検知点１２での微粒子５の通過速度や通過場所が変化するため、存在確率がＹ軸の小さい方に幅広く分布する特性を示す。つまり通過速度が速い場合には反射時間が短く、すなわち粒子径を小さく認識する。また通過場所がホコリ検知点１２の中心部より離れるほど反射面積が小さく、すなわち粒子径を小さく認識する。

図４（ｃ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）の粒子径より大きな粒子の場合の存在確率の分布イメージを示している。微粒子５の粒子径が大きくなることで、存在確率のピーク値の位置がＹ軸方向の高い方にシフトした分布を示している。また、Ｘ軸方向で示す存在確率のピーク値の振幅が小さい特性を示している。これは、大きな粒子ほど空間ではすぐに落下するために空間を浮遊する個数が少ないのと、大きな粒子であるため微粒子検知装置１の加熱手段１５で生成される気流では微粒子５がホコリ検知点１２を通過することができないためである。つまり、大きい粒子の有無を判定する場合は、図４（ｃ）で示すように、存在確率の分布特性の違いを利用することが有効である。

図４は上述したように、同一粒子径の粒子が大量にホコリ検知点１２を通過した場合の存在確率である。実際の大気環境では図４（ｃ）の説明で述べたように、図４（ｂ）、図４（ｃ）で示す粒子径の存在確率のピーク値の振幅はさらに低くなり、図４（ｂ）と図４（ｃ）を判別することが非常に困難になる。

このような条件で図４（ｂ）と図４（ｃ）を判別するためには、電圧閾値Ａに対応した第一カウント手段７の出力に、存在確率の分布を考慮した処理を行うことが有効である。つまり、第一カウント手段７の出力に対し、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの範囲に対応する第二カウント手段８と積算手段９の出力とから算出される補正値で粒子に対する検知感度を上げる補正処理を行う。

また、図４（ｂ）と図４（ｃ）の存在確率の分布はピーク値の振幅が異なる特性を示し、電圧閾値Ａより小さい範囲では、粒子径が小さい粒子であるほど存在確率のピーク値の振幅が大きくなる。つまり、小さい粒子であればあるほど、電圧閾値Ａより小さい範囲に電圧波形データのピーク値があり、存在確率の振幅も大きくなる。よって、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの範囲に対応する第二カウント手段８と積算手段９とから算出した補正値を用いた演算手段１０に対し、補正値自体を調整することで粒子に対する検知感度を調整できる。具体的には、例えば電圧閾値Ｂより小さい電圧閾値Ｃを設定し、電圧閾値Ｂと電圧閾値Ｃの間の範囲に電圧波形データのピーク値を持つピーク数（Ｃ３）で補正値を除算することで、粒子に対する検知感度を調整できる。小さい粒子径の粒子が多い場合には、図４（ｂ）のように電圧閾値Ｂと電圧閾値Ｃの間の範囲に対応するピーク数が多くなる。そのため、補正値をピーク数で除算することで補正値を小さくすることができる。つまり、小さい粒子径の粒子では補正値が小さくなり粒子に対する感度を高めず、大きい粒子径の粒子では補正値が大きくなり粒子に対する感度を高めることが可能となる。

図４（ｂ）と図４（ｃ）を判別する演算処理について、演算手段１０周辺の一構成例である図５を用いて説明を行う。

カウント比較手段１６は、第一カウント手段７の出力値Ｃ１とカウント閾値記憶手段１７により記憶されている基準閾値Ｙを比較する処理を行う。カウント判定手段１８は、Ｃ１がＹ以上の場合に第一カウント手段７として得られたカウント値の採用を可と判断し、そうでない場合に、第一カウント手段７として得られたカウント値の採用を否と判断する。カウント判定手段１８が可のときには演算手段１０の入力値としてＣ１の値を採用し、カウント判定手段１８が否のときには演算手段１０の入力値としてゼロを採用する。なお、基準閾値Ｙは、単位時間Ｔにおいて、所定のサイズの粒子が存在する確率を判定するためのもので、微粒子検知装置１の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

カウント比較手段１６： Ｃ１ ≧ Ｙ ・・・（式１）
カウント判定手段１８： 上記式１に基づきカウント値の採用の可否を出力
補正値算出手段２０は、第二カウント手段８の出力値Ｃ２と積算手段９の出力値Ｗ２と、電圧閾値Ｂと電圧閾値Ｃの間の範囲にピーク値を有する電圧波形データから得られたピーク数Ｃ３から補正値の算出を行う。ここで、電圧閾値Ｃは電圧閾値Ｂより小さい電圧である。

