特許第6420976号(P6420976)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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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】6420976
(24)【登録日】2018年10月19日
(45)【発行日】2018年11月7日
(54)【発明の名称】粒子検出装置及び粒子の検出方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 15/14 20060101AFI20181029BHJP
【FI】
   G01N15/14 B
   G01N15/14 D
【請求項の数】16
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-131842(P2014-131842)
(22)【出願日】2014年6月26日
(65)【公開番号】特開2016-8958(P2016-8958A)
(43)【公開日】2016年1月18日
【審査請求日】2017年3月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】細居 智樹
(72)【発明者】
【氏名】小原 太輔
(72)【発明者】
【氏名】古谷 雅
(72)【発明者】
【氏名】衣笠 静一郎
【審査官】 素川 慎司
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2012/073825(WO,A1)
【文献】 国際公開第2007/129485(WO,A1)
【文献】 特開2006−017497(JP,A)
【文献】 特開2009−281742(JP,A)
【文献】 特開2012−174435(JP,A)
【文献】 特開2009−243978(JP,A)
【文献】 特表2011−529187(JP,A)
【文献】 特表2011−528443(JP,A)
【文献】 特表2009−503547(JP,A)
【文献】 米国特許第07060992(US,B1)
【文献】 米国特許第06014904(US,A)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0016818(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 15/00 − 15/14
G01N 33/48 − 33/98
G01N 35/00 − 35/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定粒子で生じた第1の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定するための第1の受光素子と、
前記被測定粒子で生じた前記第1の波長とは異なる第2の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定するための第2の受光素子と、
前記被測定粒子で生じた散乱光の強度の測定値を測定するための散乱光受光素子と、
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度に基づいて生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部と、
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、及び前記散乱光の強度の測定値と、前記識別境界とに基づき、前記被測定粒子を前記生物粒子のクラス及び前記非生物粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部と、
を備える、粒子検出装置。
【請求項2】
前記境界情報保存部が、前記識別境界を含む3次元座標系を保存する、請求項1に記載の粒子検出装置。
【請求項3】
前記3次元座標系が3次元テーブルで表される、請求項に記載の粒子検出装置。
【請求項4】
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度で特定される前記3次元テーブルの各セルに、前記生物粒子のクラスの識別子、又は前記非生物粒子のクラスの識別子が付されている、請求項に記載の粒子検出装置。
【請求項5】
前記識別境界が、前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる、請求項1ないしのいずれか1項に記載の粒子検出装置。
【請求項6】
前記多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られた、請求項に記載の粒子検出装置。
【請求項7】
前記第1の受光素子、前記第2の受光素子、及び前記散乱光受光素子の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、
