JP2023106637A - 濁度測定装置、濁度測定方法および濁度測定用パネル - Google Patents

濁度測定装置、濁度測定方法および濁度測定用パネル Download PDF

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Abstract

【課題】従来に比して簡易な構成で、環境光の下でもサンプルの濁度を測定することができる、濁度測定装置、濁度測定方法および濁度測定用パネルを提案する。【解決手段】濁度測定装置１は、濁度測定用パネル５に設けた測定用マークＭ１の反射領域によって、サンプルＳ内における散乱光の検出感度を向上させることできるので、環境光の下でもサンプルＳの濁度を測定することができる。また、環境光の下でも濁度を測定し易くなるため、従来のような赤外線ＬＥＤ等の光学系が不要となり、その分、従来に比して簡易な構成にできる。【選択図】図１

Description

本発明は、濁度測定装置、濁度測定方法および濁度測定用パネルに関する。
近年、抗原に抗体を反応させ、免疫複合体の沈降物を形成し、沈降物の凝集塊に照射光を照射して当該照射光の散乱により生じる照射光の減衰（吸光度）を測定し、サンプルに含まれる抗原量を測定する免疫比濁法が知られている。
例えば、非特許文献１には、スマートフォンを利用し、免疫比濁法に基づいてサンプルの濁度を測定する濁度測定装置が開示されている。非特許文献１の濁度測定装置では、スマートフォンに赤外線ＬＥＤを装着し、当該赤外線ＬＥＤから発する赤外線をサンプルとなる溶媒に照射する。そして、この濁度測定装置では、スマートフォンに予め設けられている、周囲の光量を検出可能な周囲光センサを用い、当該周囲光センサによって、サンプル内の９０度方向の散乱光を検出し、得られた検出結果からサンプル内の懸濁マイクロ粒子の濃度を測定している。
I. Hussain, K. Ahamad, and P. Nath. Water turbidity sensing using a smartphone. RSC Advances, 6(27):22374-22382, 2016.
しかしながら、従来の濁度測定装置では、散乱光を検出してサンプルの濁度を測定するためにはサンプルに照射する照射光の光量を一定にする必要があることから、一定光量の照明光を発する赤外線ＬＥＤ等の光学系をスマートフォンに別途装着する必要があり、構成が複雑になるという問題があった。
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して簡易な構成で、環境光の下でもサンプルの濁度を測定することができる、濁度測定装置、濁度測定方法および濁度測定用パネルを提案することを目的とする。
本発明に係る濁度測定装置は、サンプルの濁度を測定する濁度測定装置であって、前記サンプルの背後に配置されて撮像部により前記サンプルを通して撮像される濁度測定用パネルと、前記撮像部によって取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいて前記サンプルの濁度を測定する演算処理装置と、を備え、前記濁度測定用パネルには、前記演算処理装置によって前記撮像画像から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが算出される測定領域と、前記測定領域に隣接し、かつ、前記サンプルを透過した環境光を反射させる反射領域と、を有する。
本発明に係る濁度測定方法は、サンプルの濁度を測定する濁度測定方法であって、前記サンプルの背後に配置された濁度測定用パネルを、撮像部により前記サンプルを通して撮像する撮像ステップと、演算処理装置によって、前記撮像部で取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいて前記サンプルの濁度を測定する演算処理ステップと、を有し、前記撮像ステップは、前記濁度測定用パネルの測定領域に隣接した反射領域により前記サンプルを透過した環境光を反射させつつ、前記撮像部によって前記濁度測定用パネルの前記測定領域を撮像し、前記演算処理ステップは、前記撮像画像内の前記測定領域から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出する。
本発明に係る濁度測定用パネルは、演算処理装置によって、撮像部で取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいてサンプルの濁度を測定する際に、前記サンプルの背後に配置される濁度測定用パネルであって、前記撮像部により前記サンプルを通して撮像される撮像面には、前記演算処理装置によって前記撮像画像から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが算出される測定領域と、前記測定領域に隣接し、かつ、前記サンプルを透過した環境光を反射させる反射領域と、を有する。
本発明によれば、濁度測定用パネルに設けた反射領域によって、サンプル内における散乱光の検出感度を向上させることができるので、環境光の下でもサンプルの濁度を測定することができる。また、環境光の下でも濁度を測定し易くなるため、従来のような赤外線ＬＥＤ等の光学系が不要となり、その分、従来に比して簡易な構成にできる。
本実施形態に係る濁度計測装置の構成を示す概略図である。 濁度測定用パネルによりサンプル内の散乱光の感度が向上する原理を説明するための概略図である。 ラテックス免疫比濁法を説明するための概略図である。 濁度測定用のサンプル保持具の構成を示す分解斜視図である。 濁度測定用パネルの構成を示す正面図である。 携帯端末の回路構成を示すブロック図である。 照度補正処理手順を示すフローチャートである。 反射領域を設けた本実施形態の濁度測定用パネルと、反射領域を設けない比較例の濁度測定用パネルとについて、それぞれ異なる濁度の濁度標準液を通して測定用マークを撮像したときの撮像画像である。 反射領域を設けない比較例の濁度測定用パネルと、反射領域の幅を２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍとした実施例の濁度測定用パネルと、をそれぞれ用いたときの、濁度標準液の濁度と、撮像画像から算出した平均輝度値との関係を示すグラフである。 環境光の照度を変えて、露光調整を行ったときと、露光調整を行わなかったときとの撮像画像である。 濁度が３２度、３３度、３４度、３５度の４種類の濁度標準液について、環境光の照度と測定輝度値との関係を示したグラフと、濁度と測定輝度値との関係を示すグラフである。 環境光の照度とＩｇＡサンプルの濃度とを変えて、露光調整を行ったときの撮像画像である。 異なる照度の環境光の下で得られた測定輝度値の結果を照度で区別せずに、ＩｇＡ濃度毎に１つの群として表したグラフである。 目標値毎に環境光照度と測定輝度値と濁度との関係を示すグラフである。 目標値を１４０、２４０としたときの濁度３５度における、環境光照度と、参照輝度測定面から得たＲＧＢ値の平均値および第１参照輝度値との関係を示すグラフと、目標値を１４０、２４０としたときの濁度３５度における、環境光照度と、測定面から得たＲＧＢ値の平均値およびサンプル輝度値との関係を示すグラフとである。 多重比較検定により得られた結果をまとめた表である。 目標値を６０、１２０、１８０、２４０としたときの、サンプル収容部における厚さと、サンプル輝度値と、濁度との関係を示すグラフである。 他の実施形態に係るサンプル保持具の構成を示す概略図である。 他の実施形態に係る測定用マークの構成を示す正面図である。 他の実施形態に係る参照用マークの構成を示す正面図である。
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。以下の説明において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（１）濁度測定装置の概略
初めに、本実施形態に係る濁度測定装置の概略を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る濁度測定装置１は、濁度の測定対象となるサンプルＳを保持する濁度測定用のサンプル保持具２と、例えば、スマートフォン等の携帯端末（演算処理装置）３とを有する。
サンプル保持具２には、サンプル収容部４内にサンプルＳが収容され、サンプルＳの背後に濁度測定用パネル５が設けられている。濁度測定用パネル５には、測定用マークＭ１と参照用マークＭ２とが撮像面５ａに描画されている。濁度測定用パネル５は、携帯端末３の背面に設けられた撮像部によりサンプルＳを撮像する際に、当該サンプルＳを通して測定用マークＭ１を撮像させるとともに、当該サンプルＳを通さずに参照用マークＭ２を撮像させる。
携帯端末３は、サンプル収容部４に収容したサンプルＳを撮像部により撮像し、撮像部で撮像したサンプル保持具２の撮像画像を表示部９に表示させる。携帯端末３は、例えば、表示部９に表示されている撮影ボタンＢ１が作業者によりタッチされるまで、撮像部で撮像している映像をリアルタイムで表示部９に表示し続ける。
この際、携帯端末３には、例えば、８００ピクセル×８００ピクセルの正方形の領域を指定する第１指定枠ＥＲ１と、この第１指定枠ＥＲ１内に１００ピクセル×１００ピクセルの正方形の４つの領域を指定する第２指定枠ＥＲ２と、が表示部９に表示されている。これら第１指定枠ＥＲ１および第２指定枠ＥＲ２は、濁度測定用パネル５に描画された参照用マークＭ２のパターンに準じて予め形成されている。
携帯端末３は、表示部９内に表示されているサンプル保持具２が第１指定枠ＥＲ１内に収まり、かつ、濁度測定用パネル５の参照用マークＭ２が第２指定枠ＥＲ２内に収まるように、作業者によって撮像方向や位置が調整される。なお、これら第１指定枠ＥＲ１および第２指定枠ＥＲ２は、携帯端末３の調整モードによって、使用するサンプル保持具２の形状や大きさに応じて縦横の大きさを自由に調整できる。
携帯端末３は、オートフォーカス機能により撮像部の焦点がサンプル保持具２に合った状態で、作業者により撮像部の撮像方向や位置が調整され、表示部９内おけるサンプル保持具２の映像が第１指定枠ＥＲ１内に収められ、かつ、濁度測定用パネル５の参照用マークＭ２の映像も第２指定枠ＥＲ２内に収められる。これにより、携帯端末３は、第１指定枠ＥＲ１および第２指定枠ＥＲ２に基づいて、撮像画像の中からサンプルＳおよび濁度測定用パネル５の表示領域を特定する。
この状態で携帯端末３の表示部９に表示された撮影ボタンＢ１が作業者によりタッチされると、後述する照度補正処理を実行し、表示部９に表示される映像がキャプチャされ、静止画像である撮像画像を取得する。
ここで、本実施形態の携帯端末３は、照度補正処理時、取得した撮像画面内から第１指定枠ＥＲ１内の画像のみを抽出して、照度補正処理を実行する抽出画像を生成することが望ましい。この場合、携帯端末３は、照度補正処理時、撮像画像の中から一部抽出した撮像画像（抽出画像）に対して、グレースケール変換、平滑化処理およびハフ変換等の画像処理等を行うことで、撮像画像全体に対して画像処理等を行う場合に比して処理負担を低減させることができる。
このように、撮像画像から一部を抽出した撮像画像を用いることで、携帯端末３での処理負担を低減させることができるが、本実施形態では撮像画像そのものを用いてもよい。なお、撮像画像から一部を抽出した抽出画像を、単に撮像画像と称して以下説明する。
ここで、環境光の明るさが変わると、サンプルＳから発せられる散乱光の強度も変わってしまう。そのため、撮像部の露出条件を変えずに撮像部でサンプルＳを撮影すると、同じサンプルＳであるにもかかわらず、環境光の明るさによって異なる明るさの撮像画像が得られてしまう。従って、環境光の明るさが異なると、撮像画像に基づいてサンプルＳの濁度を見分けることが困難になる恐れがある。
そこで、演算処理装置としての携帯端末３では、照度補正処理を実行し、例えば、撮像部において光を取り込む露光時間（撮影速度）の設定を調整し、環境光の明るさが変化しても常に同じ明るさの撮像画像を取得する。
これにより、携帯端末３は、照度補正処理によって常に所定の明るさに調整された撮像画像を取得し得、当該撮像画像に基づいて、濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１での輝度値を算出することができるので、環境光の明るさが異なる場所でも、算出した輝度値に基づいてサンプルＳの濁度を正確に測定することができる。
ここで、図２は、携帯端末３の撮像部１１によって、照明１０による環境光の下でサンプル収容部４内のサンプルＳとともに、サンプルＳを通して、濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１についても撮像しているときの概略図を示す。