具体的には、まずＷ２をＣ２で除算し、さらにＣ３で除算することで補正値を算出する。

所定の単位時間Ｔの間で得られたＷ２をＣ２で除算することで、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの間に存在するピークに対して、平均的な積算時間を求めることができる。図３、図４で示すように、電圧波形データの振幅は粒子径と相関があるため、電圧閾値Ａと電圧閾値Ｂの間に存在する粒子の出力においても積算時間が大きいほど粒子径が大きいことは明らかである。この処理を行うことで、粒子に対する検知感度を高めることが可能となる。

さらに、Ｗ２をＣ２で除算した値に対して、Ｃ３で除算する処理を行う。これにより、上述したような粒子に対する検知感度を調整できるため、図４（ｂ）と図４（ｃ）の粒子径を判別できる。

補正値算出手段２０： （ＷＸ＋ＷＹ）／Ｃ２÷Ｃ３ （＝補正値）
補正比較手段２１は、補正値算出手段２０で算出した補正値と、補正閾値記憶手段２２で記憶されている基準閾値Ｘを比較する処理を行う。補正判定手段２３は、補正比較手段２１の比較の結果に基づき、補正の可否を判断する。補正比較手段２１で補正値とＸを比較し、補正値がＸ以上の場合に補正判定手段２３が補正を可と判断し、そうでない場合は、補正判定手段２３が補正を否と判断する。補正判定手段２３が補正を可と判断したときは、補正適用手段１９は補正値を用いてＣ１に対して補正処理を行う。また、補正判定手段２３が否と判断したときは、補正適用手段１９はＣ１に対する補正処理を実施しない。なお、基準閾値Ｘは所定のサイズの粒子が存在することを判定するために設定するパラメータであり、微粒子検知装置１の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

補正比較手段２１： 補正値 ≧ Ｘ ・・・（式２）
補正判定手段２３： 上記式２に基づき補正の可否を出力
補正適用手段１９は、第一カウント手段７で得られたＣ１に対して、補正値、カウント判定手段１８の可否判定結果、補正判定手段２３の可否判定結果に基づき補正処理を行う。

補正適用手段１９による補正処理の詳細については、図５に加えて補正適用手段１９の入出力特性図の一例を示す図６を参照しながら説明を行う。

図６（ａ）条件１は第一カウント手段７の出力がＣ１で、カウント判定手段１８が可と判断し、第一カウント手段７がカウントした値を採用する場合である。つまり第一カウント手段７の出力としてはＣ１が採用されている。補正値がＷ２’／（Ｃ２×Ｃ３）であり、補正判定手段２３が否と判断しているため補正適用手段１９は補正を行わず、補正適用手段１９の出力はＣ１となる。ここで、Ｗ２’はＷ２より小さく、補正比較手段２１で基準閾値Ｘと比較した結果、補正判定手段２３が否と判定する値である。また、補正値が小さいことをＷ２の変更による一例で示したが、他のパラメータの値が変化してもよい。

図６（ａ）条件２は、第一カウント手段７の出力がＣ１で、カウント判定手段１８が可と判断し、第一カウント手段７がカウントした値を採用する場合である。つまり第一カウント手段７の出力としてはＣ１が採用されている。補正値がＷ２／（Ｃ２×Ｃ３）であり、補正判定手段２３が可と判断しているため補正適用手段１９は補正を行い、補正適用手段１９の出力はＣ１＋補正値となる。

図６（ａ）条件３は、第一カウント手段７の出力がＣ１’で、カウント判定手段１８が否と判断し、第一カウント手段７がカウントした値としてゼロを採用する場合である。ここで、Ｃ１’はＣ１より小さく、カウント比較手段１６で基準閾値Ｙと比較した結果、カウント判定手段１８が否と判定する値である。このとき、補正値がＷ２’／（Ｃ２×Ｃ３）であり、補正判定手段２３が否と判断しているため補正適用手段１９は補正を行わず、補正適用手段１９の出力はゼロとなる。

図６（ａ）条件４は、第一カウント手段７の出力がＣ１’で、カウント判定手段１８が否と判断し、第一カウント手段７がカウントした値としてゼロを採用する場合である。このとき、補正値がＷ２／（Ｃ２×Ｃ３）であり、補正判定手段２３が可と判断しているため補正適用手段１９は補正を行い、補正適用手段１９の出力は０＋補正値となる。

