JP2013170972A - 検出装置および検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑えつつ、蛍光を利用し、リアルタイムに、生物由来の粒子を、蛍光を発する埃から分離して検出することのできる検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置１００は、通気管２内の空気を加熱するための加熱部４と、通気管２の長手方向に、間に加熱部４を挟んで配置され、各々、発光素子および受光素子を含む第１検出部５Ａ，第２検出部５Ｂと、通気管に導入される空気中の粒子量を取得するための取得部と、検出部５Ａ，５Ｂおよび取得部と接続される測定部７２とを備える。測定部は、取得部で取得された通気管に導入される空気中の粒子量に基づいて、第１検出部および第２検出部を用いた第１の検出または第２検出部を用いた第２の検出のいずれを行なうかを判断する。
【選択図】図１

Description

この発明は検出装置および検出方法に関し、特に、空気中の生物由来の粒子を検出するための検出装置および検出方法に関する。

空気中の微生物を検出する方法として、たとえば特表２００８−５０８５２７号公報（以下、特許文献１）、特表２００９−５０１９０７号公報（以下、特許文献２）および特表２０１０−５１３８４７号公報（以下、特許文献３）には、微粒子からの蛍光と粒子サイズとから、生物由来の粒子とそれ以外の粒子とを分離して検出する方法が開示されている。

特表２００８−５０８５２７号公報 特表２００９−５０１９０７号公報 特表２０１０−５１３８４７号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示されている方法では、蛍光発光する埃と生物由来の粒子とが同じ粒子サイズであった場合、これらを正確に分離して検出できないという問題があった。

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、蛍光を利用し、リアルタイムに、生物由来の粒子を、蛍光を発する埃から分離して検出することのできる検出装置および検出方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、検出装置は空気中の生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、通気管内の空気を加熱するための加熱部と、加熱部を挟んで通気管の長手方向に配置された、各々、発光素子および受光素子を含む第１の検出部および第２の検出部と、通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果を入力するための入力部と、第１の検出部、第２の検出部、および入力部と接続され、通気管内の空気中の生物由来の粒子を検出するための測定部とを備える。受光素子はそれぞれ発光素子で照射されることで通気管内の空気中の生物由来の粒子より発せられる蛍光を受光し、測定部は、受光素子での受光量より得られる蛍光強度に基づいて通気管内の空気中の生物由来の粒子を検出し、入力部で入力された通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果に基づいて、第１の検出部および第２の検出部を用いた第１の検出または第２の検出部を用いた第２の検出のいずれを行なうかを判断する。

好ましくは、第１の検出は第１の検出部に含まれる受光素子での受光量に基づく蛍光強度と第２の検出部に含まれる受光素子での受光量に基づく蛍光強度とを比較することで空気中の粒子が生物由来の粒子であるか否かを判別して検出し、第２の検出は第２の検出部に含まれる受光素子での受光量に基づく蛍光強度と予め規定されたしきい値とを比較することで空気中の粒子が生物由来の粒子であるか否かを判別して検出する。

好ましくは、測定部は、第１の検出部および第２の検出部それぞれでの蛍光の検出タイミングを計時するための計時手段を含み、測定部は、第１の検出を行なうと判断した場合に計時手段を用い、第２の検出を行なうと判断した場合に計時手段を用いない。

より好ましくは、計時手段は高周波クロック発生手段を含む。
好ましくは、測定部は、通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果が予め記憶している基準値よりも高い場合は第１の検出を行ない、基準値よりも低い場合には第２の検出を行なうと判断する。

好ましくは、入力部は、通気管に導入される空気中の粒子量をセンシングするためのセンサと通信することで、当該センサでの通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果の入力を受け付ける。

好ましくは、検出装置は通気管に導入される空気中の粒子量をセンシングするためのセンサをさらに含み、入力部はセンサに接続されて、当該センサでの通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果の入力を受け付ける。

好ましくは、発光素子は、青色光または紫外光の波長の光を照射する。
本発明の他の局面に従うと、検出方法は空気中の生物由来の粒子を検出する方法であって、空気中の粒子量を測定するステップと、空気中の粒子量の測定結果に基づいて、第１の検出と第２の検出とのいずれを行なうかを判断するステップとを備える。第１の検出は、空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、空気中の粒子を加熱するステップと、加熱された空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、加熱前の蛍光の強度および加熱後の蛍光の強度に基づいて空気中の生物由来の粒子を検出するステップとを含む。第２の検出は、空気中の粒子を加熱するステップと、加熱された空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、加熱後の蛍光の強度に基づいて空気中の生物由来の粒子を検出するステップとを含む。

この発明によると、消費電力を抑えつつ、蛍光を利用して、リアルタイムに、生物由来の粒子を蛍光を発する埃から分離して、高精度で検出することができる。

実施の形態にかかる検出装置の装置構成の具体例を示すブロック図である。 検出装置の加熱部の構成の例を表わす概略図である。 検出装置の加熱部の構成の例を表わす概略図である。 検出装置の検出部の構成の具体例を表わした図である。 検出装置の冷却部の構成の一例を表わした図である。 埃センサの構成の構成の一例を表わした図である。 加熱温度ごとの、加熱前の生物由来の粒子からの蛍光強度に対する加熱後の蛍光強度の比率を表わした図である。 検出装置の機能構成の具体例を示すブロック図である。 検出装置の機能構成のうちの、制御部の詳細を示すブロック図である。 検出装置での動作の流れを表わすフローチャートである。 第１の検出動作の流れを表わすフローチャートである。 第２の検出動作の流れを表わすフローチャートである。

