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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5997532
(24)【登録日】2016年9月2日
(45)【発行日】2016年9月28日
(54)【発明の名称】粒子検出装置
(51)【国際特許分類】
G01N 15/00 20060101AFI20160915BHJP
G01N 1/02 20060101ALI20160915BHJP
【ＦＩ】
G01N15/00 C
G01N15/00 A
G01N1/02 K
【請求項の数】5
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2012-168167(P2012-168167)
(22)【出願日】2012年7月30日
(65)【公開番号】特開2014-25876(P2014-25876A)
(43)【公開日】2014年2月6日
【審査請求日】2015年7月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥野 大樹
(72)【発明者】
【氏名】伴 和夫
(72)【発明者】
【氏名】藤岡 一志
(72)【発明者】
【氏名】藤田 英明
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 暁大
【審査官】
渡邊 吉喜
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１２−１２７７２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３２９５８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｎ１５／００−１５／１４、
Ｇ０１Ｎ１／０２、
Ｇ０１Ｎ３３／４８、
Ｇ０１Ｎ２７／６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上であって前記照射領域外に設置される、粒子検出装置。
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上であって前記照射領域外に設置される、粒子検出装置。
【請求項2】
空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端の向く方向が前記基板の法線との間に角度をなす方向であって、かつ、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上であって前記照射領域外に設置される、粒子検出装置。
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端の向く方向が前記基板の法線との間に角度をなす方向であって、かつ、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上であって前記照射領域外に設置される、粒子検出装置。
【請求項3】
空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上に含まれないように設置される、粒子検出装置。
前記基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備え、
前記捕集機構は前記基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、前記放電電極からの放電によって帯電された粒子を、前記放電電極と前記基板との間の電位差によって前記基板に吸着させ、
前記検出機構は前記基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、前記受光素子での受光量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出し、
前記放電電極は、その針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記基板上に含まれないように設置される、粒子検出装置。
【請求項4】
前記放電電極は、前記基板からの距離Ｌが距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２となる位置に設置され、前記距離Ｌ１は、針状の先端から前記基板に対して下ろした垂線の足が前記照射領域の中央と一致する位置に放電電極が設置されたときに前記照射領域に吸着する粒子量が最も多くなる距離である、請求項１〜３のいずれかに記載の粒子検出装置。
【請求項5】
前記検出機構は、加熱前後の前記照射領域からの蛍光の変化量に基づいて前記照射領域に存在する生物由来の粒子を検出する、請求項１〜４のいずれかに記載の粒子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は粒子検出装置に関し、特に、生物由来の粒子を検出するための粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
生物由来の粒子を検出するための粒子検出装置の一形態として、本願発明者は、特開２０１２−４７４２７号公報（以下、特許文献１）において、図３９に概略が示される粒子検出装置を開発している。この粒子検出装置は、捕集基板の中央の捕集領域の鉛直上に、先端（針先）が捕集領域中心を向く方向に対向設置された静電針を含み、静電針の周囲にて帯電された空気中の浮遊粒子が捕集基板と静電針との間の電位差によって捕集基板表面に吸着される仕組みで粒子が検出される。
【0003】
上記の粒子検出装置では、捕集基板に対して静電針の方向を垂直として捕集基板の法線方向と一致させることで、捕集効率を最大とすることに成功している。また、針先を捕集領域に向けることで、捕集領域での捕集量を多くすることに成功している。
【0004】
さらに、上記の粒子検出装置では、捕集基板表面をブラシを用いてリフレッシュすることで、捕集基板表面の付着物を取り除く仕組みも設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１２−４７４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
発明者は、特許文献１に開示された検出の仕組みを利用した粒子検出装置において、繰り返し精度よく生物由来の粒子を検出可能とすることを課題として上記文献に開示された発明の改良を行なった。
【0007】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、繰り返し精度よく生物由来の粒子を検出可能な粒子検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、粒子検出装置は、空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備える。捕集機構は基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、放電電極からの放電によって帯電された粒子を、放電電極と基板との間の電位差によって基板に吸着させる。検出機構は基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、受光素子での受光量に基づいて照射領域に存在する生物由来の粒子を検出する。放電電極は、その針状の先端の向く方向が基板の法線との間に角度をなす方向に設置される。
