JP4690789B2 - 大気中微粒子測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光散乱の原理を応用して、大気中に浮遊する微粒子の数量または濃度を計測する大気中微粒子測定装置の改良に関する。

空気中の微粒子の数量または濃度を計測して所定の基準以下に制御することは、ＩＣ等の半導体製造工場における品質管理や、食品工場での衛生管理等の面から重要とされており、これらの製造現場では、微粒子計数装置が多く活用されている。また、環境問題の重要性と相俟って、大気環境中の排ガス等に起因する浮遊粒子状物質や、その他の微粒子を測定評価する技術は、種々の原理によるものが研究されて実用化されている。

更に近年、ダニや花粉等の生物系微粒子によるアレルギー疾患の増加に伴い、室内でのハウスダストの測定や、屋外での飛散花粉粒子の測定等に関しても、種々の方法や装置が検討されている。

例えば、春先に目や鼻の強烈な症状を引き起こすスギ花粉症の問題に関連して、空中に浮遊する花粉の微粒子を測定評価する研究が行なわれている。歴史的な花粉計測法として、ダーラム法（落下式採取法）や、バーカード法（体積吸引法）と呼ばれる手法が長年続けられているが、何れも人手による処理と計数作業を必要とし、作業者の時間的なコストや熟練度による精度差の問題は避けられない。この種の問題に対処するために、あるいは新しい空調機器等の制御技術とも関連して、近年以下のような光学的な手法を用いた自動化測定装置が開発され、実用化され始めている。

例えば、ヒータの上昇気流によって空気を測定容器内に導入し、偏光した光を空中の浮遊粒子に照射して粒子からの散乱光強度と散乱光の偏光解消度とを測定することによって、花粉粒子を他の空中浮遊粒子から弁別して検出する装置（特許文献１参照。）が提案されている。また、ポンプによって一定流量で吸引され導入された大気に半導体レーザ等の光を照射し、花粉や繊維状のダスト等の微粒子からの散乱光を前方と側方とで受光して、微粒子の種類と数量等を測定する装置（特許文献２参照。）が提案されている。

また、吸引して導入された大気に励起光を照射し、花粉から放出されたルミネッセンス（蛍光）を検出し、このルミネッセンスの強度から花粉量を定量化する装置（特許文献３参照。）や、フィルタ等を介して外気を吸引し、途中の風路で光を照射して得られる微粒子の画像を画像認識手段によって解析し、微粒子の量と種類を識別することで花粉を検知すると共に、室内へ外気を導入する空調機器等の制御を行なう装置（特許文献４参照。）が提案されている。

さらに、大気を吸引する際に、花粉の粒径よりも実質的に小さな粒子を取り除き、流路の途中で光を照射して得られる粒子からの自家蛍光を測定することによって、花粉を他の浮遊粒子から弁別して計数する方法および装置（特許文献５参照。）や、吸入採取した大気から重力または遠心力の作用等を利用して花粉粒子のみを弁別する方法と、この花粉粒子の弁別方法をレーザ光散乱またはその他の粒子センサと組み合わせて花粉の飛散数を計測する装置（特許文献６参照。）も提案されている。
特許第３１１３７２０号公報 特開平７−４３２９９号公報 特開平７−８３８３０号公報 特許第３５０２２５９号公報 再公表特許ＷＯ００／０６９９４号公報 特許第３５５８５７４号公報

上記した何れの装置においても、大気の吸引は一定の方向から行なっており、測定装置を設置した周囲環境での空気の流れ具合や風の強弱によって微粒子の測定結果は影響を受け易いという問題があった。

例えば、この種の装置を屋外に設置して使用する場合には、空気を四方八方から均等に引き込むために吸込み口を上側鉛直方向として、その上に雨の侵入を避けるための雨よけ部材を配置する場合があるが、この様な構成では、測定器周囲の空気が適度に動いている場合には、浮遊する微粒子はある程度の量が、吸込み口から引き込まれて計数されるが、強い横風が吹いた場合には、微粒子は吸込み口から十分に引き込まれなくなり、計数値が低下する可能性があった。

すなわち、装置の設置場所に横風のような強い空気の流れがあった場合には、吸込み口の方向（鉛直方向）と大気の流れの方向（水平方向）とが互いに直交しているために、多くの微粒子が吸込み口をかすめて通り過ぎてしまい、結果的に計数値は低くなってしまう場合があった。

現実に、花粉症を引き起こす各種の微粒子は、強風に乗って山野から人気の多い街中に飛来すると言われており、花粉のシーズン中は乾燥した日の強風の後に花粉症の症状が悪化する例も多いと言われている。しかし、前述のような従来の花粉の測定装置によっては、風の影響によって計数値が低下する可能性もあり、実際に装置を設置した環境における大気中の微粒子数（花粉濃度）を十分に反映した測定を安定的に行なうことは困難な場合があった。