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。

＜装置構成＞
図１は、本実施の形態にかかる検出装置１００の装置構成の具体例を示すブロック図である。

図１を参照して、検出装置１００は、通気孔１１Ａ，１１Ｂを有し、各装置が収められたシャーシ１と、上記各装置に接続された制御装置７とを含む。

シャーシ１の内部には、通気孔１１Ａ，１１Ｂを両端とした通気管２が設けられている。通気管２を抜ける流路のいずれかの位置に、空気導入機構３が設けられている。空気導入機構３は、たとえばファンやポンプなどの上記流路で気流を発生させることで、通気管２内にシャーシ１外の空気を導入するために用いられる。

当該図１の例では、空気導入機構３はシャーシ１の外部であって、通気孔１１Ｂ近傍に設けられる例が表わされている。空気導入機構３はシャーシ１内に設けられてもよい。

図１の例の場合、空気導入機構３は矢印Ａで表わされる向きの気流を発生させる。これにより、通気管２に通気孔１１Ａから外部空気を導入し、通気孔１１Ｂに向かう方向の流路を生じさせる。以降の説明では、通気管２内に図１に表わされた方向の気流が発生しているものとする。そして、以降の説明では、通気管２の通気孔１１Ａ側を上流側、通気孔１１Ｂを下流側とも称する。また、通気管２の通気孔１１Ａから通気孔１１Ｂへ向かう方向または通気孔１１Ｂから通気孔１１Ａへ向かう方向は、通気管２の長手方向に相当する。

シャーシ１の形状は、一例として直方体が挙げられる。そのサイズとしては、各辺の長さが１０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のものが挙げられる。もちろん、他の形状であってもよい。

通気管２の断面は、円形、長方形、正方形など、いかなる形状であってもよい。一例としてその断面が円形であるとすると、そのサイズとしては、直径が１ｍｍ〜５０ｍｍ程度のものが挙げられる。

シャーシ１内には、通気管２内の空気を加熱するための機構である加熱部４が設けられる。その構成の具体例は後述する。

シャーシ１内には、さらに、加熱部４を挟んで上流側および下流側に、それぞれ、通気管２内の空気中の粒子から生物由来の粒子を検出するための機構である第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂが設けられる。その構成の具体例および検出原理については後述する。

シャーシ１内の第１検出部５Ａよりもさらに上流側に、埃センサ８が設けられる。埃センサ８は通気管２内の空気中の埃や煙粒子などの粒子をセンシングする。その構成の具体例および検出原理については後述する。

なお、図１に表わされたように、加熱部４と、その下流側に設けられた第２検出部５Ｂとの間に、加熱部４で加熱された空気を冷却するための機構である冷却部６が設けられてもよい。

制御装置７は、その内部に、第１検出部５Ａと電気的に接続されて、第１検出部５Ａからの検出信号を処理するための第１信号処理部７１Ａと、第２検出部５Ｂと電気的に接続されて、第２検出部５Ｂからの検出信号を処理するための第２信号処理部７１Ｂと、各検出信号に基づいて生物由来の粒子を検出する処理および各装置を制御する処理を行なうための測定部７２とを含む。

また、検出結果などを出力するための表示パネル７３と、操作指示を受け付けるためのスイッチ７４と、記録媒体を装着したり、他の装置と通信したりするための通信部７５とをさらに含む。表示パネル７３に替えて、または加えて、音声出力用のスピーカやランプなどが設けられていてもよい。

（加熱部の構成）
加熱部４は、通気管２内の空気およびその空気中の粒子を加熱するための構成であればどのような構成であってもよい。図２は、加熱部４の構成の例を表わす概略図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、いずれも、加熱部４を通気管２の断面を含む面で切断した状態を表わした図である。

図２（Ａ）を参照して、第１の例として、加熱部４は、通気管２の周囲を覆うヒータ４１と、ヒータ４１の外周を覆う断熱材４２と、ヒータ４１と通気管２との間に設けられた、銅など熱伝導部材４３とを含む。

図２（Ｂ）を参照して、第２の例として、加熱部４は、通気管２内に設置されたヒータ４１と、通気管２の外周を覆う断熱材４２とを含む。

なお、好ましくは、加熱部４において通気管２が、ヒータ４１の面積を増加させるような構成であってよい。その一例として、加熱部４において、図３に表わされたように通気管２が蛇行した形状であってもよいし、他の例として螺旋形状等であってもよい。また、その断面が他の部位よりも大きい形状であってもよい。このような形状とすることで、ヒータ４１での加熱効率を向上させることができる。

また、好ましくは、加熱部４は通気管２内に設置された温度センサをさらに含み、測定部７２に含まれる後述する制御部で所定の温度範囲となるようヒータ４１の加熱が制御されてもよい。

ヒータ４１での加熱は、通気管２内の空気中の粒子が１００℃〜３５０℃となるような熱量とする。好ましくは、１５０℃〜２００℃となるよう加熱する。

（検出部の構成）
第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂは同じ構成であってよく、これらを代表させて検出部５とも称する。

図４は、検出部５の構成の具体例を表わした図である。
図４を参照して、検出部５は、半導体レーザ、やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成される発光素子５１と、フォトディテクタ等の受光素子５２と、発光素子５１からの照射光を平行光また所定幅の光とするためのレンズ群５３と、受光素子５２に集光するためのレンズ群５４と、発光素子５１からの照射光が受光素子５２に入り込むのを防ぐための光学フィルタ（または光学フィルタ群）５５とを含む。