【0009】
本発明の他の局面に従うと、粒子検出装置は、空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備える。捕集機構は基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、放電電極からの放電によって帯電された粒子を、放電電極と基板との間の電位差によって基板に吸着させる。検出機構は基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、受光素子での受光量に基づいて照射領域に存在する生物由来の粒子を検出する。放電電極は、その針状の先端から基板に対して下ろした垂線の足が照射領域中央と一致しない位置に設置される。
【0010】
本発明のさらに他の局面に従うと、粒子検出装置は、空気中の粒子を基板上に吸着させることで捕集する捕集機構と、基板上に吸着された粒子のうちから生物由来の粒子を検出する検出機構とを備える。捕集機構は基板の上方に設置された針状の放電電極を含み、放電電極からの放電によって帯電された粒子を、放電電極と基板との間の電位差によって基板に吸着させる。検出機構は基板上の発光素子の照射領域からの蛍光を受光するための受光素子を含み、受光素子での受光量に基づいて照射領域に存在する生物由来の粒子を検出する。放電電極は、その針状の先端の向く方向が基板の法線との間に角度をなす方向であって、かつ、その針状の先端から基板に対して下ろした垂線の足が照射領域中央と一致しない位置に設置される。
【0011】
好ましくは、放電電極は、基板からの距離Ｌが距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２となる位置に設置される。距離Ｌ１は、針状の先端から基板に対して下ろした垂線の足が照射領域中央と一致する位置に放電電極が設置されたときに照射領域に吸着する粒子量が最も多くなる距離である。
【0012】
好ましくは、検出機構は、加熱前後の照射領域からの蛍光の変化量に基づいて照射領域に存在する生物由来の粒子を検出する。
【発明の効果】
【0013】
この発明によると、捕集基板上のダメージや付着を抑えることができるため、迷光を防止でき、繰り返し用いても精度よく生物由来の粒子を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】加熱前後における生物由来の粒子の蛍光強度の変化と、加熱前後における粉塵の蛍光強度の変化とを示すグラフである。
【図2】生物由来の粒子を検出する捕集工程を示す図である。
【図3】生物由来の粒子を検出する蛍光測定工程（加熱前）を示す図である。
【図4】生物由来の粒子を検出する加熱工程を示す図である。
【図5】生物由来の粒子を検出する蛍光測定工程（加熱後）を示す図である。
【図6】生物由来の粒子を検出するリフレッシュ工程を示す図である。
【図7】加熱前後の蛍光強度の増大量△Ｆと、生物由来の粒子濃度との関係を示すグラフである。
【図8】第１の実施の形態にかかる粒子検出装置の構成の具体例を示す図である。
【図9】粒子検出装置における放電電極の向きを説明するための図である。
【図10】粒子検出装置における放電電極の向きを説明するための図である。
【図11】粒子検出装置における放電電極の向きを説明するための図である。
【図12】粒子検出装置の機能構成の具体例を示すブロック図である。
【図13】捕集室に導入された空気中の生物由来の粒子量を算出するための具体的な動作を表わしたフローチャートである。
【図14】蛍光の増大量と生物由来の粒子量（濃度）との対応関係の具体例を表わした図である。
【図15】粒子検出装置での捕集治具表面のダメージや付着物を抑える効果を説明するための図である。
【図16】放電電極の針先直下が照射領域の中央にある場合の捕集治具の照射領域中央付近の顕微鏡写真である。
【図17】放電電極の針先直下が照射領域の中央にあるが、針先の向きが捕集治具表面と平行になるように設置した場合の捕集治具の照射領域中央付近の顕微鏡写真である。
【図18】第２の実施の形態にかかる粒子検出装置の構成の具体例を示す図である。
【図19】捕集治具表面への垂線の足が照射領域の中央と一致する場合の放電電極の配置を説明するための図である。
【図20】粒子検出装置における放電電極の配置を説明するための図である。
【図21】粒子検出装置における放電電極の配置を説明するための図である。
【図22】粒子検出装置における放電電極の配置を説明するための図である。
【図23】放電電極の位置と捕集能力との関係を確認するための実験での、放電電極の第１の位置を説明するための図である。
【図25】第２の位置として、放電電極が照射領域の中央の直上に設置されたときの捕集治具での捕集量の分布を表わした図である。
【図26】放電電極を先端が照射領域の中央の直上となるよう設置した場合の照射領域の中央付近の顕微鏡写真である。
【図27】放電電極の先端の直下が捕集治具上であって照射領域外にあるように設置した場合の照射領域の中央付近の顕微鏡写真である。
【図28】第１の変形例での放電電極の配置を説明するための図である。
【図29】第１の変形例での放電電極の配置を説明するための図である。
【図30】放電電極を先端の向きを捕集治具の表面に対して垂直として垂線の足が照射領域外となる位置に配置した場合の照射領域中央付近の顕微鏡写真である。
【図31】放電電極の方向を捕集治具表面と平行として垂線の足が照射領域外となる位置に配置した場合の照射領域中央付近の顕微鏡写真である。
【図32】放電電極の設置態様を変化させて捕集動作を行なったときの、捕集治具表面から迷光量の測定結果を表わした図である。
【図33】捕集治具表面から放電電極の先端までを距離Ｌを説明するための図である。
【図34】捕集治具表面から放電電極の先端までを距離Ｌを説明するための図である。
【図35】捕集治具表面から放電電極の先端までを距離Ｌを説明するための図である。
【図36】捕集治具表面から放電電極の先端までを距離Ｌを説明するための図である。
【図37】捕集治具表面から放電電極の先端までを距離Ｌを変化させて照射領域での捕集能力（捕集密度）を測定する実験における、捕集治具および放電電極の形態を表わした図である。
【図39】本願発明者が、特開２０１２−４７４２７号公報で開示した粒子検出装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
【0016】
［生物由来の粒子の検出原理について］本実施の形態における粒子検出装置は、花粉や微生物、カビといった生物由来の粒子を検出するための装置である。最初に、本実施の形態における粒子検出装置を用いて生物由来の粒子を検出する原理について説明する。
【0017】
図１は、加熱前後における生物由来の粒子の蛍光強度の変化と、加熱前後における粉塵の蛍光強度の変化とを示すグラフである。
【0018】
空気中に浮遊する生物由来の粒子に紫外光または青色光を照射すると、生物由来の粒子は蛍光を発する。しかしながら、空気中には化学繊維の埃など（以下、粉塵とも言う）の、同様に蛍光を発する粒子が浮遊しており、蛍光を検出するのみでは、生物由来の粒子からのものであるのか粉塵からのものであるのかが区別されない。