一方で、大気中の花粉飛散量の評価は、先に言及したダーラム法（落下式採取法）と呼ばれる手法が、単純な方式として最も普及している。この手法は、所定の円盤屋根の下に落下した花粉をスライドガラス上に付着させて採取して、顕微鏡を使って目視で計数して測定値を求めるものであり、強風時には絶対量が正確には測定出来ないと言われているが、長年の経験値として多くの地域におけるデータの蓄積がある。従って、空中花粉量の自動測定装置では、必要に応じてこのダーラム法との相関が高い測定が可能であることも求められている。実際の現場では、強風にも影響されない安定的な微粒子数の測定という前述の課題と共に、落下式採取法との相関という後述の課題もあり、これらの二律背反する課題に臨機応変に対応することのできる測定装置は実現出来ていなかった。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、大気中に浮遊する微粒子の数量または濃度を、例えば、周囲環境の大気の流れにかかわらず高精度で安定的に測定する、あるいは、従来の測定方式によって得られたデータに対して相関の高いデータを集めるなどの測定目的に応じて、最適な方法で測定可能とすることである。

上記目的を達成するための本発明は、大気中に浮遊する微粒子を導入して光を照射し、前記微粒子から発生した散乱光および／または蛍光を検出して前記大気中の微粒子の数量または濃度を測定する装置において、大気を導入する大気導入部を、目的に応じて交換可能としたことを最大の特徴とする。

より詳しくは、大気中に浮遊する微粒子を測定する大気中微粒子測定装置において、
大気を導入する大気導入部と、
前記大気導入部によって導入された大気が通過する流路手段と、
前記流路手段の所定部位に光を照射する光照射手段と、
前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、散乱光および／または蛍光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの信号のパルスを計数して演算することにより、前記大気中の微粒子の数量または濃度を導出する信号処理手段と、
前記流路手段、光照射手段及び受光手段を内部において支持固定する装置筐体と、を備え、
前記大気導入部は前記装置筐体に脱着可能に設置され、構造の異なる交換用大気導入部と交換可能としたことを特徴とする。

すなわち、本発明に係る大気中微粒子測定装置においては、大気導入部から微粒子を含んだ大気が導入され、この大気が流路手段を通過する。そして、前記流路手段を通過する大気に光照射手段によって光が照射される。前記流路手段を通過する大気中の微粒子に光が照射されると、該微粒子により光が散乱され、あるいは照射された光が励起光となって該微粒子から蛍光が発生する。そして、信号処理手段によって散乱光あるいは蛍光のパルスが計数されることにより前記大気中の微粒子の数量または濃度が導出される。

ここで、本発明における大気中微粒子測定装置には、複数種類の大気導入部が準備されており、交換可能な構造になっている。これにより、装置の周囲環境や測定目的に応じて構造の異なる大気導入部を使用し、より精度良くあるいは、より測定目的に合致した測定を行うことができる。ここでいう周囲環境としては、例えば風の強弱を挙げることができる。また、測定目的としては、周囲環境の大気の流れにかかわらず高精度で安定的に測定する、あるいは、従来の測定方式によって得られたデータに対して相関の高いデータを集める、などを挙げることができる。

また、上記において流路手段の所定部位とは、前記流路手段における前記大気中の微粒子の測定点である。すなわち前記受光手段は、この所定部位において前記微粒子によって散乱された散乱光あるいは前記微粒子から発生した蛍光を受光可能に構成されている。また、上記において所定方向とは、前記所定部位において前記微粒子によって散乱された散乱光あるいは前記微粒子から発生した蛍光の方向のうち、前記受光手段によって受光可能な範囲の方向を示す。

また、本発明においては、前記受光手段は、前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、散乱光を受光する第１受光手段と、
前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、蛍光を受光する第２受光手段と、
を有し、
前記第１受光手段の出力により前記散乱光の強度を検出するとともに、前記第２受光手段の出力により前記蛍光の波長の成分を検出するようにしてもよい。

ここで、前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子が発生した散乱光の強度は、前記微粒子が大きいほど強くなることが分かっている。また、前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子が有機物である場合に蛍光を発生することが分かっており、加えて、前記微粒子が発生した蛍光の波長分布は、前記微粒子の種類によって変化することが分かっている。

従って本発明によれば、前記第１受光手段の出力により検出された前記散乱光の強度から、前記微粒子の大きさを特定することができ、前記第２受光手段の出力により検出された蛍光の強度及び波長の成分から、前記微粒子の種類を特定することができる。ここで、前記微粒子の種類によって前記微粒子の大きさの分布も異なるので、前記第１受光手段の出力により検出された前記散乱光の強度及び、前記第２受光手段の出力により検出された蛍光の強度及び波長の成分により前記微粒子の種類をより精度よく特定することができる。

