特表 2024-543020 流体中の粒子を検出するための装置、及び当該粒子を検出するプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-19

(54)【発明の名称】流体中の粒子を検出するための装置、及び当該粒子を検出するプロセス

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/1434 20240101AFI20241112BHJP

   G01N 15/14 20240101ALI20241112BHJP

   G01N 15/1429 20240101ALI20241112BHJP

   G01N 21/21 20060101ALI20241112BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

G01N15/1434

G01N15/14 G

G01N15/1429

G01N21/21

G01N21/27 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525730

(86)(22)【出願日】2022-10-27

(85)【翻訳文提出日】2024-07-01

(86)【国際出願番号】 IB2022060318

(87)【国際公開番号】W WO2023073594

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】2101006800

(32)【優先日】2021-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TH

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＰＹＴＨＯＮ

(71)【出願人】

【識別番号】521111157

【氏名又は名称】ピーティーティー・エクスプロレイション・アンド プロダクション・パブリック・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ピンロッド ヴィサルテ

(72)【発明者】

【氏名】ターナ キッティポン

(72)【発明者】

【氏名】カンチャイティット パイサン

(72)【発明者】

【氏名】タンティサンティソム キッティポン

(72)【発明者】

【氏名】ブーンクーム ティティコーン

(72)【発明者】

【氏名】ラヤナスカ ヨサワット

(72)【発明者】

【氏名】トンマ サットラ

(72)【発明者】

【氏名】アヌタリヤ アラチャポーン

(72)【発明者】

【氏名】ポカヴァニッチ タヌスポン

(72)【発明者】

【氏名】フォカワット ナルチョル

(72)【発明者】

【氏名】パヴァサント プラサート

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB04

2G059CC20

2G059EE01

2G059EE05

2G059EE11

2G059FF01

2G059HH02

2G059JJ19

2G059KK04

2G059MM01

(57)【要約】

本発明による流体中の粒子を検出するための装置及び当該粒子を検出するためのプロセスは、少なくとも２つの波長を生成し、かつ、電磁源のいずれか１つに少なくとも１枚の偏光シートが設けられている電磁源からなる光学技術を用いて、流体中の粒子を検出するために提供される。電磁源から直接得られる電磁波と偏光電磁波とが、媒質流体の入った容器と同一エリアに設けられた、又は容器に接続された検出領域で検出された粒子に照射される。検出領域に隣接して、第２の偏光シート及び２次元センサアレイが順次提供されている。第２の偏光シートを透過した電磁波は、２次元センサアレイを照射し、当該センサから得られたデータは、プロセッサによって処理されて、粒子を検出し、結果を報告する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体中の粒子を検出するための装置であって、
電磁源（２１６、２１８）であって、少なくとも２つの異なる波長を生成し、かつ、前記電磁源（２１６、２１８）のいずれか一方の前面領域に第１の偏光シート（２３６）が設けられている、電磁源（２１６、２１８）と、
前記電磁源から直接得られる電磁波（２４０）と、
検出領域（１１６）を照射する偏光電磁波（２４１）と、を備え、
前記検出領域（１１６）が、前記検出に必要な媒質流体（１２２）を収容する容器と同じエリアに提供されているか又は容器に接続されており、前記検出領域（１１６）が検出領域壁（１５６）を有し、該検出領域壁（１５６）は、前記電磁波（２４０、２４１）がそこを透過して照射し、前記媒質流体（１２２）中で検出される前記粒子（１３２、１４２）に当たることを可能にしており、かつ、前記検出領域（１１６）に隣接して、第２の偏光シート（３２６）及び２次元センサアレイ（３１６）が順次提供されており、前記第２の偏光シート（３２６）を介した前記電磁波（２４０、２４１）の前記照射により、前記２次元センサアレイ（３１６）を照射するために使用される電磁波（３３６）を生成し、前記センサ（３１６）が、プロセッサ（４００）に送信されるデータを提供し、
前記プロセッサ（４００）が、前記２次元センサアレイ（３１６）から得られた前記データを、単一のフレーム又は組み合わされた複数のフレームから分析するために提供されて、前記粒子（１３２、１４２）を検出し、その後、結果を報告することを特徴とする、装置。

【請求項2】

前記電磁波（２４０、２４１）が、光波、赤外線波、紫外線波、マイクロ波、Ｘ線波、ガンマ線、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項3】

前記電磁波（２４０、２４１）が、好ましくは、３５０～８００ｎｍの範囲の波長を有する光波であることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項4】

前記電磁源から直接得られる前記電磁波（２４０）が、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項5】

前記偏光電磁波（２４１）が、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項6】

前記電磁源（２１６、２１８）が、互いに少なくとも１０ｎｍ異なる波長を生成することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項7】

前記電磁源（２１６、２１８）が、１０～１，０００ｎｍの範囲で互いに異なる波長を生成することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項8】

前記電磁源（２１６、２１８）が、互いに平行又はほぼ平行な前記電磁波（２４０、２４１）を生成し、前記電磁源（２１６、２１８）が、ハロゲン電球、電球、レーザ、ＬＥＤ電球、マイクロ波源、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項9】

前記電磁源（２１６、２１８）が、好ましくは、レンズ、ミラー、インテグレータロッド、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、前記電磁波（２４０、２４１）をそれらが互いに平行になるように調整することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項10】