発光素子５１は、その照射角度が通気管２に対して所定角度となるように設置され、レンズ群５３が発光素子５１と通気管２との間の、平行光または所定幅の光となった照射光が通気管２に達する位置に設置される。

受光素子５２は、通気管２を挟んで発光素子５１と反対側であって、少なくともその照射方向とは異なる位置に、通気管２との間にレンズ群５４および光学フィルタ５５を挟んで設置される。

発光素子５１は、空気中の生物由来の粒子を励起して蛍光を発させる波長の光として、たとえば青色または紫外光を照射する。好ましくは、微生物中に含まれ、蛍光を発するトリプトファン、ＮａＤＨ、リボフラビン等が効率よく励起される３００ｎｍ〜４５０ｎｍの光を照射する。

通気管２は、少なくとも検出部５の位置において透明またはそれに近い透過度の部材で構成されてもよい。これにより、発光素子５１からの照射光の一部は通気管２の壁面で反射したり、通気管２を通過したりするものの、照射光の多くは通気管２内に達し、通気管２内の空気中の粒子に照射される。

他の例としては、通気管２の、発光素子５１からの光が照射される部分を含む一部に、反射膜が設けられてもよい。この構成の場合、受光素子５２およびレンズ群やフィルタを、発光素子５１から照射されて反射膜により反射する光を取り込まず、かつ、空気中の粒子からの蛍光のうちの、通気管２の透明な部分を透過する蛍光および反射膜で反射した蛍光の両方を取り込む位置に配置することで、より多くの蛍光が受光できて、高い信号量が得られるという利点が生じる。

発光素子５１からの青色または紫外の照射光が通気管２内で形成する照射領域に空気中の粒子が達すると、その粒子が花粉、ダニの死骸、細菌やカビ菌などの生物由来の粒子である場合には、緑色の蛍光を発光する。この蛍光は通気管２外に放出される。

受光素子５２は、空気中の粒子から発せられ、通気管２外に放出された蛍光を受光する。その受光量に応じた検出信号は第１信号処理部７１Ａまたは第２信号処理部７１Ｂに入力される。

光学フィルタ５５は、この照射光の波長域の光を遮断して、当該波長より長波長側の光を透過させる。これにより、発光素子５１からの照射光の一部が受光素子５２に迷光として入り込むことが防がれる。

好ましくは、図４に表わされたように、通気管２の、発光素子５１からの光が照射される部分は、その断面が他の部分の断面よりも小さく構成される。すなわち、断面が円形である場合には、その直径が他の部分の直径よりも小さく構成される。より好ましくは、照射領域に粒子が１個ずつ通過する程度の断面（直径）に構成される。また、この場合、そのように通過するような流量としてもよい。

（冷却部の構成）
先述のように、冷却部６は検出装置１００に必須の構成でなく、必要に応じて設けられてよい。図５は、冷却部６の構成の一例を表わした図である。図５（Ａ）は冷却部６を通気管２の断面を含む面で切断した状態を表わした図であり、図５（Ｂ）は冷却部６を通気管２内の気流方向に切断した状態を表わした図である。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、冷却部６は、通気管２を包含する冷却管６１を含み、冷却管６１の一端が空気導入機構３に接続されている。

図５（Ｂ）を参照して、冷却管６１には複数の通気孔６１Ａが設けられており、空気導入機構３によって図５（Ｂ）に矢印で表わされたように通気孔６１Ａから外気が冷却管６１内に流入し、冷却管６１内を流れる。これにより、加熱部４で熱せられた通気管２内の空気が冷却される。

なお、冷却部６は図５の構成に限定されず、通気管２内の空気を冷却できるものであれば、たとえば、ペルチェ素子など従来提案されている冷却技術を用いてもよい。

（埃センサの構成）
埃センサ８の構成は、たとえば、特開平１１−９４７４１号公報や特開２０００−３５６５８３号公報などに開示されている従来の構成を採用することができる。

図６は、埃センサ８の構成として、従来の埃センサを採用した場合の構成の具体例を表わした図である。

図６（Ａ）を参照して、埃センサ８は通気孔が設けられた耐ノイズ性を高めるために導電性樹脂製のケース８１０を有して、その通気孔が上流側を向くように配置される。

図６（Ｂ）を参照して、埃センサ８のケース８１０内には発光素子８１１および受光素子８１３が含まれている。発光素子８１１の前面には、その出力パルス光のビーム径を絞るための集光レンズ８２１と、不要光を遮断するためのスリット８２２とが配置されている。また、受光素子８１３の前面にも同様に集光レンズ８２３とスリット８２４とが配置されている。発光素子８１１の駆動回路（不図示）に測定部７２からパルス信号が供給され、これにより発光素子８１１がパルス周期Ｔ・パルス幅Ｐｗのパルス光を出力し、その出力パルス光が検出領域Ａに照射される。このパルス光の照射により、検出領域Ａから発生する反射光つまり埃や煙粒子などの空気中の粒子で反射された反射パルス光が受光素子８１３で検出される。

受光素子８１３は図示しない処理部を介して測定部７２に電気的に接続されて、受光素子８１３での受光量に応じた検出信号は測定部７２に入力される。測定部７２の後述する制御部２１では、受光素子８１３からの検出信号を発光素子８１１での照射光のパルス周期Ｔと同期したタイミングで採り込み、その採取した信号のレベル（パルス波高値）と予め記憶している基準レベルとを比較することで被検出物である埃や煙などの空気中の粒子の有無を判定する。また、埃や煙が存在する場合、受光素子８１３からの検出信号に基づいて粒子の濃度を測定する。なお、濃度測定は、受光素子８１３の検出信号のレベルが埃や煙粒子の反射光量に比例し、それらの濃度が高いほど大きくなる点を利用する。