なお、本発明における前記第１受光手段によって受光される散乱光及び、前記第２受光手段によって受光される蛍光の方向は、同じであってもよいし異なっていてもよい。換言すると、上記における散乱光に対する所定方向と、蛍光に対する所定方向とは同じ方向であっても異なる方向であってもよい。

また、本発明においては、前記大気導入部は、風上からの大気を優先的に導入する第１大気導入部であり、
前記交換用大気導入部は、風向きに関係なく所定方向からの大気を導入する第２大気導入部であるようにしてもよい。

このように前記大気導入部として、風上からの大気を優先的に導入する第１大気導入部を採用すれば、風が強い周囲環境においても、風上から流れてくる大気中の微粒子を効率よく導入することができる。また、前記交換用大気導入部として、風向きに関係なく所定方向からの大気を導入する第２大気導入部を採用すれば、歴史的に長年に亘って行われてきたダーラム法（落下式採取法）も風向きに関係なく自然落下した花粉を検出しているので、ダーラム法に対して相関の高い測定を行うことができる。

また、この場合の前記第１大気導入部は、
前記流路手段と接続されるとともに鉛直方向に伸びた管状の第１接続部と、
前記第１接続部に対し水平方向に回転可能に接続されるとともに、略水平方向を向いた吸込み口から大気を吸込み前記第１接続部に導く第１大気導入部本体と、
前記第１大気導入部本体において前記吸込み口の反対側に設けられるとともに、風力を受けて風下に移動することにより前記第１大気導入部本体に回転力を付与する回転力発生部と、を有するようにしてもよい。

そうすれば、前記回転力発生部が風力を受けて風下になるように前記第１大気導入部本体に回転力を付与するので、前記吸込み口が常に風上に向かって開口するように、前記第１大気導入部本体を回転させることができる。その結果、簡単な構造で、より確実に前記第１大気導入部に、風上からの大気を優先的に導入させることができる。

また、上記に加えて、前記第１大気導入部は、風向を検出する風向検出手段と、風力を検出する風力検出手段と、をさらに有するようにしてもよい。

そうすれば、大気中の微粒子の数量あるいは濃度の測定と共に、風向き及び風速のデータを同時に測定することができる。これにより、より付加価値の高いデータ収集が可能となる。例えば、前記風向きまたは風速のデータを用いて、同時に得られた微粒子の数量あるいは濃度の値を補正するなどして、測定地点から人の住居地域へと飛散する花粉量の予測精度を高めるために利用することができる。

また、上記においては、前記第２大気導入部は、
前記流路手段と接続されるとともに鉛直方向に伸びた管状の第２接続部と、
前記第２接続部に対して固定されるとともに略鉛直方向を向いた吸込み口から大気を吸
込み前記第２接続部に導く第２大気導入部本体と、
前記略鉛直方向を向いた吸込み口の上部に設けられ、前記略鉛直方向を向いた吸込み口への雨の侵入を抑制する雨よけ部と、を有するようにしてもよい。

そうすれば、前記大気導入部として第２大気導入部を選択した場合に、風向きに関係なく略鉛直方向からの大気を導入することができるとともに、装置内への雨の侵入を抑制することにより装置の耐久性、信頼性を維持することができる。さらに、歴史的に長年に亘って行われてきたダーラム法（落下式採取法）も風向きに関係なく自然落下した花粉を検出しているので、ダーラム法に対して相関の高い測定を行うことができる。

また、本発明においては、前記光照射手段は、光源として半導体レーザを有するようにしてもよい。

そうすれば、より高強度の光を大気中の微粒子に安定的に照射することができ、Ｓ／Ｎ比の高い測定をすることができる。また、花粉などの生物系微粒子は、紫外線の励起によって可視域に蛍光を発することが知られている。従って、大気中の微粒子が花粉などの生物系微粒子である場合には、光源用半導体レーザとして例えば波長が４０５ｎｍ近傍の青紫色半導体レーザを用いれば、容易に入手可能な光源によって、大気中の微粒子から効率よく蛍光を発生させることができる。

また、上記において、前記第１受光手段は、前記光照射手段が照射する光の波長と同等の波長の散乱光を検出する受光素子を有し、前記第２受光手段は、前記光照射手段が照射する光の波長よりも長い可視域の波長の蛍光を検出する複数の受光素子を有するようにしてもよい。