【0019】
一方、図１中に示すように、生物由来の粒子および粉塵に対してそれぞれ加熱処理を施し、加熱前後における蛍光強度（蛍光量）の変化を測定すると、粉塵から発せられる蛍光強度が加熱処理によって変化しないのに対して、生物由来の粒子から発せられる蛍光強度は、加熱処理によって増加する。本実施の形態における粒子検出装置では、生物由来の粒子と粉塵とが混合する粒子に対して、加熱前後の蛍光強度を測定し、その差分を求めることにより、生物由来の粒子の量を特定する。
【0021】
本工程では、捕集基板５１０を静電針５３０に対向配置すると共に、捕集基板５１０および静電針５３０間に電位差を生じさせる。ファン５００の駆動により、空気を捕集基板５１０に向けて導入すると、空気中に浮遊する粒子６００は、静電針５３０の周囲にて帯電される。帯電された粒子６００は、静電気力によって捕集基板５１０の表面に吸着される。捕集基板５１０に捕集された粒子６００には、生物由来の粒子６００Ａと、化学繊維の埃などの粉塵６００Ｂとが含まれる。
【0022】
図３を参照して、次に、加熱前の粒子６００から発せられる蛍光の強度を測定する（蛍光測定工程（加熱前））。本工程では、半導体レーザなどの発光素子５５０から捕集基板５１０に捕集された粒子６００に向けて励起光を照射すると共に、粒子６００から発せられた蛍光をレンズ５６０を通じて受光素子５６５にて受光する。
【0023】
図４を参照して、次に、ヒータ５２０を用いて、捕集基板５１０に捕集された粒子６００を加熱する。加熱後、捕集基板５１０を冷却する（加熱工程）。
【0024】
図５を参照して、次に、加熱後の粒子６００から発せられる蛍光の強度を測定する（蛍光測定工程（加熱後））。既に説明したように、粉塵６００Ｂから発せられる蛍光強度が加熱処理によって変化しないのに対して、生物由来の粒子６００Ａから発せられる蛍光強度は、加熱処理によって増加する。このため、本工程では、図３中の蛍光測定工程（加熱前）で測定された蛍光強度よりも大きい値の蛍光強度が測定される。
【0025】
図７は、加熱前後の蛍光強度の増大量△Ｆと、生物由来の粒子濃度との関係を示すグラフである。図７を参照して、加熱前の蛍光強度と加熱後の蛍光強度との差から、蛍光強度の増大量△Ｆ１を算出する。予め用意した蛍光強度の増大量△Ｆと生物由来の粒子濃度Ｎとの関係に基づき、算出された増大量△Ｆ１に対応する生物由来の粒子濃度Ｎ１を特定する。なお、増大量△Ｆと生物由来の粒子濃度Ｎとの対応関係は、予め実験的に決められる。
【0026】
図６を参照して、次に、生物由来の粒子の検出を終えた粒子６００を図示しないブラシで掻き出すことで捕集基板５１０から除去する（リフレッシュ工程）。
【0027】
［課題の説明］本実施の形態における粒子検出装置では上述の検出原理を利用して、花粉や微生物、カビといった生物由来の粒子を検出する。
【0028】
発明者は、図２に表わされたように、捕集基板５１０に対して静電針５３０の針先の向く方向を垂直として捕集基板５１０の法線方向と一致させることで捕集効率は最大となるものの、検出動作を繰り返すことで捕集基板５１０表面の放電等によるダメージ（損傷等）が発生することを発見した。また、放電時のエネルギーや発生するオゾンなどによって硝酸や硝酸性化合物などの化学物質が捕集基板５１０に生成され、その表面に付着することも発見した（第１の課題）。
【0029】
捕集基板５１０表面のダメージや付着物は迷光（ノイズ）を増加させるため、検出精度の低下を招く。
【0030】
また、発明者は、図２に表わされたように、針先が捕集基板５１０の照射領域１５の中央となるよう静電針５３０を設置することで、検出領域の捕集物は多くなるものの、捕集基板５１０表面のダメージや付着物の範囲が中央付近に集中することを発見した（第２の課題）。照射領域１５の中央に生じる表面のダメージや付着物は、検出時の影響が大きいため、より検出精度の悪化を招くことになる。
【0031】
［発明の概要］本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、後述するように、針状電極の方向、位置を改善することで、繰り返し捕集動作を行なった場合でも捕集基板表面のダメージや付着物を抑え、検出精度を高精度に保つことのできる粒子検出装置を提供することを目的としている。
【0032】
上記目的を達成するための、本発明にかかる粒子検出装置は、上述の第１の課題および第２の課題を解消する構成とする。具体的に、上記第１の課題を解消するための粒子検出装置について第１の実施の形態で、上記第２の課題を解消するための粒子検出装置について第２の実施の形態で説明する。
【0034】
図８を参照して、第１の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ａは、検出機構と捕集機構と加熱機構とを含む。
【0035】
詳しくは、図８を参照して、粒子検出装置１００Ａは、孔５Ｃ’を有する区切り壁である壁５Ｃで隔てられた、捕集機構の少なくとも一部を含んだ捕集室５Ａと、検出機構を含んだ検出室５Ｂとを備える。捕集室５Ａには、捕集機構として針状の放電電極１７および捕集治具１２が配備され、検出室５Ｂには、検出機構として発光素子６、受光素子９、および集光レンズ８が配備される。
【0036】
捕集室５Ａの放電電極１７側および捕集治具１２側には、それぞれ、捕集室５Ａ内に空気を導入するための導入孔１０および排出孔１１が設けられる。図８に示されるように、導入孔１０にはフィルタ（プレフィルタ）１０Ｂが設けられてもよい。
【0037】
排出孔１１近傍には空気導入機構としてのファン５０Ａが設けられる。ファン５０Ａによって、吸引口からの空気が捕集室５Ａに導入される。好ましくは、ファン５０Ａの駆動機構は、測定検出部４０によって制御され、導入する空気の流速が制御される。好ましくは、ファン５０Ａで導入する空気の流速は１Ｌ（リットル）／ｍｉｎから５０ｍ3／ｍｉｎである。ファン５０Ａは測定検出部４０によって制御される図示しない駆動機構により駆動することで、図中の点線矢印で表わされたように、導入孔１０から捕集室５Ａ外の空気を捕集室５Ａ内に導入し、捕集室５Ａ内の空気を排出孔１１から捕集室５Ａ外に排気する。
【0038】
捕集機構は、針状電極である放電電極１７、捕集治具１２、および高圧電源２を含む。放電電極１７は高圧電源２の正極に電気的に接続される。捕集治具１２は高圧電源２の負極に電気的に接続される。放電電極１７に用いられる素材としては、インコネル（登録商標）などのニッケル基の超合金、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（プラチナ）、ＳＵＳ（Stainless Used Steel：ステンレス鋼）などが挙げられる。
【0039】
捕集治具１２は、導電性の透明の皮膜を有する、ガラス板などからなる支持基板である。支持基板はガラス板には限定されず、その他、セラミック、金属等であってもよい。また、支持基板表面に形成される皮膜は、透明に限定されない。他の例として、支持基板は、金属皮膜をセラミック等の絶縁材料の上に形成して構成されてもよい。また、支持基板が金属材料の場合は、その表面に皮膜を形成する必要もない。具体的には、支持基板として、シリコン基板、ＳＵＳ基板、銅基板などが利用できる。
【0040】
捕集治具１２の皮膜側は高圧電源２の負極に電気的に接続される。これにより、放電電極１７と捕集治具１２と間に電位差が発生し、これらの間に図８の矢印Ｅに示される向きの電界が構成される。
