特開 2022-113068 光源ユニットおよび蛍光性を有する物質の認識支援装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022113068

(43)【公開日】2022-08-03

(54)【発明の名称】光源ユニットおよび蛍光性を有する物質の認識支援装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20220727BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021009192

(22)【出願日】2021-01-22

(71)【出願人】

【識別番号】513176650

【氏名又は名称】シンクロア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124017

【弁理士】

【氏名又は名称】大野 晃秀

(72)【発明者】

【氏名】小山 光広

(72)【発明者】

【氏名】綾部 華織

【テーマコード（参考）】

2G043

【Ｆターム（参考）】

2G043AA04

2G043CA05

2G043EA01

2G043FA06

2G043GA06

2G043JA02

2G043LA05

(57)【要約】

【課題】光を照射することにより認識したい物質を際立たせることができる光源ユニットおよび蛍光性を有する物質の認識支援装置を提供する。
【解決手段】光源ユニット１０は、光源１２からの光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置用のものである。光源１２は、複数の光源部１２ａを含み、複数の光源部１２ａのうちの少なくとも２つは、蛍光性を有する物質における複数の種類の励起波長に応じて異なる光を発するものである。複数の光源部１２ａは、第１の光源部１２ａ１と、第２の光源部１２ａ２とを含み、第１の光源部１２ａ１は、蛍光性物質の第１の励起波長の光を含む光を発するものである。第２の光源部１２ａ２は、蛍光性物質の第２の励起波長の光を含む光を発するものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置用の光源ユニットであり、
前記光源は、複数の光源部を含み、
前記複数の光源部のうちの少なくとも２つは、前記物質における複数の種類の励起波長に応じて異なる光を発するものである光源ユニット。

【請求項2】

光源からの光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置用の光源ユニットであり、
前記光源は、複数の光源部を含み、
前記複数の光源部は、第１の光源部と、第２の光源部とを含み、
前記第１の光源部は、前記物質の第１の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第１の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光し、
前記第２の光源部は、前記物質の第２の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第２の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光するものである光源ユニット。

【請求項3】

請求項２において、
前記第１の励起波長は、３６５ｎｍであり、
前記第２の励起波長は、３７５ｎｍである光源ユニット。

【請求項4】

請求項３または４において、
前記複数の光源部は、さらに、第３の光源部を含み、
前記第３の光源部は、有機物の第３の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第３の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光するものである光源ユニット。

【請求項5】

請求項４において、
前記第３の励起波長は、３８５ｎｍである光源ユニット。

【請求項6】

請求項１～５のいずれかにおいて、
前記物質は、たんぱく質を含む光源ユニット。

【請求項7】

請求項１～６のいずれかにおいて、
前記複数の光源部から発した光を出射方向に向けるためのリフレクターが設けられている光源ユニット。

【請求項8】

請求項１～７のいずれかにおいて、
前記複数の光源部の各々の強度を相対的に変化させることができる出力可変操作部を含む光源ユニット。

【請求項9】

請求項１～８のいずれかにおいて、
前記複数の光源部の各々の強度を独立的に変化させることができる出力可変操作部を含む光源ユニット。

【請求項10】

請求項１～９のいずれかにおいて、
可視光および可視可能な紫外線をカットする光抽出器を含む光源ユニット。

【請求項11】

請求項１０において、
前記光抽出器は、前記物質の励起波長の透過率が極大となるように設定される光源ユニット。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれかに記載の光源ユニットを含む蛍光性を有する物質の認識支援装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を照射して物質を認識するための光源ユニットおよび蛍光性を有する物質の認識支援装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蛍光性を有する物体を光らせる照射装置（いわゆるブラックライト）が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９１２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、光を照射することにより認識したい物質を際立たせることができる光源ユニットおよび蛍光性を有する物質の認識支援装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の光源ユニットは、
光源からの光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置用の光源ユニットであり、
前記光源は、複数の光源部を含み、
前記複数の光源部のうちの少なくとも２つは、前記物質における複数の種類の励起波長に応じて異なる光を発するものである。