ここで、前記光照射手段が照射した光の、大気中の微粒子による散乱光の波長は、基本的に前記光照射手段が照射した光の波長と同等である。また、花粉などの大気中の生物系微粒子は、青紫色の光を照射した場合に、最も効率よくそれより長い可視域の波長の蛍光を発生する。従って、上記のようにすれば、第１受光手段によってより確実に、大気中の微粒子による散乱光を検出することができ、第２受光手段によってより確実に、大気中の微粒子による蛍光を検出することができる。

さらに上記においては、前記第２受光手段は、前記光照射手段が照射する光の波長よりも長い可視域の波長の蛍光を検出する受光素子を複数個有するので、前記蛍光における複数種類の波長の成分を独立に検出することができ、より正確に前記蛍光の波長分布を特定することができる。

また、上記においては、前記第２受光手段は、
前記光照射手段が照射する光の波長よりも長い可視域の波長の蛍光を所定波長領域毎に分光する分光手段と、前記分光手段によって分光された蛍光を前記所定波長領域毎に検出する複数の受光素子を有するようにしてもよい。

そうすれば、前記微粒子から発生した蛍光を前記分光手段によって複数の波長領域に分光し、分光されたそれぞれの波長領域の蛍光を複数の受光素子で検出することができ、それぞれの受光素子の出力から、前記微粒子から発生した蛍光の波長の成分をより容易にまたはより正確に、特定することができる。

また、本発明においては、前記微粒子は花粉を含む生物系微粒子であるようにしてもよい。そうすれば、前記微粒子が砂粒などの無機物である場合と比較し、前記微粒子から効率的に蛍光を発生させることができ、前記微粒子の種類の特定をより高い信頼性をもって
行うことができる。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。

本発明にあっては、大気中に浮遊する微粒子の数量または濃度を、例えば、周囲環境の大気の流れにかかわらず高精度で安定的に測定する、あるいは、従来の測定方式によって得られたデータに対して相関の高いデータを集めるなどの測定目的に応じて、最適な方法で測定することができる。

例えば、前記大気導入部として、風上からの大気を優先的に導入するものを備えた場合には、屋外の自然環境の中でも強風等の気象条件によって計測値が低下することを抑制でき、高感度かつ安定的に微粒子の計測を継続することができる。また、微粒子が低濃度の状態でも高感度の計測を可能にする。

これに対して、前記大気導入部として、風向きに関係なく所定方向からの大気を導入するものを備えた場合には、従来からの風向きに応答しない落下式採取法との相関データを取ることも可能になる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例における大気中微粒子測定装置の全体構成図を示したものであり、図中の上下方向が鉛直方向、図中の左右方向が水平方向を示している。図１に示す大気中微粒子測定装置においては、装置の測定系を内部に支持固定した筐体１の上部に、第１大気導入部２及び第２大気導入部３が、接続部４を介して着脱交換可能に接続されるべく準備されている。

第１大気導入部２において、接続部４は後述する分級器５に固定されている。そして、第１導入部本体２ｃが接続部４に対して回転部２ｂを介して支持されている。ここで回転部２ｂは、２枚の円板が重ね合わさった構造をしており、図１中下側の円板は接続部４に固定されている。一方上側の円板は下側の円板に対して各円板の中心軸２ｉの回りに回転可能に支持されている。

そして、第１導入部本体２ｃは回転部２ｂの上側の円板に固定されている。その結果、第１導入部本体２ｃは接続部４に対して、中心軸２ｉを中心に回転可能となっている。また、第１導入部本体２ｃには回転羽根２ｄが設けられている。さらに、微粒子を導入する開口部である第１吸込み口２ａは、第１導入部本体２ｃにおいて回転羽根２ｄの反対側に設けられている。この回転羽根２ｄは、水平方向の風を受けると羽根が回転するとともに、風下側に移動すべく回転部２ｂの上側の円板及び第１導入部本体２ｃに対して回転力を付与する。これにより、所定の風速以上の風が生じた場合には風向きに応じて回転羽根２ｄが風下側に回転移動し、同時に第１吸込み口２ａが風上側に回転移動する。その結果、第1大気導入部２においては、常に第１吸込み口２ａを風上側に開口させることができ、強風が吹いたような場合でも、効率的に大気中の微粒子を導入することができる。また、第１吸込み口２ａの上部には第１雨よけ部材２ｅが備えられている。

ここで、風が吹いた場合には、第１大気導入部２において大気中の微粒子は、矢印２ｆ
のごとく吸引され、砂抜き用の間隙２ｇを通過し、湾曲した所定の流路を通って接続部４へと導かれる。砂抜き用の間隙２ｇの下部には、砂溜め用の容器２ｈが備えられている。これは、所定の間隔を有する間隙２ｇの部分で、第１吸込み口２ａから吸引された大気中に含まれる砂や土砂等の重い粒子を重力落下の作用によって除去するものである。