なお、図１ではシャーシ１内に埃センサ８が設けられる例が示されているが、埃センサ８を搭載した検出装置が当該検出装置１００とは別に設けられて、その検出装置と当該検出装置１００とが通信することで埃センサ８での検出結果として空気中の粒子の濃度が当該検出装置１００に入力されるようにしてもよい。

また、図１のようにシャーシ１内に埃センサ８が設けられる場合、さらに、埃センサ８と第１検出部５Ａとの間に、生物由来の粒子の種類を分別するための装置が設けられてもよい。この場合、たとえば、ダニの死骸や花粉から分離してそれらよりも粒子サイズの小さい微生物を検出したい場合には、粒子サイズにより分別する装置であるサイクロン、インパクタ、またはバーチャルインパクタなどを用いて、微生物よりも粒子サイズの大きな花粉やダニの死骸を除去することができる。

＜検出原理＞
検出装置１００では、第１の検出として、加熱前後の粒子からの蛍光強度を比較することで、当該粒子が生物由来の粒子であるか蛍光発光埃であるかを判別し、生物由来の粒子と判別された粒子を検出する。また、第２の検出として、加熱後の粒子からの蛍光強度に基づいて、当該粒子が生物由来の粒子であるか蛍光発光埃であるかを判別し、生物由来の粒子と判別された粒子を検出する。

図７は、加熱温度ごとの、加熱前の生物由来の粒子からの蛍光強度に対する加熱後の蛍光強度の比率を表わした図である。

図７を参照して、加熱温度を１５０℃とすると、加熱後の生物由来の粒子からの蛍光強度は加熱前の蛍光強度の約２０倍となる。加熱温度を２００℃とすると、加熱後の生物由来の粒子からの蛍光強度は加熱前の蛍光強度の約５０倍となる。つまり、粒子が生物由来のものである場合、加熱温度を１５０℃から２００℃に増加させることで、加熱後の蛍光強度の増加率が約２０倍から５０倍に増加する。

他方、蛍光埃ではこのような増加は生じない。
検出装置１００ではこの現象を利用して、第１の検出においては、同一粒子について、加熱前の蛍光強度と加熱後の蛍光強度とを比較し、この差分が所定の値であるしきい値よりも大きい場合には当該粒子が生物由来の粒子と判別する。つまり、第１検出部５Ａで検出された加熱前の蛍光強度と第２検出部５Ｂで検出された加熱前の蛍光強度との差分と上記しきい値とを用いて、検出された蛍光が生物由来の粒子からのものであるか否かを判断することで、対象の粒子が生物由来のものであるか否かを判別する。

なお、加熱前後での蛍光強度の比較は、同一の粒子で行なう必要がある。そこで、検出装置１００は、一例として、第１検出部５Ａで蛍光が検出された時刻から、当該粒子が第２検出部５Ｂに到達するまでの時間を用いるものがある。第１検出部５Ａから第２検出部５Ｂまでの粒子の移動時間は、空気の流速と移動距離、つまり第１検出部５Ａから第２検出部５Ｂまでの距離とから計算できる。

この方法を用いる場合、検出装置１００では計時用のクロックを用いて各検出部での検出時刻を取得して、検出値と関連付けて記憶しておく。そして、粒子の移動時間、すなわち検出部５間の距離を空気の流速で除して得られる時間間隔を有した第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂそれぞれの検出値を対応するものとして特定し、これら検出値である蛍光強度の差分を用いて、生物由来の粒子から発せられた蛍光であるか否か、つまり、生物由来の粒子であるか否かを判別する。

なお、装置の設計によっては、通気管２の形状、加熱工程などで、粒子の移動時間が上記計算値からずれる可能性も考えられるため、他の例として、実験的に測定した値を粒子の移動時間として用いるようにしてもよい。

また、移動時間の変化の幅も実験的に得、第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂそれぞれの検出値の組み合わせを特定する際に、実験的に得られた移動時間およびその変化幅内の時間間隔を有した検出値の組み合わせを特定して用いるようにしてもよい。

また、検出装置１００で第２の検出においては、加熱後の粒子からの蛍光強度と予め規定しているしきい値とを比較し、しきい値よりも蛍光強度が大きいものを生物由来の粒子と判別する。これは、加熱することで当該粒子が生物由来の粒子である場合には蛍光強度が大幅に増加することに対して、蛍光埃にはこのような変化が生じないことから、その差異の顕著な蛍光強度をしきい値として用いることでこれらを判別可能としたものである。

検出装置１００では、生物由来の粒子からの蛍光が検出されるとその旨を検出結果として出力するようにしてもよい。これは、たとえばランプを点灯させたり、電子音を発したりする出力が該当する。

他の例として、予め規定された時間、生物由来の粒子の検出数をカウントし、そのカウント値を検出結果として出力するようにしてもよい。これは、ディスプレイなどの表示装置を含んで、または表示装置に対して、検出された個数を表示させるなどの出力が該当する。

また、当該検出装置１００に導入される空気量で除すことで生物由来の粒子の濃度を算出し、その結果を検出結果として出力するようにしてもよい。たとえばＴ秒間にＮ個の生物由来の粒子が検出された場合、通気管２を１秒当たりに流れる空気の流量をＶｍ³とすると、Ｔ×Ｖｍ³当たりにＮ個の生物由来の粒子が検出されたことになり、空気中の生物由来の粒子濃度はＮ／（Ｔ×Ｖ）［個／ｍ³］と計算される。