本実施形態に係る携帯端末３は、作業者が携帯可能な構成であるため、作業者が様々な場所でサンプルＳの濁度を測定すること可能である。この際、本実施形態に係る携帯端末３は、測定場所ごとに環境光の照度が異なっても、照度補正処理によって常に明るさが一定の撮像画像を取得できることから、測定場所を選ばずに、撮像画像に基づいてサンプルＳの濁度を正確に測定することができる。
かかる構成に加えて、濁度測定用パネル５の撮像面５ａに描画された測定用マークＭ１には、上述した撮像画像内において、サンプルＳの濁度を測定するための輝度値を算出する測定領域Ｍ１１と、サンプルＳを透過した環境光を拡散反射させる反射領域Ｍ１２とを有している。本実施形態の濁度測定装置１は、サンプルＳを透過した環境光を拡散反射させる反射領域Ｍ１２を濁度測定用パネル５に設けることで、反射領域Ｍ１２によって撮像部１１に入射するサンプルＳ内の散乱光を増幅させることができる。
なお、濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１において、測定領域Ｍ１１に隣接するように反射領域Ｍ１２を設けた場合には、反射領域Ｍ１２を設けなかった場合よりも、撮像部１１に入射するサンプルＳ内の散乱光を増幅できることは、検証試験により確認できている。この検証試験については後述する。
このように、本実施形態の濁度測定装置１では、濁度測定用パネル５の測定領域Ｍ１１の周囲に反射領域Ｍ１２を設けたことで、撮像画像内での輝度値を増強させることができるので、撮像部１１においてサンプルＳ内での散乱光の検出感度を向上させることができ、サンプルＳの濁度を一段と正確に測定できる。
次に、本実施形態の濁度測定装置１によって濁度の測定が行える免疫比濁法について簡単に説明する。免疫比濁法は、例えば、ＩｇＡの濃度を測る１つの方法であり、免疫比濁法としてラテックス免疫比濁法（ラテックス凝集法とも称する）が知られている。
図３は、本実施形態の濁度測定装置１によって濁度の測定が行える、免疫比濁法としてのラテックス凝集法について説明する概略図である。ラテックス凝集法は、懸濁液Ｓ１内のポリスチレン粒子１４に、濃度測定の目的タンパク１３に対して特異的に反応する抗体１４ａを吸着させる。
図３の３Ａに示すように、この懸濁液Ｓ１に、目的タンパク１３を含まない検体Ｓａを加えると、図３の３Ｃに示すように、ポリスチレン粒子１４の凝集体が生じない。一方、図３の３Ｂに示すように、この懸濁液Ｓ１に、目的タンパク１３を含む唾液や血清等の検体Ｓｂを加えると、抗原抗体反応により、図３の３Ｄに示すように、ポリスチレン粒子１４の凝集体１４ｂが生じる。
この検体Ｓｂを加えた懸濁液Ｓ２は、凝集体１４ｂが生じると、ポリスチレン粒子１４が均一に分散している場合に比べて、強い散乱光を発する。従って、サンプルＳとなる懸濁液Ｓ１，Ｓ２での散乱光を分析することによって、サンプルＳへの入射光とサンプルＳからの散乱光との強度の関係から、目的タンパク１３の濃度を測定することができる。本実施形態の濁度測定装置１は、このような測定原理からサンプルＳの濁度を測定し得、測定した濁度から最終的に目的タンパク１３の濃度測定が可能となる。
（２）サンプル保持具の構成
次に、本実施形態に係る濁度測定用のサンプル保持具２の構成について説明する。図４に示すように、本実施形態のサンプル保持具２は、第１透明基板１６ａおよび第２透明基板１６ｂの間に収容部本体１７が設けられ、第２透明基板１６ｂおよび第３透明基板１６ｃの間に濁度測定用パネル５が設けられた構成を有する。
収容部本体１７は、例えば、シリコン等からなる直方体部材からなり、上端面１７ａに厚みを貫通した凹み部１７ｂが形成されている。収容部本体１７は、凹み部１７ｂがガラス基板等の第１透明基板１６ａおよび第２透明基板１６ｂで挟まれている。これにより、収容部本体１７には、これら第１透明基板１６ａ、第２透明基板１６ｂおよび凹み部１７ｂに囲まれ、かつ、上方が開口した直方体状の中空空間であるサンプル収容部４が形成される。なお、本実施形態のサンプル収容部４は、一例として、高さＴ２が１０ｍｍ程度、幅Ｗ２が１０ｍｍ程度に形成されている。
また、サンプル収容部４の厚さ（収容部本体１７の厚さ）Ｄ１は、１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上とすることが望ましい。サンプル収容部４の厚さＤ１を大きくすることで、撮像部１１と濁度測定用パネル５の間に存在する凝集体の数が増加し、同じ濁度のサンプルＳでも撮像部１１のレンズに入射する散乱光の強度が増加し、また、異なる濁度のサンプルＳ間でも、撮像部１１のレンズに入射する散乱光の強度の差が増加して、その分、濁度の検出感度を向上させることができる。
収容部本体１７の背面には、第２透明基板１６ｂを介在させて濁度測定用パネル５が配置されており、濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１が凹み部１７ｂのサンプル収容部４内に配置されている。これにより、濁度測定用パネル５は、第１透明基板１６ａ側から、第１透明基板１６ａ、凹み部１７ｂの中空空間および第２透明基板１６ｂを通して測定用マークＭ１が視認可能な構成を有する。
収容部本体１７は、サンプル収容部４内にサンプルＳが収容された際、第１透明基板１６ａの前方に配置された携帯端末３の撮像部１１によって、第１透明基板１６ａ、サンプル収容部４内のサンプルＳ、および、第２透明基板１６ｂを通して、濁度測定用パネル５に描画された測定用マークＭ１を撮像させる。
また、収容部本体１７は、濁度測定用パネル５の幅に合わせて幅Ｗ１が形成され、濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１および参照用マークＭ２との間に、上端面１７ａが位置するように高さＴ１が選定されている。
濁度測定用パネル５は、紙やプラスチック等の板状部材により形成されており、長方形状に形成されている。また、濁度測定用パネル５には、撮像部１１により撮像される撮像面５ａに、測定用マークＭ１と参照用マークＭ２とが並んで描画されている。具体的には、濁度測定用パネル５の撮像面５ａには、測定用マークＭ１の上方に参照用マークＭ２が描画されている。なお、これら測定用マークＭ１および参照用マークＭ２の詳細な構成については後述する。
濁度測定用パネル５は、サンプル収容部４の背面に配置された際に、測定用マークＭ１が凹み部１７ｂの中空空間の枠内に配置され、参照用マークＭ２が収容部本体１７の上端面１７ａよりも上方に配置されるように形成されている。これにより、濁度測定用パネル５は、撮像部１１により撮像される際、測定用マークＭ１がサンプルＳを通して撮像される一方で、参照用マークＭ２がサンプルＳを通さずに直接撮像される。
なお、収容部本体１７の正面に配置される第１透明基板１６ａは、収容部本体１７の正面の外郭形状と同じ方形状でなり、収容部本体１７の正面と同じ寸法に形成され、収容部本体１７の正面に貼り付けられている。
また、収容部本体１７の背面で濁度測定用パネル５を挟み込む、第２透明基板１６ｂおよび第３透明基板１６ｃは、濁度測定用パネル５の撮像面５ａの外郭形状と同じ方形状でなり、濁度測定用パネル５の撮像面５ａと同じ寸法に形成され、濁度測定用パネル５に貼り付けられている。また、濁度測定用パネル５の撮像面５ａに貼り付けられた第２透明基板１６ｂは、収容部本体１７の背面にも貼り付けられる。
なお、本実施形態においては、収容部本体１７と濁度測定用パネル５との間に板状の第２透明基板１６ｂを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、第２透明基板１６ｂを設けずに、例えば、表面にガラスコーディングやフィルム等を施した、防水性の濁度測定用パネル５を収容部本体１７の背面に直接貼り付けるようにしてもよい。
（３）濁度測定用パネルの構成
次に、濁度測定用パネル５の構成について説明する。図５は、濁度測定用パネル５の構成を示す正面図である。本実施形態の濁度測定用パネル５は、高さＴ３が幅Ｗ３よりも大きい長方形状に形成された黒色の板状部材からなり、黒色に配色された撮像面５ａに測定用マークＭ１および参照用マークＭ２が縦に並んで描画されている。
濁度測定用パネル５は、撮像部１１により撮像される撮像面５ａが平坦に形成されており、収容部本体１７に対向配置される下部領域６と、収容部本体１７の上方で外部に露出する上部領域７とを有している。
撮像面５ａの下部領域６は、全体が黒色に配色され、所定位置に測定用マークＭ１が描画されている。測定用マークＭ１は、測定領域Ｍ１１と反射領域Ｍ１２とから構成されている。反射領域Ｍ１２は、サンプルＳ内を透過した環境光を拡散反射させるための面である。測定領域Ｍ１１は、反射領域Ｍ１２に隣接して設けられており、携帯端末３において、撮像画像に基づきサンプルＳの輝度値を算出するための面である。
本実施形態では、測定領域Ｍ１１は、撮像面５ａと同じ黒色に配色されており、円形状に形成されている。一方、反射領域Ｍ１２は、光を拡散反射させる白色に配色されており、円環状に形成されている。反射領域Ｍ１２は、円環の中心円が測定領域Ｍ１１と同形状および同大に形成されており、測定領域Ｍ１１が円環の中心円に配置され、測定領域Ｍ１１の全周を取り囲むように形成されている。
また、本実施形態では、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２と、測定領域Ｍ１１の直径ｔ１とを、ｔ２≧ｔ１／２（例えば、測定領域Ｍ１１の直径ｔ１を４ｍｍとしたとき、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２を、測定領域Ｍ１１の半径である２ｍｍ以上）とすることが望ましい。このように、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２を、測定領域Ｍ１１の半径以上の大きさにし、反射領域Ｍ１２の面積を測定領域Ｍ１１の面積よりも大きくすることで、反射領域Ｍ１２にて拡散反射させる光を一段と増強させることができる。
撮像面５ａの上部領域７は、下部領域６と同じ黒色に配色されており、所定位置に参照用マークＭ２が描画されている。参照用マークＭ２は、４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４と、第２参照用測定領域Ｍ２６と、第２参照用測定領域Ｍ２６の周囲を取り囲んだ参照用反射領域Ｍ２５とから構成されている。
参照用反射領域Ｍ２５および第２参照用測定領域Ｍ２６は、下部領域６に設けられた測定用マークＭ１の反射領域Ｍ１２および測定領域Ｍ１１と同色、同階調、同形状および同大に形成されている。具体的には、第２参照用測定領域Ｍ２６は、測定領域Ｍ１１と同じ黒色に配色されており、円形状に形成されている。
参照用反射領域Ｍ２５は、反射領域Ｍ１２と同色、同階調、同形状および同大に形成されている。本実施形態の参照用反射領域Ｍ２５は、反射領域Ｍ１２と同じ光を拡散反射させる白色に配色されており、円環状に形成されている。また、参照用反射領域Ｍ２５は、円環の中心円に第２参照用測定領域Ｍ２６が配置され、第２参照用測定領域Ｍ２６の全周を取り囲むように形成されている。
４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４は、参照用反射領域Ｍ２５および第２参照用測定領域Ｍ２６を中心にした四辺の四隅に配置されている。また、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４は、光を拡散反射させる白色に配色されており、円形状に形成されている。
（４）携帯端末の回路構成
次に、演算処理装置としての携帯端末３の回路構成について説明する。図６は、本実施形態の携帯端末３の回路構成を示すブロック図である。図６に示すように、携帯端末３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるマイクロコンピュータ構成の制御部２０を備えている。
また、携帯端末３は、撮像部１１、輝度値算出部２１、露出条件調整部２２、画像処理部２３、通信処理部２４、記憶部２５、表示部９、操作部２７および濁度測定部２８がバス３０を介して制御部２０に接続された構成を有する。
制御部２０は、ＲＯＭに予め格納されている基本プログラムや、画像処理プログラム、照度補正処理プログラム等の各種プログラムをＲＡＭにロードして立ち上げることにより、携帯端末３における各種機能を統括的に制御する。