一方、第２大気導入部３は、接続部４に対して第２導入部本体３ｇが固着されており、第２導入部本体３ｇには、第２吸込み口３ａが鉛直上向きに設けられている。また、第２導入部本体３ｇには円盤３ｂが固定され、この円盤３ｂの上部には、支柱３ｃ、３ｄを介して第２雨よけ部材３ｅが固定されている。第２大気導入部３において吸引された微粒子は、矢印３ｆのごとく鉛直方向に、直接接続部４へと導かれる。この第２大気導入部３は、第２雨よけ部材３ｅ等の形状に関して、歴史的に長年に渡って行なわれて来たダーラム法（落下式採取法）の検出部を模したものであり、ダーラム法との相関データを得るのに好適に構成されている。

接続部４を介して導かれた微粒子は、粒子の大きさを選別するための分級器５を介して、大粒子と小粒子とに分別される。分級器５の内部には、流路を切断するように所定の間隔でノズル５ａと５ｂが向かい合っており、流体力学的な流れの作用によって、実質的に花粉の大きさの粒子は流路の中心を通過し、花粉よりも小さい粒子は中心から反れて排気ダクト５ｃの方向へ導かれる。

分級器５を通過した花粉相当の微粒子は、測定管６を鉛直下方向（矢印６ｆの方向）へ吸引され落下し、途中に設けられた測定用窓６ａ、６ｂの部分で、光学的に微粒子の計数計測が行なわれる。測定用窓６ａ、６ｂにはレーザ光源７から射出した光ビームが、レンズ８ａ、８ｂを介して照射される。ここで、レーザ光源７は、例えば波長が４０５ｎｍの青紫色の光ビームを射出する半導体レーザ光源であり、レンズ８ａはコリメーター用の非球面レンズ、またレンズ８ｂは光ビームを測定用窓６ａと６ｂの間の流路で偏平形状に整形するためのシリンドリカルレンズである。

測定管６の測定用窓６ａと６ｂの間を通過した微粒子は、レーザ光源７からの光ビームを受けて散乱光や自家蛍光を発生し、その微粒子からの光はレンズ９を介して検出系の側へと導かれる。また、光路の中心部を直進するレーザ光源からの直接光は、レンズ９を通過した後、ミラー１０で反射されて、フォトダイオード（ＰＤ）１１によってレーザ光源動作の確認用としてモニターされる。ミラー１０の周辺を通過した微粒子からの散乱光と蛍光は、ダイクロイックミラー１２に入射する。このダイクロイックミラー１２よって、レーザ光源７からの光ビームの波長と同一波長の散乱光が反射され、その強度はレンズ１３を介してフォトダイオード（ＰＤ）１４によって検出される。

一方、レーザ光の波長よりも長波長の光として生ずる微粒子からの蛍光は、フィルタ１５を通過し、ダイクロイックミラー（ＤＭ）１６に入射する。ダイクロイックミラー１６は、例えば、波長が４５０ｎｍ〜５８０ｎｍ程度の青緑色の波長の光を反射し、６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の赤色の波長の光を透過させるものである。すなわち、微粒子からの青緑色の蛍光は、レンズ１７を介して光電子増倍管（Photo-Multiplier：ＰＭ）１８によって検出され、また、微粒子からの赤色の蛍光は、レンズ１９を介して光電子増倍管（ＰＭ）２０によって検出される。レーザ光源７から光電子増倍管２０に至るまでの一連の光学系は、測定管６と共に、筐体１の内部のベース板１ａに支持固定されている。

なお、フォトダイオード１１、１４によって検出された散乱光強度及び光電子増倍管１８、２０によって検出された蛍光強度のデータは、ＰＣ３０に送られ、ＰＣ３０によって演算され、大気中微粒子の数量あるいは濃度が導出され、微粒子の種類の判定が行われる。

測定管６を通過した微粒子は、排気ダクト６ｃを介してフィルタ２１ａによって捕捉されると共に、フィルタ２１ａを通過する空気は小容量流量計２２を介して、ポンプ２３によって吸引される。一方、分級器５から排気ダクト５ｃを通って導かれる微粒子は、フィルタ２１ｂによって捕捉され、フィルタ２１ｂを通過した空気は、フィルタ２１ａを通過した空気と共に、ポンプ２３で排気されている。ポンプ２３から排気される空気は、大容量流量計２４によって全体の流量が調節され、筐体１の底面部のベース板１ｂに取り付けられた排気孔２５より、筐体１の外部へと排出される。なお、ポンプ２３の入力側の流路には圧力センサ２６が接続されており、排気系の圧力は常時一定の範囲内であることが監視され、ごくまれに排気系の目詰まり等によって生じる圧力の異常は、圧力センサ２６によって検知することができる。