なお、第１の検出および第２の検出で生物由来の粒子からの蛍光であるか否かを判別するために基準値として用いられる上記しきい値は、実験的に得ることができる。一例として、検出対象とする生物由来の粒子を規定容量（たとえば１ｍ³）のチャンバ内に所望の最小濃度だけ分散させて加熱前後または加熱後の蛍光強度を測定することで得ることができる。

＜機能構成＞
図８は、上記原理を利用して空気中の生物由来の粒子を検出するための検出装置１００の機能構成の具体例を示すブロック図である。図８では、第１信号処理部７１Ａおよび第２信号処理部７１Ｂ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、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）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、測定部７２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。

なお、第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂの構成は同一の構成とすることができるため、図８においては第２検出部５Ｂの構成が省略されている。同様に、第２信号処理部７１Ｂの構成も第１信号処理部７１Ａと同一の構成とすることができるため、図８において省略されている。

図８を参照して、第１信号処理部７１Ａは、第１検出部５Ａの受光素子５２に接続される電流−電圧変換回路１１と、電流−電圧変換回路１１に接続される増幅回路１２とを含む。第２信号処理部７１Ｂも、第２検出部５Ｂの受光素子に接続される同様の構成を含む。

測定部７２は、制御部２１、記憶部２２、およびクロック発生部２３を含む。さらに、測定部７２は、スイッチ７４の操作に伴ったスイッチ７４からの入力信号を受け付けるための入力部２４と、表示パネル７３に検出結果等を表示させる処理を実行するための表示部２５と、通信部７５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２６と、空気導入機構３および加熱部４を駆動させるための駆動部２８とを含む。入力部２４は入力信号を制御部２１に対して出力する。

通気管２内の空気に対して発光素子５１から照射されることで、照射領域にある生物由来の粒子からの蛍光が、受光素子５２で受光される。受光素子５２からの受光量に応じた電流信号は電流−電圧変換回路１１に入力される。

電流−電圧変換回路１１は、受光素子５２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１２で予め設定した増幅率に増幅され、測定部７２に対して出力される。測定部７２の制御部２１は電圧値Ｅｈの入力を受け付けて、順次、記憶部２２に記憶させる。

クロック発生部２３は制御部２１からの制御信号に従ってクロック信号を発生させ、制御部２１に対して出力する。制御部２１は、上記第１の検出の際には電圧値Ｅｈを記憶部２２に記憶させる際に、蛍光強度が測定された時刻をクロック信号から得て、当該時刻と関連付けて記憶部２２に記憶させる。

制御部２１は発光素子５１および受光素子５２と電気的に接続され、それらのＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、クロック発生部２３のＯＮ／ＯＦＦも制御する。

制御部２１は入力部２４からの入力信号に基づいて検出動作を開始し、駆動部２８に対して制御信号を出力する。駆動部２８はこの制御信号に従って空気導入機構３を駆動させる。これにより、通気管２内に外気が導入される。

また、駆動部２８はこの制御信号に従って加熱部４での加熱を開始させる。なお、加熱部４に上記温度センサが含まれる場合、温度センサは制御部２１に電気的に接続されて、センサ信号が制御部２１に入力される。制御部２１は、加熱部４が所定温度となるまで加熱する。そして、所定温度に達すると発光素子５１および受光素子５２をＯＮする。これにより、通気管２内の空気が所定温度に加熱されることになった時点で、その加熱前後の蛍光強度の測定が開始される。

図９は、制御部２１の構成の具体例を示すブロック図である。
図９を参照して、制御部２１は、判別部２１１、計算部２１２、濃度算出部２１３、および判断部２１４を含む。

判別部２１１は、記憶部２２に記憶された電圧値Ｅｈを用いて検出部５を通過した粒子について生物由来のものであるか否かを判別する。また、計算部２１２は、その判別結果に基づいて所定時間の粒子量をカウントし、その濃度等の粒子量を算出する。

濃度算出部２１３は、埃センサ８からの検出信号を受け付ける。つまり、濃度算出部２１３は、埃センサ８からの検出信号の入力部として機能する。そして、濃度算出部２１３は、予め記憶している基準レベルと検出信号のレベルとを比較することで通気管２内の空気中の粒子の濃度を算出する。なお、埃センサ８が他の検出装置に備えられるものであって、当該他の検出装置と通信可能である場合には、制御部２１には濃度算出部２１３に替えて、当該通信を行なって上記検出装置から空気中の粒子の濃度を検出結果として入力するための入力部が含まれる。

判断部２１４は、予め基準値を記憶しておき、濃度算出部２１３で算出された（または濃度算出部２１３に替わる取得部で取得された）通気管２内の空気中の粒子の濃度と当該基準値とを比較して、上記第１の検出を行なうか上記第２の検出を行なうかを判断して、それぞれの検出応じた制御信号を出力する。

すなわち、判断部２１４は、通気管２内の空気中の粒子の濃度が基準値よりも高い場合には上記第１の検出を行なうと判断し、加熱部４および空気導入機構３を駆動させるための制御信号を駆動部２８に対して出力すると共に、クロック発生部２３に高周波クロックの発生を開始させるための制御信号を出力する。また、加熱前の粒子からの蛍光を検出させるために、第１検出部５Ａの発光素子５１および受光素子５２も第２検出部５Ｂのそれらと同様にＯＮさせる。第１の検出では加熱前後で、同一の粒子からの蛍光値を比較する。そこで、第１検出部５Ａから第２検出部５Ｂまでの粒子の移動時間を正確に測定するために、クロック発生部２３に高周波のクロックを発生させてそれを利用する。