【0006】

本発明の第２の光源ユニットは、
光源からの光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置用の光源ユニットであり、
前記光源は、複数の光源部を含み、
前記複数の光源部は、第１の光源部と、第２の光源部とを含み、
前記第１の光源部は、前記物質の第１の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第１の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光し、
前記第２の光源部は、前記物質の第２の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第２の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光するものである。

【0007】

本発明の第２の光源ユニットにおいて、
前記第１の励起波長は、３６５ｎｍであり、
前記第２の励起波長は、３７５ｎｍであることができる。

【0008】

本発明の第２の光源ユニットにおいて、
前記複数の光源部は、さらに、第３の光源部を含み、
前記第３の光源部は、有機物の第３の励起波長の光を含む光を発するものであり、前記物質が前記第３の励起波長の光を吸収した場合に、蛍光が発光するものであることができる。

【0009】

本発明の第２の光源ユニットにおいて、
前記第３の励起波長は、３８５ｎｍであることができる。

【0010】

本発明において、前記複数の光源部から発した光を出射方向に向けるためのリフレクターが設けられていることができる。

【0011】

本発明において、前記物質は、たんぱく質を含むものであることができる。

【0012】

本発明において、
前記複数の光源部の各々の強度を相対的に変化させることができる出力可変操作部を含むことができる。

【0013】

本発明において、
前記複数の光源部の各々の強度を独立的に変化させることができる出力可変操作部を含むことができる。

【0014】

本発明において、
可視光および可視可能な紫外線をカットする光抽出器を含むことができる。

【0015】

本発明において、
前記光抽出器は、前記物質の励起波長の透過率が極大となるように設定されることができる。

【0016】

本発明の蛍光性を有する物質の認識支援装置は、本発明の光源ユニットを含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、光を照射して認識したい物質を際立たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態に係る光源ユニットの機能ブロック図を示す。

【図2】実施の形態に係る光源ユニットを模式的に示す図である。

【図3】実施の形態に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置に係る機能ブロック図を示す。

【図4】実施の形態に係る蛍光性を有する物質を模式的に示す斜視図を示す。

【図5】実施の形態に係る蛍光性を有する物質を模式的に示す断面図である。

【図6】実施の形態に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置の構成要素を模式的に示す分解図である。

【図7】紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光と、紫外線３７５ｎｍの光を有する光との混合出力波長を示す。光抽出器による光の透過割合は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光は５０％とし、紫外線３７５ｎｍの光を有する光は１００％とした例である。

【図8】紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光と、紫外線３７５ｎｍの光を有する光と、紫外線３８５ｎｍの光を有する光との混合出力波長を示す。光抽出器による光の透過割合は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光は１００％とし、紫外線３７５ｎｍの光を有する光は６０％とし、紫外線３８５ｎｍの光を有する光は４０％とした例である。

【図9】紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光と、紫外線３７５ｎｍの光を有する光との各発光強度スペクトルおよびバンドパスフィルターの透過率のプロファイルを示す。

【図10】図９で示したバンドパスフィルターを通過した混合波長の光をキーボードに照射した際のキーボードの写真である。

【図11】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３６５ｎｍを極大波長）を示す。バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。

【図12】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１１の光をキーボードに照射した際の写真を示す。

【図13】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３７５ｎｍを極大波長）を示す。バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。

【図14】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１３の光をキーボードに照射した際の写真を示す。

【図15】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３８５ｎｍを極大波長）を示す。バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。

【図16】参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１５の光をキーボードに照射した際の写真を示す。

【図17】公知のブラックライトの光のスペクトル（紫外線３８５ｎｍを極大波長）を示す。バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。