ここにおいて、本実施例における流路手段は測定管６を含んで構成される。また、光照射手段は、レーザ光源７、レンズ８ａ、８ｂを含んで構成される。また、受光手段はフォトダイオード１１、１４及び光電子増倍管１８、２０を含んで構成される。特に第１受光手段はフォトダイオード１１、１４を含んで構成され、第２受光手段は光電子増倍管１８、２０を含んで構成される。さらに、分光手段はダイクロイックミラー１６を含んで構成される。また、本実施例における装置筐体は筐体１の他、筐体１に固定された分級器５を含んで構成される。

なお、本実施例におけるレーザ光源７は、仮に波長が４０５ｎｍの青紫色の光ビームを射出する半導体レーザ光源としたが、これは、大気中の花粉などの微粒子が効率的に蛍光を発する波長域の光源の中では、波長４０５ｎｍの半導体レーザ光源が比較的入手容易であることによる。ここで、スギやヒノキなどの花粉は３５０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長の紫外線励起によって蛍光を発することが分かっている。従って、レーザ光源７の波長は４０５ｎｍに限らず、３５０ｎｍ〜３７０ｎｍ程度の波長としてもよい。さらに、検出すべき微粒子の種類に応じて、効率よく蛍光を発生させることができる波長を選択するようにしてもよい。

次に図２について説明する。図２は、測定装置の筐体１に接続された大気導入部を上面からみた模式図である。図２（Ａ）は、風向きによって第１吸込み口２ａの方向が変わる第１大気導入部２の平面図を示しており、一方、図２（Ｂ）は風向きによって第２吸込み口３ａの方向が不変の第２大気導入部３の平面図を示している。

図２（Ａ）において、第１導入部本体２ｃは、風向きに応じて矢印２７のごとく中心軸２ｉを中心に回転することが可能である。第１導入部本体２ｃは、回転羽根２ｄの作用によって、第１吸込み口２ａの方向が風上（図２の例では、矢印２ｆの方向）を向くように方角が制御されるため、大気中の微粒子を強風時にも効率的に測定系に導入することができる。なお、第１大気導入部２には、第１導入部本体２ｃの回転角度と、回転羽根２ｄの回転量とを検知するセンサ（不図示）が設けられており、大気中の微粒子の計数と共に、風向き及び風速のデータを同時に測定可能なようになっている。

ここで大気導入部を、図２（Ｂ）のような第２雨よけ部材３ｅを有し、鉛直方向の第２吸込み口３ａから大気を導入する第２大気導入部３に交換した場合は、この自動測定器の測定系は、従来のダーラム法と呼ばれる落下式採取法に近い測定系となる。すなわち、このような大気導入部では、風の方向がいかなる向きであっても、例えば図２の矢印３ｆ（１）、３ｆ（２）、３ｆ（３）の何れであっても、それとなく空気の動きが生じていれば、微粒子はある程度の量が確率的に第２吸込み口３ａから引き込まれ、計測されることになる。この第２大気導入部３では、例えば矢印２８に示すように、一定の方角からの強い横風が吹いた場合は、微粒子は吸込み口３ａから引き込まれ難くなることも予想されてい
る。しかし一方、この測定系においては自動測定器による計数率として、ダーラム法との比較を行なった場合には、良好な相関データを得ることができる。

ここで図２（Ａ）において、回転羽根２ｄは本実施例における回転力発生部に相当する。本実施例においては、上記のように、風力が作用すると羽根が回転する回転羽根２ｄを回転力発生部としたが、回転力発生部の構成はこれに限らない。ある方向から横風が吹いた際に第１導入部本体２ｃの他の部分に比較して風力を受け易い構成であればよい。そのような構成としては、例えば第１導入部本体２ｃにおける第１吸込み口２ａの反対側に固定された、羽根状の部材やパラシュート状の部材（図示せず）を挙げることができる。

図３は、本実施例における大気中微粒子測定装置の電気系の構成のブロック図である。図３において、光学系のフォトダイオード１１、１４及び光電子増倍管１８、２０からの出力信号は、信号処理回路２９によって、例えば、散乱光の信号と、各蛍光信号との間で、微粒子の通過に応じたパルスの有無及び波高値に関わる論理演算が行なわれ、通過した微粒子の数量あるいは濃度が導出される他、粒子が花粉か、あるいは他の微粒子かの判定が行なわれる。