前記電磁源（２１６、２１８）から前記検出領域（１１６）までの距離が、前記平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、前記検出領域の厚さの０～１，０００倍であることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項11】

前記電磁源（２１６、２１８）が、好ましくは、前記検出領域（１１６）から０～３０ｃｍ離れていることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項12】

前記電磁源（２１６、２１８）からの前記電磁波（２４０、２４１）が、前記電磁波又はレンズ、ミラー、フィルタ、偏光子、プリズム、回折格子、スリット、若しくはそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、適切な波長を有するように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項13】

前記媒質流体（１２２）は、前記電磁波がそこを透過して照射することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項14】

前記媒質流体（１２２）が異なる種類の粒子又は流体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項15】

前記媒質流体（１２２）が、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項16】

前記媒質流体（１２２）が前記検出領域（１１６）を流れるか又は前記検出領域（１１６）内に静止していることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項17】

前記粒子（１３２、１４２）が、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項18】

前記粒子（１３２、１４２）が１μｍから５ｍｍの範囲のサイズを有することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項19】

前記検出領域壁（１５６）が、透明材料若しくは半透明材料又はそれらの組み合わせのいずれか１つから得られることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項20】

前記検出領域壁（１５６）が、好ましくは、偏光軸歪み特性のない材料から得られることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項21】

前記２次元センサアレイ（３１６）が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）若しくは電荷結合素子（ＣＣＤ）又はそれらの組み合わせのいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項22】

流体中の粒子を検出するための前記装置が、前記媒質流体（１２２）を下から上の方向に送る少なくとも１つのポンプ（４０２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項23】

流体中の粒子を検出するための前記装置が、前記媒質流体（１２２）の流れ方向が前記検出領域（１１６）の前の位置で重力線と０～４５°の角度をなすように前記媒質流体（１２２）を送る少なくとも１つのポンプ（４０２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項24】

前記２次元センサアレイ（３１６）が、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関する前記データを前記プロセッサ（４００）に送信して、前記粒子（１３２、１４２）を検出することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項25】

前記プロセッサ（４００）は、前記データを分析することができる装置であり、コンピュータ、携帯電話、クラウドコンピューティング、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、組み込みシステム、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、シングルボードコンピュータ、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項26】

前記プロセッサ（４００）が、粒子の種類、量、体積、濃度、光学的特性、前記粒子（１３２、１４２）の相、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上である前記データを処理し、報告することを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項27】

前記２次元センサアレイ（３１６）の動作及びＩＳＯと積分時間のパラメータを制御するセンサ制御ユニット（４０１）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項28】

５００～５，０００，０００の範囲内の適切なＩＳＯ及び１００～１０，０００μｓの範囲内の適切な積分時間を提供することによって、前記２次元センサアレイ（３１６）の動作及びパラメータを制御するセンサ制御ユニット（４０１）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項29】

前記プロセッサ（４００）と一体化されているか又は前記プロセッサ（４００）から分離されているセンサ制御ユニット（４０１）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体中の粒子を検出するための装置。

【請求項30】

粒子を検出するためのプロセスであって、
ａ． 検出領域（１１６）を流れるか又は検出領域（１１６）内に静止している媒質流体（１２２）中に、異なる種類の粒子（１３２、１４２）を提供するステップと、
ｂ． 電磁源から直接得られる電磁波（２４０）と、異なる波長を有する偏光電磁波（２４１）とを検出領域壁（１５６）を通して前記検出領域（１１６）に照射し、該検出領域壁（１５６）は、前記電磁波（２４０、２４１）がそこを透過して照射し、前記媒質流体（１２２）中で検出される前記粒子（１３２、１４２）に当たることを可能にしているステップと、
ｃ． ２次元センサアレイ（３１６）に当たる、前記粒子（１３２、１４２）の光学的相互作用からの前記電磁波を測定するステップと、
ｄ． プロセッサ（４００）を使用して、前記２次元センサアレイ（３１６）から得られたデータを、単一のフレーム又は組み合わされた複数のフレームから分析し、結果を報告するステップと、
を含むことを特徴とする、プロセス。

【請求項31】

前記電磁波（２４０、２４１）が、光波、赤外線波、紫外線波、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項32】

前記電磁波（２４０、２４１）が、好ましくは、３５０～８００ｎｍの範囲の波長を有する光波であることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項33】

前記電磁源から直接得られる前記電磁波（２４０）が、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つであることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項34】

前記偏光電磁波（２４１）が、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つであることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項35】

前記電磁源（２１６、２１８）が、互いに少なくとも１０ｎｍ異なる波長を生成することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項36】

前記電磁源（２１６、２１８）が、１０～１，０００ｎｍの範囲で互いに異なる波長を生成することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項37】

前記電磁源（２１６、２１８）が、互いに平行又はほぼ平行な前記電磁波（２４０、２４１）を生成し、前記電磁源（２１６、２１８）が、レーザ、ダイオード、ＬＥＤ電球、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項38】

前記電磁源（２１６、２１８）が、好ましくは、レンズ、ミラー、インテグレータロッド、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、前記電磁波（２４０、２４１）をそれらが互いに平行になるように調整することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項39】

前記電磁源（２１６、２１８）から前記検出領域（１１６）までの距離が、前記平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、前記検出領域の厚さの０～１，０００倍であることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項40】

