JP2022012708A - Aerosol measurement device and aerosol measurement method - Google Patents

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Abstract

To accurately detect aerosol.SOLUTION: An aerosol measurement device 100 for measuring aerosol contained in the atmosphere includes: a light source 30; an etalon 10 through which light L1 emitted from the light source 30 passes; an etalon 20 through which Mie scattered light L4 generated by scattering emission light L2 that has passed through the etalon 10 by the aerosol passes; a light receiver 50 for receiving the Mie scattered light L4 that has passed through the etalon 20; a position measurement section 70 for measuring a position of at least one of the etalon 10 and etalon 20; and a temperature control section 90 for controlling the temperature of the light source 30 on the basis of change of the position measured by the position measurement section 70.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、エアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法に関する。 The present disclosure relates to an aerosol measuring device and an aerosol measuring method.

従来、大気中のエアロゾルの分布の観測を行う技術として、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が知られている。ライダーは、観測領域の大気中に短パルスのレーザ光を照射し、その散乱光を信号として計測して解析することにより、黄砂、花粉、埃又は微小水滴などの空気中を浮遊する計測対象物、すなわち、エアロゾルの状態を観測する技術である。 Conventionally, a lidar (LIDAR: Light Detection and Ranking) is known as a technique for observing the distribution of aerosols in the atmosphere. The lidar irradiates the atmosphere of the observation area with a short pulse laser beam, measures the scattered light as a signal, and analyzes it to measure objects floating in the air such as yellow sand, pollen, dust, or minute water droplets. That is, it is a technique for observing the state of the aerosol.

散乱光にはミー散乱光とレイリー散乱光とが含まれる。ミー散乱は、レーザ光の波長と同等以上の粒径の微粒子によって起こる散乱現象である。レイリー散乱は、レーザ光の波長よりも小さな微粒子によって起こる散乱現象である。散乱光からレイリー散乱光を分離除外することでミー散乱光を得ることができる。 The scattered light includes Mie scattered light and Rayleigh scattered light. Mie scattering is a scattering phenomenon caused by fine particles having a particle size equal to or larger than the wavelength of laser light. Rayleigh scattering is a scattering phenomenon caused by fine particles smaller than the wavelength of laser light. Mie scattered light can be obtained by separating and excluding Rayleigh scattered light from scattered light.

従来、単一縦モードのレーザ光を照射光として用いて、エアロゾルによるミー散乱光と、大気構成分子によるレイリー散乱光とが含まれる散乱光をフィルタで分光分離する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。エアロゾルによるミー散乱光の半値全幅は、照射されたレーザ光の半値全幅にほぼ等しい。大気構成分子によるレイリー散乱光の半値全幅は、大気構成分子の熱運動によるドップラー効果で広がる。特許文献１に開示された方法は、この半値全幅の違いを利用して分光分離する方法である。 Conventionally, a method has been known in which a single vertical mode laser beam is used as irradiation light, and scattered light including Mie scattered light by an aerosol and Rayleigh scattered light by atmospheric constituent molecules is separated by a filter (for example). , Patent Document 1). The full width at half maximum of the Mie scattered light by the aerosol is almost equal to the full width at half maximum of the irradiated laser light. The full width at half maximum of Rayleigh scattered light by atmospheric constituent molecules is widened by the Doppler effect due to the thermal motion of atmospheric constituent molecules. The method disclosed in Patent Document 1 is a method of spectroscopic separation utilizing this difference in full width at half maximum.

この方法においては、レイリー散乱光を計測するために、レーザの狭帯域化及びその波長と分光素子のスペクトル特性をわずかにずらして合わせる必要がある。このため、その制御は容易ではなく、長期間の連続観測が困難になる。 In this method, in order to measure Rayleigh scattered light, it is necessary to narrow the band of the laser and slightly shift the wavelength thereof and the spectral characteristics of the spectroscopic element. Therefore, its control is not easy and long-term continuous observation becomes difficult.

また、マルチ縦モードレーザを光源として用いて、エアロゾルによるミー散乱光と大気構成分子によるレイリー散乱光とが含まれる散乱光を、分光により検出し、これらを分離する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。ここでは、マルチ縦モードレーザのスペクトルモード間隔が一定であることを利用し、これと同じスペクトル間隔の光を選択的に透過させる干渉計を用いて分光する。レイリー散乱光は、レーザ光のスペクトルモード間隔の間を埋めるようなスペクトルを持ち、ミー散乱光を干渉計により除去し、レイリー散乱信号を得ることができる。 Further, a method is known in which a multi-vertical mode laser is used as a light source to detect scattered light including Mie scattered light by an aerosol and Rayleigh scattered light by atmospheric constituent molecules by spectroscopy and separate them (for example). , Patent Document 2). Here, taking advantage of the fact that the spectral mode interval of the multi-longitudinal mode laser is constant, spectroscopy is performed using an interferometer that selectively transmits light having the same spectral interval. The Rayleigh scattered light has a spectrum that fills the space between the spectral mode intervals of the laser light, and the Mie scattered light can be removed by an interferometer to obtain a Rayleigh scattered signal.

国際公開第２００３／７３１２７号International Publication No. 2003/73127 特許第６２４３０８８号公報Japanese Patent No. 6243088

しかしながら、上記従来技術は干渉部の調整が難しいという課題がある。 However, the above-mentioned conventional technique has a problem that it is difficult to adjust the interference portion.

そこで、本開示は、エアロゾルを精度良く検出することができるエアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides an aerosol measuring device and an aerosol measuring method capable of accurately detecting an aerosol.

本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された光が通過する第１のエタロンと、前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光が通過する第２のエタロンと、前記第２のエタロンを通過した散乱光を受光する受光器と、前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御する第１の温度制御部と、を備える。 The aerosol measuring device according to one aspect of the present disclosure is an aerosol measuring device that measures an aerosol contained in the atmosphere, and is a light source, a first etalon through which light emitted from the light source passes, and the first one. A second etalon through which the scattered light generated by the light passing through the etalon being scattered by the aerosol passes, a light source for receiving the scattered light passing through the second etalon, and the first etalon. A position measuring unit that measures the position of at least one of the second etalons, and a first temperature control unit that controls the temperature of the light source based on the change in the position measured by the position measuring unit. Be prepared.

また、本開示の一態様に係るエアロゾル計測方法は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測方法であって、光源が光を出射し、出射した光に第１のエタロンを通過させるステップと、前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光に第２のエタロンを通過させ、前記第２エタロンを通過した散乱光を受光器で受光するステップと、前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測するステップと、計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御するステップと、を含む。 Further, the aerosol measurement method according to one aspect of the present disclosure is an aerosol measurement method for measuring an aerosol contained in the atmosphere, which comprises a step in which a light source emits light and the emitted light passes through a first etalon. A step of allowing the second etalon to pass through the scattered light generated by the light passing through the first etalon being scattered by the aerosol, and receiving the scattered light passing through the second etalon with a light source. It includes a step of measuring the position of at least one of the first etalon and the second etalon, and a step of controlling the temperature of the light source based on the change in the measured position.

また、本開示の一態様は、上記エアロゾル計測方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することができる。あるいは、本開示の一態様は、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。 Further, one aspect of the present disclosure can be realized as a program for causing a computer to execute the above aerosol measurement method. Alternatively, one aspect of the present disclosure can also be realized as a computer-readable non-temporary recording medium in which the program is stored.

本開示によれば、エアロゾルを精度良く検出することができる。 According to the present disclosure, aerosols can be detected with high accuracy.

図１は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to the first embodiment. 図２は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置が備えるエタロンの構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure of an etalon included in the aerosol measuring device according to the first embodiment. 図３は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の基本動作を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the basic operation of the aerosol measuring device according to the first embodiment. 図４は、エタロンから出射される光のスペクトルの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the spectrum of light emitted from Etalon. 図５は、図４に示されるマルチ光のピークの１つを拡大して示す図である。FIG. 5 is an enlarged view showing one of the peaks of the multi-light shown in FIG. 図６は、散乱光のスペクトルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a spectrum of scattered light. 図７は、エタロンの光軸の傾きを変化させることによる光路長の変化を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the change in the optical path length by changing the inclination of the optical axis of the etalon. 図８は、エタロンの光軸の傾きと干渉光の信号強度との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the inclination of the optical axis of the etalon and the signal intensity of the interference light. 図９は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the aerosol measuring device according to the first embodiment. 図１０は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置による２つのエタロンの同調を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the synchronization of two etalons by the aerosol measuring device according to the first embodiment. 図１１は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置によるエアロゾルの計測処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an example of an aerosol measurement process by the aerosol measuring device according to the first embodiment. 図１２は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the aerosol measuring device according to the second embodiment. 図１３は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置によるエアロゾルの計測処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing an example of an aerosol measurement process by the aerosol measuring device according to the second embodiment. 図１４は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置による２つのエタロンの同調を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the synchronization of two etalons by the aerosol measuring device according to the second embodiment. 図１５は、実施の形態２の変形例に係るエアロゾル計測装置の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device according to a modified example of the second embodiment.

（本開示の概要）
本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測装置であって、光源と、前記光源から出射された光が通過する第１のエタロンと、前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光が通過する第２のエタロンと、前記第２のエタロンを通過した散乱光を受光する受光器と、前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御する第１の温度制御部と、を備える。 (Summary of this disclosure)
The aerosol measuring device according to one aspect of the present disclosure is an aerosol measuring device that measures an aerosol contained in the atmosphere, and is a light source, a first etalon through which light emitted from the light source passes, and the first one. A second etalon through which the scattered light generated by the light passing through the etalon being scattered by the aerosol passes, a light source for receiving the scattered light passing through the second etalon, and the first etalon. A position measuring unit that measures the position of at least one of the second etalons, and a first temperature control unit that controls the temperature of the light source based on the change in the position measured by the position measuring unit. Be prepared.

これにより、第１のエタロン及び第２のエタロンが同調している場合、第１のエタロンを通過した光がエアロゾルで散乱されることで発生するミー散乱光を第２のエタロンが通過させることができる。つまり、２つのエタロンによってエアロゾルに起因するミー散乱光を直接抽出することができるので、エアロゾルを精度良く検出することができる。 As a result, when the first etalon and the second etalon are synchronized, the second etalon can pass the Mie scattered light generated by the light that has passed through the first etalon being scattered by the aerosol. can. That is, since the Mie scattered light caused by the aerosol can be directly extracted by the two etalons, the aerosol can be detected with high accuracy.

なお、同調とは、第１のエタロン内での干渉により第１のエタロンを通過できる光の波長と、第２のエタロン内での干渉により第２のエタロンを通過できる光の波長とがほぼ一致することである。つまり、２つのエタロンは、エタロンに入射する光の波長と２つのエタロンの各々の光路長とが特定の条件を満たした場合に同調し、特定の条件が満たされなくなった場合に、同調しない、すなわち、非同調になる。 In addition, tuning means that the wavelength of light that can pass through the first etalon due to interference in the first etalon and the wavelength of light that can pass through the second etalon due to interference in the second etalon are almost the same. It is to be. That is, the two etalons are tuned when the wavelength of the light incident on the etalon and the optical path length of each of the two etalons satisfy a specific condition, and are not tuned when the specific condition is not satisfied. That is, it becomes out of sync.

２つのエタロンが非同調である場合、ミー散乱光が第２のエタロンを通過できなくなり、エアロゾルの計測精度が低下する。２つのエタロンの非同調は、例えば、２つのエタロンの少なくとも一方の位置がずれることによって発生する。 When the two etalons are out of sync, the Mie scattered light cannot pass through the second etalon, and the measurement accuracy of the aerosol is lowered. The desynchronization of the two etalons occurs, for example, due to the misalignment of at least one of the two etalons.

これに対して、本態様に係るエアロゾル計測装置では、２つのエタロンの少なくとも一方の位置の変化に基づいて光源の温度が制御される。光源は、温度が変化することにより、出射光の波長が変化する。出射光の波長が変化することによってエタロンの位置ずれを補償し、２つのエタロンを同調させることができるので、ミー散乱光を簡単に抽出することができ、エアロゾルを精度良く検出することができる。 On the other hand, in the aerosol measuring device according to this aspect, the temperature of the light source is controlled based on the change in the position of at least one of the two etalons. As the temperature of the light source changes, the wavelength of the emitted light changes. Since the position shift of the etalon can be compensated by changing the wavelength of the emitted light and the two etalons can be tuned, the Mie scattered light can be easily extracted and the aerosol can be detected with high accuracy.

また、例えば、本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記第２のエタロンの温度を制御する第２の温度制御部を備えてもよい。 Further, for example, the aerosol measuring device according to one aspect of the present disclosure further includes a second temperature control unit that controls the temperature of the second etalon based on the change in the position measured by the position measuring unit. You may prepare.