すなわち、微粒子からの各信号が、蛍光信号を伴っていなければ花粉以外の微粒子と判定し、蛍光信号を伴ったものであれば、花粉などの生物系微粒子と判定することができる。さらに、検出された蛍光信号の各波長成分に基づく分光特性と、検出された散乱光信号の強度によって、花粉の種類を特定することができる。演算結果はパソコン（Personal Computer：ＰＣ）３０に送られ、微粒子が検出された時刻や判定された微粒子の種類、あるいは他のデータと共に、記録装置３１に保存される。その時々の測定結果は、必要に応じて、液晶モニター等の表示装置３２によって確認することができる。

また、ＰＣ３０は、レーザ光源７を駆動する駆動回路７ｄを通して光源の制御を行なうと共に、排気系の圧力センサ２６によって、排気系の圧力データを常時監視している。また、ＰＣ３０は、第１大気導入部２の第１導入部本体２ｃと回転羽根２ｄに関わるインターフェース回路２ｊを介して、風向や風力等のデータを収集する。なお、これらの種々のデータと演算処理された微粒子の測定結果のデータは、通信ユニット３３と、通信アンテナ３４を通して、遠隔地の基地局等へ送られ、大気中の微粒子のリモートセンシングを行なうこともできる。

ここで、散乱光の信号と、各蛍光信号とから得られた微粒子の数量、濃度及び種類のデータと、第１大気導入部２の第１導入部本体２ｃと回転羽根２ｄに関わるインターフェース回路２ｊを介して収集された風向や風力等のデータとから、微粒子が飛来する方向と種類との相関関係等のデータ蓄積を行うこともできる。すなわち、風向や風力と、微粒子の数量、濃度あるいは種類等について得られるデータを地域や季節によって蓄積して行けば、測定地点から人の住む場所へと風によって運ばれる花粉の飛散状況の予測精度向上や、花粉源となる山林の特定等にも有効であり、これらのデータは花粉症の発症予防や、農林的な環境調査と植栽計画等にも活用することができる。

次に図４について説明する。図４は、本実施例による大気中微粒子測定装置の他の態様を示したものである。図４において、測定器の筐体１は２台分用意されており、夫々を例えば、百葉箱等の測定器室３５の内部に設置している。測定器の分級器５の上部からは、大気導入ダクト３６、３７が繋がっており、夫々が第１大気導入部２及び第２大気導入部３に接続されている。第１大気導入部２及び第２大気導入部３は、夫々が三脚３８、３９で支えられており、この部分は屋外に設置される。

図４のような態様によれば、屋外での測定に使用する機器であっても、筐体１を必ずし
も防水型の構造としておく必要はない。また、同一の測定装置の筐体２台に対して、１台は風向きに応じた第１大気導入部２に接続し、もう１台は風向きに応じない第２大気導入部３に接続できるようにしたので、共通の設計の装置を用いて異なる方式のデータ収集を簡単に行なうことができる。すなわち、風向きに応じた第１大気導入部２によれば、風向や風力が変化しても効率的な微粒子の吸引を行ない安定的なデータ収集が継続的に可能であるのに対し、風向きに応じない第２大気導入部３によれば、従来から手作業で行なわれている落下式採取法との比較データを求めたい時には良好な相関データを得られる等、必要に応じて多様な使用方法が可能である。

上記の実施例においては、大気導入部として、回転羽根２ｄの作用によって吸込み口２ａが風上を向くように構成された第１大気導入部２と、ダーラム法の円盤と雨よけ部材３ｅを模した第２大気導入部３とを交換可能としたが、大気導入部は他の種類のものと交換可能にすることもできる。例えば、ダーラム法で使われる円盤を回転可能な構造（ロータリー方式）として羽根状の構造物を一部に取り付け、吸込み口は水平方向に傾けることで風に応答して微粒子を吸い込み易いような大気導入部を設計することも可能であって、それを着脱及び交換可能な構成として採用することも考えられる。

また、上記の実施例においては、大気中微粒子としての花粉の数量または濃度を検出することを主な目的として説明したが、本発明の考え方は他の大気中微粒子の数量または濃度を検出する場合にも適用可能である。例えば、繊維状のダスト、ノミやダニなどの微生物、自動車の排ガス中のディーゼル微粒子などを検出対象としてもよい。その場合、レーザ光源７の波長、ダイクロイックミラー１２，１６の反射率特性、フォトダイオード１１、１４の感度分布などは適宜選択、調整すればよい。

本発明の実施例における大気中微粒子測定装置の全体構成図である。 本発明の実施例における大気導入部に関する説明図である。 本発明の実施例における大気中微粒子測定装置の電気的な処理を表わすブロック図である。 本発明の実施例における大気中微粒子測定装置の、他の実施態様の一つを示す概要図である。