前記電磁源（２１６、２１８）が、前記検出領域（１１６）から少なくとも５ｃｍ離れていることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項41】

前記電磁源（２１６、２１８）が、好ましくは、前記検出領域（１１６）から０～３０ｃｍ離れていることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項42】

前記電磁源（２１６、２１８）から前記検出領域（１１６）までの距離が、前記平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、前記検出領域の厚さの３倍を超えていることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項43】

前記電磁源（２１６、２１８）からの前記電磁波（２４０、２４１）が、前記電磁波又はレンズ、ミラー、フィルタ、偏光子、プリズム、回折格子、スリット、若しくはそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、適切な波長を有するように調整されることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項44】

前記媒質流体（１２２）は、前記電磁波がそこを透過して照射することを可能にすることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項45】

前記媒質流体（１２２）が異なる種類の粒子又は流体を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項46】

前記媒質流体（１２２）が、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項47】

前記媒質流体（１２２）が、前記検出領域（１１６）を流れるか又は前記検出領域（１１６）内に静止していることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項48】

前記粒子（１３２、１４２）が、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項49】

前記粒子（１３２、１４２）が１μｍから５ｍｍの範囲のサイズを有することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項50】

前記検出領域壁（１５６）が、透明材料若しくは半透明材料又はそれらの組み合わせのいずれか１つから得られることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項51】

前記検出領域壁（１５６）が、好ましくは、偏光軸歪み特性のない材料から得られることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項52】

前記２次元センサアレイ（３１６）が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）若しくは電荷結合素子（ＣＣＤ）又はそれらの組み合わせのいずれか１つであることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項53】

少なくとも１つのポンプ（４０２）を使用して、前記媒質流体（１２２）を下から上の方向に送るステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項54】

前記媒質流体（１２２）の流れ方向が、前記検出領域（１１６）の前の位置で前記重力線と０～４５°の角度をなすように、少なくとも１つのポンプ（４０２）を使用して前記媒質流体（１２２）を送るステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項55】

前記２次元センサアレイ（３１６）が、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関する前記データを前記プロセッサ（４００）に送信して、前記粒子（１３２、１４２）を検出することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項56】

前記２次元センサアレイ（３１６）から得られる前記データが、電磁波（３３６）から得られる前記データであることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項57】

前記２次元センサアレイ（３１６）が、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関する前記データを前記プロセッサ（４００）に送信して、前記粒子（１３２、１４２）を検出することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項58】

前記プロセッサ（４００）は、前記データを分析することができる装置であり、コンピュータ、携帯電話、クラウドコンピューティング、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、組み込みシステム、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、シングルボードコンピュータ、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項59】

前記プロセッサ（４００）が、粒子の種類、量、体積、濃度、光学的特性、前記粒子（１３２、１４２）の相、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上である前記データを処理し、報告することを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項60】

前記２次元センサアレイ（３１６）の動作及びＩＳＯと積分時間のパラメータを制御するセンサ制御ユニット（４０１）をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項61】

５００～５，０００，０００の範囲内の適切なＩＳＯ、及び１００～１０，０００μｓの範囲内の適切な積分時間を提供することによって、前記２次元センサアレイ（３１６）の動作及びパラメータを制御するセンサ制御ユニット（４０１）をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【請求項62】

センサ制御ユニット（４０１）が、前記プロセッサ（４００）と一体化されているか又は前記プロセッサ（４００）から分離されていることを特徴とする、請求項３０に記載の粒子を検出するためのプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

流体中の粒子を検出するための装置、及び当該粒子を検出するためのプロセスに関する工学

【背景技術】

【0002】

粒子及び流体の検出は、医薬品、化学、電子機器、機械、農業、環境など様々な分野での用途のために開発された。製造過程での品質管理が必須とされる業界では、原材料及び空気中に混入した粒子並びに流体群を常時検出する必要がある。医薬品業界では、原材料又は空気中に混入した粒子があると、得られる医薬品が汚染され、使用者に有害な影響を与える可能性がある。電子機器業界では、集積回路（ＩＣ）の製造に回路パターンを形成するためのフォトレジストが必要となる。粒子が多数存在したり、異なる流体群が混入したりすると、製造されたＩＣが損傷する可能性がある。さらに、製造は、空気中の塵埃含有量が規定値未満のクリーンルーム内で行われる必要があるため、フォトレジスト中及び空気中の粒子又は異なる流体群の量を検出し、制御することが必須である。機械を使用する業界では、オイル中の金属粒子の量を検出することで、機械の劣化を測定することができる。農業業界では、プランクトン又は水生動物の稚仔の量を検出することで、効果的な水生動物の繁殖を実現することができる。環境品質検査は、粒子カウンタを使用して実施されることで、水源中のマイクロプラスチック、又は工業施設からの煙の検出を支援することができる。