また、図６（ｂ）は、カウント判定手段１８が可と判断した場合に、第一カウント手段７がカウントした値として１を採用する場合であり、図６（ａ）と同様の処理を行う。

なお、第一カウント手段７がカウントした値として１を採用するのは、例えばカウント比較手段１６の基準閾値Ｙに対して、第一カウント手段７の出力Ｃ１が非常に大きい環境を想定した場合などである。この場合、１を採用することで補正値による補正の効果を高めることができ、微粒子の検知精度を高めることができる。

集計手段２４は、補正適用手段１９で求めた値（補正後Ｃ１）を用いて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する。具体的には、補正後Ｃ１に対して、記載しない閾値を用いて比較判定する処理などを行う。比較判定の結果、補正後Ｃ１が閾値以上のときに所定の粒子を「有」と判断し、補正後Ｃ１が閾値より小さい場合に所定の粒子を「無」と判断する。

また、集計手段２４は図７で示すように、複数の単位時間Ｔで得られる補正適用手段１９の出力を使用することで所定のサイズを有する粒子の有無の判定の精度を高めることができる。前記記載しない閾値は、補正後Ｃ１が補正値以上のときに粒子有無が有と判定する条件としている。入力は時系列で単位時間Ｔごとに得られる補正後Ｃ１であり、単位時間Ｔごとに粒子有無の判定結果を出力している。この複数の予測結果に基づき、集計手段２４で所定のサイズを有する粒子の有無を確定する。具体的には、例えば、時系列で得られる粒子有無の出力の「有」の回数が特定回数を超えた場合に、集計手段２４の出力が所定のサイズの粒子の有無を「有」と出力する。複数の結果から粒子の有無を判断するために精度よく粒子を判別できる。

以上のように、第一カウント手段７がカウントした値と前記第二カウント手段８がカウントした値と積算手段９が積算した時間と（第三カウント手段２５がカウントした値と）を利用して、存在確率を補正することで、目的とする粒子の存在の有無を高精度で検出することが可能になる。

（変形例）
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、補正適用手段１９で補正後Ｃ１を計算する際、補正値を直接加算することとしたが、加算する値は補正値ではなく固定値（例えば、１や０．５など）を加算する処理を行ってもよい。

・上記実施形態では、図６（ｂ）で第一カウント手段７がカウントした値として１を採用したが、１以外の値であってもよい。

・上記実施形態では、集計手段２４の判定は、複数の粒子有無の判定結果の回数に基づき判断したが、補正後Ｃ１の値をそのまま積算した結果に対して、別途設けた閾値と比較して所定のサイズを有する粒子の有無を判定してもよい。

・上記実施形態では、電圧閾値Ｃを電圧閾値Ｂより低い値で設定したが、電圧閾値Ｂと同じ値でもよいし、大きな値でもよい。

・上記実施形態では、補正値を電圧閾値ＢとＣから得られたピーク数Ｃ３で除算したが、例えば微細な粒子であるＰＭ２．５濃度などの情報を別途算出している場合はその値を用いて除算することで補正値を算出してもよい。

・上記実施形態では、カウント比較手段１６で基準閾値Ｙと比較してカウント判定手段１８の可否を判定したが、別途閾値Ｚを設定し、Ｃ１の値の範囲を判定条件にしてもよい。なお、閾値Ｚは所定のサイズの粒子が存在することを判定するためのパラメータであり、微粒子検知装置１の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

カウント比較手段１６： Ｚ ≧ Ｃ１ ≧ Ｙ
上限を設定することで、図４（ｃ）に対して粒子径の小さい図４（ｂ）の粒子に対する検知感度の調整も可能である。

また、さらに同様の考えを補正比較手段２１などに適用してもよい。

・上記実施形態では、ピーク数Ｃ１は取得した値をそのまま使用しているが、補正値を算出する際に、電圧閾値Ｃで除算することで補正したのと同様、別途設けた電圧閾値Ｄから出力されるピーク数を用いてＣ１自体の値を補正する処理を追加してもよい。この処理により、図４（ｃ）に対して粒子径の小さい図４（ｂ）の粒子に対する検知感度の調整も可能である。なお、電圧閾値Ｄは所定のサイズの粒子が存在することを判定するためのパラメータであり、微粒子検知装置１の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