これにより、第２のエタロンの膨張若しくは収縮又は屈折率の変化によって第２のエタロンを通過する光の光路長を変更することができる。光源のみの温度制御を行う場合に比べて、エタロンの位置ずれを補償できる範囲が広くなる。したがって、位置ずれが大きい場合であっても、２つのエタロンを同調させることができ、エアロゾルを精度良く検出することができる。 Thereby, the optical path length of the light passing through the second etalon can be changed by the expansion or contraction of the second etalon or the change of the refractive index. Compared to the case where the temperature is controlled only by the light source, the range in which the position shift of the etalon can be compensated becomes wider. Therefore, even when the misalignment is large, the two etalons can be synchronized and the aerosol can be detected with high accuracy.

また、例えば、本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記第１のエタロンの温度を制御する第３の温度制御部を備えてもよい。 Further, for example, the aerosol measuring device according to one aspect of the present disclosure further includes a third temperature control unit that controls the temperature of the first etalon based on the change in the position measured by the position measuring unit. You may prepare.

これにより、第１のエタロンの膨張若しくは収縮又は屈折率の変化によって第１のエタロンを通過する光の光路長を変更することができる。光源のみの温度制御を行う場合に比べて、エタロンの位置ずれを補償できる範囲が広くなる。したがって、位置ずれが大きい場合であっても、２つのエタロンを同調させることができ、エアロゾルを精度良く検出することができる。 Thereby, the optical path length of the light passing through the first etalon can be changed by the expansion or contraction of the first etalon or the change of the refractive index. Compared to the case where the temperature is controlled only by the light source, the range in which the position shift of the etalon can be compensated becomes wider. Therefore, even when the misalignment is large, the two etalons can be synchronized and the aerosol can be detected with high accuracy.

また、例えば、前記位置計測部は、前記第２のエタロンの位置を計測してもよい。 Further, for example, the position measuring unit may measure the position of the second etalon.

また、例えば、本開示の一態様に係るエアロゾル計測装置は、さらに、前記第２のエタロンの位置を調整する位置調整部を備えてもよい。 Further, for example, the aerosol measuring device according to one aspect of the present disclosure may further include a position adjusting unit for adjusting the position of the second etalon.

これにより、２つのエタロンの同調を、位置調整部による初期調整と、初期調整後の温度制御部による微調整との２段階で行うことができる。２つのエタロンを精度良く同調させることができるので、エアロゾルを簡単かつ精度良く検出することができる。 As a result, the tuning of the two etalons can be performed in two stages: initial adjustment by the position adjusting unit and fine adjustment by the temperature control unit after the initial adjustment. Since the two etalons can be tuned with high accuracy, the aerosol can be detected easily and accurately.

また、位置調整部が設けられた第２のエタロンは、位置ずれが発生しやすくなる。したがって、位置計測部が第２のエタロンの位置を計測することにより、２つのエタロンが非同調になったことを精度良く検出することができ、速やかに２つのエタロンを同調させることができる。 In addition, the second etalon provided with the position adjusting portion is likely to be displaced. Therefore, by measuring the position of the second etalon by the position measuring unit, it is possible to accurately detect that the two etalons are out of sync, and the two etalons can be tuned quickly.

また、例えば、前記光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はレーザ素子であってもよい。 Further, for example, the light source may be an LED (Light Emitting Diode) or a laser element.

これにより、ＬＥＤ又はレーザ素子は、波長の温度依存性を有する光を出射するので、温度制御部による温度制御によって簡単に出射光の波長を変更することができ、２つのエタロンを同調させることができる。 As a result, the LED or laser element emits light having a wavelength dependence, so that the wavelength of the emitted light can be easily changed by temperature control by the temperature control unit, and the two etalons can be synchronized. can.

また、本開示の一態様に係るエアロゾル計測方法は、大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測方法であって、光源が光を出射し、出射した光に第１のエタロンを通過させるステップと、前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光に第２のエタロンを通過させ、前記第２エタロンを通過した散乱光を受光器で受光するステップと、前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測するステップと、計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御するステップと、を含む。 Further, the aerosol measurement method according to one aspect of the present disclosure is an aerosol measurement method for measuring an aerosol contained in the atmosphere, which comprises a step in which a light source emits light and the emitted light passes through a first etalon. A step of allowing the second etalon to pass through the scattered light generated by the light passing through the first etalon being scattered by the aerosol, and receiving the scattered light passing through the second etalon with a light source. It includes a step of measuring the position of at least one of the first etalon and the second etalon, and a step of controlling the temperature of the light source based on the change in the measured position.

これにより、上記エアロゾル計測装置の場合と同様に、エアロゾルを精度良く検出することができる。 As a result, the aerosol can be detected with high accuracy as in the case of the aerosol measuring device.

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims are described as arbitrary components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numeral, and duplicate description will be omitted or simplified.

また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、円柱体又は角柱体などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Further, in the present specification, a term indicating a relationship between elements such as parallel or vertical, a term indicating the shape of an element such as a cylinder or a prism, and a numerical range are expressions expressing only a strict meaning. However, it is an expression meaning that a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent is included.

（実施の形態１）
［１．概要］
まず、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置の概要について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００の構成を示す図である。 (Embodiment 1)
[1. Overview]
First, an outline of the aerosol measuring device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device 100 according to the present embodiment.

図１に示されるように、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００は、大気中に出射光Ｌ２を出射し、大気中に存在する散乱体１０１が出射光Ｌ２を散乱させることで発生する散乱光Ｌ３を取得し、取得した散乱光Ｌ３を処理することで、散乱体１０１に含まれるエアロゾルの有無及び／又は濃度を計測する。散乱体１０１は、エアロゾル計測装置１００による計測の対象空間中に浮遊している。 As shown in FIG. 1, the aerosol measuring device 100 according to the present embodiment emits the emitted light L2 into the atmosphere, and the scattering body 101 existing in the atmosphere scatters the emitted light L2. By acquiring the light L3 and processing the acquired scattered light L3, the presence / absence and / or the concentration of the aerosol contained in the scatterer 101 is measured. The scatterer 101 is suspended in the target space for measurement by the aerosol measuring device 100.

対象空間は、例えば、住居、オフィス、介護施設又は病院などの建物の一部屋である。対象空間は、例えば、壁、窓、ドア、床及び天井などで仕切られた空間であり、閉じられた空間であるが、これに限らない。対象空間は、屋外の開放された空間であってもよい。また、対象空間は、バス又は飛行機などの移動体の内部空間であってもよい。 The target space is, for example, a room in a building such as a residence, an office, a nursing facility, or a hospital. The target space is, for example, a space partitioned by a wall, a window, a door, a floor, a ceiling, or the like, and is a closed space, but is not limited to this. The target space may be an open outdoor space. Further, the target space may be an internal space of a moving body such as a bus or an airplane.

散乱体１０１は、計測対象物であるエアロゾル、及び、空気を構成する分子を含む。エアロゾルは、具体的には、対象空間内を浮遊している浮遊粒子状物質、生物系粒子又は微小水滴などである。浮遊粒子状物質には、塵埃（ｄｕｓｔ）、フューム（ｆｕｍｅ）、煤塵（ｓｍｏｋｅ ｄｕｓｔ）、煙霧（ｈａｚｅ）、スモッグ（ｓｍｏｇ）又はＰＭ２．５などが含まれる。生物系粒子には、空中に浮遊するカビ若しくはダニ、又は花粉なども含まれる。また、微小水滴には、霧（ｆｏｇ）、ミスト又は靄（ｍｉｓｔ）などの自然発生的な水滴だけでなく、咳又はくしゃみなどの人体から動的に発生する物質が含まれる。エアロゾルの粒径は、例えば約１ｎｍから約１００μｍの範囲である。また、エアロゾルの濃度は、約１個／ｃｍ３から約１０１０個／ｃｍ３の範囲である。 The scatterer 101 includes an aerosol as an object to be measured and molecules constituting air. Specifically, the aerosol is a suspended particulate matter, biological particles, minute water droplets, or the like floating in the target space. Suspended particulate matter includes dust, fume, smoke dust, haze, smog or PM2.5 and the like. Biological particles also include molds or mites floating in the air, pollen, and the like. In addition, the minute water droplets include not only naturally occurring water droplets such as fog, mist or mist, but also substances dynamically generated from the human body such as coughing or sneezing. The particle size of the aerosol is, for example, in the range of about 1 nm to about 100 μm. The concentration of aerosol is in the range of about 1 piece / cm 3 to about 10 10 pieces / cm 3 .

計測対象物であるエアロゾルは、空気を構成する分子に比べて十分に大きい。本実施の形態では、エアロゾルの粒径が出射光Ｌ２の波長以上であるので、エアロゾルは、出射光Ｌ２を散乱させることでミー散乱光を発生させる。空気を構成する分子は、出射光Ｌ２の波長よりも十分に小さいので、出射光Ｌ２を散乱させることでレイリー散乱光を発生させる。したがって、エアロゾル計測装置１００が取得する散乱光Ｌ３には、ミー散乱光とレイリー散乱光とが含まれる。ここでのミー散乱光は、ミー散乱による後方散乱光である。エアロゾル計測装置１００は、散乱光Ｌ３からミー散乱光を抽出し、抽出したミー散乱光に基づいてエアロゾルの有無及び／又は濃度を計測する。 The aerosol to be measured is sufficiently large compared to the molecules that make up air. In the present embodiment, since the particle size of the aerosol is equal to or larger than the wavelength of the emitted light L2, the aerosol scatters the emitted light L2 to generate Mie scattered light. Since the molecules constituting the air are sufficiently smaller than the wavelength of the emitted light L2, the Rayleigh scattered light is generated by scattering the emitted light L2. Therefore, the scattered light L3 acquired by the aerosol measuring device 100 includes Mie scattered light and Rayleigh scattered light. The Mie scattered light here is backscattered light due to Mie scattering. The aerosol measuring device 100 extracts Mie scattered light from the scattered light L3 and measures the presence / absence and / or concentration of aerosol based on the extracted Mie scattered light.

本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００は、対象空間内の異なる方向に向けて出射光Ｌ２を出射する。つまり、エアロゾル計測装置１００は、出射光Ｌ２の出射方向を変更することができる。出射光Ｌ２の出射方向は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー（図示せず）などによって変更される。あるいは、エアロゾル計測装置１００全体の向きを変更することで、出射光Ｌ２の出射方向が変更されてもよい。エアロゾル計測装置１００は、対象空間内を出射光Ｌ２で走査することにより、対象空間内のエアロゾルの分布を作成することができる。 The aerosol measuring device 100 according to the present embodiment emits emitted light L2 in different directions in the target space. That is, the aerosol measuring device 100 can change the emission direction of the emitted light L2. The emission direction of the emitted light L2 is changed by, for example, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirror (not shown). Alternatively, the emission direction of the emitted light L2 may be changed by changing the direction of the entire aerosol measuring device 100. The aerosol measuring device 100 can create an aerosol distribution in the target space by scanning the target space with the emitted light L2.

［２．構成］
次に、エアロゾル計測装置１００の具体的な構成について、図１を用いて説明する。 [2. Constitution]
Next, a specific configuration of the aerosol measuring device 100 will be described with reference to FIG.

図１に示されるように、エアロゾル計測装置１００は、エタロン１０及び２０と、光源３０と、集光部４０及び４１と、受光器５０と、信号処理回路６０と、位置計測部７０と、軸調整部８０と、温度制御部９０とを備える。 As shown in FIG. 1, the aerosol measuring device 100 includes an etalon 10 and 20, a light source 30, a condensing unit 40 and 41, a receiver 50, a signal processing circuit 60, a position measuring unit 70, and a shaft. It includes an adjusting unit 80 and a temperature control unit 90.

エタロン１０は、光源３０から出射される光Ｌ１の光路上に配置され、光Ｌ１を内部で干渉させて出射光Ｌ２を出射する第１のエタロンの一例である。出射光Ｌ２は、エタロン１０から出射される干渉光であり、例えば、等しい周波数間隔の複数本のピークを有する光である。複数本のピークを有する光は、マルチ光とも呼称される。 The etalon 10 is an example of a first etalon that is arranged on the optical path of the light L1 emitted from the light source 30 and internally interferes with the light L1 to emit the emitted light L2. The emitted light L2 is interference light emitted from the etalon 10, and is, for example, light having a plurality of peaks having the same frequency interval. Light having a plurality of peaks is also referred to as multi-light.

図２は、エタロン１０の構造を示す図である。図２に示されるように、エタロン１０は、透光部１１と、２つの多層膜１２及び１３とを有する。エタロン１０の形状は、例えば、多層膜１２及び１３が並ぶ方向を柱軸方向とする円柱体又は角柱体などである。多層膜１２及び１３が並ぶ方向は、エタロン１０の光軸方向であり、多層膜１２の光入射面及び多層膜１３の光出射面に垂直な方向である。 FIG. 2 is a diagram showing the structure of Etalon 10. As shown in FIG. 2, the etalon 10 has a translucent portion 11 and two multilayer films 12 and 13. The shape of the etalon 10 is, for example, a cylinder or a prism whose axis direction is the direction in which the multilayer films 12 and 13 are arranged. The direction in which the multilayer films 12 and 13 are arranged is the optical axis direction of the etalon 10, and is a direction perpendicular to the light incident surface of the multilayer film 12 and the light emitting surface of the multilayer film 13.