【0003】

粒子及び流体を検出するための様々なプロセス及びシステムが存在しており、例えば、粒子を含む液体に、キャピラリ導管を流れる際に照射し、粒子が吸収する光の強度又は蛍光を測定することで、流れる粒子をカウントするなどが挙げられる。「Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｏｒ ｃｅｌｌ ａｎａｌｙｚｅｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ」と題する特許文献１は、全血中の細菌、ウイルス、ＤＮＡ、細胞、分子又は構成成分である粒子若しくは細胞を検出する方法を開示している。しかしながら、このような米国特許では、一般的な光強度検出を使用しており、したがって、検出領域と同程度のサイズを有する粒子は、検出領域を流れる際に１つずつしか検出できない。検出領域に複数の粒子が存在する場合、又は粒子が検出領域よりはるかに小さい場合は、検出に誤差が生じる可能性がある。さらに、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」と題する特許文献２に示されるような他の複雑なプロセスも存在する。この特許は、管を通過する粒子を電磁波に曝露し、２次元センサアレイを使用して粒子から散乱又は放出される電磁波の強度を検出することによって、粒子を検出する方法を開示しており、それゆえ、検出領域と同程度のサイズを有する粒子は、検出領域を流れる際に１つずつしか検出できない。検出領域に複数の粒子が存在する場合、又は粒子が検出領域よりはるかに小さい場合は、検出に誤差が生じる可能性がある。また、この方法では、電磁波の散乱又は放出特性を有さない粒子を検出することはできない。

【0004】

先行技術のこのような技術的限界に鑑み、本発明者らは、偏光技術を用いて、非偏光電磁波又は各波長が互いに少なくとも１０ｎｍ異なる２つの波長（２波長偏光）を有する偏光電磁波を同時に検出領域に照射することにより、異なる光学的特性を有する少なくとも２種類以上の粒子を分類して媒質流体中の粒子を識別することができ、結果として、電磁波と異なる粒子及び／又は流体との間で当該粒子及び／又は流体の分類における相互作用をもたらす、流体中の粒子を検出するための装置、プロセス、及びシステムを開発することを思いついた。海水中のマイクロプラスチックは、環境及び水生動物、さらには水生動物の消費者の健康にも影響を及ぼす重大な環境問題と考えられている。マイクロプラスチックのサイズは１μｍから５ｍｍである。サイズの範囲に大きな差があることが、マイクロプラスチック検出器の設計技術の課題となっている。１～１００個／ｍ^３という低濃度のマイクロプラスチックが報告されているため、検出には大量の水が必要とされる。さらに、海水中の粒子のほとんどはプランクトンであるため、本発明は、粒子をカウントし、プランクトン及びマイクロプラスチックに分類する検出装置を開発することを目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第８，５２４，４８９号明細書

【特許文献2】米国特許第８，４２７，６４２号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による流体中の粒子を検出するための装置及び当該粒子を検出するためのプロセスは、光学技術を用いて流体中の粒子を検出することを目的とする。この装置は、少なくとも２つの波長を生成する電磁源を備え、かつ、電磁源のいずれか１つに少なくとも１枚の偏光シートが設けられている。電磁源から直接得られる電磁波及び偏光電磁波が、検出領域内で検出が必要な粒子に照射され、この検出領域は、媒質流体の入った容器と同じエリアに提供されているか又は容器に接続されている。検出領域に隣接して、第２の偏光シート及び２次元センサアレイが順次提供されている。第２の偏光シートを透過した電磁波は、２次元センサアレイで照射され、当該センサから得られたデータはプロセッサで処理されて粒子を検出し、結果を報告する。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、粒子、特にマイクロプラスチックを検出するための装置及びプロセスを開発することを目的としており、様々な光学的相互作用、すなわち光透過、光吸収、光反射、蛍光、又は光散乱を利用することを特徴とし、検出装置を開発し、異なる光学的特性を有する粒子の検出及び分類を同時かつ迅速に行うこと、例えば、海水中のマイクロプラスチック粒子及びプランクトン粒子の検出を行うことを可能にする。検出領域よりも１０，０００倍小さいサイズの粒子まで、検出が可能である。また、検出装置が高感度であるため、低濃度粒子の検出も実現でき、流動中又は静止中の媒質流体中の粒子の検出に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】流体中の粒子を検出するための装置の例示的な実施形態を示す図である。

【図2】流体中の粒子を検出するための装置の別の例示的な実施形態を示す図である。

【図3】２次元センサアレイを使用して、非偏光平行緑色光及び偏光赤色光を照射して、海水中のマイクロプラスチック粒子及びプランクトン粒子を検出した際に、その検出から得られた試験結果の例示的な画像を示す図である。

【図4】非偏光平行青色光及び偏光緑色光を照射することにより、２次元センサアレイから得られたデータの処理の例示的な実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明は、より明確な例示と説明のために、図面を参照して例示的に説明される。これらの図面において同一の要素は、特許請求の範囲を何ら限定することなく、同一の参照番号で表されている。

【0010】

本明細書に示されたいかなる態様も、特に明示しない限り、本発明の他の態様への適用も包含するものとする。

【0011】

本明細書で使用される技術用語及び科学用語は、特に明記しない限り、当業者によって理解される意味を有する。

【0012】

用語「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ（ｓ） ｏｆ）」、「～を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「～を含む（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」は非限定的（ｏｐｅｎ－ｅｎｄｅｄ）な動詞である。例えば、１つ以上の構成要素又は１つ以上のステップを「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ）」、「～を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「～を含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、又は「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」方法はいずれも、当該１つ以上の構成要素又は１つ以上のステップのみに限定されることを意図するものではなく、言及されていない構成要素又はステップを包含するものとする。