前記劣化情報に基づいて、前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部と、
を更に備える、請求項1ないしのいずれか1項に記載の粒子検出装置。
【請求項8】
前記第1の受光素子、前記第2の受光素子、及び前記散乱光受光素子の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、
前記劣化情報に基づいて、前記識別境界を補正する補正部と、
を更に備える、請求項1ないしのいずれか1項に記載の粒子検出装置。
【請求項9】
被測定粒子で生じた第1の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定し、前記被測定粒子で生じた前記第1の波長とは異なる第2の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定し、前記被測定粒子で生じた散乱光の強度の測定値を測定することと、
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度に基づいて生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界を用意することと、
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、及び前記散乱光の強度の測定値と、前記識別境界とに基づき、前記被測定粒子を前記生物粒子のクラス及び前記非生物粒子のクラスのいずれかに分類することと、
を含む、粒子の検出方法。
【請求項10】
前記識別境界が3次元座標系に含まれる、請求項に記載の粒子の検出方法。
【請求項11】
前記3次元座標系が3次元テーブルで表される、請求項10に記載の粒子の検出方法。
【請求項12】
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度で特定される前記3次元テーブルの各セルに、前記生物粒子のクラスの識別子、又は前記非生物粒子のクラスの識別子が付されている、請求項11に記載の粒子の検出方法。
【請求項13】
前記識別境界が、前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる、請求項ないし12のいずれか1項に記載の粒子の検出方法。
【請求項14】
前記多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られた、請求項13に記載の粒子の検出方法。
【請求項15】
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、
前記劣化情報に基づいて、前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値の少なくとも一つを補正することと、
を更に含む、請求項ないし14のいずれか1項に記載の粒子の検出方法。
【請求項16】
前記第1の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第2の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、
前記劣化情報に基づいて、前記識別境界を補正することと、
を更に含む、請求項ないし14のいずれか1項に記載の粒子の検出方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は検査技術に関し、粒子検出装置及び粒子の検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している微生物粒子や非微生物粒子が検出され、記録される(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照。)。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に光を照射する。気体に微生物粒子や非微生物粒子が含まれていると、光を照射された粒子が蛍光を発したり、粒子において散乱光が生じたりする。そのため、蛍光や散乱光を検出することにより、気体に含まれる微生物粒子や非微生物粒子の数や大きさ等を検出することが可能となる。また、クリーンルーム以外でも、流体中の粒子を正確に検出する技術が望まれている(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
粒子が発する蛍光の強度は、粒子の種類によって異なる場合がある。また、粒子で生じる散乱光の強度も、粒子の種類によって異なる場合がある。そのため、蛍光の強度及び散乱光の強度に基づいて、粒子が生物粒子であるか、あるいは非生物粒子であるかを判別する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−83214号公報
【特許文献2】特開平8−29331号公報
【特許文献3】米国特許出願公開第2013/0077087号明細書