透光部１１は、例えば石英又は水晶などの透明な材料を用いて形成されている。透光部１１は、２つの多層膜１２及び１３に挟まれており、２つの多層膜１２及び１３の各々に接触している。 The translucent portion 11 is formed by using a transparent material such as quartz or crystal. The translucent portion 11 is sandwiched between the two multilayer films 12 and 13, and is in contact with each of the two multilayer films 12 and 13.

２つの多層膜１２及び１３はそれぞれ、複数の誘電体膜の積層構造を有する誘電体多層膜である。例えば、２つの多層膜１２及び１３はそれぞれ、屈折率が低い誘電体膜と屈折率が高い誘電体膜とを交互に積層されることで形成されている。誘電体膜としては、例えば、チタン酸化膜、ハフニウム酸化膜、シリコン酸化膜などが用いられる。なお、透光部１１は、空気層であってもよく、２つの多層膜１２及び１３は、一定距離を保つように枠体などによって固定されていてもよい。 The two multilayer films 12 and 13 are dielectric multilayer films having a laminated structure of a plurality of dielectric films, respectively. For example, the two multilayer films 12 and 13 are each formed by alternately laminating a dielectric film having a low refractive index and a dielectric film having a high refractive index. As the dielectric film, for example, a titanium oxide film, a hafnium oxide film, a silicon oxide film, or the like is used. The translucent portion 11 may be an air layer, or the two multilayer films 12 and 13 may be fixed by a frame or the like so as to maintain a constant distance.

本実施の形態では、図２に示されるように、光Ｌ１は、エタロン１０の多層膜１２から入射し、エタロン１０の内部で多重反射される。多重反射された光が互いに干渉し、等しい周波数間隔の複数本のピークを有するマルチ光が出射光Ｌ２として多層膜１３から出射される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the light L1 is incident from the multilayer film 12 of the etalon 10 and is reflected multiple times inside the etalon 10. The multiple reflected light interferes with each other, and the multi-light having a plurality of peaks at the same frequency interval is emitted from the multilayer film 13 as the emitted light L2.

エタロン２０は、散乱光Ｌ３の光路上に配置され、散乱光Ｌ３を内部で干渉させてミー散乱光Ｌ４を出射する第２のエタロンの一例である。散乱光Ｌ３は、出射光Ｌ２が散乱体１０１で散乱されることにより発生する散乱光である。散乱光Ｌ３には、散乱体１０１にエアロゾルが含まれる場合、出射光Ｌ２がエアロゾルで散乱されることで発生するミー散乱光Ｌ４が含まれる。また、散乱光Ｌ３には、出射光Ｌ２が空気を構成する分子で散乱されることで発生するレイリー散乱光も含まれる。 The etalon 20 is an example of a second etalon that is arranged on the optical path of the scattered light L3 and internally interferes with the scattered light L3 to emit the Mie scattered light L4. The scattered light L3 is scattered light generated by the emitted light L2 being scattered by the scattering body 101. The scattered light L3 includes Mie scattered light L4 generated by the emitted light L2 being scattered by the aerosol when the scattering body 101 contains an aerosol. Further, the scattered light L3 also includes Rayleigh scattered light generated by the emitted light L2 being scattered by molecules constituting air.

エタロン２０は、エタロン１０と同様に、入射する光を内部で干渉させて、等しい周波数間隔の複数本のピークを有する光として出射する。エタロン２０とエタロン１０とは、実質的に同一の光学特性を有する。つまり、エタロン１０及び２０の各々に同じ光を入射した場合に、各々から出射される光の周波数間隔が同じになる。例えば、エタロン２０は、エタロン１０と同じ構成を有する。つまり、エタロン２０は、図２に示されるエタロン１０と同様に、透光部１１と、２つの多層膜１２及び１３とを有する。 Like the etalon 10, the etalon 20 internally interferes with the incident light and emits as light having a plurality of peaks at the same frequency interval. Etalon 20 and Etalon 10 have substantially the same optical properties. That is, when the same light is incident on each of the etalons 10 and 20, the frequency intervals of the light emitted from each are the same. For example, the etalon 20 has the same configuration as the etalon 10. That is, the etalon 20 has a translucent portion 11 and two multilayer films 12 and 13 similar to the etalon 10 shown in FIG.

本実施の形態では、エタロン１０及びエタロン２０の各々の長さＬが所定の条件を満たすように調整されており、散乱光Ｌ３に含まれるミー散乱光Ｌ４を通過させ、レイリー散乱光の通過を抑制する。これにより、散乱光Ｌ３からレイリー散乱光を適切に削減することができるので、エアロゾルに起因するミー散乱光Ｌ４を受光器５０に受光させることができる。 In the present embodiment, the length L of each of the etalon 10 and the etalon 20 is adjusted so as to satisfy a predetermined condition, and the Mie scattered light L4 contained in the scattered light L3 is passed through to pass the Rayleigh scattered light. Suppress. As a result, the Rayleigh scattered light can be appropriately reduced from the scattered light L3, so that the Mie scattered light L4 caused by the aerosol can be received by the light receiver 50.

光源３０は、光Ｌ１を出射する光源である。図１に示されるように、光源３０は、光Ｌ１をエタロン１０に向けて出射する。光Ｌ１は、例えばパルス光であるが、連続光であってもよい。光Ｌ１は、特定の波長帯域にピークを有する単色光であってもよく、ブロードな波長帯域を含む光であってもよい。ピークの帯域幅は、例えば、１０ｐｍから１０ｎｍの範囲である。光Ｌ１は、例えば、紫外光、可視光又は赤外光などである。 The light source 30 is a light source that emits light L1. As shown in FIG. 1, the light source 30 emits the light L1 toward the etalon 10. The light L1 is, for example, pulsed light, but may be continuous light. The light L1 may be monochromatic light having a peak in a specific wavelength band, or may be light including a broad wavelength band. The bandwidth of the peak is, for example, in the range of 10 pm to 10 nm. The light L1 is, for example, ultraviolet light, visible light, infrared light, or the like.

なお、光源３０とエタロン１０との間には、光Ｌ１を反射するミラー３１が配置されている。ミラー３１によって光Ｌ１の光路を曲げることができるので、エアロゾル計測装置１００内での光源３０の配置の自由度を高めることができる。なお、エアロゾル計測装置１００は、ミラー３１を備えなくてもよい。 A mirror 31 that reflects light L1 is arranged between the light source 30 and the etalon 10. Since the optical path of the light L1 can be bent by the mirror 31, the degree of freedom in arranging the light source 30 in the aerosol measuring device 100 can be increased. The aerosol measuring device 100 does not have to include the mirror 31.

光源３０は、例えば、パルスレーザ光を光Ｌ１として出射する半導体レーザ素子である。光Ｌ１のビームモードは、例えばマルチ縦モードであるが、シングルモードであってもよい。一例として、光源３０は、６０７ｎｍの近傍にピークを有するレーザ光を光Ｌ１として出射する。なお、レーザ光のピーク波長は、特に限定されず、例えば５３２ｎｍであってもよい。あるいは、光源３０は、ＬＥＤ素子であってもよい。また、光源３０は、ハロゲンランプなどの放電ランプであってもよい。 The light source 30 is, for example, a semiconductor laser device that emits pulsed laser light as light L1. The beam mode of the optical L1 is, for example, a multi-longitudinal mode, but may be a single mode. As an example, the light source 30 emits a laser beam having a peak in the vicinity of 607 nm as light L1. The peak wavelength of the laser beam is not particularly limited and may be, for example, 532 nm. Alternatively, the light source 30 may be an LED element. Further, the light source 30 may be a discharge lamp such as a halogen lamp.

光源３０が出射する光Ｌ１は、波長の温度依存性を有する。つまり、光源３０の温度が変更されると、光源３０が出射する光Ｌ１の波長が変更される。光源３０は、他から与えられる温度変化によって光出力をほぼ一定のまま、出射する光Ｌ１の波長を変更することができる。例えば、光源３０は、電流駆動デバイスであるが、発光に要する電流量がほぼ一定のまま、波長が異なる光Ｌ１を出射することができる。光源３０の温度は、温度制御部９０によって制御される。 The light L1 emitted by the light source 30 has a wavelength temperature dependence. That is, when the temperature of the light source 30 is changed, the wavelength of the light L1 emitted by the light source 30 is changed. The light source 30 can change the wavelength of the emitted light L1 while keeping the light output substantially constant due to a temperature change given from another. For example, although the light source 30 is a current drive device, it can emit light L1 having a different wavelength while the amount of current required for light emission remains substantially constant. The temperature of the light source 30 is controlled by the temperature control unit 90.

集光部４０は、散乱光Ｌ３を集光する部材である。集光部４０は、散乱体１０１とエタロン２０との間に配置される。集光部４０は、例えば、少なくとも１つの凸レンズを含むが、少なくとも１つの反射鏡を含んでもよい。例えば、集光部４０は、コリメートレンズを含むレンズ群を含んでもよく、集光した散乱光Ｌ３を平行光に変換してエタロン２０に向けて出射する。また、集光部４０には、ピンホールが含まれてもよい。散乱光Ｌ３の強度が高い場合は、特に、集光部４０が配置されていなくてもよい。つまり、エアロゾル計測装置１００は、集光部４０を備えなくてもよい。 The light collecting unit 40 is a member that collects the scattered light L3. The light collecting unit 40 is arranged between the scatterer 101 and the etalon 20. The condensing unit 40 includes, for example, at least one convex lens, but may include at least one reflecting mirror. For example, the condensing unit 40 may include a lens group including a collimating lens, and the condensed scattered light L3 is converted into parallel light and emitted toward the etalon 20. Further, the light collecting unit 40 may include a pinhole. When the intensity of the scattered light L3 is high, the light collecting unit 40 may not be arranged. That is, the aerosol measuring device 100 does not have to include the condensing unit 40.

集光部４１は、エタロン２０を通過したミー散乱光Ｌ４を集光する。集光部４１は、受光器５０の受光面にミー散乱光Ｌ４を集光する。集光部４１は、エタロン２０と受光器５０との間に配置される。集光部４１は、例えば、少なくとも１つの凸レンズを含むが、少なくとも１つの反射鏡を含んでもよい。エアロゾル計測装置１００は、集光部４１を備えなくてもよい。 The light collecting unit 41 collects the Mie scattered light L4 that has passed through the etalon 20. The light collecting unit 41 collects the Mie scattered light L4 on the light receiving surface of the light receiving device 50. The light collecting unit 41 is arranged between the etalon 20 and the light receiver 50. The condensing unit 41 includes, for example, at least one convex lens, but may include at least one reflecting mirror. The aerosol measuring device 100 does not have to include the condensing unit 41.

受光器５０は、エタロン２０を通過したミー散乱光Ｌ４を受光し、受光強度に応じた信号を生成して出力する。受光強度は、ミー散乱光Ｌ４の強度であり、例えば、受光器５０が生成する信号の信号強度で表される。 The light receiver 50 receives the Mie scattered light L4 that has passed through the etalon 20 and generates and outputs a signal corresponding to the light receiving intensity. The light receiving intensity is the intensity of the Mie scattered light L4, and is represented by, for example, the signal intensity of the signal generated by the light receiver 50.

受光器５０は、光電変換を行う素子であり、例えば、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）である。あるいは、受光器５０は、ＰＭＴとフォトンカウンタとを有してもよい。また、受光器５０は、アバランシェフォトダイオードであってもよい。受光器５０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサであってもよい。 The light receiver 50 is an element that performs photoelectric conversion, and is, for example, a PMT (Photomultiplier Tube). Alternatively, the receiver 50 may have a PMT and a photon counter. Further, the receiver 50 may be an avalanche photodiode. The photoreceiver 50 may be a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor) image sensor.

信号処理回路６０は、受光器５０から出力された信号を分析することで、散乱体１０１に含まれるエアロゾルを分析する。例えば、信号処理回路６０は、信号の信号強度に基づいてエアロゾルの有無及び／又は濃度を決定する。具体的には、信号処理回路６０は、信号強度とエアロゾルの濃度とを対応付けた対応情報を参照することで、信号強度に対応するエアロゾルの濃度を決定する。対応情報は、例えば、信号処理回路６０が備えるメモリ（図示せず）に予め記憶されている。 The signal processing circuit 60 analyzes the aerosol contained in the scatterer 101 by analyzing the signal output from the light receiver 50. For example, the signal processing circuit 60 determines the presence / absence and / or concentration of aerosol based on the signal strength of the signal. Specifically, the signal processing circuit 60 determines the concentration of the aerosol corresponding to the signal strength by referring to the correspondence information in which the signal strength and the concentration of the aerosol are associated with each other. Correspondence information is stored in advance in, for example, a memory (not shown) included in the signal processing circuit 60.