撮像部１１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いて、サンプル保持具２を撮像することにより、サンプルＳの濁度を測定するための撮像画像を生成する。
操作部２７は、例えば、表示部９に設けられたタッチパネル等であり、作業者によって各種命令が入力される。制御部２０は、表示部９に表示された撮影ボタンＢ１等、操作部２７からの操作命令に従って、撮像部１１による撮像画像の取得等を実行する。表示部９は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や、ＯＬＥＤ（Organic light-Emitting Diode）等であり、撮像部１１により撮像された撮像画像等の各種情報を表示する。
画像処理部２３は、表示部９の撮影ボタンＢ１がタッチされることにより得られる撮像画像に対して、必要に応じて第１指定枠ＥＲ１および第２指定枠ＥＲ２に基づいた抽出画像の生成や、グレースケール変換、平滑化処理、ハフ変換等の画像処理を実行する。通信処理部２４は、他のコンピュータ等との間でインターネットを介してデータ通信する。
記憶部２５は、例えば、半導体メモリまたはハードディスク等の記憶媒体により構成され、携帯端末３で実行する各種プログラムや、撮像画像、当該撮像画像から抽出した抽出画像、各種データを記憶する。また、記憶部２５は、照度補正処理時に順次取得した撮像画像を一時的に記憶する。
輝度値算出部２１は、照度補正処理時、および、その後の濁度測定処理時に、それぞれ撮像画像内から検出した所定領域（注目領域）内の輝度値を算出する。具体的には、輝度値算出部２１は、撮像画像内から検出した所定領域内の輝度値を算出する際、当該所定領域内における画素のＲ値（赤）の平均値（以下、Ｒ値平均値Ｒｍｅａｎと称する）と、Ｇ値（緑）の平均値（以下、Ｇ値平均値Ｇｍｅａｎと称する）と、Ｂ値（青）の平均値（以下、Ｂ値平均値Ｂｍｅａｎと称する）とを算出する。
そして、輝度値算出部２１は、これらＲ値平均値Ｒｍｅａｎと、Ｇ値平均値Ｇｍｅａｎと、Ｂ値平均値Ｂｍｅａｎと用いて、下記の式（１）から、所定領域内の輝度値の平均値（以下、平均輝度値Ｉｍｅａｎと称する）を算出する。
Figure 2023106637000002
輝度値算出部２１は、例えば、照度補正処理時、画像処理部２３によって画像処理が行われた撮像画像内に写る被写体の中から、第２指定枠ＥＲ２により４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４を所定領域として検出する。
輝度値算出部２１は、撮像画像内から検出した４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４の中心を検出し、各中心から所定画素（例えば、２０画素）までを半径とした円形領域を注目領域とし、注目領域内における、Ｒ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎを算出する。
そして、輝度値算出部２１は、撮像画像内に写った４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４毎に上記の式（１）を用いて平均輝度値Ｉｍｅａｎをそれぞれ算出し、さらにそれぞれ算出した複数の平均輝度値Ｉｍｅａｎの平均輝度値（以下、第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと称する）を算出する。
露出条件調整部２２は、照度補正処理時、輝度値算出部２１により算出した第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと、予め設定した目標値Ｉｄと、の差分ｅｒｒｏｒ（すなわち、ｅｒｒｏｒ＝Ｉｄ－Ｉｗｈｉｔｅ）の絶対値を算出する。なお、目標値Ｉｄは、輝度値の階調を示す０から２５６までの間のいずれかの数値であり、検証試験によって予め最適な数値が選定される。
露出条件調整部２２は、照度補正処理時、下記の式（２）に基づいて、差分ｅｒｒｏｒの絶対値が所定基準値以下（ここでは、０．０５以下）であるか否かを判断する。なお、所定基準値は、一例として、０．０５としたが、検証試験によって予め最適な値が選定される。この所定基準が大きすぎると測定精度が保てなくなり、一方、所定基準値が小さすぎると、下記の式（２）を満たすために多大な撮影の繰り返しが必要になるという観点から、所定基準としては、０．０１以上０．５以下であることが望ましい。
｜ｅｒｒｏｒ｜≦０．０５ …（２）
露出条件調整部２２は、差分ｅｒｒｏｒの絶対値が上記の式（２）の条件を満たさないとき（すなわち、｜ｅｒｒｏｒ｜＞所定基準値（ここでは０．０５）のとき）、露光時間を調整するための露出条件調整命令を生成し、これを撮像部１１に送出する。撮像部１１は、露出条件調整命令を受け取ると、露出条件調整命令に基づいて露光時間の設定を調整する。
ここで、露出条件調整部２２は、下記の式（３）に基づいて、撮像部１１に対して露光時間の調整を行わせる。
ｅｘｐｏｓｕｒｅｔｉｍｅ ← ｅｘｐｏｓｕｒｅｔｉｍｅ ＋ ｒ・ｅｒｒｏｒ …（３）
上記の式（３）のｅｘｐｏｓｕｒｅｔｉｍｅは、露光時間［μｓ］を示し、ｒは、露光時間の更新率［μｓ］を示す。ｅｒｒｏｒを目標の値の範囲（本実施形態では［－０．０５，＋０．０５］）に収束させるために、露光時間の更新率は、予め行った検証試験により、環境光の照度および目標値Ｉｄの値に応じて適宜決定した値とすればよい。露光時間の更新率は、一例としては、下記の表１のように決めることができる。
Figure 2023106637000003
なお、上記の表１は、環境光の照度と、目標値Ｉｄと、露光時間の更新率との関係を分かり易くするために、具体的に数値を規定した一例であり、これに限定されるものではなく、環境光の照度や、露出時間の調整間隔等を状況に応じて適宜設定することが望ましい。
本実施形態では、例えば、図示しない照度検出器によって周囲の環境光の照度を検出する。携帯端末３には、図１に示したように、携帯端末３の表示部９に、検出した周囲の環境光の照度（ここでは、２００［ｌｕｘ］、４００［ｌｕｘ］、６００［ｌｕｘ］、８００［ｌｕｘ］、１０００［ｌｕｘ］）を設定する設定ボタンＢ２が表示されており、照度検出器による照度の検出結果に基づいて、現在の環境光の照度が作業者によって設定ボタンＢ２により選択され、表１中の環境光の照度が決定される。
露出条件調整部２２は、設定ボタンＢ２により環境光の照度が決定されると、決定した環境光の照度と、照度補正処理時の目標値Ｉｄと、に対応した露出時間の更新率を、例えば、上記の表１から決定する。
これにより、露出条件調整部２２は、差分ｅｒｒｏｒの絶対値が上記の式（２）の条件を満たしていないとき（すなわち、｜ｅｒｒｏｒ｜＞所定基準値（ここでは０．０５）のとき）、決定した露出時間の更新率を利用して、上記の式（３）に基づいて露光時間を更新し、更新した露光時間を示した露出条件調整命令を生成し、これを撮像部１１に送出する。これにより、撮像部１１は、露出条件調整命令に基づいて、現在設定されている露光時間を、更新した新たな露光時間に変更した後、サンプル保持具２を再び撮像し、明るさが変更された新たな撮像画像を取得する。
これにより、画像処理部２３は、新たに取得された撮像画像を撮像部１１から受け取り、当該撮像画像に対して画像処理を行い、これを再び輝度値算出部２１へ送出する。輝度値算出部２１は、露光時間の調整により明るさが変わった撮像画像内に写った４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４の平均輝度値Ｉｍｅａｎをそれぞれ算出し、それぞれ算出した複数の平均輝度値Ｉｍｅａｎの平均輝度値である第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅを再び算出する。
露出条件調整部２２は、照度補正処理時、輝度値算出部２１により算出した新たな第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと、予め設定した目標値Ｉｄと、の差分ｅｒｒｏｒの絶対値を算出し、上記の式（３）に基づいて、差分ｅｒｒｏｒの絶対値が所定の所定基準値以下であるか否かを再び判断する。
このようにして、撮像部１１、輝度値算出部２１および露出条件調整部２２は、差分ｅｒｒｏｒの絶対値が上記の式（３）の条件を満たすまで、撮像画像の取得と、第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅの算出と、露光時間の更新と、を繰り返し行い、撮像画像を取得する際の露光時間を調整してゆき、撮像画像内の明るさを所定の明るさに設定する。
露出条件調整部２２は、露光時間の調整によって撮像画像内の明るさが所定の明るさになったと判断すると、この所定の明るさになった撮像画像を記憶部２５に保存させる。これにより、制御部２０は、照度補正処理を終了し、濁度測定処理に移行する。
濁度測定処理時、輝度値算出部２１は、記憶部２５に保存された所定の明るさの撮像画像を読み出し、上記の式（１）に基づいて、当該撮像画像から第２参照用測定領域Ｍ２６内の平均輝度値Ｉｍｅａｎ（以下、第２参照輝度値Ｉｂｌａｃｋと称する）を算出する。また、輝度値算出部２１は、照度補正処理により所定の明るさに調整された撮像画像から、サンプルＳを通して撮像されている測定領域Ｍ１１内の平均輝度値Ｉｍｅａｎ（以下、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔと称する）を、上記の式（１）に基づいて算出する。
輝度値算出部２１は、照度補正処理により所定の明るさに調整された撮像画像から算出した、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４内の第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと、第２参照用測定領域Ｍ２６内の第２参照輝度値Ｉｂｌａｃｋと、をバックグラウンドとして用いて、線型リスケーリング法に従い、下記の式（４）に基づき、輝度値をリスケールした測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出する。
Figure 2023106637000004
上記の式（４）から算出される測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅは、黒色の第２参照用測定領域Ｍ２６内での輝度値を０とし、白色の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４内の輝度値を２５６としたときに、測定領域Ｍ１１内の輝度値が、その幅のどこにあるのか示す数値を示すものである。なお、上記の式（４）中、２５６の数値は、仮にサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと等しい場合に得られる測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの数値であるが、本発明はこれに限らず、この数値は２５６以外の数値であってもよい。この数値を予め設定した所定の定数Ｃとすると、上記の式（４）は下記の式（５）のように表わすことができる。
Ｉｒｅｓｃａｌｅ＝Ｃ×（（Ｉｔｅｓｔ－Ｉｂｌａｃｋ）／（Ｉｗｈｉｔｅ－Ｉｂｌａｃｋ））…（５）
なお、線型リスケーリング法については、例えば、非特許文献である「J. I. Hong and B. Y. Chang. Development of the smartphone-based colorimetry for multi-analyte sensing arrays. Lab on a Chip, 14(10):1725-1732, 2014」や、「M. Jia, Q. Wu, H. Li, Y. Zhang,Y.Guan, and L. Feng. The calibration of cellphone camera-based colorimetric sensor array and its application in the determination of glucose in urine. Biosensors and Bioelectronic, 74:1029-1037, 2015.」や、「T. Kong, J. B. You, B. Zhang,B.Nguyen, F. Tarlan, K. Jarvi, and D. Sinton. Accessory-free quantitative smartphone imaging of colorimetric paper-based assays. Lab on a Chip, 19(11):1991-1999, 2019.」等に開示されていることから、ここではその説明は省略する。