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】長谷川倫男他,「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」,株式会社山武,azbil Technical Review 2009年12月号,p.2-7,2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、生物粒子と非生物粒子とを高い精度で判別可能である、粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の態様によれば、(a)被測定粒子で生じた、それぞれ波長が異なる第1、第2及び第3の光の強度の測定値を測定する光測定器と、(b)第1分類の粒子のクラスと第2分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部と、(c)第1ないし第3の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第1及び第2の分類の粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部と、を備える、粒子検出装置が提供される。
【0008】
上記粒子検出装置において、第1及び第2の光が蛍光帯域の光であり、第3の光が散乱光であってもよい。また、第1及び第2分類の粒子の一方が生物粒子であり、他方が非生物粒子であってもよい。
【0009】
上記粒子検出装置において、境界情報保存部が、識別境界を含む3次元座標系を保存してもよい。3次元座標系が3次元テーブルで表されてもよい。また、第1、第2及び第3の光の強度で特定される3次元テーブルの各セルに、第1分類の粒子のクラスの識別子、又は第2分類の粒子のクラスの識別子が付されていてもよい。識別境界が、第1ないし第3の光の強度を変数とする多変数関数で与えられてもよい。多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られたものであってもよい。
【0010】
上記粒子検出装置が、光測定器の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、劣化情報に基づいて、第1の光の強度、第2の光の強度、及び第3の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部と、を更に備えていてもよい。あるいは、上記粒子検出装置が、光測定器の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、劣化情報に基づいて、識別境界を補正する補正部と、を更に備えていてもよい。
【0011】
また、本発明の態様によれば、(a)被測定粒子で生じた、それぞれ波長が異なる第1、第2及び第3の光の強度の測定値を測定することと、(b)第1分類の粒子のクラスと第2分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を用意することと、(c)第1ないし第3の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第1及び第2の分類の粒子のクラスのいずれかに分類することと、を含む、粒子の検出方法が提供される。
【0012】
上記粒子の検出方法において、第1及び第2の光が蛍光帯域の光であり、第3の光が散乱光であってもよい。また、第1及び第2分類の粒子の一方が生物粒子であり、他方が非生物粒子であってもよい。
【0013】
上記粒子の検出方法において、識別境界が3次元座標系に含まれていてもよい。また、3次元座標系が3次元テーブルで表されていてもよい。さらに、第1、第2及び第3の光の強度で特定される3次元テーブルの各セルに、第1分類の粒子のクラスの識別子、又は第2分類の粒子のクラスの識別子が付されていてもよい。識別境界が、第1ないし第3の光の強度を変数とする多変数関数で与えられていてもよい。多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られたものであってもよい。
【0014】
上記粒子の検出方法は、第1、第2及び第3の光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、劣化情報に基づいて、第1の光の強度、第2の光の強度、及び第3の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正することと、を更に含んでいてもよい。あるいは、上記粒子の検出方法は、第1、第2及び第3の光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、劣化情報に基づいて、識別境界を補正することと、を更に含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、生物粒子と非生物粒子とを高い精度で判別可能である、粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の第1の実施の形態に係る微生物及び大気含有物質が発する光の530nm以上の帯域における強度に対する、440nm帯域における強度の関係を示すグラフである。