また、信号処理回路６０は、出射光Ｌ２が出射されてからミー散乱光Ｌ４を受光するまでに要する時間に基づいて、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式によってエアロゾルまでの距離を算出する。信号処理回路６０は、算出した距離と出射光Ｌ２を出射した方向とに基づいて、対象空間内のエアロゾルの位置を特定する。出射光Ｌ２の出射方向を変更しながらエアロゾルの位置の特定を繰り返すことで、信号処理回路６０は、対象空間内でのエアロゾルの分布を作成する。 Further, the signal processing circuit 60 calculates the distance to the aerosol by the TOF (Time Of Flight) method based on the time required from the emission of the emitted light L2 to the reception of the Mie scattered light L4. The signal processing circuit 60 identifies the position of the aerosol in the target space based on the calculated distance and the direction in which the emitted light L2 is emitted. By repeating the specification of the aerosol position while changing the emission direction of the emitted light L2, the signal processing circuit 60 creates the distribution of the aerosol in the target space.

信号処理回路６０は、複数の回路部品を含む１つ又は複数の電子回路で構成されている。１つ又は複数の電子回路はそれぞれ、汎用的な回路でもよく、専用の回路でもよい。つまり、信号処理回路６０が実行する機能は、電子回路などのハードウェアで実現される。あるいは、信号処理回路６０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現されてもよい。信号処理回路６０が実行する機能は、プロセッサで実行されるソフトウェアで実現されてもよい。 The signal processing circuit 60 is composed of one or a plurality of electronic circuits including a plurality of circuit components. The one or more electronic circuits may be general-purpose circuits or dedicated circuits, respectively. That is, the function executed by the signal processing circuit 60 is realized by hardware such as an electronic circuit. Alternatively, the signal processing circuit 60 may be realized by a non-volatile memory in which the program is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor for executing the program, and the like. .. The function executed by the signal processing circuit 60 may be realized by software executed by the processor.

位置計測部７０は、エタロン２０の位置を計測する。具体的には、位置計測部７０は、エタロン２０の光軸の傾きをエタロン２０の位置として計測する。エタロン２０の光軸の傾きは、所定の基準方向に対してなす角度で表される。位置計測部７０は、例えばジャイロセンサ又は三軸加速度センサなどである。 The position measuring unit 70 measures the position of the etalon 20. Specifically, the position measuring unit 70 measures the inclination of the optical axis of the etalon 20 as the position of the etalon 20. The inclination of the optical axis of the etalon 20 is represented by an angle formed with respect to a predetermined reference direction. The position measuring unit 70 is, for example, a gyro sensor or a triaxial acceleration sensor.

軸調整部８０は、エタロン２０の位置を調整する位置調整部の一例である。軸調整部８０は、エタロン２０の光軸の傾きを調整する。エタロン２０の光軸の傾きが変更されることで、エタロン２０内での散乱光Ｌ３の光路長が変化する。 The shaft adjusting unit 80 is an example of a position adjusting unit that adjusts the position of the etalon 20. The axis adjusting unit 80 adjusts the inclination of the optical axis of the etalon 20. By changing the inclination of the optical axis of the etalon 20, the optical path length of the scattered light L3 in the etalon 20 changes.

軸調整部８０は、例えば、エタロン２０を支持する支持部と、当該支持部を回動させるステッピングモータとを含む。ステッピングモータは、例えば、エタロン２０の光軸に平行で、かつ、光軸を含む面内で支持部を回動させる。これにより、エタロン２０の光軸を傾けることができる。なお、軸調整部８０は、ステッピングモータの代わりにアクチュエータを備えてもよく、特に限定されない。 The shaft adjusting portion 80 includes, for example, a support portion that supports the etalon 20 and a stepping motor that rotates the support portion. The stepping motor, for example, rotates the support portion in parallel with the optical axis of the etalon 20 and in a plane including the optical axis. As a result, the optical axis of the Etalon 20 can be tilted. The shaft adjusting unit 80 may include an actuator instead of the stepping motor, and is not particularly limited.

温度制御部９０は、光源３０の温度を制御する第１の温度制御部の一例である。具体的には、温度制御部９０は、位置計測部７０によって計測された位置の変化に基づいて、光源３０の温度を制御する。温度制御部９０は、光源３０を加熱又は冷却することで、光源３０の温度を上昇又は低下させることができ、かつ、一定の温度で維持することができる。温度制御部９０は、例えばペルチェ素子である。 The temperature control unit 90 is an example of a first temperature control unit that controls the temperature of the light source 30. Specifically, the temperature control unit 90 controls the temperature of the light source 30 based on the change in the position measured by the position measurement unit 70. The temperature control unit 90 can raise or lower the temperature of the light source 30 by heating or cooling the light source 30, and can maintain the temperature at a constant temperature. The temperature control unit 90 is, for example, a Pelche element.

なお、温度制御部９０は、光源３０の加熱及び冷却の一方しか実現できなくてもよい。例えば、温度制御部９０は、光源３０を加熱する電熱ヒータであってもよい。 The temperature control unit 90 may be able to realize only one of heating and cooling of the light source 30. For example, the temperature control unit 90 may be an electric heater that heats the light source 30.

エアロゾル計測装置１００が備える各構成要素は、例えば、図示しない筐体の内部に収容されている。筐体は、エアロゾル計測装置１００の外郭筐体であり、遮光性を有する。筐体には、出射光Ｌ２及び散乱光Ｌ３を通過させるための開口が設けられている。開口は、出射光Ｌ２用と散乱光Ｌ３用とに対応させて１つずつ設けられていてもよい。集光部４０に含まれる集光レンズの１つは、当該開口に設けられていてもよい。 Each component included in the aerosol measuring device 100 is housed inside, for example, a housing (not shown). The housing is an outer housing of the aerosol measuring device 100 and has a light-shielding property. The housing is provided with an opening for passing the emitted light L2 and the scattered light L3. One opening may be provided for the emitted light L2 and one for the scattered light L3. One of the condenser lenses included in the condenser 40 may be provided in the aperture.

［３．基本動作］
次に、エアロゾル計測装置１００の基本動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００の基本動作を示すフローチャートである。 [3. basic action]
Next, the basic operation of the aerosol measuring device 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the basic operation of the aerosol measuring device 100 according to the present embodiment.

図３に示されるように、まず、光源３０が光Ｌ１を出射する（Ｓ１）。光Ｌ１は、図１に示されるように、エタロン１０に入射する。次に、エタロン１０は、光Ｌ１を内部で干渉させて干渉光である出射光Ｌ２を出射する（Ｓ２）。エタロン１０から出射された出射光Ｌ２は、図１に示される散乱体１０１で散乱されて、散乱光Ｌ３としてエアロゾル計測装置１００に戻ってくる。 As shown in FIG. 3, first, the light source 30 emits the light L1 (S1). The light L1 is incident on the etalon 10 as shown in FIG. Next, the etalon 10 internally interferes with the light L1 to emit the emitted light L2 which is the interference light (S2). The emitted light L2 emitted from the etalon 10 is scattered by the scattering body 101 shown in FIG. 1 and returns to the aerosol measuring device 100 as the scattered light L3.

次に、集光部４０は、出射光Ｌ２が散乱されることで発生する散乱光Ｌ３を集光する（Ｓ３）。具体的には、集光部４０は、散乱光Ｌ３を集光して、エタロン２０に入射させる。次に、エタロン２０は、集光された散乱光Ｌ３を内部で干渉させて、干渉光であるミー散乱光Ｌ４を通過させる（Ｓ４）。エタロン２０を通過したミー散乱光Ｌ４は、集光部４１によって受光器５０の受光面に集光される。 Next, the condensing unit 40 condenses the scattered light L3 generated by scattering the emitted light L2 (S3). Specifically, the light collecting unit 40 collects the scattered light L3 and makes it incident on the etalon 20. Next, the etalon 20 internally interferes with the focused scattered light L3 and passes the Mie scattered light L4 which is the interference light (S4). The Mie scattered light L4 that has passed through the etalon 20 is focused on the light receiving surface of the light receiver 50 by the light collecting unit 41.

次に、受光器５０は、干渉光であるミー散乱光Ｌ４を受光する（Ｓ５）。受光器５０は、受光したミー散乱光Ｌ４を光電変換することで、ミー散乱光Ｌ４の強度に応じた信号強度を有する信号を生成して出力する。次に、信号処理回路６０は、受光器５０から出力される信号を処理する（Ｓ６）。例えば、信号処理回路６０は、ミー散乱光Ｌ４に基づく信号を処理することで、ミー散乱光Ｌ４の強度を取得し、エアロゾルの位置及び／又は濃度を分析する。 Next, the light receiver 50 receives the Mie scattered light L4 which is the interference light (S5). The light receiver 50 generates and outputs a signal having a signal intensity corresponding to the intensity of the Mie scattered light L4 by photoelectrically converting the received Mie scattered light L4. Next, the signal processing circuit 60 processes the signal output from the receiver 50 (S6). For example, the signal processing circuit 60 acquires the intensity of the Mie scattered light L4 by processing the signal based on the Mie scattered light L4, and analyzes the position and / or concentration of the aerosol.

ここで、図３に示される基本動作によって、エアロゾルによるミー散乱光Ｌ４を抽出できる原理について説明する。 Here, the principle that the Mie scattered light L4 by the aerosol can be extracted by the basic operation shown in FIG. 3 will be described.

上述したように、エアロゾル計測装置１００では、出射される光Ｌ１がエタロン１０によって干渉され、受光される散乱光Ｌ３がエタロン２０によって干渉される。つまり、光の出射側及び受光側の各々にエタロンが設けられている。 As described above, in the aerosol measuring device 100, the emitted light L1 is interfered with by the etalon 10, and the received scattered light L3 is interfered with by the etalon 20. That is, etalons are provided on each of the light emitting side and the light receiving side.

図４は、エタロン１０から出射される光のスペクトルの一例を示す図である。図４において、横軸は波長を表し、縦軸は信号強度を表している。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a spectrum of light emitted from Etalon 10. In FIG. 4, the horizontal axis represents the wavelength and the vertical axis represents the signal strength.

エタロン１０に光Ｌ１が入射した場合、エタロン１０内部で干渉されて出射される出射光Ｌ２は、図４に示されるように周期的なスペクトルを持つ光になる。エタロン１０から出射される出射光Ｌ２は、等しい波長間隔の複数のピークを有するマルチ光である。例えば、Ｎ個のピークを有するマルチ光を出射光Ｌ２として利用することで、ピークが１つのみのシングル光よりも全光強度をＮ倍にすることができる。各ピークの信号強度は、ほぼ同じである。 When the light L1 is incident on the etalon 10, the emitted light L2 that is interfered with and emitted inside the etalon 10 becomes light having a periodic spectrum as shown in FIG. The emitted light L2 emitted from the etalon 10 is a multi-light having a plurality of peaks having the same wavelength interval. For example, by using the multi-light having N peaks as the emitted light L2, the total light intensity can be increased by N times as compared with the single light having only one peak. The signal strength of each peak is about the same.

なお、図４において横軸は、周波数間隔に置き換えることができる。つまり、図４に示されるマルチ光は、等しい周波数間隔の複数のピークを有するマルチ光と同義である。 In FIG. 4, the horizontal axis can be replaced with the frequency interval. That is, the multi-light shown in FIG. 4 is synonymous with the multi-light having a plurality of peaks at the same frequency interval.

図５は、図４に示されるマルチ光のピークの１つを拡大して示す図である。図５において、横軸は波長を表し、縦軸は信号強度を表している。図５に示されるスペクトルを有する出射光Ｌ２が大気中に照射された場合、大気中に含まれる散乱体１０１によって散乱されることで、散乱光Ｌ３が発生する。 FIG. 5 is an enlarged view showing one of the peaks of the multi-light shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents signal strength. When the emitted light L2 having the spectrum shown in FIG. 5 is irradiated into the atmosphere, the scattered light L3 is generated by being scattered by the scattering body 101 contained in the atmosphere.

図６は、散乱光Ｌ３のスペクトルを示す図である。図６において、横軸は波長を表し、縦軸は信号強度を表している。 FIG. 6 is a diagram showing a spectrum of scattered light L3. In FIG. 6, the horizontal axis represents the wavelength and the vertical axis represents the signal strength.

図６に示されるように、散乱光Ｌ３には、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光とが含まれる。ミー散乱光は、半値全幅の狭いピークを有するのに対して、レイリー散乱光は、ミー散乱光よりも半値全幅の広いピークを有する。これは、大気構成分子によるレイリー散乱光の半値全幅は、大気構成分子の熱運動により広がるためである。実測でのレイリー散乱光の半値全幅は、３．４ＧＨｚから３．９ＧＨｚ程度であることが知られている。 As shown in FIG. 6, the scattered light L3 includes Rayleigh scattered light due to atmospheric constituent molecules and Mie scattered light due to an aerosol. The Mie scattered light has a peak with a narrow full width at half maximum, whereas the Rayleigh scattered light has a peak with a wider half width than the Mie scattered light. This is because the full width at half maximum of Rayleigh scattered light by atmospheric constituent molecules is widened by the thermal motion of atmospheric constituent molecules. It is known that the full width at half maximum of Rayleigh scattered light in actual measurement is about 3.4 GHz to 3.9 GHz.