符号の説明

１・・・筐体
２・・・第１大気導入部
２ａ・・・第１吸込み口
２ｂ・・・回転部
２ｃ・・・第１導入部本体
２ｄ・・・回転羽根
２ｅ・・・第１雨よけ部材
３・・・第２大気導入部
３ａ・・・第２吸込み口
３ｅ・・・第２雨よけ部材
３ｇ・・・第２導入部本体
４・・・接続部
５・・・分級器
６・・・測定管
６ａ、６ｂ・・・測定用窓
７・・・レーザ光源
８ａ、８ｂ・・・レンズ
９・・・レンズ
１０・・・ミラー
１１・・・フォトダイオード
１２・・・ダイクロイックミラー
１３・・・レンズ
１４・・・フォトダイオード
１５・・・フィルタ
１６・・・ダイクロイックミラー
１７・・・レンズ
１８・・・光電子増倍管
１９・・・レンズ
２０・・・光電子増倍管
２１ａ・・・フィルタ
２１ｂ・・・フィルタ
２２・・・小容量流量計
２３・・・ポンプ
２４・・・大容量流量計
２５・・・排気孔
２６・・・圧力センサ
２９・・・信号処理回路
３０・・・パソコン
３１・・・記録装置
３２・・・表示装置
３３・・・通信ユニット
３４・・・通信アンテナ
３５・・・測定器室
３６、３７・・・大気導入ダクト
３８，３９・・・三脚

Claims (9)

1. 大気中に浮遊する微粒子を測定する大気中微粒子測定装置において、
   大気を導入する大気導入部と、
   前記大気導入部によって導入された大気が通過する流路手段と、
   前記流路手段の所定部位に光を照射する光照射手段と、
   前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、散乱光および／または蛍光を受光する受光手段と、
   前記受光手段からの信号のパルスを計数して演算することにより、前記大気中の微粒子の数量または濃度を導出する信号処理手段と、
   前記流路手段、光照射手段及び受光手段を内部において支持固定する装置筐体と、を備え、
   前記大気導入部は前記装置筐体に脱着可能に設置され、構造の異なる交換用大気導入部と交換可能とし、
   前記大気導入部は、風上からの大気を優先的に導入する第１大気導入部であり、
   前記交換用大気導入部は、風向きに関係なく所定方向からの大気を導入する第２大気導入部であることを特徴とする大気中微粒子測定装置。
2. 前記受光手段は、
   前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、散乱光を受光する第１受光手段と、
   前記流路手段の所定部位を通過する大気中の微粒子に光が照射されることにより所定方向に発生した、蛍光を受光する第２受光手段と、
   を有し、
   前記第１受光手段の出力により前記散乱光の強度を検出するとともに、前記第２受光手段の出力により前記蛍光の波長の成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の大気中微粒子測定装置。
3. 前記第１大気導入部は、
   前記流路手段と接続されるとともに鉛直方向に伸びた管状の第１接続部と、
   前記第１接続部に対し水平方向に回転可能に接続されるとともに、略水平方向を向いた吸込み口から大気を吸込み前記第１接続部に導く第１大気導入部本体と、
   前記第１大気導入部本体において前記吸込み口の反対側に設けられるとともに、風力を受けて風下に移動することにより前記第１大気導入部本体に回転力を付与する回転力発生部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の大気中微粒子測定装置。
4. 前記第１大気導入部は、風向を検出する風向検出手段と、風力を検出する風力検出手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の大気中微粒子測定装置。
5. 前記第２大気導入部は、
   前記流路手段と接続されるとともに鉛直方向に伸びた管状の第２接続部と、
   前記第２接続部に対して固定されるとともに略鉛直方向を向いた吸込み口から大気を吸込み前記第２接続部に導く第２大気導入部本体と、
   前記略鉛直方向を向いた吸込み口の上部に設けられ、前記略鉛直方向を向いた吸込み口への雨の侵入を抑制する雨よけ部と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の大気中微粒子測定装置。
6. 前記光照射手段は、光源として半導体レーザを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の大気中微粒子測定装置。
7. 前記第１受光手段は、前記光照射手段が照射する光の波長と同等の波長の散乱光を検出する受光素子を有し、前記第２受光手段は、前記光照射手段が照射する光の波長よりも長い可視域の波長の蛍光を検出する複数の受光素子を有することを特徴とする、請求項２に記載の大気中微粒子測定装置。
8. 前記第２受光手段は、
   前記光照射手段が照射する光の波長よりも長い可視域の波長の蛍光を所定波長領域毎に分光する分光手段と、
   前記分光手段によって分光された蛍光を前記所定波長領域毎に検出する複数の受光素子を有することを特徴とする、請求項２に記載の大気中微粒子測定装置。
9. 前記微粒子は花粉を含む生物系微粒子であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の大気中微粒子測定装置。

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