図2】本発明の第1の実施の形態に係る微生物及び大気含有物質が発する光の530nm以上の帯域における強度に対する、440nm帯域における強度の関係と、識別境界と、を示すグラフである。
図3】x軸、y軸、及びz軸を含む3次元座標系に、複数種類の既知の生物粒子及び非生物粒子のそれぞれについて、光を照射したときに生じる第1の蛍光帯域の光の強度の測定値、第2の蛍光帯域の光の強度の測定値、及び散乱光の強度の測定値をプロットした模式的なグラフである。
図4図3に示すグラフに、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を線形分離する識別境界を追加した模式的なグラフである。
図5図3に示すグラフに、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を非線形分離する識別境界を追加した模式的なグラフである。
図6】本発明の第1の実施の形態に係る任意のyの値におけるx−z2次元座標系における識別境界の模式的なグラフである。
図7】本発明の第1の実施の形態に係る任意のyの値におけるx−z2次元座標系における識別境界の模式的なグラフである。
図8】本発明の第1の実施の形態に係る検出装置の模式図である。
図9】本発明の第1の実施の形態に係る3次元テーブルの模式図である。
図10】本発明の第1の実施の形態に係る粒子の検出方法を示すフローチャートである。
図11】本発明の第2の実施の形態に係る検出装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0018】
(第1の実施の形態)
細菌等の生物粒子に光を照射すると、生物粒子において散乱光が発生する。また、金属又は樹脂からなる非生物粒子に光を照射しても、非生物粒子において散乱光が発生する。粒子で生じる散乱光の強度は、粒子の粒径に依存する傾向にある。生物粒子の粒径は、微生物の種類毎に異なる。また、非生物粒子の粒径も、種類毎に異なる。そのため、散乱光の強度から、流体に含まれる被測定粒子の種類を特定することが可能である。
【0019】
また、生物粒子に励起光を照射すると、生物粒子に含まれるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)及びリボフラビン等が、蛍光を発する。非生物粒子に光を照射しても、非生物粒子が蛍光帯域の光を発する場合がある。例えばポリエステルからなるクリーニングしたガウンから飛散した蛍光粒子は、光を照射されると蛍光を発する。ポリスチレン粒子も蛍光を発し、その後退色する。
【0020】
さらに、例えば、気体中に二酸化窒素(NO2)を含む窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、オゾンガス(O3)、酸化アルミ系のガス、アルミ合金、ガラス粉末、並びに大腸菌及びカビ等の異物を除染するための除染ガス等が含まれていると、これらのミー散乱を起こす粒子よりも小さいこともある気体含有物質が光を受けて蛍光帯域の光を発する。
【0021】
例えば、二酸化窒素は、光を吸収すると、赤方偏移した光を放出して基底状態に戻る。二酸化窒素の吸収スペクトルは、波長440nm付近にピークを有するが、100ないし200nm程度の広い帯域を有する。そのため、二酸化窒素の存在下、405nmの波長を有する光でNADH由来の蛍光及びフラビン由来の蛍光を励起しようとすると、NADH及びフラビンと励起光の吸収スペクトルが重なる二酸化窒素においても蛍光が励起されうる。また、二酸化窒素は、物質が燃焼するときに、気体中の窒素と酸素が反応して発生する。そのため、元々検査対象の気体中に二酸化窒素が含まれていなくても、検査対象の気体に励起光として高いビーム密度を有するレーザ光あるいは強力な電磁放射線を照射すると、気体中の物質が燃焼して二酸化窒素が生じ、二酸化窒素が蛍光を発することもある。さらに、一酸化窒素とオゾンが反応して二酸化窒素を形成し、蛍光を発することもある。
【0022】
二酸化窒素については、特開2003−139707号公報、Joel A. Thorntonら著、「Atmospheric NO2: In Situ Laser-Induced Fluorescence Detection at Parts per Trillion Mixing Ratios」、Analytical Chemistry、Vol. 72、No. 3、February 1、2000、pp.528−539、及びS.A.Nizkorodovら著、「Time-resolved fluorescence of NO2 in a magnetic field」、Volume 215、number 6、CHEMICAL PHYSICS LETTERS、17 December 1993、pp. 662-667参照。硫黄酸化物については、特開2012−86105号公報参照。
【0023】