一方、エアロゾルによるミー散乱光の半値全幅は、図５に示される出射光Ｌ２の半値全幅と同等である。エアロゾル計測装置１００では、エタロン２０とエタロン１０とが実質的に同一の光学特性を有するため、エタロン２０の透過スペクトルは、エタロン１０の透過スペクトルと同じになる。したがって、エタロン２０に散乱光Ｌ３が入射した場合、出射光Ｌ２と同じ周波数特性を有するミー散乱光Ｌ４のみが実質的に通過することができる。レイリー散乱光は、エタロン２０を実質的にほとんど通過しない。このように、エタロン１０及びエタロン２０を利用することによって、散乱光Ｌ３からミー散乱光Ｌ４のみを簡単に直接抽出することができる。 On the other hand, the full width at half maximum of the Mie scattered light by the aerosol is equivalent to the full width at half maximum of the emitted light L2 shown in FIG. In the aerosol measuring device 100, since the etalon 20 and the etalon 10 have substantially the same optical characteristics, the transmission spectrum of the etalon 20 becomes the same as the transmission spectrum of the etalon 10. Therefore, when the scattered light L3 is incident on the etalon 20, only the Mie scattered light L4 having the same frequency characteristics as the emitted light L2 can pass substantially. Rayleigh scattered light practically hardly passes through the etalon 20. As described above, by using the etalon 10 and the etalon 20, only the Mie scattered light L4 can be easily and directly extracted from the scattered light L3.

［４．２つのエタロンの同調］
ミー散乱光Ｌ４のみを抽出するためには、エタロン１０とエタロン２０との光学特性が実質的に同一でなくてはならない。具体的には、２つのエタロン１０及び２０が同調していることが期待される。より具体的には、エタロン１０内での光の光路長とエタロン２０内での光の光路長とが同一になるなどの所定の条件を満たすことが期待される。しかしながら、エタロン１０及び２０の製造ばらつき、並びに、エアロゾル計測装置１００の動作時に光源３０などが発生する熱、及び、環境の変化などの影響によって光路長にずれが生じる。つまり、２つのエタロン１０及び２０が非同調になる。 [4.2 Entrainment of two etalons]
In order to extract only the Mie scattered light L4, the optical characteristics of the etalon 10 and the etalon 20 must be substantially the same. Specifically, it is expected that the two etalons 10 and 20 are in sync. More specifically, it is expected that a predetermined condition such that the optical path length of light in Etalon 10 and the optical path length of light in Etalon 20 become the same is satisfied. However, the optical path length is deviated due to the manufacturing variation of the etalons 10 and 20, the heat generated by the light source 30 and the like during the operation of the aerosol measuring device 100, and the influence of changes in the environment. That is, the two etalons 10 and 20 are out of sync.

本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００では、２つのエタロン１０及び２０を同調させる手段として、軸調整部８０及び温度制御部９０を備える。軸調整部８０は、主に初期調整に利用され、温度制御部９０は微調整に利用される。以下では、まず、軸調整部８０による２つのエタロン１０及び２０の同調について説明する。 The aerosol measuring device 100 according to the present embodiment includes a shaft adjusting unit 80 and a temperature control unit 90 as means for synchronizing the two etalons 10 and 20. The shaft adjustment unit 80 is mainly used for initial adjustment, and the temperature control unit 90 is used for fine adjustment. In the following, first, the tuning of the two etalons 10 and 20 by the axis adjusting unit 80 will be described.

［４－１．軸調整］
本実施の形態では、軸調整部８０がエタロン２０の光軸の傾きを変更する。光軸の傾きが変更されることで、エタロン２０に入射する散乱光Ｌ３の入射角が変化する。 [4-1. Axis adjustment]
In the present embodiment, the axis adjusting unit 80 changes the inclination of the optical axis of the etalon 20. By changing the inclination of the optical axis, the incident angle of the scattered light L3 incident on the etalon 20 changes.

図７は、エタロン２０の光軸Ｊの傾きを変化させることによる光路長の変化を説明するための図である。図７に示されるように、エタロン２０に入射角θで散乱光Ｌ３が入射した場合、多層膜１２及び１３と透光部１１との屈折率差によって、透光部１１内には入射角φで散乱光Ｌ３が入射する。このため、入射角０°で散乱光Ｌ３が入射する場合に比べて、透光部１１内での光の光路長が長くなる。光路長が長くなることで、出射される光の周波数間隔が変化する。 FIG. 7 is a diagram for explaining a change in the optical path length by changing the inclination of the optical axis J of the etalon 20. As shown in FIG. 7, when scattered light L3 is incident on the etalon 20 at an incident angle θ, the incident angle φ is inside the translucent portion 11 due to the difference in refractive index between the multilayer films 12 and 13 and the translucent portion 11. The scattered light L3 is incident at. Therefore, the optical path length of the light in the translucent portion 11 is longer than that in the case where the scattered light L3 is incident at an incident angle of 0 °. As the optical path length becomes longer, the frequency interval of the emitted light changes.

エタロン２０から出射される、複数本のピークを有する光の周波数間隔ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）は、以下の式（１）で表される。また、エタロン２０の透過率Ｔ（ν）は、以下の式（２）で表される。 The frequency interval FSR (Free Spectral Range) of the light having a plurality of peaks emitted from the etalon 20 is represented by the following equation (1). Further, the transmittance T (ν) of the etalon 20 is expressed by the following equation (2).

Figure 2022012708000002
Figure 2022012708000002

ここで、νは、光の周波数である。Ｒは、エタロン２０の反射率である。Ａは、エタロン２０による損失である。ｎは、エタロン２０内部の屈折率である。エタロン２０内部の屈折率とは、透光部１１の屈折率であり、石英の場合１．４７である。ｃは、光の速度であり、約３×１０８ｍ／ｓである。Ｌは、図７にも示されるように、エタロン２０の長さである。また、θは、エタロン２０への光の入射角である。φは、エタロン２０内部での光の入射角である。θとφとは、以下の式（３）で表される関係を満たしている。 Here, ν is the frequency of light. R is the reflectance of the etalon 20. A is the loss due to Etalon 20. n is the refractive index inside the etalon 20. The refractive index inside the etalon 20 is the refractive index of the translucent portion 11, which is 1.47 in the case of quartz. c is the speed of light, which is about 3 × 108 m / s. L is the length of the etalon 20, as also shown in FIG. Further, θ is the angle of incidence of light on the etalon 20. φ is the angle of incidence of light inside the etalon 20. θ and φ satisfy the relationship expressed by the following equation (3).

Figure 2022012708000003
Figure 2022012708000003

また、エタロン２０の光路長χは、以下の式（４）で定義される。なお、光路長χは、エタロン２０を通過する透過光間の光路差に相当する。 Further, the optical path length χ of the etalon 20 is defined by the following equation (4). The optical path length χ corresponds to the optical path difference between the transmitted light passing through the etalon 20.

Figure 2022012708000004
Figure 2022012708000004

なお、受光側のエタロン２０だけでなく、出射側のエタロン１０でも上記式（１）から（３）は成立する。 The above equations (1) to (3) hold not only for the etalon 20 on the light receiving side but also for the etalon 10 on the emitting side.

したがって、エタロン１０の長さＬは、出射光Ｌ２の周波数間隔ＦＳＲが３ＧＨｚで、かつ、入射角θが０°の場合、式（１）から、３４ｍｍになる。光路長χは、式（４）から、９９．９６ｍｍとなる。 Therefore, the length L of the etalon 10 is 34 mm from the equation (1) when the frequency interval FSR of the emitted light L2 is 3 GHz and the incident angle θ is 0 °. The optical path length χ is 99.96 mm from the equation (4).

エタロン１０又は２０の光路長χは、φが０の場合、式（４）に示されるように、エタロン１０及び２０の長さＬで決まる。一般的には、エタロンの長さＬは、その加工精度により１０μｍ以上異なる場合がある。したがって、軸調整部８０がエタロン１０及び２０の少なくとも一方の光軸を傾けることで、入射角θ及びφを変化させる。これにより、エタロン１０の光路長χ１とエタロン２０の光路長χ２との少なくとも一方を調整する。 When φ is 0, the optical path length χ of the etalon 10 or 20 is determined by the length L of the etalon 10 and 20 as shown in the equation (4). Generally, the length L of etalon may differ by 10 μm or more depending on its processing accuracy. Therefore, the axis adjusting unit 80 tilts at least one of the optical axes of the etalons 10 and 20 to change the incident angles θ and φ. As a result, at least one of the optical path length χ 1 of the etalon 10 and the optical path length χ 2 of the etalon 20 is adjusted.

本実施の形態では、エタロン２０から出射される干渉光の信号強度が最大になるように、エタロン２０の光路長χ２を変化させる。具体的には、干渉光の信号強度は、以下の式（５）を満たす場合に、最大になる。つまり、式（５）が干渉光の信号強度を最大にするための条件である。なお、式（５）のｉは、整数である。 In the present embodiment, the optical path length χ 2 of the etalon 20 is changed so that the signal intensity of the interference light emitted from the etalon 20 is maximized. Specifically, the signal intensity of the interference light becomes maximum when the following equation (5) is satisfied. That is, the equation (5) is a condition for maximizing the signal intensity of the interference light. Note that i in the equation (5) is an integer.

Figure 2022012708000005
Figure 2022012708000005

ここで、一例として、エタロン１０の長さＬが４２．８ｍｍであり、エタロン２０の長さＬが４２．８０３ｍｍである場合を想定する。また、光源３０から出射されるレーザ光である光Ｌ１の中心波長が６０７ｎｍである。エタロン１０及び２０の各々の損失Ａは０であり、各々の反射率Ｒは０．７４である。このような条件の下でエタロン２０の光軸Ｊの傾きと干渉光の信号強度との関係を算出した結果を図８に示す。 Here, as an example, it is assumed that the length L of the etalon 10 is 42.8 mm and the length L of the etalon 20 is 42.803 mm. Further, the center wavelength of the light L1 which is the laser light emitted from the light source 30 is 607 nm. The loss A of each of the etalons 10 and 20 is 0, and the reflectance R of each is 0.74. FIG. 8 shows the result of calculating the relationship between the inclination of the optical axis J of the etalon 20 and the signal intensity of the interference light under such conditions.

図８は、エタロン２０の光軸Ｊの傾きと干渉光の信号強度との関係を示す図である。図８において、横軸は、エタロン２０の光軸Ｊの傾きθを表し、縦軸は、エタロン２０から出射される干渉光の信号強度を表している。図８に示されるように、干渉光の信号強度は、周期的な極大を繰り返す。信号強度の各極大値は、実質的に同等であり、信号強度の最大値に相当する。このため、エタロン２０の光軸Ｊの傾きを増加させ、又は、減少させることにより、信号強度を最大にすることができる。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the inclination of the optical axis J of the etalon 20 and the signal intensity of the interference light. In FIG. 8, the horizontal axis represents the inclination θ of the optical axis J of the etalon 20, and the vertical axis represents the signal intensity of the interference light emitted from the etalon 20. As shown in FIG. 8, the signal intensity of the interfering light repeats a periodic maximum. Each maximum value of the signal strength is substantially equivalent and corresponds to the maximum value of the signal strength. Therefore, the signal strength can be maximized by increasing or decreasing the inclination of the optical axis J of the etalon 20.

［４－２．温度制御］
次に、光源３０の温度制御について説明する。 [4-2. Temperature control]
Next, the temperature control of the light source 30 will be described.

上述したように、光源３０が出射する光Ｌ１は、波長の温度依存性を有する。具体的には、光源３０の温度が上昇するにつれて、光Ｌ１の波長が大きくなり、光源３０の温度が低下するにつれて、光Ｌ１の波長が小さくなる。光Ｌ１の波長と光源３０の温度とは、線形の関係を有する。例えば、光源３０がレーザ素子の場合、３０℃の増減で１０ｎｍ程度波長が変化する。 As described above, the light L1 emitted by the light source 30 has a wavelength temperature dependence. Specifically, as the temperature of the light source 30 rises, the wavelength of the light L1 increases, and as the temperature of the light source 30 decreases, the wavelength of the light L1 decreases. The wavelength of the light L1 and the temperature of the light source 30 have a linear relationship. For example, when the light source 30 is a laser element, the wavelength changes by about 10 nm by increasing or decreasing by 30 ° C.

光Ｌ１の波長の変化によって、図８に示されるグラフが変化する。具体的には、光源３０の温度を上昇させて、光Ｌ１の波長が大きくなると、信号強度のピークの位置が右に移動する。光源３０の温度を低下させて、光Ｌ１の波長が小さくなると、信号強度のピークの位置が左に移動する。 The graph shown in FIG. 8 changes depending on the change in the wavelength of the light L1. Specifically, when the temperature of the light source 30 is raised and the wavelength of the light L1 is increased, the position of the peak of the signal intensity moves to the right. When the temperature of the light source 30 is lowered and the wavelength of the light L1 becomes smaller, the position of the peak of the signal intensity moves to the left.

このように、光源３０の温度を変更することによって、２つのエタロン１０及び２０が同調するときのエタロン２０の位置が変化する。逆に言えば、エタロン２０の位置が変化することで２つのエタロン１０及び２０が非同調になったとしても、光源３０の温度を変更することによって２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 By changing the temperature of the light source 30 in this way, the position of the etalon 20 when the two etalons 10 and 20 are synchronized changes. Conversely, even if the two etalons 10 and 20 are out of sync due to the change in the position of the etalons 20, the two etalons 10 and 20 can be tuned by changing the temperature of the light source 30. ..