輝度値算出部２１は、濁度測定処理時、算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを濁度測定部２８に送出する。濁度測定部２８は、例えば、測定輝度値ＩｒｅｓｃａｌｅとサンプルＳの濁度との関係を予め規定したデータに基づいて、算出した測定輝度値ＩｒｅｓｃａｌｅからサンプルＳの濁度を測定する。
なお、本実施形態では、携帯端末３に濁度測定部２８を設け、携帯端末３でサンプルＳの濁度を測定するようにしたが、本発明はこれに限らず、携帯端末３に濁度測定部２８を設けずに、算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを、インターネットを介して他のコンピュータに送信し、当該他のコンピュータの濁度測定部で濁度を測定するようにしてもよい。
（５）照度補正処理手順
次に、上述した照度補正処理手順について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。携帯端末３の制御部２０は、表示部９の撮影ボタンＢ１が作業者によりタッチされると、図７に示すように、照度補正処理を開始してステップＳ１に移る。ステップＳ１において、撮像部１１は、現在撮像しているサンプル保持具２の撮像画像を取得し、次のステップＳ２に移る。
ステップＳ２において、画像処理部２３は、ステップＳ１で取得した撮像画像に対して、グレースケール変換や平滑化処理、ハフ変換等の画像処理を行い、次のステップＳ３に移る。
なお、照度補正処理時に、表示部９の第１指定枠ＥＲ１内に収められた画像を撮像画像の中から抽出し、得られた抽出画像を用いる場合、ステップＳ２において、画像処理部２３は、第１指定枠ＥＲ１に基づいて撮像画像から抽出画像を生成し、当該抽出画像に対して、グレースケール変換、平滑化処理およびハフ変換等の画像処理等を行う。
ステップＳ３において、輝度値算出部２１は、撮像画像内に写った４つの第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅを算出する。次いで、露出条件調整部２２は、第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと、予め設定した目標値Ｉｄと、の差分ｅｒｒｏｒの絶対値を算出し、算出した差分ｅｒｒｏｒの絶対値が、上記の式（２）の条件を満たしているか否かを判断する。
ステップＳ３において、否定結果が得られると、このことは差分ｅｒｒｏｒの絶対値が、上記の式（２）の条件を満たしていないこと、すなわち、ステップＳ１で取得した撮像画像が所定の明るさで撮像されていなかったことを表しており、このとき露出条件調整部２２は、次のステップＳ４に移る。
ステップＳ４において、露出条件調整部２２は、撮像部１１に現在設定されている露光時間を、上記の式（３）に基づいて新たな露光時間に更新して、撮像部１１の露光時間を調整し、再びステップＳ１に戻る。ステップＳ１において、撮像部１１は、露出条件調整部２２からの露出条件調整命令に基づいて、露光時間を新たな露光時間に設定し直し、サンプル保持具２を再び撮像して撮像画像を取得し、次のステップＳ２およびステップＳ３に順次移る。
このように、ステップＳ３において肯定結果が得られるまで、上述したステップＳ４、ステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ３の処理を繰り返す。
これに対して、ステップＳ３で肯定結果が得られると、このことは差分ｅｒｒｏｒの絶対値が、上記の式（２）の条件を満たしていること、すなわち、ステップＳ１で取得した撮像画像が所定の明るさで撮像されていることを表しており、このとき露出条件調整部２２は、次のステップＳ５に移る。
ステップＳ５において、記憶部２５は、所定の明るさで撮像された撮像画像を保存し、上述した照度補正処理手順を終了する。その後、制御部２０は、濁度測定処理に移行し、所定の明るさの撮像画像に基づいて測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出するとともに、算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅに基づいて濁度を測定する。
（６）作用および効果
以上の構成において、濁度測定装置１は、サンプルＳの背後に配置された濁度測定用パネル５を、撮像部１１によりサンプルＳを通して撮像し（撮像ステップ）、携帯端末３によって、撮像部１１で取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、当該サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいてサンプルＳの濁度を測定する（演算処理ステップ）。
この際、濁度測定装置１は、濁度測定用パネル５の測定領域Ｍ１１に隣接した反射領域Ｍ１２によりサンプルＳを透過した環境光を拡散反射させつつ、撮像部１１によって濁度測定用パネル５の測定領域Ｍ１１を撮像し、撮像画像内の測定領域Ｍ１１からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出するようにした。
これにより、濁度測定装置１は、濁度測定用パネル５に設けた反射領域Ｍ１２によって、サンプルＳ内における散乱光の検出感度を向上させることができるので、環境光の下でもサンプルＳの濁度を測定することができる。また、環境光の下でも濁度を測定し易くなるため、従来のような赤外線ＬＥＤ等の光学系が不要となり、その分、従来に比して簡易な構成にできる。
本実施形態の濁度測定用パネル５では、測定領域Ｍ１１の周囲を取り囲むように反射領域Ｍ１２を設けたことで、反射領域Ｍ１２にて拡散反射させた光を測定領域Ｍ１１の周囲から測定領域Ｍ１１に均一に与えることができ、測定領域Ｍ１１での散乱光の検出感度を向上させることができる。
さらに、濁度測定用パネル５では、測定領域Ｍ１１の周囲に設けた反射領域Ｍ１２の面積を、測定領域Ｍ１１の面積よりも大きく形成することで、反射領域Ｍ１２にて拡散反射させる光を一段と増強し得、測定領域Ｍ１１での散乱光の検出感度を向上させることができる。
これに加えて、濁度測定装置１は、反射領域Ｍ１２と同色同階調で、かつ、サンプルＳを介在せずに撮像部１１により撮像される第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４を濁度測定用パネル５に設けるようにした。そして、携帯端末３は、照度補正処理を実行し、撮像画像内の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅを算出し、算出した第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅに基づいて、撮像画像の明るさが所定の明るさであるか否かを判断するようにした。
その結果、撮像画像が所定の明るさでない場合には、露出条件調整部２２によって、撮像部１１での露光時間の設定を調整し、調整した露出時間で撮像部１１に新たな撮像画像を取得させるようにした。
これにより、濁度測定装置１では、環境光の明るさが異なる場所でも、照度補正処理によって常に所定の明るさに調整された撮像画像を取得することができるので、撮像画像内の測定用マークＭ１に基づいて輝度値を算出する際に環境光による影響を低減し得、算出した輝度値に基づいてサンプルＳの濁度を一段と正確に測定することができる。
また、これに加えて、濁度測定用パネル５には、測定領域Ｍ１１と同色同階調で、かつ、サンプルＳを介在せずに撮像部１１により撮像される第２参照用測定領域Ｍ２６を設け、さらに、反射領域Ｍ１２と同色同階調で、かつ、サンプルＳを介在せずに撮像部１１により撮像される参照用反射領域Ｍ２５を、第２参照用測定領域Ｍ２６と隣接して設けるようにした。
携帯端末３では、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいてサンプルＳの濁度を測定する際、所定の明るさに補正した撮像画像内の測定領域Ｍ１１から算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔと、所定の明るさに補正した撮像画像内の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から算出した第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅと、所定の明るさに補正した撮像画像内の前記第２参照用測定領域Ｍ２６から算出した第２参照輝度値Ｉｂｌａｃｋと、に基づいて、サンプルＳの濁度を測定するための測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出するようにした。
すなわち、携帯端末３では、黒色の第２参照用測定領域Ｍ２６内での輝度値を０とし、白色の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４内の輝度値を２５６として、測定領域Ｍ１１内の輝度値が、その幅のどこにあるのか示す測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出する。
これにより、濁度測定装置１では、サンプルＳを介在せずに撮像部１１により撮像されたときの第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅおよび第２参照輝度値Ｉｂｌａｃｋを基準に測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出することができるので、単に、サンプル輝度値ＩｔｅｓｔのみからサンプルＳの濁度を測定する場合に比して、サンプルＳの濁度を一段と正確に測定できる。
（７）検証試験
次に、上述した濁度測定装置１を実際に作製し、作製した濁度測定装置１を用いて行った各種検証試験について以下説明する。
（７－１）濁度標準液の調製
本実施形態に係る濁度測定方法による、懸濁液での散乱光の検出能力を評価するために、サンプルＳとしてポリスチレン濁度標準液（以下、単に濁度標準液とも称する）を用いた。ポリスチレン濁度標準液１００度（関東化学社製)をＭｉｌｌｉ－Ｑ水で希釈することで、所望の濃度の濁度標準液を調製した。なお、Ｍｉｌｌｉ－Ｑ水とは、メルク株式会社のＭｉｌｌｉ－Ｑ水製造装置により得られる超純水である。
（７－２）試薬の調製
また、ラテックス凝集法の試薬としてはＮ－ラテックスＩｇＡキット（SIEMENS社）を用いた。Ｎ－ラテックスＩｇＡキットのＩｇＡ補助試薬Ｂを２５μＬとり、ＩｇＡ補助試薬Ａの１バイアル（１ｍＬ）に加え、ボルテックスミキサーで攪拌し、これを補助試薬とした。また、Ｎ－ラテックスＩｇＡキットのラテックスＩｇＡ試薬１バイアルに、２ｍＬのＭｉｌｌｉ－Ｑ水を加えて溶解した。これをボルテックスミキサーで攪拌し、１５分間静置した。そして、これに補助試薬１ｍＬを加えることで、検証試験に使用する、３ｍＬのラテックスＩｇＡ試薬を得た。
（７－３）ラテックス凝集法
検証試験で行ったラテックス凝集法では、４．５ｍｇ/ｍＬのヒト血清ＩｇＡ（Jackson Immuno Research 社）と、上記のラテックスＩｇＡ試薬と、リン酸緩衝生理食塩水（Phosphate－Buffered Saline：ＰＢＳ）とを用いた。 これらを混和してＩｇＡサンプルとした。
具体的には下記のようにＩｇＡサンプルを作製した。なお、ここでは、混和後のＩｇＡサンプルの体積をＶとする。初めにヒト血清ＩｇＡをＰＢＳで希釈した。最終的なＩｇＡサンプル中のＩｇＡが所望の濃度になるように、所定量のヒト血清ＩｇＡをＰＢＳに加えた。ＰＢＳは、ヒト血清ＩｇＡを加えた結果、体積がＶ／２となるようにした。ＰＢＳにヒト血清ＩｇＡを加えた後、これをおだやかに混和した。
次に、ラテックスＩｇＡ試薬が５０倍に希釈されるように、ＰＢＳに、ラテックスＩｇＡ試薬を加えて、ボルテックスミキサーで攪拌した。最後に、この希釈されたラテックスＩｇＡ試薬（Ｖ／２）を、上記の希釈されたヒト血清ＩｇＡ（Ｖ／２）に加え、これをＩｇＡサンプルとした。
（７－４）濁度測定用パネルの作製
次に、検証試験に用いた濁度測定用パネル５の作製方法について説明する。初めに、ベクトル画像描画ソフトＩｎｋｓｃａｐｅを用いて、図５に示したような測定用マークＭ１および参照用マークＭ２のパターンを作製し、この画像ファイルを、プリンターで普通紙に印刷した。測定用マークＭ１および参照用マークＭ２のパターンが描画された普通紙を、ハサミを用いて幅３０ｍｍ×縦４０ｍｍに切り抜いて、図５に示すような濁度測定用パネル５を作製した。
濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１のうち、円形の測定領域Ｍ１１の直径ｔ１は４ｍｍとし、その周囲にある反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２は、検証試験に応じて変えた。参照用マークＭ２のうち、円形の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４の直径ｔ３は、測定領域Ｍ１１と同じ４ｍｍとした。また、円形の第２参照用測定領域Ｍ２６の直径ｔ４も測定領域Ｍ１１と同じ４ｍｍとし、その周囲にある参照用反射領域Ｍ２５の環状部の幅ｔ５は２ｍｍとした。
（７－５）サンプル保持具の作製
次に、検証試験に用いたサンプル保持具２の作製方法について説明する。初めに、おおよそ厚さ５ｍｍ×幅２２ｍｍ×縦２２ｍｍ程度のシリコーンシートを複数枚準備し、そのうち一辺に、サンプル収容部４となる１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形状の切り欠きを形成した。そして、正方形状の切り欠きが一致するようにして、合計の厚さが、決められた値になるように、複数のシリコーンシートを重ね合わせて貼り付けて、収容部本体１７を作製した。
そして、図４に示したように、収容部本体１７の正面に、第１透明基板１６ａとして、一辺が２２ｍｍ×２２ｍｍの正方形のスライドガラスを貼り付け、当該収容部本体１７の背面に、第２透明基板１６ｂとして、幅３０ｍｍ×縦４０ｍｍの長方形のスライドガラスを貼り付けた。また、図４に示したように、収容部本体１７の背面側には、第２透明基板１６ｂとしたスライドガラスに、濁度測定用パネル５を貼り付け、さらに濁度測定用パネル５の背面に、第３透明基板１６ｃとして、幅３０ｍｍ×縦４０ｍｍの長方形のスライドガラスを貼り付け、サンプル保持具２を作製した。
（７－６）セットアップ
携帯端末３として、スマートフォン（Galaxy S8 （Sumsung Electronics社））を用いた。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）として、Ｗｉｎｄｏｗｓ１０（Microsoft社）を搭載したＴｈｉｎｋ Ｐａｄ（Lenovo社)を用意し、ＰＣとスマートフォンとをＵＳＢケーブルで接続して、ＰＣからスマートフォンを遠隔操作できるようにした。
ＰＣによるスマートフォンの遠隔操作はＡｎｄｒｏｉｄ専用のアプリケーションＶｙｓｏｒ （Google社)を用いた。また、写真撮影の環境を固定するために、撮影ボックス（SAMTIAN 社）を用意し、デジタル照度計（モノタロウ社）、サンプル保持具２およびスマートフォンを撮影ボックス内に設置した。なお、撮影ボックス内の内壁には白色の背景布を設けた。サンプル保持具２およびスマートフォンは、それぞれ支持台によって支持した。また、サンプル保持具２とスマートフォンの撮像部１１との距離は約１５ｃｍ程度とした。
撮影時に、サンプル保持具２のスライドガラス（第１透明基板１６ａおよび第２透明基板１６ｂ）の鏡面反射の影響を低減するために、スマートフォンを支持する支持台のうち、サンプル保持具２側に位置する面に反射防止剤（キヤノン化成社)を塗った。
スマートフォンでサンプル保持具２を撮影したときに、サンプル保持具２がスマートフォンの撮像部１１の視野中央に位置するようにして、スマートフォンおよびサンプル保持具２を支持している支持台を、撮像ボックス内の白色の背景布に接着テープで固定した。なお、デジタル照度計の測定部は撮影ボックス内の所定位置に設定し、デジタル照度計の表示部は撮像ボックスの外に設置し、撮像ボックス内の照度を確認できるようにした。
４２個の白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備えた照明具を、サンプル保持具２の真上に位置させるように撮影ボックス上部に設置した。この際、撮像ボックス内の照明具の下方に白色の布を張り、照明具と、サンプル保持具２およびスマートフォンと、の間を布で仕切ることで、照明具からの光を拡散させた。
そして、検証試験の際には、必要に応じて照明具の白色ＬＥＤの発光強度を変えて、撮影ボックス内の環境光を所望の照度とした。また、サンプル保持具２のスライドガラスの鏡面反射の影響を低減するために、撮像部１１が設けられたスマートフォンの裏面には黒い紙を貼り付け、撮像部１１のレンズだけを露出させた。
（７－７）反射領域を設けた濁度測定用パネルと、反射領域を設けない濁度測定用パネルと、の濁度の検出感度について
初めに、照度補正処理を行わないで、単に、反射領域Ｍ１２を設けた濁度測定用パネル５と、反射領域Ｍ１２を設けない濁度測定用パネルと、の濁度の検出感度を比較する検証試験を行った。この検証試験では、上述した「（７－１）濁度標準液の調製」に従い、濁度が０度、５０度、１００度の３種類の濁度標準液をサンプルＳとして用意した。また、サンプル収容部４の厚さ（収容部本体１７の厚さ）Ｄ１は、１０ｍｍとした。
実施例として、携帯端末３として用意したスマートフォンにおいて上述した照度補正処理を行わずに、濁度が０度、５０度、１００度の３種類の濁度標準液について、それぞれ濁度標準液を通して濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１を、スマートフォンの撮像部１１で撮像した。なお、ここでは、撮影ボックスは使わず、サンプル保持具２及びスマートフォンを単に机の上に設置して検証試験を行った。実験室における机の上の照度は測定していないが、おおよそ６００ｌｕｘ～７００ｌｕｘと推測される。
その結果、図８の８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに示すような結果が得られた。図８の８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、測定領域Ｍ１１の直径ｔ１を４ｍｍとし、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２を４ｍｍとした濁度測定用パネル５の測定用マークＭ１を撮像したときの撮像画像である。８Ａは濁度が０度、８Ｂは濁度が５０度、８Ｃは濁度が１００度の濁度標準液を用いたときの撮像画像である。図８の８Ａ、８Ｂおよび８Ｃ中、ＥＲ３は、撮像画像内に写った測定領域Ｍ１１から平均輝度値Ｉｍｅａｎを算出した注目領域を示し、ここでは、直径２０ピクセルの円内にある１２４５画素から平均輝度値Ｉｍｅａｎを算出した。
また、これとは別に、比較例として、図８の８Ｄ、８Ｅおよび８Ｆのように、測定用マークＭ１を設けずに黒色一色に配色した濁度測定用パネル１００も用意した。
比較例では、同様に、スマートフォンで上述した照度補正処理を行わずに、濁度が０度、５０度、１００度の３種類の濁度標準液について、それぞれ濁度標準液を通して濁度測定用パネル１００を、スマートフォンの撮像部１１で撮像した。なお、ここでも、撮影ボックスは使わず、サンプル保持具２及びスマートフォンを単に机の上に設置して検証試験を行った。実験室における机の上の照度は測定していないが、おおよそ６００ｌｕｘ～７００ｌｕｘと推測される。
その結果、図８の８Ｄ、８Ｅおよび８Ｆに示すような結果が得られた。図８の８Ｄ、８Ｅおよび８Ｆは、反射領域Ｍ１２を設けない比較例（すなわち、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２が０ｍｍ）の濁度測定用パネル１００の黒色箇所を撮像したときの撮像画像である。８Ｄは濁度が０度、８Ｅは濁度が５０度、８Ｆは濁度が１００度の濁度標準液を用いたときの撮像画像である。図８の８Ｄ、８Ｅおよび８Ｆ中、ＥＲ３は、上記と同様に、撮像画像から平均輝度値Ｉｍｅａｎを算出した注目領域を示す。
そして、このようにしてスマートフォンで取得した各撮像画像を、スマートフォンからＰＣに転送し、ＰＣにおいて、各撮像画像内の注目領域ＥＲ３を特定した後、各注目領域ＥＲ３内の画像の平均輝度値Ｉｍｅａｎを算出した。
この検証試験では、濁度測定用パネル５における反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２を４ｍｍとしただけでなく、２ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍとしたときに、撮像画像から算出した平均輝度値Ｉｍｅａｎがどのように変化するかについても確認した。
図９は、反射領域Ｍ１２を設けない比較例（０ｍｍと表記）の濁度測定用パネル１００と、反射領域Ｍ１２の環状部の幅ｔ２を２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍとした実施例の濁度測定用パネル５と、をそれぞれ用いたときの、濁度標準液の濁度と、撮像画像から算出した平均輝度値Ｉｍｅａｎとの関係をまとめたグラフである。
なお、ここでｎ＝３は、検証試験を行った回数を示したものである。すなわち、平均輝度値Ｉｍｅａｎは、各条件でそれぞれ３つの撮像画像を得、それら３つの撮像画像からそれぞれ算出した平均輝度値Ｉｍｅａｎの平均値を示す（ｎ＝３）。以下の検証試験においても、検証試験を行った回数をｎで表記する。
図９の結果から、すべての系列で濁度と平均輝度値Ｉｍｅａｎとに正の相関があったが、反射領域Ｍ１２を設けなかった比較例では、その傾きが小さかった。図９中、領域ＥＲ５の部分は、濁度標準液内での周囲光（環境光）の散乱による影響を受けているものと言え、領域ＥＲ６の部分は、反射領域Ｍ１２による影響を受けているものと言える。
以上より、反射領域Ｍ１２を設けた実施例では、反射領域Ｍ１２を設けない比較例に比べて、傾きが増加していることが確認でき、検出感度が増加していると言える。よって、濁度測定用パネル５に設けた反射領域Ｍ１２によって、サンプルＳ内における散乱光の検出感度を向上させることできるので、環境光の下でもサンプルＳの濁度を測定することができることが確認できた。
また、測定領域Ｍ１１の周囲に設けた反射領域Ｍ１２の面積を大きくすることで、平均輝度値Ｉｍｅａｎが次第に大きくなることも確認できた。よって、反射領域Ｍ１２の面積を大きくすることで、反射領域Ｍ１２にて拡散反射させる光が増強されていることが確認できた。
（７－８）照度補正処理を行った場合と、行わなかった場合の測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅについて
次に、上述した照度補正処理を行った場合と、行わなかった場合と、についてそれぞれ測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出し、算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを比較する検証試験を行った。
ここでの検証試験では、サンプル収容部４の厚さ（収容部本体１７の厚さ）Ｄ１は３０ｍｍとした。また、濁度が３５度の濁度標準液を使用し、環境光の照度を２００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘに変えた。
図１０の１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、携帯端末３として用いたスマートフォンで、照度補正処理による露光時間の調整を行わずに（図１０中、「露光調整」「なし」と表記）、露光時間を１０ｍｓに固定したスマートフォンの撮像部１１で、濁度測定用パネル５を撮像したときの撮像画像を示す。
図１０の１０Ａは、環境光の照度が２００ｌｕｘのときの撮像画像であり、１０Ｂは、環境光の照度が６００ｌｕｘのときの撮像画像であり、１０Ｃは、環境光の照度が１０００ｌｕｘのときの撮像画像である。これら１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃについて目視で確認すると、環境光の照度が変わることで撮像画像の明るさも変わることが確認できた。
これに対して、図１０の１０Ｄ、１０Ｅおよび１０Ｆは、携帯端末３として用いたスマートフォンで、照度補正処理による露光時間の調整を行い（図１０中、「露光調整」「あり」と表記）、スマートフォンの撮像部１１で濁度測定用パネル５を撮像したときの撮像画像を示す。
この検証試験で行った照度補正処理では、目標値Ｉｄを１８０とし、上述した表１に基づいて、露出時間の更新率を決め、上記の式（２）の条件（｜ｅｒｒｏｒ｜≦０．０５）を満たすまで、スマートフォンの撮像部１１における露光時間を更新した。