一方、判断部２１４は、通気管２内の空気中の粒子の濃度が基準値よりも高い場合には上記第２１の検出を行なうと判断し、加熱部４および空気導入機構３を駆動させるための制御信号を駆動部２８に対して出力するものの、クロック発生部２３に高周波クロックの発生は開始させない。また、加熱前の粒子からの蛍光は検出させずに加熱後のみ検出させるために、第１検出部５Ａの発光素子５１および受光素子５２はＯＦＦさせ、第２検出部５ＢのそれらをＯＮさせる。

判断部２１４での判断に用いられる上記基準値は、実験的に求められる。たとえば、予め第２の検出を応用して、通気管２内の生物由来の粒子だけでなく蛍光埃の量も測定しておき、蛍光埃の量と埃センサ８の検出信号から得られる濃度値との間の相関を調べ、埃濃度の基準値を定めるようにしてもよい。蛍光埃の量としては、通常の環境下での生物由来の粒子の濃度が１ｍ³当たり１０００個〜１００００個であるので、たとえば１ｍ³当たり１００個として、それに対応した、それら蛍光埃を含む全埃濃度を基準値としてもよい。なお、判断部２１４での判断に用いられる上記基準値は検出対象とする生物由来の粒子の種類や通気管２に導入される空気（環境）にも依存するので、検出の都度、これらに応じて適切な方法で決定するようにしてもよい。

判別結果や算出された粒子量は、表示部２５において表示パネル７３で表示するための処理が行なわれる。また、外部接続部２６で記録媒体や外部装置に送信するための処理がなされてもよい。

＜動作フロー＞
図１０は、検出装置１００での動作の流れを表わすフローチャートである。図１０のフローチャートに表わされた動作は、スイッチ７４に含まれる図示しない検出開始ボタンがＯＮされ、その信号が制御部２１に入力されることによって開始される。この動作は、測定部７２の制御部２１に含まれる図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されるプログラムを読み出して実行し、図８および図９に示される機能を発揮させることで実現される。

図１０を参照して、検出動作が開始すると、ステップＳ１００で制御部２１は埃センサ８の駆動を開始させる。そして、ステップＳ１０１で制御部２１は空気導入機構３の駆動を開始させる。これにより、通気管２内に外気の導入が開始され、導入される空気中の埃等の濃度が検出される。

次に、ステップＳ１０３で制御部２１は、加熱部４のヒータ４１の動作を開始させ、加熱部４に温度センサが含まれる場合、ステップＳ１０５でさらにその作動を開始させる。これにより、通気管２内の空気への加熱が開始し、その温度が監視される。

加熱部４の温度が予め規定した所定温度に達したことが検出されると（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０９で制御部２１は、埃センサ８からの検出信号に基づいて通気管２内の空気中の埃等の粒子の濃度を算出する。そして、その濃度を予め記憶している基準値と比較し（ステップＳ１１１）、以降、第１の検出動作（ステップＳ１１３）を行なうか第２の検出動作（ステップＳ１１５）を行なうかを判断する。

すなわち、通気管２内の空気中の埃等の粒子の濃度が予め記憶している基準値よりも高い場合には（ステップＳ１１１でＹＥＳ）制御部２１は第１の検出動作を実行し（ステップＳ１１３）、上記基準値よりも低い場合には（ステップＳ１１１でＮＯ）第２の検出動作を実行する（ステップＳ１１５）。

なお、第１の検出動作を実行するか第２の検出動作を行なうかの判断は、加熱部４の温度が予め規定した所定温度に達するよりも以前になされてもよい。この場合、制御部２１は、第１の検出動作または第２の検出動作を加熱部４の温度が予め規定した所定温度に達してから行なえばよい。また、加熱部４に温度センサが含まれていない場合には、制御部２１は、上記ステップＳ１０５での加熱開始から予め規定した時間が経過した時点で第１の検出動作または第２の検出動作を開始するようにしてよい。

制御部２１は、予め規定された時間、またはスイッチ７４で指定された時間、導入された空気からの蛍光強度の測定を継続する。そして、測定の開始から所定時間が経過したことが検出されると（ステップＳ１１７でＹＥＳ）、ステップＳ１１９で制御部２１は、第１の検出動作または第２の検出動作で得られた後述する生物由来の粒子数を表わすカウント数を上記所定時間に導入された空気量で除すことで生物由来の粒子の濃度を計算し、ステップＳ１２１でその結果を検出結果として表示パネル７３に表示する。

なお、検出結果は生物由来の粒子の濃度でなく、第１の検出動作または第２の検出動作での、生物由来の粒子であるか否かの判別結果であってもよい。すなわち、この場合、上記ステップＳ１１９以降の動作を行なわず、第１の検出動作または第２の検出動作での生物由来の粒子であるか否かの判別の後に、その判別結果に応じた音を発する、または色のランプを点灯させる、などで検出結果を出力してもよい。

図１１は、上記ステップＳ１１３での第１の検出動作の具体的な流れを表わすフローチャートである。

図１１を参照して、制御部２１は第１の検出動作を実行すると判断すると、ステップＳ２０１でクロック発生部２３に制御信号を出力して、高周波クロックの発生を開始させる。また、ステップＳ２０３，Ｓ２０５で制御部２１は、第１検出部５Ａおよび第２検出部５Ｂそれぞれの発光素子５１および受光素子５２をＯＮする。これにより、加熱部４の温度が予め規定した所定温度に達した時点で、後述する蛍光強度の検出が開始される。