【0041】
ファン５０Ａの駆動によって導入孔１０から導入された空気中の浮遊粒子は、放電電極１７付近にて負に帯電される。負に帯電した粒子は静電気力で捕集治具１２の方向に移動して導電性の皮膜に吸着されることで、捕集治具１２上に捕集される。ここで、放電電極１７として針状電極を用いることによって、帯電した粒子を捕集治具１２の放電電極１７に対面する、（後述する）発光素子の照射領域１５に対応したきわめて狭い範囲に吸着させることができる。これにより、後述する検出工程において、吸着された微生物を効率的に検出することができる。
【0042】
検出室５Ｂに含まれる検出機構は、光源である発光素子６と、受光素子９と、受光素子９の受光方向に備えられ、捕集機構により捕集治具１２上に捕集された浮遊微粒子に発光素子６から照射することにより生じる蛍光を受光素子９に集光するための集光レンズ（またはレンズ群）８とを含む。その他、発光素子６の照射方向に備えられ、発光素子６からの光を平行光にする、または所定幅とするためのレンズ（またはレンズ群）、アパーチャ、照射光が受光素子９に入り込むのを防ぐためのフィルタ（またはフィルタ群）などが含まれてもよい。これらの構成は、従来技術を応用できる。集光レンズ８は、プラスチック樹脂製またはガラス製でよい。
【0043】
検出室５Ｂは、好ましくは、少なくとも内部に、黒色塗料の塗布または、黒色アルマイト処理等が施される。これにより、迷光の原因となる内部壁面での光の反射が抑えられる。捕集室５Ａおよび検出室５Ｂ筐体の材質は特定の材質に限定されないが、好ましくは、プラスチック樹脂、アルミもしくはステンレスなどの金属、またはそれらの組み合わせが用いられる。導入孔１０および排出孔１１は、直径が１ｍｍから５０ｍｍの円形である。導入孔１０および排出孔１１の形状は円形に限定されず、楕円形、四角形など他の形状であってもよい。
【0044】
発光素子６は、半導体レーザまたはＬＥＤ素子を含む光源であって、微生物を励起して蛍光を発させる波長光（たとえば３００〜４５０ｎｍ）を発するものであればどのようなものであってもよく、フォトダイオード、イメージセンサなどが用いられる。
【0045】
発光素子６の発光は捕集治具１２の表面に照射され、捕集治具１２上に照射領域１５を形成する。照射領域１５の形状に限定はなく、円形、楕円形、四角形などであってよい。照射領域１５は特定のサイズに限定されないが、好ましくは、円の直径または楕円の長軸方向の長さまたは四角形の１辺の長さが約０．０５ｍｍから５０ｍｍである。
【0046】
集光レンズ（またはレンズ群）８は、捕集治具１２表面の照射領域１５からの蛍光を受光素子９に集光する。従って、照射領域１５は検出領域とも言える。
【0047】
受光素子９は信号処理部３０に接続されて、受光量に比例した電流信号を信号処理部３０に対して出力する。従って、導入された空気中に浮遊し、捕集治具１２表面に捕集された粒子に発光素子６から光が照射されることによって該粒子から発光された蛍光は、受光素子９において受光され、信号処理部３０においてその受光量が検出される。
【0048】
検出室５Ｂ内の、捕集治具１２表面に触れる位置には、捕集治具１２表面をリフレッシュするためのブラシ６０が設けられる。ブラシ６０は、測定検出部４０によって制御される図示しない移動機構に接続され、図中の両側矢印Ｂに示されるように、すなわち、捕集治具１２上を往復するように移動する。これにより、捕集治具１２表面に付着した埃や微生物が取り除かれる。
【0049】
捕集治具１２の一面（好ましくは、図８に表わされたように、捕集治具１２の放電電極１７から遠い側の面）には、加熱機構に含まれるヒータ９１が配備される。ヒータ９１は測定検出部４０に電気的に接続され、測定検出部４０によって加熱量（加熱時間、加熱温度等）が制御される。ヒータ９１としては、好適にはセラミックヒータが用いられる。その他、遠赤外線ヒータや遠赤外線ランプなどであってもよい。
【0050】
捕集治具１２とヒータ９１とを含んだユニットをここでは捕集ユニット１２Ａと称する。捕集ユニット１２Ａは測定検出部４０によって制御される図示しない移動機構に接続され、図中の両側矢印Ａに示されるように、すなわち、捕集室５Ａと検出室５Ｂとの間を、壁５Ｃに設けられた孔５Ｃ’を通って行き来する。
【0051】
第１の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ａでは、上述の第１の課題を解消するための構成として、針状の放電電極１７が捕集治具１２表面の法線方向と一致しない方向に配置される。
【0053】
放電電極１７の先端（針先）の捕集治具１２表面に対する角度を角度θとすると、図９に表わされたように、放電電極１７の方向が捕集治具１２表面と平行であるときにはθ＝０°、捕集治具１２表面の法線と一致するときにはθ＝±９０°となる。
【0054】
粒子検出装置１００Ａでは、捕集治具１２表面に対する角度を角度θが−９０°＜θ＜９０°を満たす方向に放電電極１７が設置される。−９０°＜θ＜９０°を満たす方向であれば、たとえば図１０の捕集治具１２表面と平行する方向よりやや上向きの角度αの方向や、捕集治具１２表面と平行する方向よりやや下向きの角度βとなるように放電電極１７が設置されてもよい。好ましくは、θ≒０°となるように、つまり、捕集治具１２表面と平行または略平行となるように設置する。
【0055】
なお、放電電極１７と捕集治具１２表面の法線とを含む面の捕集治具１２に対する位置関係（回転方向）は特定の位置に限定されない。すなわち、図１１に表わされたように、放電電極１７は、その先端の捕集治具１２表面に対する角度θが−９０°＜θ＜９０°を満たす方向で捕集治具１２の導入孔１０に向く面側に設置されていればよく、放電電極１７と捕集治具１２表面の法線とを含む面の捕集治具１２表面に含まれるある軸に対する角度γは０°≦γ≦３６０°のいずれの角度となってもよい。
【0056】
＜機能構成＞図１２は、上の原理を利用して空気中の微生物を検出する粒子検出装置１００Ａの機能構成の具体例を示すブロック図である。図１２では、信号処理部３０の機能が主に電気回路であるハードウェア構成で実現される例が示されている。しかしながら、これら機能のうちの少なくとも一部は、信号処理部３０が図示しないＣＰＵを備え、該ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される、ソフトウェア構成であってもよい。また、測定検出部４０の構成がソフトウェア構成である例が示されている。しかしながら、これら機能のうちの少なくとも一部は、電気回路などのハードウェア構成で実現されてもよい。
【0057】
図１２を参照して、信号処理部３０は、受光素子９に接続される電流−電圧変換回路３４と、電流−電圧変換回路３４に接続される増幅回路３５とを含む。
【0058】
測定検出部４０は、制御部４１、記憶部４２、およびクロック発生部４７を含む。さらに、測定検出部４０は、スイッチ１１０の操作に伴ったスイッチ１１０からの入力信号を受け付けることで情報の入力を受け付けるための入力部４４と、通信部１５０に接続された外部装置とのデータ等のやり取りに必要な処理を行なうための外部接続部４６と、ファン５０Ａ、ヒータ９１、捕集ユニット１２Ａを往復移動させるための図示しない機構、およびブラシ６０を往復移動させるための図示しない機構を駆動させるための駆動部４８とを含む。
【0059】