図１０の１０Ｄは、環境光の照度が２００ｌｕｘのときに、露光時間を調整した撮像部１１で撮像した撮像画像であり、１０Ｅは、環境光の照度が６００ｌｕｘのときに、露光時間を調整した撮像部１１で撮像した撮像画像であり、１０Ｆは、環境光の照度が１０００ｌｕｘのときに、露光時間を調整した撮像部１１で撮像した撮像画像である。１０Ｄ、１０Ｅおよび１０Ｆについて目視で確認すると、環境光の照度が変わっても、照度補正処理を行うことで撮像画像の明るさを、ほぼ一定の明るさに維持できることが確認できた。
次に、照度補正処理を行わずに撮像部１１の露光時間を２．５ｍｓに固定し、濁度が３２度、３３度、３４度、３５度の４種類の濁度標準液について、環境光の照度と測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅとの関係を調べたところ、図１１の１１Ａに示すような結果が得られた。
図１１の１１Ｂは、左側の１１Ａの結果を、濁度と測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅとの関係で表したものである。すなわち、１１Ｂは、異なる照度の環境光の下で得られた測定結果を照度で区別せずに、濁度毎に１つの群として表しており、１１Ａのグラフ内で同じ濁度を示す５つの点を１つの点にまとめて示したものである。
１１Ａおよび１１Ｂから、濁度が変わることによる測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの変動よりも、環境光の照度が変わることによる測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの変動の方が大きいことが確認できた。その結果、１１Ｂに示すように、算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅに基づいて、濁度の違いを検出することが困難であった。
次に、照度補正処理を行い、撮像部１１の露光時間を調整して、濁度が３２度、３３度、３４度、３５度の４種類の濁度標準液について、環境光の照度と測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅとの関係を調べたところ、図１１の１１Ｃに示すような結果が得られた。なお、照度補正処理を行う際の目標値Ｉｄは１４０とした。
図１１の１１Ｄは、１１Ｂと同様に、左側の１１Ｃの結果を、濁度と測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅとの関係で表したものである。すなわち、図１１の１１Ｄは、異なる照度の環境光の下で得られた測定結果を照度で区別せずに、濁度毎に１つの群として表しており、１１Ｃのグラフ内で同じ濁度を示す５つの点を１つの点にまとめて示したものである。
図１１の１１Ｄ中、**印は、多重比較検定によって、濁度の差が１度である２つの群の平均値の間のｐ値がｐ＜０．００１となって、有意差が認められたことを示す。
図１１の１１Ｃから、同じ濁度については環境光の照度が変化しても、測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの値が大きく変化しておらず、露光時間を固定した１１Ａの結果と比較して、環境光の照度による測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの変動が小さくなることが確認できた。また、図１１の１１Ｄから、照度補正処理により露光時間を調整することで、環境光の照度の影響を減らして濁度を測定できることを確認することができた。
（７－９）ＩｇＡの濃度と測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅとの関係について
次に、異なる照度の環境光の下で、ＩｇＡサンプルの濃度を変え、スマートフォン（携帯端末３）で照度補正処理を行い、得られた撮像画像から測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出した。この検証試験では、環境光の照度を２００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、８００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘと変化させて、濃度が０ｍｇ／Ｌ、１０ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／ＬのＩｇＡサンプルについて、スマートフォンでそれぞれ撮像画像を取得して照度補正処理を行い、明るさが一定の撮像画像を取得した。
なお、サンプル収容部４の厚さ（収容部本体１７の厚さ）Ｄ１は３０ｍｍとし、サンプル保持具２にて２．７ｍＬのＩｇＡサンプルを保持できるようにした。また、照度補正処理時の目標値Ｉｄは１４０とした。
なお、図１２の１２Ａおよび１２Ｂは、Ｉｇａサンプル（サンプルＳ）の濃度を０ｍｇ／Ｌとし、環境光の照度を２００ｌｕｘと１０００ｌｕｘとしたときに、スマートフォンによって照度補正処理を行い、露光時間が調整されたときの撮像画像を示す。
図１２の１２Ｃおよび１２Ｄは、Ｉｇａサンプル（サンプルＳ）の濃度を３０ｍｇ／Ｌとし、環境光の照度を２００ｌｕｘと１０００ｌｕｘとしたときに、スマートフォンによって照度補正処理を行い、露光時間を調整したときの撮像画像を示す。
図１３は、環境光の照度を２００ｌｕｘ、４００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、８００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘと変化させて、濃度が０ｍｇ／Ｌ、１０ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／ＬのＩｇＡサンプルについて、スマートフォンでそれぞれ撮像画像を取得して照度補正処理を行い、明るさが一定の撮像画像を取得し、取得した各撮像画像から算出した測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅと、ＩｇＡ濃度との関係をまとめたグラフである。
この図１３は、異なる照度の環境光の下で得られた測定結果を照度で区別せずに、ＩｇＡ濃度毎に１つの群として表しており、同じＩｇＡ濃度で得られた５つの照度（２００ｌｕｘ、４００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、８００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘ）での結果を１つの点にまとめて示したものである。なお、**印は、多重比較検定の結果、２つの群の平均値の間に有意差が認められたことを示す。
図１３の結果から、いずれの照度の環境光下においても、測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅは、ＩｇＡ濃度が０ｍｇ/Ｌから２０ｍｇ/Ｌまでの間では増加することが確認できた。ＩｇＡ濃度０ｍｇ/Ｌのサンプルと、他の３つの濃度のＩｇＡサンプルから得た測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅの間でそれぞれｐ値がｐ＜０．００１となり（図１３中、「**」印で表記）、有意差が認められた。
なお、この検証試験では、２０ｍｇ/Ｌから３０ｍｇ/Ｌの間で測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅが減少しているが、ＩｇＡ濃度が１０ｍｇ/Ｌより大きい範囲では、ラテックス粒子の凝集が飽和した可能性があると推測できる。
以上より、この検証試験の結果から、本実施形態の濁度測定装置１を用いることで、異なる照度の環境光の下においても、サンプルＳ中のＩｇＡの有無を検出することが可能であることが確認できた。よって、本実施形態の濁度測定装置１は、免疫比濁法にも使用し得、サンプルに含まれる抗原の有無を測定できることが確認できた。
免疫比濁法であるラテックス凝集法は、ＩｇＡに限らず、アルブミンを測定したり、トランスフェリンを測定したり、近年、健康診断で既に使われている技術であるが、本実施形態の濁度測定装置１を用いることで、作業者が携帯可能なスマートフォンを利用して、場所等を問わず、簡単にラテックス凝集法でＩｇＡやアルブミン等の測定できることになる。
（７－１０）照度補正処理時に使用する目標値Ｉｄについて
本検証試験では、照度補正処理時に使用する目標値Ｉｄの最適な値を検討するために、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに着目した。具体的には、環境光の照度と濁度標準液の濁度とを変え、それぞれの条件下で、スマートフォンにおいて照度補正処理を行う際の目標値Ｉｄを変えて、それぞれ得られた撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出した。
サンプル収容部４の厚さＤ１は３０ｍｍとした。また、照度補正処理時における目標値Ｉｄは６０、１４０、２４０とした。そして、環境光の照度を２００ｌｕｘ、４００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、８００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘと変化させて、濁度が３２度、３３度、３４度、３５度の濁度標準液について、スマートフォンでそれぞれ撮像画像を取得し、上記の目標値Ｉｄで照度補正処理を行い、各目標値Ｉｄに応じた明るさに調整した撮像画像を得た。
そして、照度補正処理により、各目標値Ｉｄに応じた明るさに調整した各撮像画像から、それぞれ濁度標準液を通して撮像されている測定領域Ｍ１１内の平均輝度値Ｉｍｅａｎ（サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔ）を、上記の式（１）に基づいて算出した。
その結果、図１４に示すような結果が得られた。図１４は、環境光の照度を横軸に示し、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを縦軸に示しており、濁度毎に測定結果を示している。図１４の１４Ａは、目標値Ｉｄが６０のときの測定結果を示し、図１４の１４Ｂは、目標値Ｉｄが１４０のときの測定結果を示し、図１４の１４Ｃは、目標値Ｉｄが２４０のときの測定結果を示す。
図１４の１４Ａに示すように、目標値Ｉｄを６０に設定したときには、環境光の各照度において、濁度の違いによるサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの変化量が小さいことが確認できた。一方、図１４の１４Ｃに示すように、目標値Ｉｄを２４０に設定しときには、目標値Ｉｄを６０に設定したときに比べて、環境光の各照度において、濁度の違いによるサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの変化量が大きくなるものの、環境光の照度の違いによってサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが変動することが分かった。
以上より、目標値Ｉｄを小さくすると、濁度の違いによるサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの変化が小さくなってしまい、一方、目標値Ｉｄを大きくすると、環境光の照度の違いによる影響が大きくなってしまうことが確認できた。
目標値Ｉｄを大きい値に設定すると、環境光の照度の変化による影響を受ける原因について検討するために、目標値Ｉｄが１４０、２４０のときに、撮像画像内の測定領域Ｍ１１から算出したＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎと、同じく撮像画像内の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から算出したＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎと、を確認した。