発光素子５１および受光素子５２がＯＮされると、ステップＳ２０７で制御部２１は第１検出部５Ａでの蛍光検出値から蛍光強度を測定し、ステップＳ２０９でその測定値をクロック発生部２３より得られる検出時刻（クロックマーカ）と関連付けて記憶する。

次に、ステップＳ２１１で制御部２１は第２検出部５Ｂでの蛍光検出値からも蛍光強度を測定し、ステップＳ２１３でその測定値を検出時刻と関連付けて記憶する。

第２検出部５Ｂでの蛍光強度Ｆ２が測定されると、ステップＳ２１５で制御部２１は、その検出時刻より第１検出部５Ａから第２検出部５Ｂまでの粒子の移動時間分だけ以前の検出時刻の、第１検出部５Ａの蛍光検出値から測定された蛍光強度Ｆ１を記憶部２２から読み出す。そして、これら蛍光強度Ｆ１，Ｆ２の差分△Ｆ（＝Ｆ２−Ｆ１）を算出する。

この差分△Ｆが予め規定された基準値（しきい値）よりも大なる場合（ステップＳ２１７でＹＥＳ）、ステップＳ２１９で制御部２１は、これら蛍光を発した粒子が生物由来の粒子であると判別し、ステップＳ２２１で粒子数のカウントに１加算する。

一方、上記差分△Ｆが予め規定された基準値を超えない場合には（ステップＳ２１７でＮＯ）、ステップＳ２２３で制御部２１は、これら蛍光を発した粒子が生物由来の粒子ではないと判別する。この場合、上記カウントを加算しない。

制御部２１は以上で第１の検出動作を終了して、動作を図１０のステップＳ１１７に戻す。

図１２は、上記ステップＳ１１５での第２の検出動作の具体的な流れを表わすフローチャートである。

図１２を参照して、制御部２１は第２の検出動作を実行すると判断したときには、クロック発生部２３で高周波クロックを発生させない。そのため、ここですでにクロック発生部２３が高周波クロックを発生させていた場合には、ステップＳ３０１でクロック発生部２３に制御信号を出力して、高周波クロックの発生を終了させる。

また、ステップＳ３０３，Ｓ３０５で制御部２１は、第２検出部５Ｂの発光素子５１および受光素子５２をＯＮする。ここでも、同様に、第１検出部５Ａの発光素子５１および受光素子５２がすでにＯＮしていた場合には、ここでこれらをＯＦＦする。

第２検出部５Ｂの発光素子５１および受光素子５２がＯＮされると、ステップＳ３０７で制御部２１は第２検出部５Ｂでの蛍光検出値から蛍光強度Ｆ２を測定する。すなわち、加熱後の粒子からの蛍光強度Ｆ２を測定する。

そして制御部２１は、上記ステップＳ３０７で測定された蛍光強度Ｆ２を、予め記憶している、生物由来の粒子からの蛍光強度であるかそうでない粒子からの蛍光強度であるかを判別するために用いられるしきい値と比較する。

なお、制御部２１は、上記ステップＳ３０７で蛍光強度Ｆ２が測定されると、順次、記憶部２２に記憶し、所定時間の後、測定値を記憶部２２から読み出して以降の処理を行なうようにしてもよい。

このステップＳ３０７での蛍光強度Ｆ２が予め規定されたしきい値よりも大なる場合（ステップＳ３０９でＹＥＳ）、ステップＳ３１１で制御部２１は、この蛍光を発した粒子が生物由来の粒子であると判別し、ステップＳ３１３で粒子数のカウントに１加算する。

一方、蛍光強度Ｆ２が予め規定されたしきい値を超えない場合には（ステップＳ３０９でＮＯ）、ステップＳ３１５で制御部２１は、この蛍光を発した粒子が生物由来の粒子ではないと判別する。この場合、上記カウントを加算しない。

制御部２１は以上で第２の検出動作を終了して、動作を図１０のステップＳ１１７に戻す。

＜実施の形態の効果＞
検出装置１００を用いることで、空気中の粒子をリアルタイムで生物由来の粒子か否かを判別することができ、蛍光を発する生物由来でない粒子から分離して検出することができる。

また、検出装置１００では、加熱前後の蛍光強度の変化が基準値以上であるものを生物由来の粒子と判別するため、高精度で生物由来の粒子を検出することができる。

たとえば、バイオテロ対策や薬剤工場などで当該検出装置１００を応用する場合、生物由来の粒子の濃度が所定の濃度を超えた場合に警報を出すようにしてもよい。検出装置１００では、感度が高く、かつ、生物由来の粒子と蛍光埃とをリアルタイムで分離可能であるため、所定の濃度付近や多量の蛍光埃が生じた場合であっても誤動作を防止でき、このような環境においても好適に用いることができる。

さらに検出装置１００では、埃センサ８での検出結果に応じて第１の検出動作と第２の検出動作とが切り替えられる。すなわち、埃センサ８で検出された空気中の粒子の濃度値が基準値よりも大きい場合は通気管２内の空気に蛍光埃が多く存在する可能性が高いので、加熱前後の蛍光量の差分としきい値とを比較してより正確に生物由来の粒子と蛍光発光埃との分離が行なわれる。この時、加熱前後で、同一の粒子からの蛍光強度を比較するために、高周波のクロックを利用して第１検出部５Ａから第２検出部５Ｂまでの粒子の移動時間が正確に測定される。

