ポラリオンライトでパーティクルをカウントする

ポラリオンライトを使うと目に見えない小さなゴミまで見ることができますが、「見える」だけでは評価用のツールとしては不足です。やはり数値管理ができることが条件となります。通常、そのためのツールとしてはパーティクルカウンターを使用しますが、そのパーティクルカウンターのほうにも問題があります。一般的なパーティクルカウンターの最大粒径は５μｍ。吸引という方法では、あらゆるサイズの粒子を同じように測定することはできません。５μｍ～１００μｍの範囲のゴミは肉眼でも見えませんので、この範囲のゴミがあるのか、ないのか、実はパーティクルカウンターでもよくわからないのです。
このページではポラリオンライトを使って、目には見えず、パーティクルカウンターでも測定できない領域の空気中のゴミを「定量的」にカウントすることでパーティクルカウンターの役割を持たすことが可能かどうか実験してみました。

【実験方法】

１００ｍｍ間隔で縦横に糸を張った奥行き１００ｍｍの治具をつくりました。この治具を使うことで空間中の１リットルを区切ることができます。側面から幅１００ｍｍのスリットを通してポラリオンライトの光を当てます。周囲の光の影響が入らないように黒いカバーをして、その正面にカメラを設置します。カメラの撮影メニューをセットして区切られた１リットルの空間中のゴミを実際にカウントします。

※１リットル＝０．０３５３CF＝０．００１ｍ^３

実験のイメージ図

【撮影メニューの詳細】

使用したカメラ＆レンズ：nikon製　D200＋nikkor製　AF-S18-70mm　1:3.5-4.5G
有効画素数：10.2メガピクセル
画質モード：FINE　画像サイズ：L（3872×2592ピクセル）※HPでは800×600に変更
ISO感度：1000　シャッター速度：1/50秒　絞り：F4.5　露出補正値：＋1.0　※シャッター優先モード使用
レンズモード：マニュアル　※AFモードでは焦点が合いません。
ポラリオンライトのグリーンフィルターは外しました！（人間の比視感度は関係ありませんので。）

デジタル一眼レフで撮影

このように撮影した画像は写真加工ソフトを使うことでより鮮明にすることができます。今回はAdobe社の「フォトショップエレメント3.0」というソフトを使用しました。
下の写真①はカメラで撮影したそのままの状態です。いくつかパーティクルが映っていますが、②のように加工ソフトでレベル補正をかけるとさらに多くのパーティクルが浮かび上がります。③はその一部を拡大したものです。


①未加工状態	②レベル補正で見やすく	③レベル補正（拡大）

【レベル補正機能を使う】

「フォトショップエレメント」の「レベル補正」機能は、明るさを変化させたり、ぼんやりとした画像にメリハリをつけたり、陰影の強すぎる画像を和らげたり、など細かく色調を調整することができる機能です。
この機能を使って見た目では分かりにくいわずかなパーティクルの反射光を強調し、目に見えるようにします。
実際に加工の様子を見てみましょう。④の写真はレベル補正前のものです。これにレベル補正画面（写真⑤）で入力レベルを「0」「1.50」「115」、出力レベルを「0」「255」とします。すると同じ写真が⑥のようになり、気中のゴミが大変分かりやすい状態になります。
加工の前後で見やすさを比べてみましょう。

※詳しくはフォトショップエレメント関連のHPをご参照ください。

④未加工状態

⑤レベル補正画面

⑥レベル加工後

フォトショップエレメントで編集

【パーティクルカウンターと同時測定】

リオン製パーティクルカウンターKR-12Aを使用し、撮影と同時にパーティクルを測定しました。一番大きな５μｍ粒子を対象とするため、撮影エリア直下にて漏斗で集めました。※写真⑦は実験の様子。
図⑧では０．５μｍ（×１００倍）と５μｍのパーティクルとポラリオンライトで実際にカウントした数値をグラフ化したものです。
これを見る限り、パーティクルカウンターで測定した５μｍ粒子数とポラリオンライトでカウントしたゴミの数には相関関係があるように思います。

※ポラリオンライトで実際に見えている粒子径は５μｍよりもっと大きく数ミリ～数１０μｍと思われます。今回はたまたま近い数値になりましたが、精度を上げるためには粗塵用パーティクルカウンターとのデータ取りなどを重ねる必要があります。

⑦パーティクルカウンター

⑧比較グラフ


1回目	2回目	3回目	4回目
３３個	２２．５個	１４個	２８個
※内側・外側の枠線の間の部分は１リットルエリアの外の場合もうちの場合もありうるのでカウント数を１／２にしました。 ※HPの写真は画像を荒くしているので実際にカウントした場合、上記よりすくなるなると思われます。

【撮影メニューによる比較】

デジカメの撮影メニューでシャッター速度を変えて、さまざまな条件を試してみました。

⑨の写真では１秒以上露出しました。その間のパーティクルの移動を軌跡として捉えることができました。全体的に明るくなってしまうのでカウントするのには不向きですがパーティクルの飛ぶ方向や速さを確認するにはよいと思います。
⑩は1/20秒です。パーティクルカウンターの比較時に使った漏斗の反射光が強すぎで、光る部分のカウントが難しくなります。カウントには不向きです。
⑪１／１００秒の場合は露光不足でパーティクルははっきりとは映りませんでした。

※露出を長くすることでパーティクルの流れを調べる用途にも使用できそうです。

⑨１/１．３

⑩1/２０

⑪1/１００

【実験の考察】

ポラリオンライトと一眼レフカメラを使って気中の粗塵をカウントする試みはうまく行ったと思います。今回は容積で１リットルでカウントしましたが、１CFに換算する場合は２８．３倍すればできます。
また、シャッター速度を設定することで、ゴミ数のカウントを優先する撮影方法と露出時間を長くし、ゴミの飛ぶ方向や速さを調べる撮影方法の２通りの測定方法が可能であることが分かりました。
対象となる５～１００μｍ粒子はクリーンルーム規格でよく言われる０．５μｍ粒子より大きく重いので、動きの要素としては「浮遊」よりも「落下」が主となるはずです。今回の実験方法を元にゴミの動きを観察することで新たな対策も考えられると思います。


ポラリオンライト＋デジカメでパーティクルをカウント	露光時間を調整すれば、軌跡を撮影することも

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