本発明者らは鋭意研究の末、複数の波長において物質が発する蛍光帯域の光の強度を測定すると、ある波長の光の強度に対する他の波長の光の強度の相関が、物質毎に異なることを見出した。例えば、図1は、励起光を照射された表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、大腸菌、ガラス、及びアルミニウムのそれぞれが発した蛍光帯域の光について、横軸に530nm以上の帯域における波長の光強度を、縦軸に440nm付近の帯域における波長の光強度をプロットしたグラフである。図1に示すように、440nm付近の帯域における波長の光強度に対する530nm以上の帯域における波長の光強度の比は、非生物において小さく、微生物粒子において大きくなる傾向にある。このように、本発明者らは、複数の波長毎に物質が発した蛍光帯域の光の強度を測定し、それらの相関をとることで、その物質が生物であるか非生物であるかを識別可能であることを見出した。
【0024】
例えば、図2において、第1の蛍光帯域の光の強度を表す横軸をx軸、第2の蛍光帯域の光の強度を表す縦軸をy軸とすると、生物と非生物との識別境界を与える関数y=f(x)を画定することが可能である。図2の例においては、y>f(x)の領域にプロットされる光強度を与える粒子は、非生物のクラスに分類することが可能であり、y<f(x)の領域にプロットされる光強度を与える粒子は、生物のクラスに分類することが可能である。
【0025】
さらに、上述したように、粒子で生じる散乱光の強度は、粒子の種類によって異なる。そのため、図3に示すように、x軸、y軸、及び散乱光の強度を表すz軸を含む3次元座標系に、複数種類の既知の生物粒子及び非生物粒子のそれぞれについて、光を照射したときに生じる第1の波長を有する蛍光帯域の光の強度の測定値、第2の波長を有する蛍光帯域の光の強度の測定値、及び散乱光の強度の測定値をプロットし、生物と非生物との識別境界を与える関数f(x,y,z)を画定することが可能である。
【0026】
ここで、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を線形分離すると、図4に示すように、本来、生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が非生物粒子に分類されたり、非生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が生物粒子に分類されたりする場合がある。これに対し、図5に示すように、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を非線形分離すると、本来、生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が非生物粒子に分類されたり、非生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が生物粒子に分類されたりすることを低減することが可能となる。
【0027】
生物と非生物とを非線形分離する識別境界を与える関数f(x,y,z)は、学習データから、各データ点との距離が最大となるように識別境界を求めるサポートベクターマシン(SVM)のような非線形な識別器によって画定可能である。なお、識別器は、分類器や判別器とも呼ばれる。非線形的な識別器はサポートベクターマシンに限られない。例えば、識別器を多数組み合わせることにより精度を高めたブースティング、脳機能に見られる特性を計算機上にシミュレートしたニューラルネットワーク、その他、決定木、最近傍探索、及び事例ベース推論等の手法を用いる識別器が使用可能である。
【0028】
例えば、光を照射される粒子に、微生物粒子、微生物粒子よりも粒径の大きい非微生物粒子、及び微生物粒子よりも粒径の小さい非微生物粒子が含まれていると、3次元座標系において、例えば図6に示すように、識別境界を与える関数f(x,y,z)で囲まれる空間にプロットされる光強度を与える粒子は、生物のクラスに分類することが可能であり、例えば図7に示すように、関数f(x,y,z)で囲まれる空間の外側にプロットされる光強度を与える粒子は、非生物のクラスに分類することが可能である。
【0029】
この場合、予め、3次元座標系に、生物と非生物との識別境界を与える関数f(x,y,z)を画定し、その後、未知の粒子に検査光を照射したときに生じる第1の波長を有する蛍光帯域の光、第2の波長を有する蛍光帯域の光、及び散乱光の強度を測定して、測定値が関数f(x,y,z)で囲まれる空間にプロットされる場合は、測定された粒子は生物であると判定し、測定値が関数f(x,y,z)で囲まれる空間の外側にプロットされる場合は、測定された粒子は非生物であると判定することが可能である。
【0030】
例えば、識別境界を与える多変数関数f(x,y,z)が、一組の独立変数(x,y)に対し、従属変数zの値を2つ出力する多価関数である場合、図6及び図7を参照して、一組の(x1,y1)の値の第1及び第2の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、識別境界における散乱光の強度の第1の境界値よりも大きい散乱光の強度の測定値を与える粒子は非生物粒子である。また、一組の(x1,y1)の値の第1及び第2の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、散乱光の強度の第1の境界値よりも小さい散乱光の強度の測定値を与え、さらに、識別境界における散乱光の強度の第2の境界値よりも大きい散乱光の強度の測定値を与える粒子は生物粒子である。また、一組の(x1,y1)の値の第1及び第2の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、識別境界における散乱光の強度の第2の境界値よりも小さい散乱光の強度の測定値を与える粒子は非生物粒子である。ただし、識別境界の形状は、サンプルによって変わりうる。