【図18】図１７のブラックライトの光をキーボードに照射した際の写真を示す。

【図19】図１７のブラックライトの光を電気ポッドに照射した際の写真を示す。

【図20】図１７のブラックライトの光をトイレ手洗い部に照射した際の写真を示す。

【図21】図１７のブラックライトの光を皿に照射した際の写真を示す。

【図22】可視光の光を皿に照射した際の写真を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0020】

１．光源ユニットの基本的考え
いわゆるブラックライト（３５０～４１０ｎｍ）を蛍光物質に当てると、蛍光物質がブラックライトから照射される紫外線を吸収し、分子レベルで高エネルギー状態になる（励起する）。この励起状態は分子レベルで不安定なため、紫外線を吸収し得られた余分なエネルギーを外部に放出し、蛍光が発する。放出されるエネルギーは電磁波の形であり、その波長が何かの色の付いた光として人間の目に見える範囲の波長のとき、ブラックライトで蛍光物質を照らすと光って見える。蛍光物質が紫外線を吸収した後に出す光の波長は、紫外線の量に寄らず物質ごとに決まっているが、紫外線の量が変わると、出てくる光の量が変わってくる。日常の空間では、ブラックライトよりも弱い紫外線が飛び交っており、蛍光物質は紫外線を吸収して光を出しているが、吸収する紫外線量が弱いため、出している光の量も少なく、量の多い他の色の光にかき消されてしまっている。

【0021】

発光する蛍光体には波長毎に違いがあるため、複数の波長（たとえば、３６５ｎｍ＋３７５ｎｍの組み合わせ、３６５ｎｍ＋３７５ｎｍ＋３８５ｎｍの組み合わせ）を目的に合わせてバランスよく合成することで、汚れなどの視認性や性能や特性をコントロールすることができることを見出した。

【0022】

さらに、他の光色（可視光線）を吸収又は、カットできるバンドパスフィルターを使用し、かつ、可視出来る光を発するための照射される紫外線波長のプロファイルを制御することで、汚れ（タンパク・バクテリア等々）の蛍光物質が光って強調されて、視認性が向上することになることを見出した。また、可視光線をカット用のバンドパスフィルターを装着することで、さらに視認性を向上させることができる。

【0023】

２．光源ユニットの具体的構成
光源ユニット１０は、光を吸収して蛍光を発する物質の存在認識を支援する認識支援装置１００用のものである。

【0024】

光源ユニット１０は、図１に示すように、光源１２と、光抽出器１４と、リフレクター２０と、出力制御部３０と、出力可変操作部３２とを含むことができる。

【0025】

光源１２は、ｎ個（ｎは２以上）の光源部１２ａｚ（ｚ＝１，２，・・・，ｎ）を有する。光源部１２ａは、認識しようとする物質の励起波長が選択される。光源部１２ａが２個以上ある場合には、それぞれ励起波長を変えてもよいし、複数の異なる励起波長を有する限りにおいて、複数の光源部１２ａが一部またはすべてが同一の励起波長であってもよい。光源部１２ａは、たとえばＬＥＤであることができる。光源部１２ａがＬＥＤの場合には、出力値は認識対象物質を際立たせるものであれば特に限定されないが、たとえばたとえば、１００ｍＷ以上２０Ｗ以下、設計の容易性や取り扱いの容易性などの観点で好ましくは２００ｍＷ以上１０Ｗ以下とすることができる。

【0026】

複数の光源部１２の各々で選択される波長および複数の光源部１２の出力の相対割合を図７および図８に示す。図７は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光と、紫外線３７５ｎｍの光を有する光との混合出力波長を示す。図７において、光抽出器による光の透過割合は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光は５０％とし、紫外線３７５ｎｍの光を有する光は１００％とした例である。図８は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光と、紫外線３７５ｎｍの光を有する光と、紫外線３８５ｎｍの光を有する光との混合出力波長を示す。図８において、光抽出器による光の透過割合は、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光は１００％とし、紫外線３７５ｎｍの光を有する光は６０％とし、紫外線３８５ｎｍの光を有する光は４０％とした例である。

【0027】

励起波長は、認識対象とする蛍光性を有する物質により異なるが、有機物を検出対象とする場合には、３６５ｎｍ、３７５ｎｍおよび３８５ｎｍの少なくともいずれかであることができる。認識対象とする物質としては、汚染状況を調べる際には有機物を認識することが好適であり、有機物としては、たとえば、たんぱく質を含むことができる。