捕集治具１２上に捕集された粒子に対して発光素子６から照射されることで、照射領域１５にある当該粒子からの蛍光が、受光素子９に集光される。受光素子９から、受光量に応じた電流信号が信号処理部３０に対して出力される。電流信号は、電流−電圧変換回路３４に入力される。
【0060】
電流−電圧変換回路３４は、受光素子９から入力された電流信号より蛍光強度を表わすピーク電流値Ｈを検出し、電圧値Ｅｈに変換する。電圧値Ｅｈは増幅回路３５で予め設定した増幅率に増幅され、測定検出部４０に対して出力される。測定検出部４０の制御部４１は信号処理部３０から電圧値Ｅｈの入力を受け付けて、順次、記憶部４２に記憶させる。
【0061】
クロック発生部４７はクロック信号を発生させ、制御部４１に対して出力する。制御部４１は、クロック信号に基づいたタイミングで、ファン５０Ａや捕集ユニット１２Ａを往復移動させるための機構などを駆動させるための制御信号を駆動部４８に対して出力して、これらの動作を制御する。また、制御部４１は発光素子６および受光素子９と電気的に接続され、それらのＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【0062】
制御部４１は計算部４１１を含み、計算部４１１において、記憶部４２に記憶された電圧値Ｅｈを用いて、導入された空気中の生物由来の粒子量が算出される。
【0063】
計算部４１１で算出された粒子量は、制御部４１から外部接続部４６に対して出力され、接続された図示しない表示装置に検出結果として表示されたり、通信部１５０を介して他の装置に送信されたり、接続された図示しない記録媒体に記録されたりする。
【0065】
図１３を参照して、検出動作が開始されると、ステップＳ１で、予め規定されている捕集時間である時間△Ｔ１の間、捕集室５Ａでの捕集動作が行なわれる。ステップＳ１での具体的な動作としては、制御部４１は駆動部４８に対して制御信号を出力してファン５０Ａを駆動させて捕集室５Ａ内に空気を取り込む。捕集室５Ａ内に導入された空気中の粒子は、放電電極１７により負電荷に帯電され、ファン５０Ａによる空気の流れと放電電極１７および捕集治具１２表面との間で形成される電界とにより、捕集治具１２表面の照射領域１５に対応した狭い範囲に捕集される。捕集時間△Ｔ１が経過すると制御部４１は捕集動作を終了、すなわち、ファン５０Ａの駆動を終了させる。
【0066】
これにより、時間△Ｔ１の間、外部空気が捕集室５Ａ内に導入孔１０を通じて導入され、その空気中の粒子は、捕集治具１２表面に時間△Ｔ１の間、捕集される。
【0067】
次に、ステップＳ３で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ５で検出動作が行なわれる。ステップＳ５で制御部４１は発光素子６に発光させ、規定の測定時間△Ｔ２の間、受光素子９により蛍光を受光させる。発光素子６からの光は、捕集治具１２の表面の照射領域１５に照射され、捕集された粒子から蛍光が発光される。その蛍光強度Ｆ１に応じた電圧値が測定検出部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。これにより、加熱前の蛍光量Ｓ１が測定される。
【0068】
ステップＳ５の測定動作が終了すると、ステップＳ７で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを検出室５Ｂから捕集室５Ａに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ９で加熱動作が行なわれる。ステップＳ９では、制御部４１は予め規定した加熱処理時間である時間△Ｔ３の間、ヒータ９１に加熱を行なわせる。この時の加熱温度は予め規定されている。
【0069】
加熱動作後、ステップＳ１１で冷却動作が行なわれる。ステップＳ１１では、制御部４１は、駆動部４８に制御信号を出力して、所定の冷却時間、ファン５０Ａを逆回転させる。捕集ユニット１２Ａに外部の空気を触れさせることで冷却する。加熱処理時間△Ｔ３、加熱温度、および冷却時間も、制御部４１に予め設定されているものであってもよいし、スイッチ１１０などの操作や、ケーブルを介して通信部１５０に接続されたＰＣ３００からの信号や、通信部１５０に装着された記録媒体からの信号などによって入力、変更されるものであってもよい。
【0070】
ステップＳ９の加熱動作およびステップＳ１１の冷却動作が終了すると、ステップＳ１３で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ１５で再度検出動作が行なわれる。ステップＳ１５の検出動作はステップＳ５での検出動作と同じである。ここでの蛍光強度Ｆ２に応じた電圧値が測定検出部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。これにより、加熱後の蛍光量Ｓ２が測定される。
【0071】
ステップＳ１５で加熱後の蛍光量Ｓ２が測定されると、ステップＳ１７で捕集ユニット１２Ａのリフレッシュ動作が行なわれる。ステップＳ１７で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力してブラシ６０を移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａ表面でブラシ６０を所定回数往復移動させる。このリフレッシュ動作が完了すると、ステップＳ１９で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを検出室５Ｂから捕集室５Ａに移動させる。これにより、開始の指示を受けると直ちに次の捕集動作（Ｓ１）を開始することができる。
【0072】
計算部４１１は、予め増大量△Ｆと生物由来の粒子量（濃度）との対応関係を記憶しておき、記憶された蛍光強度Ｆ１と蛍光強度Ｆ２との差分である増大量△Ｆと該対応関係とを用いて得られる粒子量を、捕集室５Ａに時間△Ｔ１の間に導入された空気中の生物由来の粒子量（濃度）として算出する。
【0073】
図１４は、増大量△Ｆと生物由来の粒子量（濃度）との対応関係の具体例を表わした図である。この対応関係は、予め実験的に決められる。たとえば、１ｍ3の大きさの容器内に、大腸菌やバチルス菌やカビ菌などの微生物の一種を、ネブライザを利用して噴霧し、微生物濃度をＮ個／ｍ3に維持して、粒子検出装置１００Ａを用いて、上述の検出方法により時間△Ｔ１の間微生物を捕集する。そして、所定加熱量（加熱時間△Ｔ３、所定の加熱温度）で捕集した微生物に対してヒータ９１によって加熱処理を施し、所定時間△Ｔ４の冷却の後、加熱前後の蛍光強度の増大量△Ｆを測定する。種々の微生物濃度について同様の測定がなされることで、図１４に示された増大量△Ｆと微生物濃度（個／ｍ3）との関係が得られる。
【0074】
増大量△Ｆと微生物濃度との対応関係は、スイッチ１１０などの操作によって入力されることで計算部４１１に記憶されてもよい。または、該対応関係を記録した記録媒体が通信部１５０に装着され、外部接続部４６が読み込むことで計算部４１１に記憶されてもよい。または、ＰＣ３００によって入力および送信され、通信部１５０に接続されたケーブルを介して外部接続部４６が受け付けることで、計算部４１１に記憶されてもよい。または、通信部１５０が赤外線通信やインターネット通信を行なう場合には、外部接続部４６が通信部１５０でのそれらの通信によって他の装置から受け付けることで、計算部４１１に記憶されてもよい。また、いったん計算部４１１に記憶された該対応関係が、測定検出部４０により更新されてもよい。
