JP2022012708A - エアロゾル計測装置及びエアロゾル計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアロゾルを精度良く検出する。【解決手段】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１００は、光源３０と、光源３０から出射された光Ｌ１が通過するエタロン１０と、エタロン１０を通過した出射光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が通過するエタロン２０と、エタロン２０を通過したミー散乱光Ｌ４を受光する受光器５０と、エタロン１０及び２０の少なくとも一方の位置を計測する位置計測部７０と、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と、を備える。【選択図】図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。

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。

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。

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。

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。

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。

国際公開第２００３／７３１２７号 特許第６２４３０８８号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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６は、散乱光のスペクトルを示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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／ｃｍ^３から約１０^１０個／ｃｍ^３の範囲である。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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３×１０^８ｍ／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。

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。

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。

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。

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χ_１とエタロン２０の光路長χ_２との少なくとも一方を調整する。

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χ_２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。

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。

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。

［４－２．温度制御］
次に、光源３０の温度制御について説明する。

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。

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。

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。

［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。

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）。

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。

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。

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。

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１ｍｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
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。

Images