【0013】

本明細書に記載されている道具、装置、方法、材料、又は化学物質はいずれも、別段の明示がない限り、当業者によって一般的に使用又は実施されている道具、装置、方法、材料、又は化学物質を意味するものとする。

【0014】

本発明において開示及び主張されるすべての組成物、要素及び／又は方法は、特許請求の範囲で特に明示されていない場合であっても、当業者の判断に従って、本発明の態様と同様の特性及び有用性をもたらし、同様の効果を生じさせる、本発明とは著しく異なる実験を伴わない要因への何らかの作用、実施、修正又は変更から得られた本発明の態様を包含することを意図している。したがって、本発明の態様の等価物又は類似物は、当業者にとって明らかな任意のわずかな修正又は変更を含み、本発明の精神、範囲及び概念の範疇にあるものとみなされるべきである。

【0015】

粒子１３２、１４２は、海水中のマイクロプラスチック粒子若しくはプランクトン粒子、又は水中の油、水中のガス、若しくは懸濁液など、媒質流体１２２に不溶の物体又は物質を指す。

【0016】

以下では、流体中の粒子を検出するための装置及び当該粒子を検出するためのプロセスに関する本発明の詳細を説明する。

【0017】

流体中の粒子を検出するための装置は、
電磁源２１６、２１８であって、少なくとも２つの異なる波長を生成し、かつ、電磁源２１６、２１８のいずれか一方の前面領域に第１の偏光シート２３６が設けられている、電磁源２１６、２１８と、電磁源から直接得られる電磁波２４０と、検出領域１１６に照射されている偏光電磁波２４１とを含み、
検出領域１１６が、検出に必要な流体を収容する容器と同じエリアに提供されているか又は容器に接続されており、当該検出領域１１６が検出領域壁１５６を有し、その検出領域壁１５６は、電磁波２４０、２４１がそこを透過して照射し、媒質流体１２２中で検出される粒子１３２、１４２に当たることを可能にしており、かつ、検出領域１１６に隣接して、第２の偏光シート３２６及び２次元センサアレイ３１６が順次提供されており、第２の偏光シート３２６を介した電磁波２４０、２４１の照射により、２次元センサアレイ３１６を照射するために使用される電磁波３３６を生成し、当該センサ３１６がプロセッサ４００に送信されるデータを提供し、
プロセッサ４００が、２次元センサアレイ３１６から得られたデータを、単一のフレーム又は組み合わされた複数のフレームから分析するために提供されて、粒子１３２、１４２を検出し、その後、結果を報告する。

【0018】

本発明の好ましい実施形態では、電磁波２４０、２４１は、光波、赤外線波、紫外線波、又はそれらの組み合わせのいずれか１つから選択される。

【0019】

本発明の好ましい実施形態では、電磁波２４０、２４１は、好ましくは、３５０～８００ｎｍの範囲の波長を有する光波である。

【0020】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源から直接得られる電磁波２４０は、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つである。

【0021】

本発明の好ましい実施形態では、偏光電磁波２４１は、好ましくは、６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つである。

【0022】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８は、互いに少なくとも１０ｎｍ異なる波長を生成する。

【0023】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８は、１０～１，０００ｎｍの範囲で互いに異なる波長を生成する。

【0024】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８は、互いに平行又はほぼ平行な電磁波２４０、２４１を生成し、電磁源２１６、２１８は、ハロゲン電球、電球、レーザ、ＬＥＤ電球、マイクロ波源、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される。

【0025】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８は、好ましくは、レンズ、ミラー、インテグレータロッド、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、電磁波２４０、２４１をそれらが互いに平行になるように調整する。

【0026】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８から検出領域１１６までの距離は、平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、検出領域の厚さの０～１，０００倍である。

【0027】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８は、好ましくは、検出領域１１６から０～３０ｃｍ離れている。

【0028】

本発明の好ましい実施形態では、電磁源２１６、２１８からの電磁波２４０、２４１は、電磁波又はレンズ、ミラー、フィルタ、偏光子、プリズム、回折格子、スリット、若しくはそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、適切な波長を有するように調整される。

【0029】

本発明の好ましい実施形態では、媒質流体１２２は、電磁波がそこを透過して照射することを可能にする。

【0030】

本発明の好ましい実施形態では、媒質流体１２２は異なる種類の粒子又は流体を含む。

【0031】

本発明の好ましい実施形態では、媒質流体１２２は、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有する。

【0032】

本発明の好ましい実施形態では、媒質流体１２２は検出領域１１６を流れるか又は検出領域１１６内に静止している。

【0033】

本発明の好ましい実施形態では、粒子１３２、１４２は、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有する。

【0034】

本発明の好ましい実施形態では、粒子１３２、１４２は、１μｍ～５ｍｍの範囲のサイズを有する。

【0035】

本発明の好ましい実施形態では、検出領域壁１５６は、透明材料若しくは半透明材料又はそれらの組み合わせのいずれか１つから得られる。

【0036】

本発明の好ましい実施形態では、検出領域壁１５６は、好ましくは、偏光軸歪み特性のない材料から得られる。

【0037】

本発明の好ましい実施形態では、２次元センサアレイ３１６は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）若しくは電荷結合素子（ＣＣＤ）又はそれらの組み合わせのいずれか１つである。