【0075】
＜第１の実施の形態の効果＞第１の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ａにおいて放電電極１７が、図１０に表わされたように、その先端の捕集治具１２表面に対する角度を角度θが−９０°＜θ＜９０°を満たす方向に設置されることで、捕集治具１２表面のダメージや付着物を抑えることができる。
【0076】
図１５は、粒子検出装置１００Ａでの捕集治具１２表面のダメージや付着物を抑える効果を説明するための図である。すなわち、放電電極１７の尖っている部分からの放電が最も多く、かつ、尖っている部分から最も近い場所に放電が集中しやすい。そのため、図１５（Ａ）に表わされたように、放電電極１７の先端が捕集治具１２に向かう方向（θ＝±９０°）となるように放電電極１７を設置すると、先端（針先）直下に放電などエネルギーが集中しやすいため、捕集治具１２のダメージ（損傷等）や付着物が多くなる。
【0077】
しかしながら、図１５（Ｂ）に表わされたように、放電電極１７の先端が捕集治具１２に向かわない方向（−９０°＜θ＜９０°）となるように放電電極１７を設置することで、先端（針先）直下への放電の集中を避けることができ、先端の向く方向に放電を分散させることができる。特に、捕集治具１２表面と平行に近付けるに連れて（θ≒０°）捕集治具１２表面に対する放電が均一化するため、捕集治具１２のダメージ（損傷等）や付着物を抑えることができる。その結果、ノイズが低減されて検出精度を高めることができると共に、捕集治具１２の長寿命化が可能となって繰り返し精度よい検出を行なうことができる。
【0078】
なお、この効果を検証するために、発明者は、放電電極１７を先端が捕集治具１２表面を向く方向に設置した場合（θ＝９０°）と、捕集治具１２表面と平行に設置した場合（θ＝０°）とのそれぞれの場合で捕集実験を行ない、捕集治具１２表面を観察した。図１６および図１７は、それぞれ、放電電極１７の針先直下が照射領域１５の中央にある場合の捕集治具１２の照射領域１５中央付近の顕微鏡写真、および、放電電極１７の針先直下が照射領域１５の中央にあるが、針先の向きが捕集治具１２表面と平行になるように設置した場合の捕集治具１２の照射領域１５中央付近の顕微鏡写真である。
【0079】
この実験に用いられた捕集治具の面積は１０ｍｍ×１０ｍｍ、電極針先端と捕集治具表面との間の距離は８〜１２ｍｍ、電圧は約５〜１０ｋＶ程度であり、検出動作を１００回繰り返した時点で撮影した。これらの数値は実験実施の際に定めた数値であり、集塵機構の規模や目的によってはこの範囲に留まらない。
【0080】
図１６および図１７の実験結果より、放電電極１７の針先の向きを捕集治具１２に向かう方向としないように設置することで、捕集治具１２に向かう方向としたときよりも捕集治具１２表面検出のダメージ（損傷等）や付着物が軽減されたことが検証された。
【0082】
図１８を参照して、第２の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ｂは、図８に表わされた粒子検出装置１００Ｂと概ね同じ構成であるが、放電電極１７の設置態様が異なる。すなわち、第２の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ｂでは、上述の第２の課題を解消するための構成として、針状の放電電極１７が、捕集治具１２表面への垂線の足が照射領域１５の中央（中心）と一致しない位置に配置される。
【0083】
図１９は、捕集治具１２表面への垂線の足が照射領域１５の中央と一致する場合の放電電極１７の配置を説明するための図であり、図２０〜図２２は、粒子検出装置１００Ｂにおける放電電極１７の配置を説明するための図である。
【0084】
粒子検出装置１００Ｂにおいて、放電電極１７は、図２０に表わされるように、先端から捕集治具１２表面への垂線の足が照射領域１５の中央には一致しないものの照射領域１５に含まれるように配置されてもよいし、図２１に表わされるように、上記垂線の足が照射領域１５にも含まれないように配置されてもよいし、図２２に表わされるように、上記垂線の足が捕集治具１２上にも含まれないように配置されてもよい。放電電極１７の配置は、垂線の足が照射領域１５の中央に一致しなければ図２０〜図２２のいずれの配置であってもよい。
【0085】
発明者は、図２０〜図２２の配置のうちのよりよい配置を特定するために、放電電極１７の位置と捕集能力との関係を確認するための実験を行なった。図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）は、この実験での放電電極１７の第１の位置を説明するための図であって、図２３（Ａ）は捕集治具１２の真上から見た図、図２３（Ｂ）は捕集治具１２の真横から見た図である。図中の丸印が、第１の位置に設置された放電電極１７の先端（針先）の位置を表わしている。
【0086】
すなわち、第１の位置は、図２３（Ａ）に示されたように、放電電極１７の先端（針先）が、１０ｍｍ×１０ｍｍの捕集治具１２の１つの頂点から対角線と平行に３ｍｍ内側に移動した位置であって、図２３（Ｂ）に示されたように、捕集治具１２表面から８ｍｍの高さにある位置を指す。
【0087】
図２４は、第１の位置として、放電電極１７が図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）に示された位置に設置されたときの捕集治具１２での捕集量の分布を表わした図である。図２４において丸印が放電電極１７の先端の位置を表わしている。
【0088】
また、図２５は、第２の位置として、放電電極１７が照射領域１５の中央の直上に設置されたときの捕集治具１２での捕集量の分布を表わした図である。図２５においても丸印が放電電極１７の先端の位置を表わしている。
【0089】
図２４および図２５を参照して、いずれの実験においても、放電電極１７の先端の直下ほど捕集された粒子の個数が多く、放電電極１７の先端から遠いほど個数が少ないことがわかった。つまり、放電電極１７の先端の直下ほど捕集能力が高く、放電電極１７の先端から遠いほど捕集能力が低くなることがわかった。これは、放電電極１７が捕集治具１２から遠ざかる程、捕集治具１２と放電電極１７との間の電界強度が低下するためと考えられる。
【0090】
また、図２４と図２５とを比較すると、前者の捕集能力は後者の捕集能力の８０〜９０％程度であり、放電電極１７の先端を照射領域１５外となるように設置しても捕集能力が大きく減少しないことがわかった。
【0091】
これらの実験より、照射領域１５へのダメージや付着物を軽減させるためには可能な限り照射領域１５から先端が遠くなるように放電電極１７を設置したいものの、遠くなり過ぎると照射領域１５内の捕集能力が低下することがわかった。そのため、図２０〜図２２の配置のうち、図２１に表わされた配置であって、図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）に示されたような位置関係での配置が最も適切な配置と言える。このように配置することで、照射領域１５内の捕集能力を損なうことなく、基板へのダメージや付着物を抑えることができる。
【0092】