【0028】

光源ユニット１０が、複数の光源部１２ａを有する場合には、一つ又は複数の光抽出器１４は、複数の光源部１２ａの各々の光を透過させ、かつ、可視光および可視可能な紫外線をカットするためのものとすることができる。複数の光源部１２ａの各々の光のスペクトルの半値幅を１５ｎｍ以下となるように光を抽出し、透過させるものとすることができる。図２に示すように、複数の光源部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々に対応させて複数の光抽出器１４ａ，１４ｂ，１４ｃを設けてもよい。光抽出器１４は、認識対象物質の励起波長の透過率が極大となるように設定されるようにすることで、光を吸収した物質からの発光を強くすることができる。光抽出器１４は、光源１２から発せられた光のスペクトルの半値幅を１５ｎｍ以下となるように光を抽出してもよい。光源１２から発せられた光のスペクトルの半値幅を１５ｎｍ以下とすることで、蛍光性を有する物質の視認性をより向上させることができる。光抽出器１４は、一つ又は複数であってもよい。光抽出器１４は、たとえば、バンドパスフィルタにより構成することができる。図９にバンドパスフィルタを設けた場合の光源部の光の強度プロファイルＷ１，Ｗ２とバンドパスフィルタ（光抽出器）の透過率のプロファイルの例を示す。

【0029】

光抽出器１４は、光源部１２ａの励起波長の光を通すように構成される。光抽出器１４は、通過した光のスペクトルの半値幅は、１５ｎｍ以下になるように設定するためには、光抽出器１４の光透過プロファイルの半値幅が１５ｎｍ以下に設定される。一枚の基材上に、薄膜蒸着により複数層（たとえば３～４層）を設けたバンドパスフィルタにより構成してもよい。

【0030】

リフレクター２０は、光源部１２ａからの光を所定の方向に向けるためのものであり、公知のものを適用することができる。

【0031】

光源ユニット１０は、光源部１２ａの出力を制御するための出力制御部３０と、出力制御部３０に対して出力の制御指示を行うための出力可変操作部３２とを含むことができる。

【0032】

光源１２が複数の光源部１２ａを含む場合において、出力制御部３０は、複数の光源部１２ａの出力を制御するためのものとすることができ、出力可変操作部３２は、複数の光源部１２ａの出力、および、前記複数の光源部１２ａ間の出力割合の設定を行うことできるものとすることができる。このような出力制御部３０により、出力可変操作部３２で設定された制御設定に基づき複数の光源部１２ａの出力を制御することができる。出力可変操作部３２は、複数の光源部１２の各々の強度を相対的に変化させてもよいし、複数の光源部１２の各々の強度を独立的に変化させてもよい。

【0033】

出力可変操作部３２は、たとえば、図２に示すバランスＶＲなどの可変抵抗器により構成することができる。

【0034】

出力制御部３０の起動は、たとえばスイッチにより行うことができる。バッテリーにより出力制御部３０に電気を供給することができる。

【0035】

３．蛍光性を有する物質の認識支援装置
蛍光性を有する物質の認識支援装置１００は、図３に示すように、光源（たとえば、ＵＶ－ＬＥＤ）１２、光抽出器（バンドパスフィルタ）１４、リフレクター２０、出力制御部３０（ドライブ回路）、バッテリーと、スイッチ回路とを含むことができる。