一般的に、クロック用の信号はマイコンのクロックを分周して、低周波数にして用いられる。クロックを発生させるための消費電力は、一般的に、周波数が高くなるほど大きくなる。そのため、検出動作のたびに第１の検出動作が行なわれると、高周波クロック発生のための消費電力が高くなることになる。

そこで、検出装置１００では、埃センサ８で検出された粒子の濃度値が基準値よりも小さい場合には高周波クロックを用いない第２の検出動作を行なう。これは、通気管２内の蛍光埃の量が少ない可能性が高いので、加熱後の蛍光値のみを測定するとしても検出精度を担保できるという思想に基づくものである。

このように検出動作を切り替えることで高周波クロックのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることになり、常に高周波クロックを用いる第１の検出動作のみを行なう場合に比べて消費電力を大幅に低減することができる。つまり、検出装置１００では、検出精度を低下させることなく検出動作のための消費電力を抑えることが可能となる。

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。

１ シャーシ、２ 通気管、３ 空気導入機構、４ 加熱部、５ 検出部、５Ａ 第１検出部、５Ｂ 第２検出部、６ 冷却部、７ 制御装置、８ 埃センサ、１１ 電流−電圧変換回路、１１Ａ，１１Ｂ，６１Ａ 通気孔、１２ 増幅回路、２１ 制御部、２２ 記憶部、２３ クロック発生部、２４ 入力部、２５ 表示部、２６ 外部接続部、２８ 駆動部、４１ ヒータ、４２ 断熱材、４３ 熱伝導部材、５１，８１１ 発光素子、５２，８１３ 受光素子、５３，５４ レンズ群、５５ 光学フィルタ、６１ 冷却管、７１Ａ 第１信号処理部、７１Ｂ 第２信号処理部、７２ 測定部、７３ 表示パネル、７４ スイッチ、７５ 通信部、１００ 検出装置、２１１ 判別部、２１２ 計算部、２１３ 濃度算出部、２１４ 判断部、８１０ ケース、８２１，８２３ 集光レンズ、８２２，８２４ スリット。

Claims (9)

1. 空気中の生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、
   通気管内の空気を加熱するための加熱部と、
   前記加熱部を挟んで前記通気管の長手方向に配置された、各々、発光素子および受光素子を含む第１の検出部および第２の検出部と、
   前記通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果を入力するための入力部と、
   前記第１の検出部、前記第２の検出部、および前記入力部と接続され、前記通気管内の空気中の生物由来の粒子を検出するための測定部とを備え、
   前記受光素子はそれぞれ前記発光素子で照射されることで前記通気管内の空気中の生物由来の粒子より発せられる蛍光を受光し、
   前記測定部は、前記受光素子での受光量より得られる蛍光強度に基づいて前記通気管内の空気中の生物由来の粒子を検出し、前記入力部で入力された前記通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果に基づいて、前記第１の検出部および前記第２の検出部を用いた第１の検出または前記第２の検出部を用いた第２の検出のいずれを行なうかを判断する、検出装置。
2. 前記第１の検出は、前記第１の検出部に含まれる前記受光素子での受光量に基づく蛍光強度と前記第２の検出部に含まれる前記受光素子での受光量に基づく蛍光強度とを比較することで前記空気中の粒子が生物由来の粒子であるか否かを判別して検出し、
   前記第２の検出は、前記第２の検出部に含まれる前記受光素子での受光量に基づく蛍光強度と予め規定されたしきい値とを比較することで前記空気中の粒子が生物由来の粒子であるか否かを判別して検出する、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記測定部は、前記第１の検出部および前記第２の検出部それぞれでの蛍光の検出タイミングを計時するための計時手段を含み、
   前記測定部は、前記第１の検出を行なうと判断した場合に前記計時手段を用い、第２の検出を行なうと判断した場合に前記計時手段を用いない、請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記計時手段は高周波クロック発生手段を含む、請求項３に記載の検出装置。
5. 前記測定部は、前記通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果が予め記憶している基準値よりも高い場合は前記第１の検出を行ない、前記基準値よりも低い場合には前記第２の検出を行なうと判断する、請求項１〜４のいずれかに記載の検出装置。
6. 前記入力部は、前記通気管に導入される空気中の粒子量をセンシングするためのセンサと通信することで、前記センサでの前記通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果の入力を受け付ける、請求項１〜５のいずれかに記載の検出装置。
7. 前記通気管に導入される空気中の粒子量をセンシングするためのセンサをさらに含み、
   前記入力部は前記センサに接続されて、前記センサでの前記通気管に導入される空気中の粒子量の測定結果の入力を受け付ける、請求項１〜５のいずれかに記載の検出装置。
8. 前記発光素子は、青色光または紫外光の波長の光を照射する、請求項１〜７のいずれかに記載の検出装置。
9. 空気中の生物由来の粒子を検出する方法であって、
   空気中の粒子量を測定するステップと、
   前記空気中の粒子量の測定結果に基づいて、第１の検出と第２の検出とのいずれを行なうかを判断するステップと、を備え、
   前記第１の検出は、
   空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、
   前記空気中の粒子を加熱するステップと、
   加熱された前記空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、
   加熱前の蛍光の強度および加熱後の蛍光の強度に基づいて前記空気中の生物由来の粒子を検出するステップと、を含み、
   前記第２の検出は、
   空気中の粒子を加熱するステップと、
   加熱された前記空気中の粒子へ光を照射し発せられる蛍光を受光するステップと、
   加熱後の蛍光の強度に基づいて空気中の生物由来の粒子を検出するステップと、を含む、検出方法。

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