＜機能構成および動作フロー＞第２の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ｂの機能構成および動作フローは、第１の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ａと同様であるため、説明を繰り返さない。
【0093】
＜第２の実施の形態の効果＞第２の実施の形態にかかる粒子検出装置１００Ｂにおいて放電電極１７が、図２０〜図２２に表わされたように、捕集治具１２への垂線の足が照射領域１５の中央と一致しないように放電電極１７が配置されることで、捕集治具１２表面の、特に照射領域１５の中央付近のダメージや付着物を抑えることができる。特に、図２１に表わされたように放電電極１７の先端が捕集治具１２上であって照射領域１５外となる位置に設置することで、照射領域１５内の捕集能力を損なうことなく、基板へのダメージや付着物を抑えることができる。その結果、ノイズが低減されて検出精度を高めることができると共に、捕集治具１２の長寿命化が可能となって繰り返し精度よい検出を行なうことができる。
【0094】
なお、この効果を検証するために、発明者は、放電電極１７を先端が照射領域１５の中央の直上となるよう設置した場合と、放電電極１７の先端の直下が捕集治具１２上であって照射領域１５外にあるように設置した場合とのそれぞれの場合で捕集実験を行ない、捕集治具１２表面を観察した。図２６および図２７は、それぞれ、前者の場合および後者の場合の照射領域１５の中央付近の顕微鏡写真である。
【0095】
この実験に用いられた捕集治具の面積は１０ｍｍ×１０ｍｍ、電極針先端と捕集治具表面との間の距離は８〜１２ｍｍ、電圧は約５〜１０ｋＶ程度であり、検出動作を１００回繰り返した時点で撮影した。これらの数値は実験実施の際に定めた数値であり、集塵機構の規模や目的によってはこの範囲に留まらない。
【0096】
図２６および図２７の実験結果より、放電電極１７の垂線の足が照射領域１５外となるように放電電極１７を配置することで、照射領域１５の中央に一致するように配置した場合と比較して表面のダメージや付着物が大幅に軽減されたことが検証された。
【0097】
＜変形例１＞上記第１の課題と上記第２の課題との両方を解消するための構成として、第１の実施の形態に表わされた放電電極１７の配置と、第２の実施の形態に表わされた放電電極１７の配置とを組み合わせるようにしてもよい。
【0099】
図２８および図２９に示されるように、第１の変形例では、放電電極１７の先端（針先）の捕集治具１２表面に対する角度を角度θとすると、角度θが−９０°＜θ＜９０°を満たす方向に放電電極１７が設置される。さらに、放電電極１７の先端（針先）から捕集治具１２表面への垂線の足が照射領域１５の中央に一致しないように放電電極１７が設置される。このとき、好ましくは、上記垂線の足が照射領域１５に含まれず、かつ、捕集治具１２上となる位置に放電電極１７を設置する。
【0100】
第１の実施の形態において説明されたように、角度θが−９０°＜θ＜９０°を満たす方向であれば、図２９に表わされた捕集治具１２表面に平行な方向よりやや上向きの角度αの方向や、捕集治具１２表面に平行な方向よりやや下向きの角度βとなるように放電電極１７が設置されてもよい。また、放電電極１７と捕集治具１２表面の法線とを含む面の捕集治具１２に対する位置関係（回転方向）も特定の位置に限定されない。
【0101】
このように放電電極１７が配置されることで、上記第１の課題および第２の課題ともに解消される。すなわち、先端（針先）の向きを捕集治具１２の表面に対して垂直にならないようにすることで捕集治具１２の表面のダメージや付着物を抑えることができる。また、放電電極１７の位置を照射領域１５外となる位置に配置することで、特に、照射領域１５の表面のダメージや付着物を大幅に軽減することが可能となる。その結果、ノイズが低減されて検出精度を高めることができると共に、捕集治具１２の長寿命化が可能となって繰り返し精度よい検出を行なうことができる。
【0102】
なお、この効果を検証するために、発明者は、放電電極１７を先端の向きを捕集治具１２の表面に対して垂直として垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置した場合と、放電電極１７の方向を捕集治具１２表面と平行として垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置した場合とのそれぞれの場合で捕集実験を行ない、捕集治具１２表面を観察した。図３０および図３１は、前者の場合および後者の場合の捕集治具１２の照射領域１５中央付近の顕微鏡写真、および、放電電極１７の先端直下が照射領域１５の中央にあるが、針先の向きが捕集治具１２表面と平行になるように設置した場合の照射領域１５中央付近の顕微鏡写真である。
【0103】
この実験に用いられた捕集治具の面積は１０ｍｍ×１０ｍｍ、電極針先端と捕集治具表面との間の距離は８〜１２ｍｍ、電圧は約５〜１０ｋＶ程度であり、検出動作を１００回繰り返した時点で撮影した。これらの数値は実験実施の際に定めた数値であり、集塵機構の規模や目的によってはこの範囲に留まらない。
【0104】
図３０および図３１の実験結果より、放電電極１７の先端の位置を照射領域１５外となるとなるように配置した場合でも照射領域１５の中央のダメージや付着物は抑えられているものの、放電電極１７の向きを捕集治具１２表面に向かない方向とすることで、照射領域１５の中央のダメージや付着物がより抑えられることがわかった。
【0105】
さらに、放電電極１７の設置態様と検出精度との関係を検証するために、発明者は、放電電極１７を先端の向きを捕集治具１２の表面に対して垂直として捕集治具１２への垂線の足が照射領域１５の中央と一致する位置に設置した場合（ケース１）と、先端の向きを捕集治具１２の表面に対して垂直として垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置した場合（ケース２）と、放電電極１７の方向を捕集治具１２表面と平行として垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置した場合（ケース３）とのそれぞれの場合で捕集実験を行ない、捕集治具１２表面からの蛍光量のバックグラウンド量を迷光量として測定した。図３２は測定結果を表わした図である。
【0106】
図３２を参照して、捕集動作の回数が多くなるに連れて迷光の増大量が大きくなる。そのため、１回の捕集動作での捕集治具１２表面のダメージや付着物が捕集動作の回数が多くなるに連れて増大し、ノイズが増していることがわかる。
【0107】
また、図３２の結果より、放電電極１７からの垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置した場合（ケース２、ケース３）の方が照射領域１５の中央と一致する位置に配置した場合（ケース１）と比較して大幅にダメージや付着物が軽減出されていることがわかった。さらに、第１の変形例で説明されたように、放電電極１７の方向を捕集治具１２表面と平行として垂線の足が照射領域１５外となる位置に配置（ケース３）することで、この実験のケースの中では捕集治具１２表面のダメージや付着物を最も軽減できることがわかった。
【0108】
＜変形例２＞図３３に示されたように、捕集治具１２表面から放電電極１７の先端までを距離（高さ）Ｌとして、放電電極１７の先端を照射領域１５の中央直上からずらした場合、図３１の実験結果に示されたように最も捕集治具１２表面へのダメージや付着物を少なくすることができる。