【0031】
ここで、本発明の第1の実施の形態に係る粒子検出装置は、図8に示すように、被測定粒子で生じた、第1の波長を有する第1の光の強度、第2の波長を有する第2の光の強度、及び第3の波長を有する第3の光の強度の測定値を測定する光測定器20と、第1分類の粒子のクラスと第2分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部351と、第1ないし第3の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第1及び第2の分類の粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部301と、を備える。
【0032】
粒子分類部301は、例えば、中央演算処理装置(CPU)300に含まれる。境界情報保存部351は、例えば、CPU300に接続された記憶装置350に含まれる。
【0033】
第1の波長と、第2の波長と、第3の波長と、は異なる。以下、第1及び第2の光が蛍光帯域の光であり、第3の光が散乱光である例を説明する。なお、「蛍光帯域の光」とは、蛍光、自家蛍光、及び必ずしも蛍光ではないが、波長帯域が蛍光と重なる光を含む。また、以下、第1分類の粒子が生物粒子であり、第2分類の粒子が非生物粒子である例を説明する。
【0034】
粒子検出装置によって粒子を含むか否かが検査される気体は、ノズル40から噴出される。ノズル40から噴出された流体に向けて、光源10から広帯域波長の検査光が照射される。なお、液体が検査される場合は、液体が流れるフローセル等に向けて、光源10から広帯域波長の検査光が照射される。以下、流体が気体である例を説明する。光源10としては、例えば、発光ダイオード(LED)及びレーザが使用可能である。検査光の波長は、例えば250ないし550nmである。検査光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。検査光が可視光である場合、検査光の波長は、例えば400ないし550nmの範囲内であり、例えば405nmである。検査光が紫外光である場合、検査光の波長は、例えば300ないし380nmの範囲内であり、例えば340nmである。ただし、検査光の波長は、これらに限定されない。光源10には、光源10に電力を供給する光源駆動電源11が接続されている。光源駆動電源11には、光源10に供給される電力を制御する電源制御装置12が接続されている。
【0035】
光測定器20は、ノズル40から噴出された流体に含まれ、検査光を照射された被測定粒子で生じる第1の蛍光帯域の光の強度及び第2の蛍光帯域の光の強度を測定する蛍光強度測定器102と、検査光を照射された被測定粒子で生じる散乱光を測定する散乱光測定器105と、を備える。光源10と、蛍光強度測定器102と、散乱光測定器105と、は、筐体30に設けられている。また、電源制御装置12、蛍光強度測定器102及び散乱光測定器105は、CPU300に電気的に接続されている。
【0036】
蛍光強度測定器102は、被測定粒子が発する蛍光帯域の光を検出する。蛍光強度測定器102は、第1の波長における蛍光帯域の光を受光する第1の受光素子20Aと、第1の波長とは異なる第2の波長における蛍光帯域の光を受光する第2の受光素子20Bと、を備える。なお、第1の波長とは、帯域を有していてもよい。第2の波長についても同様である。第1の受光素子20A及び第2の受光素子20Bとしては、フォトダイオード及び光電管等が使用可能であり、光を受光すると、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【0037】
第1の受光素子20Aには、第1の受光素子20Aで生じた電流を増幅する増幅器21Aが接続されている。増幅器21Aには、増幅器21Aに電力を供給する増幅器電源22Aが接続されている。また、増幅器21Aには、増幅器21Aで増幅された電流を受け取り、第1の受光素子20Aが受光した光の強度を算出する光強度算出装置23Aが接続されている。光強度算出装置23Aには、光強度算出装置23Aが算出した光の強度を保存する光強度記憶装置24Aが接続されている。
【0038】
第2の受光素子20Bには、第2の受光素子20Bで生じた電流を増幅する増幅器21Bが接続されている。増幅器21Bには、増幅器21Bに電力を供給する増幅器電源22Bが接続されている。また、増幅器21Bには、増幅器21Bで増幅された電流を受け取り、第2の受光素子20Bが受光した光の強度を算出する光強度算出装置23Bが接続されている。光強度算出装置23Bには、光強度算出装置23Bが算出した光の強度を保存する光強度記憶装置24Bが接続されている。