図１５の１５Ａおよび１５Ｃは、濁度が３５度の濁度標準液を使用し、目標値Ｉｄを１４０、２４０に設定したときの、環境光の照度と、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から算出したＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎと、上記の式（１）に基づいてＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎから算出した第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅとの関係を示したグラフである。
また、図１５の１５Ｂおよび１５Ｄは、濁度が３５度の濁度標準液を使用し、目標値Ｉｄを１４０、２４０に設定したときの、環境光の照度と、測定領域Ｍ１１から算出したＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎと、上記の式（１）に基づいてＲ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎから算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係を示したグラフである。
図１５の１５Ｂの結果から、目標値Ｉｄを１４０とした測定では、環境光の照度を変えたときに、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが変動しないように、ＲＧＢ値（Ｒ値平均値Ｒｍｅａｎ、Ｇ値平均値ＧｍｅａｎおよびＢ値平均値Ｂｍｅａｎ）それぞれの変動が相殺したと考えられる。一方、図１５の１５Ｄの結果から、目標値Ｉｄを２４０とした測定では、環境光の照度の増大に対しＲＧＢ値の各値が増加し、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出する際に、これらの値が相殺しなかったことで、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが増加したと考えられる。
以上の結果から、目標値Ｉｄをある値に設定したときに、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から得られるＲＧＢ値の割合の変化を環境光の色相の変化と考えれば、目標値Ｉｄを大きい値に設定することで、環境光の色相の変化の影響が大きくなると考えられる。すなわち、目標値Ｉｄを大きい値に設定すると、露光時間を調整した際、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４から得られるＲＧＢ値のうち、大きい値のＢ値が変動しにくくなり、露光時間の調整への寄与が小さくなる。その一方で、残るＲ値およびＧ値の２つの値の変動による露光時間の調整への寄与がより大きくなり、その結果、測定領域Ｍ１１から得たＲＧＢ値を用いて、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出する際、露光時間調整において変動し難かったＢ値の影響が大きくなると考えられる。以上より、目標値Ｉｄについては２４０以下に設定することが望ましい。
次に、環境光の照度を２００ｌｕｘ、４００ｌｕｘ、６００ｌｕｘ、８００ｌｕｘ、１０００ｌｕｘとし、目標値Ｉｄを６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０として、濁度が３２度、３３度、３４度、３５度の４種類の濁度標準液からそれぞれ得た測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅについて多重比較検定を行ったところ、図１６に示すような結果が得られた。
図１６では、濁度の差が１度である２つの群の平均値の間のｐ値が、ｐ＞０．０５のとき「－」印とし、ｐ＜０．０５のとき「*」印とし、ｐ＜０．００１のとき「**」印としている。目標値Ｉｄが１００、１２０、１４０、１６０のとき、すなわち、１００以上１６０以下のとき、濁度の差が１度である全ての２群間において、ｐ＜０．０５となり、平均値の間に有意差が認められた。
目標値Ｉｄを８０以下または１８０以上の値にすると、濁度の差が１度である２群で、平均値の間に有意差が認められなかったものが、少なくとも１組あった。このような結果は、露光時間を単に所定の値に固定して測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを測定した場合に比べて、目標値Ｉｄの値を指定して照度補正処理を行い、測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを測定した場合の方が、環境光の照度の影響を低減し、濁度の差を検出できるようになったことを示している。
以上より、目標値Ｉｄを８０超１８０未満の範囲の値に設定することで、異なる環境光の下でも、濁度の差を識別することができることが確認できた。よって、目標値Ｉｄは、６０以上２４０以下、好ましくは８０超１８０未満の範囲で設定することが望ましく、さらには、１００以上１６０以下の範囲で設定することがより望ましいことが確認できた。
（７－１１）サンプル収容部の厚さについて
次に、サンプル収容部４の厚さＤ１を変えた際に、濁度測定に与える影響について考察した。本検証試験では、線型リスケーリングを行う前のシグナルであるサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに着目した。厚さＤ１が１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの３つのサンプル収容部４を用意して、厚さＤ１が異なるサンプル保持具２を作製し、濁度が３２度、３５度の２種類の濁度標準液について、それぞれサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを測定した。
厚さＤ１が１０ｍｍのサンプル収容部４には一回の測定で１ｍＬの濁度標準液を使用した。厚さＤ１が２０ｍｍのサンプル収容部４には一回の測定で１．６ｍＬの濁度標準液を使用し、厚さＤ１が３０ｍｍのサンプル収容部４には一回の測定で２．７ｍＬの濁度標準液を使用した。使用した濁度標準液の体積は、液面が水平になるように、作製したサンプル収容部４の実際の寸法にあわせて決定した。
環境光の照度は６００ｌｕｘに設定した。濁度測定装置１で行う照度補正処理時の目標値Ｉｄは６０、１２０、１８０、２４０の４通りに設定した。
このように、目標値Ｉｄを６０、１２０、１８０、２４０に設定し、目標値Ｉｄ毎に、サンプル収容部４の厚さＤ１と、算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係について調べたところ、図１７に示すような結果が得られた。なお、ｎ＝３は、図１７の結果が３回の平均値であることを示す。
図１７の１７Ａは、目標値Ｉｄを６０としたときのサンプル収容部４の厚さＤ１と、算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係を示し、１７Ｂは、目標値Ｉｄを１２０としたときのサンプル収容部４の厚さＤ１と、算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係を示している。また、図１７の１７Ｃは、目標値Ｉｄを１８０としたときのサンプル収容部４の厚さＤ１と、算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係を示し、１７Ｄは、目標値Ｉｄを２４０としたときのサンプル収容部４の厚さＤ１と、算出したサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔとの関係を示している。
図１７の結果から、濁度が３２度および３５度の濁度標準液のいずれについても、全ての目標値Ｉｄにおいて、サンプル収容部４の厚さＤ１を厚くすることで、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが増加することが確認できた。
また、図１７の１７Ａ中の「－０．０１」や「０．８１」、「１．３」、１７Ｂ中の「０．７５」等の各グラフ中の数値は、濁度が３２度のときと３５度のときとのサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの平均値（ｎ＝３）の差を示している。これらの数値から、濁度３２度と濁度３５度から得たサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの平均値の差は、全ての目標値Ｉｄにおいて、サンプル収容部４の厚さＤ１を厚くすることで増加する傾向にあることが確認できた。
また、サンプル収容部４の厚さＤ１を１０ｍｍおよび２０ｍｍとした場合には、目標値Ｉｄを大きくすることで、濁度３２度と濁度３５度から得たサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔの間に、より高い水準で有意差が認められた。よって、目標値Ｉｄは１２０以上であることが望ましい。
以上より、サンプル収容部４の厚さ（収容部本体１７の厚さ）Ｄ１は、１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上とすることが望ましいことが確認できた。
（８）他の実施の形態
上述した実施形態においては、濁度測定用パネルとして、測定用マークＭ１および参照用マークＭ２とが撮像面５ａに描画された濁度測定用パネル５を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、図１８に示すように、測定用マークＭ１のみが撮像面５ａに描画された濁度測定用パネル３１を適用してよい。
この場合、演算処理装置としての携帯端末３では、濁度測定用パネル３１の撮像面５ａに参照用マークＭ２が描画されていないことから、照度補正処理を行うことはなく、単に、撮像画像内に写った測定用マークＭ１の測定領域Ｍ１１に基づいてサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出する。これにより、携帯端末３は、例えば、サンプル輝度値ＩｔｅｓｔとサンプルＳの濁度との対応関係を示したデータから、サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいてサンプルＳの濁度を測定する。
このような構成であっても、濁度測定用パネル５に設けた反射領域Ｍ１２によって、サンプルＳ内における散乱光の検出感度を向上させることできるので、環境光の下でもサンプルＳの濁度を測定することができる。また、環境光の下でも濁度を測定し易くなるため、従来のような赤外線ＬＥＤ等の光学系が不要となり、その分、従来に比して簡易な構成にできる。
また、上述した実施形態においては、測定用マークとして、黒色で円形状の測定領域Ｍ１１と、当該測定領域Ｍ１１を取り囲む、白色で円環状の反射領域Ｍ１２とを有する測定用マークＭ１を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。
他の実施形態の測定用マークとしては、例えば、図１９の１９Ａに示すように、黒色で方形状の測定領域Ｍ１１ａと、この測定領域Ｍ１１ａを中心にして測定領域Ｍ１１ａを取り囲む、白色で四角環形状の反射領域Ｍ１２ａとを有する測定用マークＭ１ａを適用してもよい。また、測定領域Ｍ１１ａおよび反射領域Ｍ１２ａの外郭形状は、正方形状以外の長方形状や、三角形状の他、五角形状等のような多角形状であってもよい。
また、図１９の１９Ｂに示すように、例えば、黒色で円形状の測定領域Ｍ１１ｂと、この測定領域Ｍ１１ｂが中心に配置された、白色で四角形状の反射領域Ｍ１２ｂとを有する測定用マークＭ１ｂ等、測定領域Ｍ１１ｂと反射領域Ｍ１２ｂとの外郭形状が異なる形状の測定用マークを適用してもよい。
また、図１９の１９Ｃに示すように、例えば、黒色で方形状の測定領域Ｍ１１ｃと、この測定領域Ｍ１１ｃと隣接して配置された、白色で方形状の反射領域Ｍ１２ｃとを有し、測定領域Ｍ１１ｃと反射領域Ｍ１２ｃとが並んだ測定用マークＭ１ｃを適用してもよい。
このような測定用マークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃであっても、測定領域Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１１ｃに隣接した反射領域Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂ，Ｍ１２ｃによって、サンプルＳ内における散乱光の検出感度を向上させることできるので、環境光の下でもサンプルＳの濁度を測定することができ、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