【0038】

本発明の好ましい実施形態では、流体中の粒子を検出するための装置は、媒質流体１２２を下から上の方向に送る少なくとも１つのポンプ４０２をさらに備える。

【0039】

本発明の好ましい実施形態では、流体中の粒子を検出するための装置は、媒質流体１２２の流れ方向が検出領域１１６の前の位置で重力線と０～４５°の角度をなすように媒質流体１２２を送る少なくとも１つのポンプ４０２をさらに備える。

【0040】

本発明の好ましい実施形態では、２次元センサアレイ３１６は、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関するデータをプロセッサ４００に送信して、粒子１３２、１４２を検出する。

【0041】

本発明の好ましい実施形態では、プロセッサ４００は、データを分析することができる装置であり、コンピュータ、携帯電話、クラウドコンピューティング、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、組み込みシステム、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、シングルボードコンピュータ、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される。

【0042】

本発明の好ましい実施形態では、プロセッサ４００は、粒子の種類、量、体積、濃度、光学的特性、粒子１３２、１４２の相、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上であるデータを処理し、報告する。

【0043】

本発明の好ましい実施形態では、センサ制御ユニット４０１は、２次元センサアレイ３１６の動作及びＩＳＯと積分時間のパラメータを制御する。

【0044】

本発明の好ましい実施形態では、センサ制御ユニット４０１は、５００～５，０００，０００の範囲内の適切なＩＳＯ、及び１００～１０，０００μｓの範囲内の適切な積分時間を提供することによって、２次元センサアレイ３１６の動作及びパラメータを制御する。

【0045】

本発明の好ましい実施形態では、センサ制御ユニット４０１は、プロセッサ４００と一体化されているか又はプロセッサ４００から分離されている。

【0046】

別の実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、
ａ． 検出領域１１６を流れるか又は検出領域１１６内に静止している媒質流体１２２中に、異なる種類の粒子１３２、１４２を提供するステップと、
ｂ． 電磁源から直接得られる電磁波２４０と、異なる波長を有する偏光電磁波２４１とを検出領域壁１５６を通して検出領域１１６に照射し、その検出領域壁１５６は、電磁波２４０、２４１がそこを透過して照射し、媒質流体１２２中で検出される粒子１３２、１４２に当たることを可能にしているステップと、
ｃ． ２次元センサアレイ３１６に当たる、粒子１３２、１４２の光学的相互作用からの電磁波を測定するステップと、
ｄ． プロセッサ４００を使用して、２次元センサアレイ３１６から得られたデータを、単一のフレーム又は組み合わされた複数のフレームから分析し、結果を報告するステップと、
を含む。

【0047】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、光波、赤外線波、紫外線波、又はそれらの組み合わせのいずれか１つから選択される電磁波２４０、２４１を使用する。

【0048】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは３５０～８００ｎｍの範囲の波長を有する光波である電磁波２４０、２４１を使用する。

【0049】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、又は５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つである、電磁源から直接得られる電磁波２４０を使用する。

【0050】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは６２０～７５０ｎｍの波長を有する赤色光波、又は５００～６２０ｎｍの波長を有する緑色光波、又は３５０～５００ｎｍの波長を有する青色光波のいずれか１つである偏光電磁波２４１を使用する。

【0051】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、互いに少なくとも１０ｎｍ異なる波長を生成する電磁源２１６、２１８を使用する。

【0052】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、１０～１，０００ｎｍの範囲で互いに異なる波長を生成する電磁源２１６、２１８を使用する。

【0053】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、互いに平行又はほぼ平行な電磁波２４０、２４１を生成する電磁源２１６、２１８を使用し、電磁源２１６、２１８は、レーザ、ダイオード、ＬＥＤ電球、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される。

【0054】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは、レンズ、ミラー、インテグレータロッド、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して、電磁波２４０、２４１をそれらが互いに平行になるように調整する電磁源２１６、２１８を使用する。

【0055】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、電磁源２１６、２１８から検出領域１１６までの距離が検出領域１１６の厚さの０～１，０００倍である電磁源２１６、２１８を使用する。

【0056】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、検出領域１１６から少なくとも５ｃｍ離れた電磁源２１６、２１８を使用する。

【0057】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは検出領域１１６から０～３０ｃｍ離れた電磁源２１６、２１８を使用する。

【0058】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、平行又はほぼ平行な電磁波を得るために、電磁源２１６、２１８から検出領域１１６までの距離が検出領域の厚さの３倍を超えている電磁源２１６、２１８を使用する。

【0059】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、電磁源２１６、２１８からの電磁波２４０、２４１を使用し、電磁波又はレンズ、ミラー、フィルタ、偏光子、プリズム、回折格子、スリット、若しくはそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的構成を使用して適切な波長を有するように調整される。

【0060】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、電磁波が透過して照射することを可能にする媒質流体１２２を使用する。

【0061】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、異なる種類の粒子又は流体を含む媒質流体１２２を使用する。

【0062】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有する媒質流体１２２を使用する。

【0063】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、検出領域１１６を流れるか又は検出領域１１６内に静止している媒質流体１２２を使用する。

【0064】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスにおける粒子１３２、１４２は、光吸収、光屈折、光反射、蛍光、光散乱、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される光学的特性を有する。

【0065】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスにおける粒子１３２、１４２は、１μｍから５ｍｍの範囲のサイズを有する。