・上記実施形態では、所定のサイズを有する粒子の有無の予測を微粒子検知装置１内に搭載しているマイコンで行ったが、例えば空気清浄機などに搭載している異なるマイコンを用いて判定してもよい。

・上記実施形態では、第三カウント手段２５の出力Ｃ３で除算した補正値を用いた構成としたが、Ｃ３で除算しなくてもよい。この場合には、第三カウント手段２５が不要となり、またＣ３を使わずに処理を行うために処理が簡易に実施できる。

以上のように、本発明にかかる微粒子検知装置は、微粒子の検知精度を高めることができるため、微粒子検知装置を例えば空気清浄機や他の空調装置などに用いる場合に有用である。

１ 微粒子検知装置
２ 投光部
３ 受光部
４ 電圧変換部
５ 微粒子
６ 電圧閾値記憶手段
７ 第一カウント手段
８ 第二カウント手段
９ 積算手段
１０ 演算手段
２５ 第三カウント手段

Claims (7)

1. 投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、
   前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、
   電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ａよりも小さい電圧閾値Ｂとを記憶する電圧閾値記憶手段と、
   所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａを超えた範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第一カウント手段と、
   前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、
   前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ａと前記電圧閾値Ｂとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Ｂを超えた時間を積算する積算手段と、
   前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、
   を備えた微粒子検知装置。
2. 前記演算手段は、
   前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて補正値を算出する補正値算出手段と、
   前記補正値算出手段が算出した補正値で前記第一カウント手段がカウントした値を補正する補正適用手段と、
   を備えた請求項１記載の微粒子検知装置。
3. 前記補正値算出手段が算出した補正値の比較対象である基準閾値Ｘを記憶する補正閾値記憶手段を備え、
   前記演算手段は、
   前記補正値算出手段が算出した値と前記基準閾値Ｘとを比較する補正比較手段と、
   前記補正比較手段による比較結果に基づいて前記補正適用手段による前記補正の可否を判定する補正判定手段と、
   前記補正判定手段の判定結果に基づいて前記補正値算出手段が算出した補正値で前記第一カウント手段がカウントした値を補正する前記補正適用手段と、
   を備えた請求項２に記載の微粒子検知装置。
4. 前記第一カウント手段が算出した値の比較対象である基準閾値Ｙを記憶するカウント閾値記憶手段と、
   前記第一カウント手段がカウントした値と前記基準閾値Ｙとを比較するカウント比較手段と、
   前記カウント比較手段による比較結果に基づいて前記第一カウント手段がカウントした値の採用の可否を判定するカウント判定手段と、を備え、
   前記演算手段は、
   前記カウント判定手段の判定結果が可の場合には前記第一カウント手段がカウントした値を採用し、前記カウント判定手段の判定結果が否の場合には前記第一カウント手段がカウントした値としてゼロを採用し、
   前記採用した値に対して前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて算出した補正値で補正を行う請求項１記載の微粒子検知装置。
5. 前記第一カウント手段が算出した値の比較対象である基準閾値Ｙを記憶するカウント閾値記憶手段と、
   前記第一カウント手段がカウントした値と前記基準閾値Ｙとを比較するカウント比較手段と、
   前記カウント比較手段による比較結果に基づいて前記第一カウント手段がカウントした値の採用の可否を判定するカウント判定手段と、を備え、
   前記演算手段は、
   前記カウント判定手段の判定結果が可の場合には前記第一カウント手段がカウントした値として１を採用し、前記カウント判定手段の判定結果が否の場合には前記第一カウント手段がカウントした値としてゼロを採用し、
   前記採用した値に対して前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて算出した補正値で補正を行う請求項１記載の微粒子検知装置。
6. 電圧閾値Ｂよりも小さい電圧閾値Ｃを記憶する前記電圧閾値記憶手段と、
   前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Ｂと前記電圧閾値Ｃとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第三カウント手段とを備え、
   前記補正値算出手段は、
   前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間と前記第三カウント手段がカウントした値とに基づいて前記補正値を算出する請求項１から５のいずれかに記載の微粒子検知装置。
7. 前記演算手段は、
   異なる複数の前記電圧波形データに対して前記予測を行い、複数の予測結果に基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を確定する集計手段を備えた請求項１から６のいずれかに記載の微粒子検知装置。

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