さらに、上述した実施形態においては、参照用マークとして、測定用マークＭ１と同色同階調同形状の参照用反射領域Ｍ２５および第２参照用測定領域Ｍ２６を中心に、四辺の四隅に白色で円形状の第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４を配置した参照用マークＭ２を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。
他の実施形態の参照用マークとしては、例えば、図２０の２０Ａに示すように、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４を設けずに、測定用マークＭ１と同色同階調同形状の参照用反射領域Ｍ２５ａおよび第２参照用測定領域Ｍ２６ａのみを有する参照用マークＭ２ａを適用してもよい。この場合は、参照用反射領域Ｍ２５ａが第１参照用測定領域となり、参照用反射領域Ｍ２５ａの所定箇所を注目領域とし、当該注目領域から第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅが算出される。
また、図２０の２０Ｂに示すように、黒色で円形状の第２参照用測定領域Ｍ２６ｂと、この第２参照用測定領域Ｍ２６ｂが中心に配置された、白色で四角形状の参照用反射領域Ｍ２５ｂとを有する参照用マークＭ２ｂを適用してもよい。この場合、参照用反射領域Ｍ２５ｂが第１参照用測定領域となり、参照用反射領域Ｍ２５ｂの所定箇所を注目領域とし、当該注目領域から第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅが算出される。
また、図２０の２０Ｃに示すように、白色で円形状の参照用反射領域Ｍ２５ｃと、当該参照用反射領域Ｍ２５ｃを中心にして参照用反射領域Ｍ２５ｃを取り囲む、黒色で円環状の第２参照用測定領域Ｍ２６ｃと、これら参照用反射領域Ｍ２５ｃおよび第２参照用測定領域Ｍ２６ｃが中心に配置された、白色で方形状の第１参照用測定領域Ｍ２１ｃと、を有する参照用マークＭ２ｃを適用してもよい。この場合は、第１参照用測定領域Ｍ２１ｃの所定箇所を注目領域とし、当該注目領域から第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅが算出される。また、中心部の参照用反射領域Ｍ２５ｃを第１参照用測定領域とし、参照用反射領域Ｍ２５ｃから第１参照輝度値Ｉｗｈｉｔｅを算出してもよい。
また、濁度測定用パネルに描画される測定用マークおよび参照用マークは、図４の測定用マークＭ１または上述した図１９の測定用マークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃと、図４の参照用マークＭ２または図２０の参照用マークＭ２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ２ｃと、を適宜組み合わせた形態であってもよい。
また、上述した実施形態においては、反射領域Ｍ１２、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４および参照用反射領域Ｍ２５を白色に配色して、環境光を拡散反射させる場合について述べたが、本発明はこれに限らない。本実施形態では、例えば、白色の他に、灰白色や銀白色、乳白色、温白色、青白色、パールホワイト、乳白色等の種々の白色系でなる反射領域Ｍ１２、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４および参照用反射領域Ｍ２５を適用してもよい。また、環境光を拡散反射させる白色系の他にも、環境光を鏡面反射させる部材により、反射領域Ｍ１２、第１参照用測定領域Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４および参照用反射領域Ｍ２５を形成してもよい。
また、上述した実施形態においては、測定領域Ｍ１１および第２参照用測定領域Ｍ２６を、光を吸収する黒色に配色した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。本実施形態では、例えば、光を吸収可能であれば、黒色の他に、鉄黒色や墨色等の種々の黒色系でなる測定領域Ｍ１１および第２参照用測定領域Ｍ２６を適用してもよい。
また、上述した実施形態においては、演算処理装置として、スマートフォンのような携帯端末３を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。演算処理装置としては、例えば、撮像部を搭載したパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を適用してもよい。また、撮像部としてデジタルカメラを適用し、ＰＣやスマートフォン等の演算処理装置と、撮像部とを別体の構成とし、撮像部で撮像した撮像画像を、演算処理装置に転送するようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、撮像部での露出条件の設定を調整する露出条件調整部として、撮像部１１での露光時間の設定を調整する露出条件調整部２２を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。他の露出条件調整部としては、例えば、撮像部の絞り値（Ｆ値）の設定を調整して、撮像部で取得する撮像画像の明るさを所定の明るさに調整させ露出条件調整部を適用してもよい。
撮像部の絞り値の設定を調整することで、撮像部で取得する撮像画像の明るさを所定の明るさに調整する手法の一例としては、上記の表１のように、環境光の照度と、目標値Ｉｄと、絞り値の更新率との関係を予め規定しておき、絞り値の更新率に基づいて、上記の式（２）の条件を満たすまで撮像部１１の絞り値の設定を調整する手法がある。但し、絞り値の調整手法については、上記の式（２）の条件を満たすように、撮像部１１の絞り値の設定を調整できれば、種々の手法を適用してもよいことは言うまでもない。
１ 濁度測定装置
２ サンプル保持具
３ 携帯端末（演算処理装置）
５ 濁度測定用パネル
１１ 撮像部
Ｍ１１ 測定領域
Ｍ１２ 反射領域
Ｉｔｅｓｔ サンプル輝度値
Ｉｗｈｉｔｅ 第１参照輝度値
Ｉｂｌａｃｋ 第２参照輝度値
Ｉｒｅｓｃａｌｅ 測定輝度値

Claims (10)

  1. サンプルの濁度を測定する濁度測定装置であって、
    前記サンプルの背後に配置されて撮像部により前記サンプルを通して撮像される濁度測定用パネルと、
    前記撮像部によって取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいて前記サンプルの濁度を測定する演算処理装置と、
    を備え、
    前記濁度測定用パネルには、
    前記演算処理装置によって前記撮像画像から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが算出される測定領域と、
    前記測定領域に隣接し、かつ、前記サンプルを透過した環境光を反射させる反射領域と、
    を有する、濁度測定装置。
  2. 前記濁度測定用パネルには、
    前記測定領域の周囲を取り囲むように前記反射領域が設けられている、
    請求項１に記載の濁度測定装置。
  3. 前記濁度測定用パネルは、
    前記測定領域が黒色系に配色され、前記反射領域が白色系に配色されている、
    請求項１または２に記載の濁度測定装置。
  4. 前記濁度測定用パネルは、
    白色系に配色され、かつ、前記サンプルを介在せずに前記撮像部により撮像される第１参照用測定領域を有しており、
    前記演算処理装置は、
    前記撮像画像内の前記第１参照用測定領域から算出した第１参照輝度値に基づいて、前記撮像画像の明るさが所定の明るさであるか否かを判断し、前記撮像画像が所定の明るさでない場合、前記撮像部での露出条件の設定を調整する露出条件調整部を備え、
    前記露出条件調整部により調整した露出条件で前記撮像部に新たな撮像画像を取得させる、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の濁度測定装置。
  5. 前記露出条件調整部は、
    目標値が予め設定されており、前記目標値と前記第１参照輝度値との差分の絶対値が所定基準値以下であるか否かに基づいて、前記撮像画像の明るさが所定の明るさであるか否かを判断する、
    請求項４に記載の濁度測定装置。
  6. 前記濁度測定用パネルは、
    黒色系に配色され、かつ、前記サンプルを介在せずに前記撮像部により撮像される第２参照用測定領域を有しており、
    前記演算処理装置は、
    所定の明るさに補正した前記撮像画像内の前記測定領域から算出した前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔと、
    所定の明るさに補正した前記撮像画像内の前記第１参照用測定領域から算出した前記第１参照輝度値と、
    所定の明るさに補正した前記撮像画像内の前記第２参照用測定領域から算出した第２参照輝度値と、
    に基づいて、前記サンプルの濁度を測定するための測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出する、
    請求項４または５に記載の濁度測定装置。
  7. 前記濁度測定用パネルは、
    白色系に配色され、かつ、前記サンプルを介在せずに前記撮像部により撮像される第１参照用測定領域と、
    黒色系に配色され、かつ、前記サンプルを介在せずに前記撮像部により撮像される第２参照用測定領域と、
    を有しており、
    前記演算処理装置は、
    前記撮像画像内の前記測定領域から算出した前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔと、
    前記撮像画像内の前記第１参照用測定領域から算出した第１参照輝度値と、
    前記撮像画像内の前記第２参照用測定領域から算出した第２参照輝度値と、
    に基づいて、前記サンプルの濁度を測定するための測定輝度値Ｉｒｅｓｃａｌｅを算出する、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の濁度測定装置。
  8. 前記演算処理装置は、
    前記撮像部により前記サンプルを撮像する際、前記濁度測定用パネルに描画されたパターンに準じた指定枠に基づいて、前記撮像画像の中から前記濁度測定用パネルを特定し、前記撮像画像の中から前記サンプルの濁度を測定するために必要な輝度値を算出する注目領域を自動的に特定する、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の濁度測定装置。
  9. サンプルの濁度を測定する濁度測定方法であって、
    前記サンプルの背後に配置された濁度測定用パネルを、撮像部により前記サンプルを通して撮像する撮像ステップと、
    演算処理装置によって、前記撮像部で取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいて前記サンプルの濁度を測定する演算処理ステップと、
    を有し、
    前記撮像ステップは、
    前記濁度測定用パネルの測定領域に隣接した反射領域により前記サンプルを透過した環境光を反射させつつ、前記撮像部によって前記濁度測定用パネルの前記測定領域を撮像し、
    前記演算処理ステップは、
    前記撮像画像内の前記測定領域から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出する、
    濁度測定方法。
  10. 演算処理装置によって、撮像部で取得した撮像画像からサンプル輝度値Ｉｔｅｓｔを算出し、前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔに基づいてサンプルの濁度を測定する際に、前記サンプルの背後に配置される濁度測定用パネルであって、
    前記撮像部により前記サンプルを通して撮像される撮像面には、
    前記演算処理装置によって前記撮像画像から前記サンプル輝度値Ｉｔｅｓｔが算出される測定領域と、
    前記測定領域に隣接し、かつ、前記サンプルを透過した環境光を反射させる反射領域と、
    を有する、濁度測定用パネル。
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