【0066】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、透明材料若しくは半透明材料又はそれらの組み合わせのいずれか１つから得られる検出領域壁１５６を使用する。

【0067】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、好ましくは偏光軸歪み特性のない材料から得られる検出領域壁１５６を使用する。

【0068】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）若しくは電荷結合素子（ＣＣＤ）又はそれらの組み合わせのいずれか１つである２次元センサアレイ３１６を使用する。

【0069】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、媒質流体１２２を下から上の方向に送る少なくとも１つのポンプ４０２をさらに含む。

【0070】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、媒質流体１２２の流れ方向が検出領域１１６の前の位置で重力線と０～４５°の角度をなすように媒質流体１２２を送る少なくとも１つのポンプ４０２をさらに含む。

【0071】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関するデータをプロセッサ４００に送信して、粒子１３２、１４２を検出するために２次元センサアレイ３１６を使用する。

【0072】

本発明の好ましい実施形態では、２次元センサアレイ３１６から得られるデータは、電磁波３３６から得られるデータである。

【0073】

本発明の好ましい実施形態では、２次元センサアレイ３１６から得られるデータは、粒子１３２、１４２を検出するためにプロセッサ４００に送信される、形状、サイズ、強度、波長、偏光、又はそれらの組み合わせのいずれか１つに関するデータである。

【0074】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、データを分析することができる装置であり、その装置が、コンピュータ、携帯電話、クラウドコンピューティング、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、組み込みシステム、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、シングルボードコンピュータ、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上から選択される、プロセッサ４００を使用する。

【0075】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、プロセッサ４００を使用して、粒子の種類、量、体積、濃度、光学的特性、粒子１３２、１４２の相、又はそれらの組み合わせのいずれか１つ以上であるデータを処理し、報告する。

【0076】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、２次元センサアレイ３１６の動作及びＩＳＯと積分時間のパラメータを制御するセンサ制御ユニット４０１をさらに備える。

【0077】

本発明の好ましい実施形態では、粒子を検出するためのプロセスは、５００～５，０００，０００の範囲内の適切なＩＳＯ、及び１００～１０，０００μｓの範囲内の適切な積分時間を提供することによって、２次元センサアレイ３１６の動作及びパラメータを制御するセンサ制御ユニット４０１をさらに備える。

【0078】

本発明の好ましい実施形態では、センサ制御ユニット４０１は、プロセッサ４００と一体化されているか又はプロセッサ４００から分離されている。

【0079】

本発明をより良く理解するために、本発明の実施例を示すが、これらの実施例は、本発明の態様を単に例示するものであり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

【実施例1】

【0080】

［実施例１］－ 偏光及び光吸収特性を利用して粒子を検出するための装置
図１及び図２は、偏光及び光吸収特性を利用する、本発明による流体中の粒子を検出するための装置の図の実施例を示しており、媒質流体１２２は、検出領域１１６を流れるか又は検出領域１１６内に静止している。本発明による実施例は、好ましくは光波、特に緑色光波又は赤色光波のいずれか１つである電磁波を利用する。本発明によれば、非偏光平行緑色光波は電磁源２１８から照射され、赤色光波は電磁源２１６から照射される。当該電磁源２１６の前方には、第１の偏光シート２３６が提供されて、この実施例では偏光赤色光である偏光電磁波２４１を得る。本実施例の目的は、海水中のマイクロプラスチック及びプランクトンを検出すること、かつ、粒子を迅速に検出し、サイズに大きな差がある粒子を測定し、異なる偏光特性を有する粒子を分類することができる、流体中の粒子を検出するための入手可能な装置を製造することである。

【0081】

本発明による流体中の粒子を検出するための装置は、ポンプ４０２を使用して媒質流体１２２を送り、本実施例の場合、媒質流体１２２は粒子１３２、１４２を含む海水である。粒子１３２はマイクロプラスチック粒子を表し、粒子１４２はプランクトン粒子を表す。媒質流体１２２は、光透過特性を有し、偏光特性を有さない透明又は半透明の材料から得ることができる検出領域壁１５６を有する検出領域１１６に接続されたゴム管又はホースを介して流れる。

【0082】

本実施例による粒子を検出するための装置は、電磁源２１６、２１８を使用して、電磁波、好ましくは光波、特に緑色光波又は赤色光波のいずれか１つを生成する。本発明によれば、非偏光平行緑色光波が電磁源２１８から照射され、赤色光波が電磁源２１６から照射され、当該電磁源２１６の前面領域には、第１の偏光シート２３６が設けられることにより、本実施例では偏光赤色光である偏光電磁波２４１を得る。当該電磁源２１６、２１８は、当該検出領域１１６に向けて平行光波を生成する距離、好ましくは少なくとも５ｃｍの距離で、検出領域１１６から離れて配置されている。ＣＭＯＳ型である２次元センサアレイ３１６は、透過光、吸収光、又は偏光の変化を伴う光である電磁波３３６を検出するために使用される。当該センサ３１６は、電磁源２１６、２１８に対向して配置されている。第１の偏光シート２３６と９０°の角度をなす偏光軸を有する第２の偏光シート３２６が、赤色光の電磁源２１６の前に取り付けられている。そのため、この例では非偏光緑色光である、電磁源から直接得られる電磁波２４０のみが２次元センサアレイ３１６に到達することができ、偏光電磁波２４１又は偏光赤色光は第２の偏光シート３２６を通り抜けることができない。