【0039】
散乱光測定器105は、検査光を照射された被測定粒子で生じる散乱光を検出する。散乱光測定器105は、散乱光を受光する散乱光受光素子50を備える。散乱光受光素子50としては、フォトダイオード等が使用可能であり、光を受光すると、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【0040】
散乱光受光素子50には、散乱光受光素子50で生じた電流を増幅する増幅器51が接続されている。増幅器51には、増幅器51に電力を供給する増幅器電源52が接続されている。また、増幅器51には、増幅器51で増幅された電流を受け取り、散乱光受光素子50が受光した散乱光の強度を算出する光強度算出装置53が接続されている。光強度算出装置53には、光強度算出装置53が算出した散乱光の強度を保存する光強度記憶装置54が接続されている。
【0041】
境界情報保存部351に保存される識別境界は、例えば、第1の蛍光帯域の光の強度、第2の蛍光帯域の光の強度、及び散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる。境界情報保存部351は、例えば、多変数関数を含む3次元座標系を保存する。3次元座標系は、第1の蛍光帯域の光の強度を示すx座標と、第2の蛍光帯域の光の強度を示すy座標と、散乱光の強度を示すz座標と、からなる。3次元座標系は、例えば図9に示すように、Nを整数として、N×N×N個のセルからなる3次元テーブルで表現される。この場合、例えば、x方向のセルには0番からN−1番までのインデックスが付されており、y方向のセルにも0番からN−1番までのインデックスが付されており、z方向のセルにも0番からN−1番までのインデックスが付されている。
【0042】
例えば、3次元テーブルが、256×256×256個のセルからなる場合、x方向のセルには0番から255番までのインデックスが付されており、y方向のセルにも0番から255番までのインデックスが付されており、z方向のセルにも0番から255番までのインデックスが付されている。
【0043】
光の強度は、例えば0から5V等の範囲内の電圧信号で表される。光の強度を、離散的なインデックスIに変換するには、例えば以下の(1)式を用いる。
I=[NI*(SD/SM)] (1)
ここで、NIはインデックス数であり、例えば256である。SDは電圧信号で表された光の強度の測定値である。SMは電圧信号で表された光の強度がとりうる最大値である。(1)式で算出されるインデックスIは、0から255までの整数となる。
【0044】
生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する多変数関数によって画定された生物粒子のクラスの領域に含まれる各セルには、生物粒子のクラスの識別子が付されている。また、生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する多変数関数によって画定された非生物粒子の領域に含まれる各セルには、非生物粒子のクラスの識別子が付されている。したがって、3次元テーブルの(x,y,z)座標のセルを特定すれば、特定されたセルから、生物粒子のクラスの識別子、又は非生物粒子のクラスの識別子を取得することが可能である。
【0045】
図8に示す粒子分類部301は、例えば上記(1)式を用いて、被測定粒子が発した第1の蛍光帯域の光の強度の測定値と、第2の蛍光帯域の光の強度の測定値と、散乱光の強度の測定値と、に対応する、境界情報保存部351に保存されている3次元テーブルにおける座標(x,y,z)のセルを特定する。さらに、粒子分類部301は、特定された座標(x,y,z)のセルにおける識別子が生物粒子のクラスであった場合は、被測定粒子を生物粒子のクラスに分類する。また、粒子分類部301は、特定された座標(x,y,z)のセルにおける識別子が非生物粒子のクラスであった場合は、被測定粒子を非生物粒子のクラスに分類する。
【0046】
CPU300には、出力装置401が接続されている。出力装置401は、粒子分類部301による分類結果を出力する。出力装置401としては、ディスプレイ、プリンタ、及び音響装置等が使用可能である。
【0047】
次に、図10に示すフローチャートを参照して、第1の実施の形態に係る粒子の検出方法を説明する。
【0048】
ステップS101で、図8に示すノズル40から気流を噴出する。また、光源10から気流に向けて検査光を照射する。気流に粒子が含まれていると、検査光を照射された粒子において散乱光が生じる。また、検査光を照射された粒子が、第1及び第2の蛍光帯域の光を発する。散乱光は、散乱光受光素子50で受光される。第1の蛍光帯域の光は、第1の受光素子20Aで受光され、第2の蛍光帯域の光は、第2の受光素子20Bで受光される。
【0049】