【0036】

図４～図６を参照しながら、蛍光性を有する物質の認識支援装置１００の具体的構成を説明する。

【0037】

蛍光性を有する物質の認識支援装置１００は、筐体６６を含む。筐体６６内には、プラス（＋）電極基板６５、ＬＥＤ基板６３、ＬＥＤガード６２、リフレクター２０、および、光抽出器３０が収容される。プラス（＋）電極基板６５、ＬＥＤ基板６３、ＬＥＤガード６２は、第１の基板固定ケース６４に固定される。ＬＥＤガード６２がＬＥＤ基板６３とリフレクター２０との間に設けられている。筐体６６は、リチウムイオン電池などの電池６７が収められるような空間が設けられている。スイッチ・マイナス（－）電極基板６９は、第２の基板固定ケース６８に固定される。筐体６６の光抽出器３０側の先端側には先端キャップ６０が設けられている。筐体６６のスイッチ・マイナス（－）電極基板６９側の後端側にはスイッチケース７０が設けられている。先端キャップ６０と光抽出器３０との間には、第１のＯリングパッキン６１ａが設けられている。光抽出器３０とリフレクター２０との間に第２のＯリングパッキン６１ｂが設けられている。プラス（＋）電極基板６５と電池６７との間に第２のＯリングパッキン６１ｃが設けられている。

【0038】

４．効果
本願発明者らは、蛍光性を有する物質の励起波長の光を当該物質に照射するに当たって、複数種類の当該物質の励起波長の光を照射することで、当該物質、特に有機物の存在を認識しやすくなることを見出した。さらに、これらの光の強度を制御し、バランスを変えることで、より当該物質の存在を認識しやすくなることを見出した。

【0039】

図９に示す関係において、紫外線３６５ｎｍの波長の光を有する光、および、紫外線３７５ｎｍの光を有する光をキーボードに照射したところ、キーボードの汚れが際立つことを確認した。

【0040】

一方、図１１に示す３６５ｎｍの光のスペクトルでは、図１２に示すように、キーボードの汚れが際立たない。図１３の光のスペクトルでも、図１４に示すように、キーボードの汚れが際立たず、図１５の光のスペクトルでも、図１６に示すようにキーボードの汚れが際立たない。

【0041】

図１１は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３６５ｎｍを極大波長）を示す。図１２は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１１の光をキーボードに照射した際の写真を示す。図１３は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３７５ｎｍを極大波長）を示す。図１４は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１３の光をキーボードに照射した際の写真を示す。図１５は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、有機物に照射した光のスペクトル（紫外線３８５ｎｍを極大波長）を示す。図１６は、参考例に係る蛍光性を有する物質の認識支援装置をキーボードの有機物の認識に適用した場合の実験結果を説明するための図であり、図１５の光をキーボードに照射した際の写真を示す。図１１、図１３および図１５は、バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。

【0042】

図１７に示す光のスペクトルを有するブラックライトによれば、図１８（キーボードの例）、図１９（電気ポットの例）、図２０（トイレ手洗い部の例）、図２１（皿の例）に示すように、汚れが際立たない。図２２は、可視光の例であるが、汚れが際立たない。

【0043】

図１７は、公知のブラックライトの光のスペクトル（紫外線３８５ｎｍを極大波長）を示す。バンドパスフィルタが設けられてない認識支援装置から光を照射した例である。図１８は、図１７のブラックライトの光をキーボードに照射した際の写真を示す。図１９は、図１７のブラックライトの光を電気ポッドに照射した際の写真を示す。図２０は、図１７のブラックライトの光をトイレ手洗い部に照射した際の写真を示す。図２１は、図１７のブラックライトの光を皿に照射した際の写真を示す。図２２は、可視光の光を皿に照射した際の写真を示す。

【0044】

本実施の形態は、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0045】

１０ 光源ユニット
１２ 光源
１２ａ 光源部
１４ 光抽出器
１４ａ 第１の光抽出器
１４ｂ 第２の光抽出器
１４ｃ 第３の光抽出器
２０ リフレクター
２０ａ 第１のリフレクター
２０ｂ 第２のリフレクター
２０ｃ 第３のリフレクター
３０ 出力制御部
３２ 出力可変操作部
５０ スイッチ回路
６０ 先端キャップ
６１ａ～６１ｃ 第１～第３のＯリングパッキン
６２ ＬＥＤガード
６３ ＬＥＤ基板
６４ 基板固定ケース
６５ プラス（＋）電極基板
６６ 筐体（ケース）
６７ リチウムイオン電池
６８ 基板固定ケース
６９ スイッチ・マイナス（－）電極基板
７０ スイッチケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】