【0109】
しかしながら、放電電極１７の先端を照射領域１５の中央直上から単に平行移動させるだけでは、照射領域１５全体での捕集量が減少する可能性がある。図２４、図２５の実験結果から検証されたように、放電電極１７の先端の直下ほど捕集能力が高く、放電電極１７の先端から遠いほど捕集能力が低くなる。さらに、距離Ｌが小さいほど、放電電極１７の先端の直下での捕集量と放電電極１７の先端から離れた位置での捕集量との差が大きくなる。
【0110】
従って、照射領域１５で目的とする捕集量を確保するためには、距離Ｌを最適とするよう放電電極１７を設置する必要がある。距離Ｌを最適とすることで、照射領域１５全体での捕集量の減少を抑えることができる。
【0111】
距離Ｌが０に近づくほど、つまり、放電電極１７の先端が捕集治具１２表面に近づくほど放電電極１７の先端直下の捕集量は増加すると考えられるが、逆に、電界の影響を受ける範囲が狭くなるために、放電電極１７の先端から離れた位置では捕集治具１２と放電電極１７との間の電界強度（電気的な引力）が低下することで極端に捕集量が低下する。また、放電電極１７の先端が捕集治具１２表面に近づくほど捕集治具１２表面のダメージが激しい。
【0112】
よって照射領域１５全体での捕集量を確保する観点から、印加電圧、捕集量を最大にしたい範囲、および捕集の目的によって、距離Ｌとして最適な距離が求められる。
【0114】
図３４に表わされたように、放電電極１７の先端が照射領域１５の中央直上にある場合の距離Ｌの最適値をＬ１（Ｌ＝Ｌ１）とする。この場合、値Ｌ１をさらに小さくすることで捕集量は増加するものの、継続的に使用した場合の捕集治具１２表面のダメージや付着物の影響が大きくなり過ぎるため、それらを考慮した上で値Ｌ１が決定される。
【0115】
図３５に表わされたように、捕集治具１２表面のダメージ等を低減するため放電電極１７をその先端が照射領域１５外となるまで移動した場合、距離Ｌ＝Ｌ１を維持したままでは放電電極１７の先端直下の捕集量は維持されても、放電電極１７の先端から離れた位置では捕集量が低減してしまう可能性がある。
【0116】
そこで、その状態において、距離ＬをＬ１より小さくし、放電電極１７を捕集治具１２表面に近付けるようにする。図３４に表わされた、放電電極１７の先端が照射領域１５の中央直上にある場合には、捕集治具１２表面への影響を回避するために放電電極１７の先端を捕集治具１２表面に距離Ｌ１よりも近付けないものとしていたが、図３５のように放電電極１７の先端が照射領域１５外となるまで移動させると、捕集治具１２表面への影響が緩和されるため、放電電極１７の先端を距離Ｌ１よりも近付けることが可能となる。図３６に表わされたように、放電電極１７の先端が照射領域１５外の位置にある場合の距離Ｌの最適値をＬ２（Ｌ＝Ｌ２＜Ｌ１）とする。
【0117】
このように距離Ｌを決定することで、放電電極１７の先端を照射領域１５外となるまで移動させて捕集治具１２表面のダメージや付着物を軽減させる場合に、照射領域１５での捕集量は損なうことなく、最適な設計が可能となる。
【0118】
ただし、放電電極１７の先端を限りなく捕集治具１２表面に近付けるほど（Ｌ≒０）放電電極１７の先端直下での捕集量は増加するものの、先端から離れた位置での捕集量は減少するため、捕集量を確保する領域、捕集レベル、捕集治具１２表面へのダメージや付着物による影響等すべて考慮した上で目的に合った距離Ｌを設定する必要がある。たとえば、同一の捕集治具１２を使用して繰り返し捕集動作を行なう場合には捕集治具１２表面へのダメージや付着物の検出結果への影響が大きいため、これらの低減に重点を置いて距離Ｌを設定すべきである。また、同一の捕集治具１２を使用して複数回捕集動作を行なわない場合、つまり、一度の捕集動作のみに捕集治具１２を用いる場合には、その表面のダメージ等を考慮しなくてもよいため、距離Ｌは捕集量が最大となるように設定することができる。ただし、電圧が高い場合には、放電電極１７から捕集治具１２表面への落雷の可能性があるため、落雷を回避できる距離Ｌとする必要がある。同様に、印加電圧も目的によって最適な電圧に設定することができる。
【0119】
たとえば、捕集治具１２および放電電極１７が図３７に表わされた形態であるものとする。すなわち、捕集治具１２が１０ｍｍ×１０ｍｍの導電性シリコンＳｉ製であり、その中心を同一とした直径５ｍｍの照射領域１５が設けられているとする。この捕集治具１２に対して放電電極１７が、その先端から捕集治具１２に下ろした垂線の足が１つの頂点から対角線に平行に３ｍｍ程度内側の位置にあるよう設置されているとする。
【0120】
発明者は、この関係において捕集治具１２表面へのダメージ等を低減でき、かつ、照射領域１５での捕集量を確保できる距離Ｌを特定するために、捕集治具１２および放電電極１７を図３７の関係とし、放電電極１７の印加電圧を−４ｋＶ程度の一定として、直径３μｍのポリスチレン標準粒子を用い、距離Ｌを変化させて照射領域１５での捕集能力（捕集密度）を測定した。図３８は、測定結果を表わす図であり、横軸が距離Ｌ、縦軸が捕集能力を表わしている。
【0121】
図３８の結果より、距離Ｌが８〜１０ｍｍ付近で照射領域１５での捕集能力が最大となることがわかった。また、距離Ｌがそれよりも小さくなり過ぎると照射領域１５での捕集能力が低下することもわかった。
【0122】
この実験より、捕集治具１２および放電電極１７が図３７であり、放電電極１７の印加電圧を−４ｋＶ程度の一定としたときに、捕集治具１２へのダメージ等を低減でき、かつ、照射領域１５での捕集量を確保できる距離Ｌが８〜１０ｍｍであることがわかった。
【0123】
＜変形例３＞なお、以上の説明では、粒子検出装置が図８や図１８に表わされたように、捕集機構と検出機構とが隣接してした空間に設けられる例が示されている。しかしながら、粒子検出装置はこの例に示される形態に限定されるものではない。
【0124】
他の例として、捕集機構と検出機構とが完全に分離した空間に設けられてもよい。この場合、分離された捕集機構と検出機構との間を捕集ユニット１２Ａを行き来させる機構がさらに設けられる。
【0125】
また、他の例として、捕集機構と検出機構とが同一の空間に設けられてもよい。この場合、捕集ユニット１２Ａは移動せずに、捕集動作の後に検出動作が行なわれる。なお、この場合には、放電電極１７の位置は上述の捕集治具１２表面へのダメージ等に対する影響のみならず、検出動作（照射範囲、受光範囲等）も考慮して特定されるべきである。
【0126】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0127】
１ ケース、２ 高圧電源、５Ａ 捕集室、５Ｂ 検出室、５Ｃ 壁、５Ｃ’ 孔、６，５５０ 発光素子、８ 集光レンズ、９，５６５ 受光素子、１０ 導入孔、１１ 排出孔、１２ 捕集治具、１２Ａ 捕集ユニット、１５ 照射領域、１７ 放電電極、３０ 信号処理部、３４ 電圧変換回路、３５ 増幅回路、４０ 測定検出部、４１ 制御部、４２ 記憶部、４４ 入力部、４６ 外部接続部、４７ クロック発生部、４８ 駆動部、５０Ａ，５００ ファン、６０ ブラシ、９１，５２０ ヒータ、１００Ａ，１００Ｂ 粒子検出装置、１１０ スイッチ、１５０ 通信部、４１１ 計算部、５１０ 捕集基板、５３０ 静電針、５６０ レンズ、６００ 粒子。