【0083】

図３は、マイクロプラスチック粒子及びプランクトン粒子の検出試験結果を示す。プランクトン粒子１４２は、検出領域を通過する際、非偏光緑色光２４０を吸収し、その結果、緑色の背景上の２次元センサアレイ３１６にプランクトン１４２の影像が生じる。光の偏光を変化させることができるマイクロプラスチック粒子１３２は、検出領域１１６を通過し、赤色光の偏光軸の方向を変化させ、したがって、マイクロプラスチック粒子１３２は、第２の偏光シート３２６を通り抜け、非偏光緑色光２４０を吸収することができ、２次元センサアレイ３１６上にマイクロプラスチックの明るい赤色画像を生じさせる。次に、当該センサ３１６は、シングルボードコンピュータ、すなわち単一の回路基板に搭載されたコンピュータであるプロセッサ４００にデータを送信し、プランクトン濃度、マイクロプラスチック濃度、及び検出に使用された海水量という結果を報告する。

【0084】

データ分析は、２次元センサアレイ３１６を制御し、データを処理し、結果を報告するために、Ｐｙｔｈｏｎプログラミングを用いて行われる。プランクトン粒子１４２のみを検出する必要がある場合、又はマイクロプラスチック粒子１３２及びプランクトン粒子１４２を同時に検出する必要がある場合、データ分析は、実施例１と同じ方法で行うことができる。粒子の境界を定義した後、暗い影はプランクトン粒子１４２を表し、赤色はマイクロプラスチック粒子１３２を表す。

【0085】

マイクロプラスチック粒子１３２のみを検出する必要がある場合、データ処理の時間効率を高めるために、背景データを算出するための平均値を決定する前に、２次元センサアレイ３１６を使用して３０フレームを撮影することにより検出が行われる。それから、各フレームが撮影され、赤色ピクセルのあるフレームのみが処理のために選択される。処理のために選択されたフレームのデータは、次いで、背景データによって減算され、このデータは背景とは異なるデータとして参照される。マイクロプラスチックの境界は、最大値２５５の２５より高い値である、背景とは異なるデータを有する領域から定義される。定められた値よりも互いに近接している領域を単一の部分としてカウントすることで、誤差が低減される。定められた領域よりも小さい領域は除外される。検出された流体体積は、フレームごとの検出体積と、未処理のフレームを含む撮影フレーム数との乗算結果から算出される。フレームごとの検出体積は、光がそこを通り抜けて画像センサに当たる検出領域の体積から算出される。得られた結果は、その後処理される。

【0086】

［実施例２］－ ２次元センサアレイから得られたデータの処理
図４は、２次元センサアレイから得られたデータの処理例を示す。プロセッサ４００は、２次元センサアレイ３１６からデータを受信する。次に、偏光チャネル及び非偏光チャネルの分析が別々に行われる。データ処理は次の通りである。

【0087】

この場合、青色光である非偏光チャネルについては、検出対象の粒子１３２、１４２が存在しない場合の背景データを、少なくとも３０フレームから平均化し、その後、予め定められた時間で更新するか又はフレームごとに平均化かつ更新することによって算出する（指数加重移動平均に従って、以下の式に基づく）。
新しい背景データ＝（１－ｋ）古い背景データ＋ｋ処理済みフレーム
ここで、ｋ＝０．０３は、正確な背景データを得るために、最初の３０フレームのプランクトン数をカウントしない新しいフレームの重みである。３０フレーム後、センサからのデータが、背景データとの絶対差（整数）を算出するために取り込まれる。

【0088】

媒質流体が検出領域を流れる場合、処理のために選択されたフレームのデータは、背景データによって減算され、このデータは背景とは異なるデータとして参照される。粒子及び／又は流体の境界は、背景と異なるデータを有する領域から定義され、定められた値よりも互いに近接している領域を単一の部分として含み、定められた領域よりも小さい領域を除外する。粒子及び／又は流体の境界の形状及びサイズに関するデータ、並びに粒子及び／又は流体の当該境界の背景とは異なるデータの１つ以上が、指定されたデータベース又はモデルと比較されるために使用されて、粒子１３２、１４２及び／又は流体の種類を分類する。プロセッサ４００は、電磁波が通り抜ける検出領域の体積と、検出された電磁波として検出される粒子及び／又は媒質流体１２２ごとの電磁波の結果とを用いて、検出される媒質流体１２２の体積を算出する。得られた結果は、その後処理され、報告される。

【0089】

この場合、偏光軸歪み特性を有する粒子、例えばマイクロプラスチック粒子を分析するための緑色光である偏光チャネルについて、その処理は非偏光チャネルと同様に行われる。処理のために選択されたフレームのデータは、背景データによって減算される。処理から得られた画像は、粒子の周囲に緑色光を示している。これは、マイクロプラスチック粒子が偏光軸歪み特性を有するためである。

【0090】

いかなる改良又は変更も、添付の特許請求の範囲に示されている本発明の範囲及び趣旨の下で、当業者によって明確に理解され、実施され得る。
［本発明の最良実施形態］

【0091】

本発明の最良実施形態は、本発明の詳細な説明に記載されている通りである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】