［５．動作］
次に、エアロゾル計測装置１００の動作について説明する。 [5. motion]
Next, the operation of the aerosol measuring device 100 will be described.

図９は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００の動作を示すフローチャートである。図９に示されるように、エアロゾル計測装置１００は、まず、初期調整として、２つのエタロン１０及び２０を同調させる（Ｓ１０）。 FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the aerosol measuring device 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the aerosol measuring device 100 first synchronizes the two etalons 10 and 20 as an initial adjustment (S10).

図１０は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００による２つのエタロン１０及び２０の同調を説明するための図である。図１０の（ａ）～（ｃ）の各々において、横軸はエタロン２０の光軸Ｊの傾きを表し、縦軸は、エタロン２０から出射される干渉光の光強度を表している。なお、干渉光の光強度は、信号強度と同等である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the synchronization of the two etalons 10 and 20 by the aerosol measuring device 100 according to the present embodiment. In each of FIGS. 10A to 10C, the horizontal axis represents the inclination of the optical axis J of the etalon 20, and the vertical axis represents the light intensity of the interference light emitted from the etalon 20. The light intensity of the interference light is equivalent to the signal intensity.

図１０の（ａ）に示される例では、エタロン２０の光軸Ｊの傾きが０．１４°の場合に信号強度が極大になっている。このため、軸調整部８０は、初期調整として、エタロン２０の光軸Ｊの傾きを０．１４°に調整する。 In the example shown in FIG. 10A, the signal intensity is maximized when the inclination of the optical axis J of the etalon 20 is 0.14 °. Therefore, the axis adjusting unit 80 adjusts the inclination of the optical axis J of the etalon 20 to 0.14 ° as an initial adjustment.

初期調整（Ｓ１０）は、２つのエタロン１０及び２０を同調させることができれば、特に限定されない。一例として、初期調整は、連続体からの反射光を利用する手法を用いることができる。 The initial adjustment (S10) is not particularly limited as long as the two etalons 10 and 20 can be synchronized. As an example, the initial adjustment can use a method that utilizes the reflected light from the continuum.

連続体は、エアロゾルより大きく、空間的な広がりを有する物体である。連続体は、エアロゾルとは異なり、空間中に浮遊しない。連続体は、固体連続体であり、例えば弾性体である。弾性体とは、与えられている圧力を取り除いた場合に元の状態に復帰する固体である。例えば、連続体は、光を反射するための１ｍｍ２以上の反射面を有する物体である。連続体は、具体的には、壁、柱、天井、床若しくは窓などの建築構造物、カーテン若しくは棚などの家具、又は家電製品などである。 A continuum is an object that is larger than an aerosol and has a spatial expanse. Continuities, unlike aerosols, do not float in space. The continuum is a solid continuum, for example an elastic body. An elastic body is a solid that returns to its original state when the applied pressure is removed. For example, a continuum is an object having a reflecting surface of 1 mm 2 or more for reflecting light. The continuum is specifically a building structure such as a wall, a pillar, a ceiling, a floor or a window, furniture such as a curtain or a shelf, or a household electric appliance.

具体的には、エアロゾル計測装置１００は、エタロン１０を通過した出射光Ｌ２を連続体に照射し、当該連続体による反射光にエタロン２０を通過させて受光器５０で受光する。すなわち、エアロゾル計測装置１００は、図３に示される基本動作を、エアロゾルの代わりに連続体を対象として行う。エアロゾル計測装置１００は、軸調整部８０がエタロン２０の位置を調整しながら、連続体を対象とした基本動作を繰り返す。そして、エアロゾル計測装置１００は、受光強度が最大になるときのエタロン２０の位置を初期位置として決定し、決定した位置でエタロン２０を固定する。なお、受光強度が最大でなくてもよく、所定の閾値以上になるときの位置を初期位置としてもよい。 Specifically, the aerosol measuring device 100 irradiates the continuum with the emitted light L2 that has passed through the etalon 10, passes the etalon 20 through the reflected light from the continuum, and receives the light with the receiver 50. That is, the aerosol measuring device 100 performs the basic operation shown in FIG. 3 on a continuum instead of the aerosol. The aerosol measuring device 100 repeats the basic operation for the continuum while the axis adjusting unit 80 adjusts the position of the etalon 20. Then, the aerosol measuring device 100 determines the position of the etalon 20 when the light receiving intensity becomes maximum as the initial position, and fixes the etalon 20 at the determined position. The light receiving intensity does not have to be the maximum, and the position when the light receiving intensity becomes equal to or higher than a predetermined threshold value may be set as the initial position.

例えば、軸調整部８０は、エタロン２０の光軸Ｊの傾きを０．０１°ずつ一方向に傾ける。これにより、信号強度が最大になる時の傾きを決定することができる。連続体からの信号強度が高い反射光を利用して光路長の調整を行うので、ノイズの影響が十分に抑えられ、精度良く光路長の調整を行うことができる。したがって、調整後に行われるエアロゾルの計測精度も高めることができる。 For example, the axis adjusting unit 80 inclines the optical axis J of the etalon 20 in one direction by 0.01 °. This makes it possible to determine the slope when the signal strength is maximized. Since the optical path length is adjusted by using the reflected light having a high signal intensity from the continuum, the influence of noise is sufficiently suppressed, and the optical path length can be adjusted with high accuracy. Therefore, the accuracy of aerosol measurement performed after adjustment can be improved.

光路長の調整を行った後、図９に示されるように、エアロゾル計測装置１００は、エアロゾルの計測を行う（Ｓ２０）。２つのエタロン１０及び２０が同調している限り、エタロン２０によってミー散乱光Ｌ４が精度良く抽出できるので、エアロゾルの計測を精度良く行うことができる。 After adjusting the optical path length, as shown in FIG. 9, the aerosol measuring device 100 measures the aerosol (S20). As long as the two etalons 10 and 20 are synchronized, the Mie scattered light L4 can be extracted accurately by the etalon 20, so that the aerosol can be measured accurately.

しかしながら、何らかの要因によって２つのエタロン１０及び２０が同調しなくなる場合がある。例えば、エアロゾル計測装置１００の振動によって、エタロン２０の位置がずれる場合がある。図１０の（ｂ）に示されるように、振動でエタロン２０が回転し、エタロン２０の光軸Ｊの傾きが０．１°に変化した場合、２つのエタロン１０及び２０が同調しなくなる。 However, the two etalons 10 and 20 may be out of sync for some reason. For example, the position of the etalon 20 may shift due to the vibration of the aerosol measuring device 100. As shown in FIG. 10B, when the etalon 20 is rotated by vibration and the inclination of the optical axis J of the etalon 20 changes to 0.1 °, the two etalons 10 and 20 are out of sync.

そこで、エアロゾル計測装置１００では、エタロン２０の位置を計測し、計測した位置の変化に基づいて光源３０の温度を制御する。これにより、２つのエタロン１０及び２０を同調させる。以下では、エアロゾルの計測（Ｓ２０）について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置１００によるエアロゾルの計測処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。 Therefore, the aerosol measuring device 100 measures the position of the etalon 20 and controls the temperature of the light source 30 based on the change in the measured position. This synchronizes the two Etalons 10 and 20. Hereinafter, the aerosol measurement (S20) will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing an aerosol measurement process (S20) by the aerosol measuring device 100 according to the present embodiment.

図１１に示されるように、エアロゾル計測装置１００は、エタロン２０の位置が変化したか否かを判定する（Ｓ２１）。具体的には、位置計測部７０がエタロン２０の位置を検出する。検出された位置が、ステップＳ１０によって調整された初期位置とは異なっている場合、エタロン２０の位置が変化しているので（Ｓ２１でＹｅｓ）、温度制御部９０が光源３０の温度制御を行う（Ｓ２２）。温度制御部９０は、光源３０の加熱又は冷却を行うことにより、光源３０が出射する光Ｌ１の波長を変更し、２つのエタロン１０及び２０を同調させる。 As shown in FIG. 11, the aerosol measuring device 100 determines whether or not the position of the etalon 20 has changed (S21). Specifically, the position measuring unit 70 detects the position of the etalon 20. When the detected position is different from the initial position adjusted by step S10, the position of the etalon 20 has changed (Yes in S21), so that the temperature control unit 90 controls the temperature of the light source 30 (Yes). S22). The temperature control unit 90 changes the wavelength of the light L1 emitted by the light source 30 by heating or cooling the light source 30, and synchronizes the two etalons 10 and 20.

例えば、図１０の（ｃ）に示されるように、温度制御部９０は、光源３０の温度を３０℃低下させる。これにより、光軸Ｊの傾きが０．１°のときにピークが来るように、図１０の（ｂ）に示されるピークを左に移動させることができる。このように、ずれた後の光軸Ｊを変更することなく、２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。エタロン２０を傾けるなどの機械的な調整を行わなくてよいので、簡単に２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 For example, as shown in FIG. 10 (c), the temperature control unit 90 lowers the temperature of the light source 30 by 30 ° C. As a result, the peak shown in FIG. 10B can be moved to the left so that the peak comes when the inclination of the optical axis J is 0.1 °. In this way, the two etalons 10 and 20 can be synchronized without changing the optical axis J after the deviation. Since it is not necessary to make mechanical adjustments such as tilting the etalon 20, the two etalons 10 and 20 can be easily synchronized.

温度制御部９０は、例えば、エタロン２０の位置の変化量と、当該位置の変化を補償し、２つのエタロン１０及び２０を同調させるのに必要な温度の変化量とを対応付けた対応情報を記憶するメモリを有する。温度制御部９０は、メモリに記憶された対応情報を読み出し、検出された位置の変化量に基づいて温度の変化量を決定し、決定した温度の変化量分、光源３０の温度を変化させる。 The temperature control unit 90, for example, provides correspondence information in which the amount of change in the position of the etalon 20 and the amount of change in temperature required to compensate for the change in the position and synchronize the two etalons 10 and 20 are associated with each other. Has a memory to store. The temperature control unit 90 reads out the corresponding information stored in the memory, determines the amount of change in temperature based on the amount of change in the detected position, and changes the temperature of the light source 30 by the amount of change in the determined temperature.

あるいは、初期調整と同様に、連続体への出射光Ｌ２の出射を行いながら、温度制御部９０が、干渉光の信号強度が最大になる最適な温度になるように光源３０の温度を制御してもよい。これにより、２つのエタロン１０及び２０をより精度良く同調させることができる。 Alternatively, as in the initial adjustment, the temperature control unit 90 controls the temperature of the light source 30 so as to reach the optimum temperature at which the signal intensity of the interference light is maximized while emitting the emitted light L2 to the continuum. You may. This allows the two etalons 10 and 20 to be more accurately tuned.

温度制御が終了した後、及び、エタロン２０の位置が変化していない場合（Ｓ２１でＮｏ）、２つのエタロン１０及び２０が同調しているので、エアロゾルの計測を精度良く行うことができる。 After the temperature control is completed and when the position of the etalon 20 has not changed (No in S21), the two etalons 10 and 20 are synchronized, so that the aerosol can be measured accurately.

したがって、図１１に示されるように、エアロゾル計測装置１００は、散乱体１０１に向けて出射光Ｌ２を出射する（Ｓ２３）。次に、受光器５０は、出射光Ｌ２が散乱体１０１で散乱されることにより発生した散乱光Ｌ３に含まれるミー散乱光Ｌ４を受光する（Ｓ２４）。なお、出射光Ｌ２の出射（Ｓ２３）及びミー散乱光Ｌ４の受光（Ｓ２４）は、具体的には図３に示される基本動作に沿って行われる。 Therefore, as shown in FIG. 11, the aerosol measuring device 100 emits the emitted light L2 toward the scatterer 101 (S23). Next, the light receiver 50 receives the Mie scattered light L4 included in the scattered light L3 generated by the emitted light L2 being scattered by the scatterer 101 (S24). The emission of the emitted light L2 (S23) and the light receiving of the Mie scattered light L4 (S24) are specifically performed according to the basic operation shown in FIG.

エアロゾル計測装置１００は、出射光Ｌ２の出射方向を変更する（Ｓ２５）。出射方向を変更した後、ステップＳ２１に戻り、上述した処理（Ｓ２１からＳ２４）が繰り返される。これにより、エアロゾル計測装置１００は、対象空間内の各位置におけるエアロゾルの有無及び／又は濃度が得られるので、エアロゾルの分布を生成することができる。 The aerosol measuring device 100 changes the emission direction of the emitted light L2 (S25). After changing the emission direction, the process returns to step S21, and the above-mentioned processing (S21 to S24) is repeated. As a result, the aerosol measuring device 100 can generate the distribution of the aerosol because the presence / absence and / or the concentration of the aerosol at each position in the target space can be obtained.