ステップS102で、粒子分類部301は、第1の蛍光帯域の光の強度の測定値を、上記(1)式を用いてインデックスに変換する。第1の蛍光帯域の光の強度の測定値を示すインデックスは、3次元テーブルのx座標に該当する。ステップS103で、粒子分類部301は、第2の蛍光帯域の光の強度の測定値を、上記(1)式を用いてインデックスに変換する。第2の蛍光帯域の光の強度の測定値を示すインデックスは、3次元テーブルのy座標に該当する。ステップS104で、粒子分類部301は、散乱光の強度の測定値を、上記(1)式を用いてインデックスに変換する。散乱光の強度の測定値を示すインデックスは、3次元テーブルのz座標に該当する。
【0050】
ステップS105で、粒子分類部301は、境界情報保存部351から3次元テーブルを読み出す。次に、粒子分類部301は、第1及び第2の蛍光帯域の光の強度の測定値、並びに散乱光の強度の測定値に対応する座標(x,y,z)における識別子を、3次元テーブルから読み出す。3次元テーブルから生物粒子のクラスの識別子が読み出された場合、ステップS106で、粒子分類部301は、検出した被測定粒子を、生物粒子のクラスに分類する。3次元テーブルから非生物粒子のクラスの識別子が読み出された場合、ステップS106で、粒子分類部301は、検出した被測定粒子を、非生物粒子のクラスに分類する。さらに、粒子分類部301は、粒子の分類の判定結果を出力装置401に出力する。
【0051】
以上示した第1の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界に基づいて、被測定粒子を高い精度で分類することが可能となる。
【0052】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る粒子検出装置は、図11に示すように、光測定器20の劣化情報を記録する劣化情報記録部302と、劣化情報に基づいて、第1の波長を有する第1の光の強度の測定値、第2の波長を有する第2の光の強度の測定値、及び第3の波長を有する第3の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部303と、をさらに備える。
【0053】
例えば、光測定器20の散乱光受光素子50、第1の受光素子20A、及び第2の受光素子20Bは、経年劣化し、受光感度が低下する場合がある。劣化情報記録部302は、粒子検出装置の工場出荷時からの経過時間、粒子検出装置の稼働時間の合計、あるいは第1の受光素子20A、及び第2の受光素子20Bのそれぞれが光を受光した時間の合計等を、劣化情報として記録し、記憶装置350の劣化情報保存部352に保存する。
【0054】
補正部303は、劣化情報保存部352から劣化情報を読み出す。例えば、劣化情報が、散乱光受光素子50、第1の受光素子20A、及び第2の受光素子20Bのそれぞれが光を受光した時間の合計を記録している場合、補正部303は、それぞれが受光した合計時間に応じて、第1の蛍光帯域の光の強度の測定値、第2の蛍光帯域の光の強度の測定値、及び散乱光の強度の測定値に係数を乗じて、これらの値を大きくする。
【0055】
あるいは、補正部303は、劣化情報に基づいて、境界情報保存部351に保存されている識別境界を含む3次元座標系を補正してもよい。具体的には、補正部303は、第1の受光素子20Aの受光感度の低下にあわせて、3次元座標系のx座標に係数を乗じて小さくする。あるいは、補正部303は、第2の受光素子20Bの受光感度の低下にあわせて、3次元座標系のy座標に係数を乗じて小さくする。またあるいは、補正部303は、散乱光受光素子50の受光感度の低下にあわせて、3次元座標系のz座標に係数を乗じて小さくする等する。
【0056】
第2の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、光測定器20に劣化が生じても、粒子の精度の高い判別を継続することが可能となる。
【0057】
(その他の実施の形態)
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態においては、第1及び第2の光が蛍光帯域の光であり、第3の光が散乱光である例を説明したが、第1ないし第3の光は、波長が異なっていれば、任意である。また、実施の形態においては、第1分類の粒子が生物粒子であり、第2分類の粒子が非生物粒子である例を説明したが、第1分類の粒子がある種の生物粒子であり、第2分類の粒子が他種の生物粒子であってもよい。あるいは、第1分類の粒子がある種の非生物粒子であり、第2分類の粒子が他種の非生物粒子であってもよい。粒子の分類の仕方は任意である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【0058】
10 光源
11 光源駆動電源
12 電源制御装置
20 光測定器
20A 第1の受光素子
20B 第2の受光素子
21A、21B、51 増幅器
22A、22B、52 増幅器電源
23A、23B、53 光強度算出装置
24A、24B、54 光強度記憶装置
30 筐体
40 ノズル
50 散乱光受光素子
102 蛍光強度測定器
105 散乱光測定器
301 粒子分類部
302 劣化情報記録部
303 補正部
350 記憶装置
351 境界情報保存部
352 劣化情報保存部
401 出力装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11