繰り返しの途中において、エタロン２０の位置が変化した場合には（Ｓ２１でＹｅｓ）、光源３０の温度制御によって速やかに２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。つまり、エタロン２０の光軸Ｊの調整を行わなくてよいので、エアロゾルの計測が可能な状態に速やかに復帰することができる。 If the position of the etalon 20 changes during the repetition (Yes in S21), the temperature control of the light source 30 can quickly synchronize the two etalons 10 and 20. That is, since it is not necessary to adjust the optical axis J of the etalon 20, it is possible to quickly return to the state where the aerosol can be measured.

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。 (Embodiment 2)
Subsequently, the second embodiment will be described.

実施の形態２に係るエアロゾル計測装置では、光源の温度だけでなく、エタロンの温度を制御する点が実施の形態１とは主として異なる。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。 The aerosol measuring device according to the second embodiment is mainly different from the first embodiment in that not only the temperature of the light source but also the temperature of the etalon is controlled. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.

［１．構成］
まず、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置の具体的な構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２００の構成を示す図である。図１２に示されるように、エアロゾル計測装置２００は、実施の形態１に係るエアロゾル計測装置１００と比較して、さらに温度制御部１９０を備える点が相違する。 [1. Constitution]
First, a specific configuration of the aerosol measuring device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the aerosol measuring device 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, the aerosol measuring device 200 is different from the aerosol measuring device 100 according to the first embodiment in that it further includes a temperature control unit 190.

温度制御部１９０は、エタロン２０の温度を制御する第２の温度制御部の一例である。具体的には、温度制御部１９０は、位置計測部７０によって計測された位置の変化に基づいて、エタロン２０の温度を制御する。温度制御部１９０は、エタロン２０を加熱又は冷却することで、エタロン２０の温度を上昇又は低下させることができ、かつ、一定の温度で維持することができる。温度制御部１９０は、例えばペルチェ素子である。 The temperature control unit 190 is an example of a second temperature control unit that controls the temperature of the etalon 20. Specifically, the temperature control unit 190 controls the temperature of the etalon 20 based on the change in the position measured by the position measurement unit 70. The temperature control unit 190 can raise or lower the temperature of the etalon 20 by heating or cooling the etalon 20, and can maintain the temperature at a constant temperature. The temperature control unit 190 is, for example, a Pelche element.

なお、温度制御部１９０は、エタロン２０の加熱及び冷却の一方しか実現できなくてもよい。例えば、温度制御部１９０は、エタロン２０を加熱する電熱ヒータであってもよい。 The temperature control unit 190 may be able to realize only one of heating and cooling of the etalon 20. For example, the temperature control unit 190 may be an electric heater that heats the etalon 20.

エタロン２０は、温度変化によって膨張又は収縮することにより、その長さＬ（図２を参照）が変化する。また、エタロン２０は、温度変化によってその屈折率が変化する。具体的には、エタロン２０の温度特性は、以下の式（６）で表される。 The length L (see FIG. 2) of the etalon 20 changes due to expansion or contraction due to a temperature change. Further, the refractive index of the etalon 20 changes with a change in temperature. Specifically, the temperature characteristics of the etalon 20 are expressed by the following equation (6).

Figure 2022012708000006
Figure 2022012708000006

ｓは、エタロン２０の光路長である。Ｔは、エタロン２０の温度である。ｄｓ／ｄＴは、光路長の温度係数である。ｎは、エタロン２０の透光部１１の屈折率である。αは、エタロン２０の透光部１１の線膨張係数である。ｄｎ／ｄＴは、屈折率の温度係数である。透光部１１が石英の場合、αは、１０－７／Ｋオーダーの値であり、ｄｎ／ｄＴは、１０－６／Ｋオーダーの値である。したがって、エタロン２０の温度変化による光路長の変化が十分に期待できる。 s is the optical path length of Etalon 20. T is the temperature of the etalon 20. ds / dT is a temperature coefficient of the optical path length. n is the refractive index of the translucent portion 11 of the etalon 20. α is the linear expansion coefficient of the translucent portion 11 of the etalon 20. dn / dT is a temperature coefficient of refractive index. When the translucent portion 11 is quartz, α is a value on the order of 10-7 / K, and dn / dT is a value on the order of 10-6 / K. Therefore, a change in the optical path length due to a change in the temperature of the etalon 20 can be sufficiently expected.

エタロン２０の温度が変化することによって、光源３０の場合と同様に、図８に示されるグラフが変化する。具体的には、エタロン２０の温度を上昇させた場合には、信号強度のピークの位置が左に移動する。エタロン２０の温度を低下させた場合には、信号強度のピークの位置が右に移動する。 As the temperature of the etalon 20 changes, the graph shown in FIG. 8 changes as in the case of the light source 30. Specifically, when the temperature of the etalon 20 is raised, the position of the peak of the signal strength moves to the left. When the temperature of the etalon 20 is lowered, the position of the peak of the signal strength moves to the right.

このように、エタロン２０の温度を変更することによって、光源３０の場合と同様に、２つのエタロン１０及び２０が同調するときのエタロン２０の位置が変化する。逆に言えば、エタロン２０の位置が変化することで２つのエタロン１０及び２０が非同調になったとしても、エタロン２０の温度を変更することによって２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 By changing the temperature of the etalon 20 in this way, the position of the etalon 20 when the two etalons 10 and 20 are synchronized changes as in the case of the light source 30. Conversely, even if the two Etalons 10 and 20 are out of sync due to the change in the position of the Etalon 20, the two Etalons 10 and 20 can be synchronized by changing the temperature of the Etalon 20. ..

［２．動作］
次に、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２００の動作について説明する。 [2. motion]
Next, the operation of the aerosol measuring device 200 according to the present embodiment will be described.

エアロゾル計測装置２００の基本動作及び初期調整は、実施の形態１と同じである。以下では、エアロゾル計測装置２００によるエアロゾル計測処理（図９のステップＳ２０）について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２００によるエアロゾルの計測処理（Ｓ２０）の一例を示すフローチャートである。 The basic operation and initial adjustment of the aerosol measuring device 200 are the same as those in the first embodiment. Hereinafter, the aerosol measurement process (step S20 in FIG. 9) by the aerosol measuring device 200 will be described with reference to FIG. 13. FIG. 13 is a flowchart showing an example of an aerosol measurement process (S20) by the aerosol measuring device 200 according to the present embodiment.

エタロン２０の初期調整が終わった後、図１３に示されるように、エアロゾル計測装置２００は、エタロン２０の位置が変化したか否かを判定する（Ｓ２１）。エタロン２０の位置が変化していない場合（Ｓ２１でＮｏ）の処理は、実施の形態１と同じである。つまり、２つのエタロン１０及び２０が同調しているので、エアロゾルの計測を行うことができる。 After the initial adjustment of the etalon 20 is completed, as shown in FIG. 13, the aerosol measuring device 200 determines whether or not the position of the etalon 20 has changed (S21). The process when the position of the etalon 20 has not changed (No in S21) is the same as that in the first embodiment. That is, since the two etalons 10 and 20 are synchronized, the aerosol can be measured.

エタロン２０の位置が変化した場合（Ｓ２１でＹｅｓ）、温度制御部１９０がエタロン２０の温度を制御する（Ｓ１２２）。温度制御部１９０がエタロン２０の温度を変更することにより、エタロン２０の光路長を変化させる。温度制御部１９０は、信号強度のピークを、変化後のエタロン２０の位置に近づける方向に移動させる。 When the position of the etalon 20 changes (Yes in S21), the temperature control unit 190 controls the temperature of the etalon 20 (S122). The temperature control unit 190 changes the temperature of the etalon 20 to change the optical path length of the etalon 20. The temperature control unit 190 moves the peak of the signal strength in a direction closer to the position of the etalon 20 after the change.

エタロン２０の温度を制御した後、温度制御部９０が光源３０の温度を制御する（Ｓ２２）。具体的には、温度制御部９０は、光源３０の加熱又は冷却を行うことにより、光源３０が出射する光Ｌ１の波長を変更し、２つのエタロン１０及び２０を同調させる。 After controlling the temperature of the etalon 20, the temperature control unit 90 controls the temperature of the light source 30 (S22). Specifically, the temperature control unit 90 changes the wavelength of the light L1 emitted by the light source 30 by heating or cooling the light source 30, and synchronizes the two etalons 10 and 20.

図１４は、本実施の形態に係るエアロゾル計測装置２００による２つのエタロン１０及び２０の同調を説明するための図である。図１４の（ａ）～（ｄ）の各々において、横軸は、エタロン２０の光軸Ｊの傾きを表し、縦軸は、エタロン２０から出射される干渉光の光強度を表している。 FIG. 14 is a diagram for explaining the synchronization of the two etalons 10 and 20 by the aerosol measuring device 200 according to the present embodiment. In each of FIGS. 14A to 14D, the horizontal axis represents the inclination of the optical axis J of the etalon 20, and the vertical axis represents the light intensity of the interference light emitted from the etalon 20.

図１４の（ａ）は、図１０の（ａ）と同じであり、軸調整部８０が、初期調整としてエタロン２０の光軸Ｊの傾きを０．１４°に調整する。図１４の（ｂ）は、図１０の（ｂ）の場合よりも大きくエタロン２０が回転し、光軸Ｊの傾きが０．２°に変化したことを示している。 FIG. 14A is the same as FIG. 10A, and the axis adjusting unit 80 adjusts the inclination of the optical axis J of the etalon 20 to 0.14 ° as an initial adjustment. FIG. 14 (b) shows that the etalon 20 rotated more than in the case of FIG. 10 (b), and the inclination of the optical axis J changed to 0.2 °.

温度制御部１９０がエタロン２０の温度を制御することにより、図１４の（ｂ）と（ｃ）とを比較して分かるように、光強度のピークが移動する。例えば、エタロン２０の温度を３０℃低下させることにより、ピークが右へ移動する。ピークが移動することにより、光軸Ｊの傾きが０．２°のときの光強度が大きくなる。 By controlling the temperature of the etalon 20 by the temperature control unit 190, the peak of the light intensity moves as can be seen by comparing (b) and (c) in FIG. For example, by lowering the temperature of the etalon 20 by 30 ° C., the peak moves to the right. As the peak moves, the light intensity when the inclination of the optical axis J is 0.2 ° increases.

さらに、図１４の（ｄ）に示されるように、温度制御部９０が、光源３０の温度を制御する。例えば、温度制御部９０は、光源３０の温度を３０℃上昇させることにより、光強度のピークをさらに右へ移動させる。これにより、光軸Ｊの傾きが０．２°の場合に光強度のピークが来るようにすることができ、２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 Further, as shown in FIG. 14D, the temperature control unit 90 controls the temperature of the light source 30. For example, the temperature control unit 90 raises the temperature of the light source 30 by 30 ° C. to further move the peak of the light intensity to the right. Thereby, the peak of the light intensity can be made to come when the inclination of the optical axis J is 0.2 °, and the two etalons 10 and 20 can be synchronized.

ここでは、エタロン２０の温度制御（Ｓ１２２）が光源３０の温度制御（Ｓ２２）よりも先に行われる例を示したが、これは、エタロン２０の温度変化が光源３０の温度変化よりも遅いためである。温度変化が遅いエタロン２０の温度を先に制御することにより、短期間で２つのエタロン１０及び２０の同調を行うことができる。なお、光源３０の温度制御（Ｓ２２）がエタロン２０の温度制御（Ｓ１２２）よりも先に行われてもよい。あるいは、エタロン２０と光源３０とが同時に温度制御されてもよい。 Here, an example is shown in which the temperature control of the etalon 20 (S122) is performed before the temperature control of the light source 30 (S22), because the temperature change of the etalon 20 is slower than the temperature change of the light source 30. Is. By controlling the temperature of the etalon 20 having a slow temperature change first, it is possible to synchronize the two etalons 10 and 20 in a short period of time. The temperature control (S22) of the light source 30 may be performed before the temperature control (S122) of the etalon 20. Alternatively, the temperature of the etalon 20 and the light source 30 may be controlled at the same time.

以上のように、本実施の形態では、光源３０とエタロン２０との各々の温度を制御する。これにより、信号強度のピークの調整範囲が広がるので、エタロン２０の位置が大きくずれたとしても、２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 As described above, in the present embodiment, the temperatures of the light source 30 and the etalon 20 are controlled. As a result, the adjustment range of the peak of the signal strength is widened, so that the two etalons 10 and 20 can be tuned even if the position of the etalon 20 is greatly deviated.

なお、光源３０のみの温度を制御するか、光源３０及びエタロン２０の両方の温度を制御するか、すなわち、温度制御の対象は、例えば、エタロン２０の位置の変化量に基づいて決定することができる。具体的には、エアロゾル計測装置２００は、位置の変化量が所定の閾値より小さい場合には、光源３０のみの温度を制御する。エアロゾル計測装置２００は、位置の変化量が所定の閾値より大きい場合には、光源３０及びエタロン２０の両方の温度を制御する。 Whether the temperature of only the light source 30 is controlled or the temperature of both the light source 30 and the etalon 20 is controlled, that is, the target of the temperature control can be determined based on, for example, the amount of change in the position of the etalon 20. can. Specifically, the aerosol measuring device 200 controls the temperature of only the light source 30 when the amount of change in position is smaller than a predetermined threshold value. The aerosol measuring device 200 controls the temperatures of both the light source 30 and the etalon 20 when the amount of change in position is larger than a predetermined threshold value.

あるいは、温度制御の対象は、信号強度に基づいて決定されてもよい。位置の変化が検出されたときの所定の傾きにおける信号強度が小さい程、ピークの移動量も大きくなる。したがって、エアロゾル計測装置２００は、位置の変化が検出されたときの信号強度が所定の閾値より大きい場合には、光源３０のみの温度を制御してもよい。また、エアロゾル計測装置２００は、信号強度が所定の閾値より小さい場合には、光源３０及びエタロン２０の両方の温度を制御してもよい。 Alternatively, the target of temperature control may be determined based on the signal strength. The smaller the signal strength at a predetermined slope when a change in position is detected, the larger the amount of movement of the peak. Therefore, the aerosol measuring device 200 may control the temperature of only the light source 30 when the signal strength when the change in position is detected is larger than a predetermined threshold value. Further, the aerosol measuring device 200 may control the temperature of both the light source 30 and the etalon 20 when the signal strength is smaller than a predetermined threshold value.

［３．変形例］
ここで、実施の形態２の変形例について説明する。 [3. Modification example]
Here, a modified example of the second embodiment will be described.

実施の形態２では、エタロン２０の温度を制御することで光路長の調整を行ったが、光路長の調整を行う手段はこれに限定されない。本変形例では、エタロン１０の温度を制御することで光路長の調整を行う。 In the second embodiment, the optical path length is adjusted by controlling the temperature of the etalon 20, but the means for adjusting the optical path length is not limited to this. In this modification, the optical path length is adjusted by controlling the temperature of the etalon 10.

図１５は、本変形例に係るエアロゾル計測装置３００の構成を示す図である。図１５に示されるように、エアロゾル計測装置３００は、実施の形態２に係るエアロゾル計測装置２００と比較して、温度制御部１９０の代わりに温度制御部２９０を備える。 FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an aerosol measuring device 300 according to this modification. As shown in FIG. 15, the aerosol measuring device 300 includes a temperature control unit 290 instead of the temperature control unit 190 as compared with the aerosol measuring device 200 according to the second embodiment.

温度制御部２９０は、エタロン１０の温度を制御する第３の温度制御部の一例である。具体的には、温度制御部２９０は、位置計測部７０によって計測された位置の変化に基づいて、エタロン１０の温度を制御する。温度制御部２９０は、エタロン１０を加熱又は冷却することで、エタロン１０の温度を上昇又は低下させることができ、かつ、一定の温度で維持することができる。温度制御部２９０は、例えばペルチェ素子である。 The temperature control unit 290 is an example of a third temperature control unit that controls the temperature of the etalon 10. Specifically, the temperature control unit 290 controls the temperature of the etalon 10 based on the change in the position measured by the position measurement unit 70. The temperature control unit 290 can raise or lower the temperature of the etalon 10 by heating or cooling the etalon 10, and can maintain the temperature at a constant temperature. The temperature control unit 290 is, for example, a Pelche element.

なお、温度制御部２９０は、エタロン１０の加熱及び冷却の一方しか実現できなくてもよい。例えば、温度制御部２９０は、エタロン１０を加熱する電熱ヒータであってもよい。 The temperature control unit 290 may be able to realize only one of heating and cooling of the etalon 10. For example, the temperature control unit 290 may be an electric heater for heating the etalon 10.

エタロン１０は、エタロン２０と同様に、温度変化によって膨張若しくは屈折、又は、屈折率が変化する。したがって、エタロン２０の温度を制御する場合と同様に、エタロン１０の温度を制御することにより、２つのエタロン１０及び２０を同調させることができる。 Like the etalon 20, the etalon 10 expands or refracts, or its refractive index changes depending on the temperature change. Therefore, the two etalons 10 and 20 can be synchronized by controlling the temperature of the etalon 10 in the same manner as in the case of controlling the temperature of the etalon 20.

なお、エアロゾル計測装置３００は、温度制御部１９０をさらに備えてもよい。 The aerosol measuring device 300 may further include a temperature control unit 190.

（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係るエアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。 (Other embodiments)
Although the aerosol measuring device and the aerosol measuring method according to one or more embodiments have been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. As long as it does not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and a form constructed by combining components in different embodiments is also included in the scope of the present disclosure. Will be.

例えば、軸調整部８０は、エタロン２０の代わりに、又は、エタロン２０に加えて、エタロン１０の位置を調整してもよい。この場合、エタロン１０の位置ずれが発生しやすくなる。この場合、位置計測部７０は、エタロン２０の代わりに、又は、エタロン２０に加えて、エタロン１０の位置を計測してもよい。エアロゾル計測装置１００、２００又は３００では、エタロン１０の位置の変化に基づいて温度制御部９０、１９０又は２９０が温度を制御してもよい。 For example, the shaft adjusting unit 80 may adjust the position of the etalon 10 instead of the etalon 20 or in addition to the etalon 20. In this case, the misalignment of the etalon 10 is likely to occur. In this case, the position measuring unit 70 may measure the position of the etalon 10 instead of the etalon 20 or in addition to the etalon 20. In the aerosol measuring device 100, 200 or 300, the temperature control unit 90, 190 or 290 may control the temperature based on the change in the position of the etalon 10.

また、例えば、エアロゾル計測装置１００、２００又は３００は、軸調整部８０を備えなくてもよい。エアロゾル計測装置１００、２００又は３００では、エタロンの初期調整（Ｓ１０）を行う場合に、光源３０並びに２つのエタロン１０及び２０のうち、少なくとも１つの温度を温度制御部９０、１９０又は２９０が制御することで、２つのエタロン１０及び２０を同調させてもよい。 Further, for example, the aerosol measuring device 100, 200 or 300 does not have to include the shaft adjusting unit 80. In the aerosol measuring device 100, 200 or 300, when the initial adjustment (S10) of the etalon is performed, the temperature control unit 90, 190 or 290 controls the temperature of at least one of the light source 30 and the two etalons 10 and 20. This may synchronize the two aerosols 10 and 20.

また、例えば、エタロン１０又は２０の位置は、エタロン１０又は２０の光軸の傾きではなく、光源３０及び受光器５０などに対するエタロン１０又は２０の相対的な三次元位置であってもよい。 Further, for example, the position of the etalon 10 or 20 may not be the inclination of the optical axis of the etalon 10 or 20, but may be a relative three-dimensional position of the etalon 10 or 20 with respect to the light source 30 and the receiver 50 and the like.

また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。また、エアロゾル計測装置が備える構成要素の複数の装置への振り分けは、一例である。例えば、一の装置が備える構成要素を他の装置が備えてもよい。また、エアロゾル計測装置は、単一の装置として実現されてもよい。 Further, in the above embodiment, another processing unit may execute the processing executed by the specific processing unit. Further, the order of the plurality of processes may be changed, or the plurality of processes may be executed in parallel. Further, the distribution of the components of the aerosol measuring device to a plurality of devices is an example. For example, the components of one device may be included in another device. Further, the aerosol measuring device may be realized as a single device.

例えば、上記実施の形態において説明した処理は、単一の装置（システム）を用いて集中処理することによって実現してもよく、又は、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、又は分散処理を行ってもよい。 For example, the processing described in the above embodiment may be realized by centralized processing using a single device (system), or may be realized by distributed processing using a plurality of devices. good. Further, the number of processors that execute the above program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

また、上記実施の形態において、信号処理回路、制御部などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。 Further, in the above embodiment, all or a part of the components such as the signal processing circuit and the control unit may be configured by dedicated hardware, or a software program suitable for each component may be executed. May be realized by. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a semiconductor memory. good.

また、信号処理回路などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。 Further, a component such as a signal processing circuit may be composed of one or a plurality of electronic circuits. The one or more electronic circuits may be general-purpose circuits or dedicated circuits, respectively.

１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、又は、ＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）も同じ目的で使うことができる。 The one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large Scale Integration), or the like. The IC or LSI may be integrated on one chip or may be integrated on a plurality of chips. Here, it is called IC or LSI, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration). Further, FPGA (Field Programmable Gate Array) programmed after manufacturing the LSI can also be used for the same purpose.

また、本開示の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 In addition, the general or specific aspects of the present disclosure may be realized by a system, an apparatus, a method, an integrated circuit or a computer program. Alternatively, it may be realized by a computer-readable non-temporary recording medium such as an optical disk, HDD or semiconductor memory in which the computer program is stored. Further, it may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program and a recording medium.

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, in each of the above embodiments, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the equivalent thereof.

本開示は、ミー散乱光を簡単に直接抽出することができるエアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法などとして利用でき、例えば、屋内での有害な微粒子の計測及び屋外での気象観測などに利用することができる。 The present disclosure can be used as an aerosol measuring device and an aerosol measuring method capable of easily and directly extracting Mie scattered light, and can be used, for example, for indoor measurement of harmful fine particles and outdoor meteorological observation. can.

１０、２０ エタロン
１１ 透光部
１２、１３ 多層膜
３０ 光源
３１ ミラー
４０、４１ 集光部
５０ 受光器
６０ 信号処理回路
７０ 位置計測部
８０ 軸調整部
９０、１９０、２９０ 温度制御部
１００、２００、３００ エアロゾル計測装置
１０１ 散乱体
Ｌ１ 光
Ｌ２ 出射光
Ｌ３ 散乱光
Ｌ４ ミー散乱光 10, 20 Etalon 11 Translucent section 12, 13 Multilayer film 30 Light source 31 Mirror 40, 41 Condensing section 50 Receiver 60 Signal processing circuit 70 Position measurement section 80 Axis adjustment section 90, 190, 290 Temperature control section 100, 200, 300 Aerosol measuring device 101 Scatterer L1 Light L2 Emission light L3 Scattered light L4 Mie scattered light

Claims (7)

大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測装置であって、
光源と、
前記光源から出射された光が通過する第１のエタロンと、
前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光が通過する第２のエタロンと、
前記第２のエタロンを通過した散乱光を受光する受光器と、
前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測する位置計測部と、
前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御する第１の温度制御部と、を備える、
エアロゾル計測装置。 An aerosol measuring device that measures aerosols contained in the atmosphere.
Light source and
The first etalon through which the light emitted from the light source passes, and
The second etalon through which the scattered light generated by the light passing through the first etalon being scattered by the aerosol passes through, and
A receiver that receives the scattered light that has passed through the second etalon, and
A position measuring unit that measures the position of at least one of the first etalon and the second etalon, and
A first temperature control unit that controls the temperature of the light source based on the change in position measured by the position measurement unit is provided.
Aerosol measuring device. さらに、
前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記第２のエタロンの温度を制御する第２の温度制御部を備える、
請求項１に記載のエアロゾル計測装置。 Moreover,
A second temperature control unit for controlling the temperature of the second etalon based on the change in position measured by the position measurement unit is provided.
The aerosol measuring device according to claim 1. さらに、
前記位置計測部によって計測された位置の変化に基づいて、前記第１のエタロンの温度を制御する第３の温度制御部を備える、
請求項１又は２に記載のエアロゾル計測装置。 Moreover,
A third temperature control unit for controlling the temperature of the first etalon based on the change in position measured by the position measurement unit is provided.
The aerosol measuring device according to claim 1 or 2. 前記位置計測部は、前記第２のエタロンの位置を計測する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のエアロゾル計測装置。 The position measuring unit measures the position of the second etalon.
The aerosol measuring device according to any one of claims 1 to 3. さらに、前記第２のエタロンの位置を調整する位置調整部を備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載のエアロゾル計測装置。 Further, a position adjusting unit for adjusting the position of the second etalon is provided.
The aerosol measuring device according to any one of claims 1 to 4. 前記光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はレーザ素子である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のエアロゾル計測装置。 The light source is an LED (Light Emitting Diode) or a laser element.
The aerosol measuring device according to any one of claims 1 to 5. 大気中に含まれるエアロゾルを計測するエアロゾル計測方法であって、
光源が光を出射し、出射した光に第１のエタロンを通過させるステップと、
前記第１のエタロンを通過した光が前記エアロゾルで散乱されることで発生する散乱光に第２のエタロンを通過させ、前記第２のエタロンを通過した散乱光を受光器で受光するステップと、
前記第１のエタロン及び前記第２のエタロンの少なくとも一方の位置を計測するステップと、
計測された位置の変化に基づいて、前記光源の温度を制御するステップと、を含む、
エアロゾル計測方法。 It is an aerosol measurement method that measures aerosols contained in the atmosphere.
The step that the light source emits light and the emitted light passes through the first etalon,
A step of allowing the second etalon to pass through the scattered light generated by the light passing through the first etalon being scattered by the aerosol, and receiving the scattered light passing through the second etalon with a receiver.
A step of measuring the position of at least one of the first etalon and the second etalon, and
A step of controlling the temperature of the light source based on the measured change in position, and the like.
Aerosol measurement method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112789496A (en) * 2019-03-29 2021-05-11 松下知识产权经营株式会社 Aerosol measuring device and aerosol measuring method

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