JP5766736B2 - 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 - Google Patents

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検出装置および検出方法に関する。

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検出装置および検出方法に関する。

従来、空気中の微生物の検出においては、落下菌法、衝突法、スリット法、多孔板法、遠心衝突法、インピンジャ法、およびフィルタ法などの方法で空気中の微生物を採取した後、培養し、出現するコロニーの計数を行なう。しかしながら、この方法では、培養に２日から３日が必要であり、リアルタイムでの検出は難しい。そこで、近年、特開２００３−３８１６３号公報（特許文献１）、特表２００８−５０８５２７号公報（特許文献２）のように、空気中の微生物に紫外光を照射して、微生物からの蛍光発光を検出して個数を計測する装置が提案されている。

特許文献１、２で提案されているような従来装置では、浮遊粒子が生物由来のものかどうかを判定する手段として、紫外線の照射により蛍光を発光するかどうかを判断する手法が採用されている。

特開２００３−３８１６３号公報 特表２００８−５０８５２７号公報

しかしながら、実際に空気中に浮遊する埃には、紫外光の照射により蛍光を発する化学繊維のくずなどが多く含まれている。それ故、特許文献１、２で提案されているような従来装置を用いると、空気中に存在する生物由来の粒子に加え、蛍光を発する埃も検出されてしまう。すなわち、特許文献１、２で提案されているような従来装置では、空気中に存在する生物由来の粒子だけを正確に評価できないという問題がある。

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、発光素子と、蛍光を受光するための受光素子と、生物由来の粒子量を算出するための算出部と、蛍光の増加量と生物由来の粒子量との関係式を記憶するための記憶部とを備える。発光素子は、検出装置にセットされた支持基板上の粒子に対して光を照射する。受光素子は、支持基板上の粒子からの蛍光を受光する。算出部は、上記粒子に対する加熱前の受光素子での受光量から加熱後の受光素子での受光量への増加量を上記関係式に代入することで、支持基板上の生物由来の粒子量を算出する。

好ましくは、検出装置は支持基板を加熱するためのヒータをさらに備える。
より好ましくは、検出装置はヒータによる加熱量を制御するための制御部をさらに備える。

より好ましくは、検出装置は制御部に対する指示を入力するための入力部をさらに備える。

好ましくは、発光素子は照射方向が検出装置にセットされた支持基板に向かう方向となるように設けられる。

好ましくは、検出装置は算出部での算出結果を測定結果として表示するための表示部をさらに備える。

好ましくは、発光素子は生物中の物質を励起させることのできる波長領域の光を照射する。より好ましくは、発光素子は３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲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、発光素子および受光素子を含んだ検出装置において、検出装置内にセットされた支持基板上の生物由来の粒子を検出するための方法である。検出装置は、蛍光の増加量と生物由来の粒子量との関係式を予め記憶しておく。この方法は、加熱前の支持基板の、発光素子の照射下での蛍光量を測定するステップと、加熱後の支持基板の、発光素子の照射下での蛍光量を測定するステップと、加熱前の支持基板から測定された蛍光量から加熱後の支持基板から測定された蛍光量への増加量を上記関係式に代入することで、支持基板上の生物由来の粒子量を算出するステップとを含む。

この発明によると、リアルタイムかつ高精度で、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ができる。

実施の形態にかかる、検出装置としての空気清浄機の外観の具体例を示す図である。 第１の実施の形態にかかる検出装置の基本構成を示す図である。 実施の形態にかかる検出装置の、捕集治具およびヒータ周辺の構成の具体例を示す図である。 第１の実施の形態にかかる検出装置の、検出機構の構成を説明する図である。 第１の実施の形態にかかる検出装置の、検出機構の構成を説明する図である。 検出機構における遮光機構の他の具体例として、導入孔に設けられる機構を説明する図である。 検出機構における遮光機構の他の具体例として、排出孔に設けられる機構を説明する図である。 検出機構における遮光機構の他の具体例としての導入孔および排出孔に設けられる機構の、それぞれに含まれる遮光板のうちの１つの具体例を示す図である。 検出機構における遮光機構の他の具体例としての導入孔および排出孔に設けられる機構の、それぞれに含まれる遮光板の他の１つの具体例を示す図である。 加熱処理前後での大腸菌の蛍光スペクトルの時間変化を示す図である。 加熱処理前での大腸菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理後での大腸菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理前後でのバチルス菌の蛍光スペクトルの時間変化を示す図である。 加熱処理前でのバチルス菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理後でのバチルス菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理前後でのアオカビ菌の蛍光スペクトルの時間変化を示す図である。 加熱処理前でのアオカビ菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理後でのアオカビ菌の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理前でのスギ花粉の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理後でのスギ花粉の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理前での蛍光発光する埃の蛍光スペクトルの時間変化を示す図である。 加熱処理後での蛍光発光する埃の蛍光スペクトルの時間変化を示す図である。 加熱処理前での蛍光発光する埃の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理後での蛍光発光する埃の蛍光顕微鏡写真である。 加熱処理前後での蛍光発光する埃の蛍光スペクトルの比較結果を示す図である。 第１の実施の形態にかかる検出装置の、機能構成の具体例を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかる検出装置での、動作の流れを示すタイムチャートである。 蛍光の減衰量と微生物濃度との対応関係の具体例を示す図である。 検出結果の表示例を示す図である。 検出結果の表示方法を示す図である。 第２の実施の形態にかかる検出装置の基本構成を示す図である。 第２の実施の形態にかかる検出装置の、捕集ユニットの動作を説明する図である。 第２の実施の形態にかかる検出装置での、動作の流れを示すフローチャートである。 発明者らによる測定に用いられた設備の構成を模式的に示す図である。 実施例１における測定結果を示す図である。 実施例２における測定結果を示す図である。 アオカビ菌に対する加熱処理温度と加熱前後のアオカビ菌からの蛍光強度の比との関係を示す図である。

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。

実施の形態においては、図１に示される空気清浄機が検出装置として機能するものとする。図１を参照して、実施の形態にかかる検出装置１００としての空気清浄機は、操作指示を受け付けるためのスイッチ１１０と、検出結果などを表示するための表示パネル１３０とを含む。その他、図示されない、空気を導入するための吸引口、排気するための排気口、などを含む。さらに、検出装置１００は、記録媒体を装着するための通信部１５０を含む。通信部１５０は、ケーブル４００で外部装置としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３００など接続するためのものであってもよい。または、通信部１５０は、インターネットを介して他の装置と通信するための通信回線を接続するためのものであってもよい。または、通信部１５０は、赤外線通信やインターネット通信などで他の装置と通信するためのものであってもよい。

［第１の実施の形態］
図２Ａを参照して、空気清浄機の検出装置部分である実施の形態にかかる検出装置１００のうちの、第１の実施の形態にかかる検出装置１００Ａは、吸引口からの空気を導入するための導入孔１０および排出孔１１が設けられたケース５を有し、ケース５、信号処理部３０、および測定部４０を内部に含んだ捕集センサ機構２０を含む。

検出装置１００Ａには空気導入機構５０が設けられる。空気導入機構５０によって、吸引口からの空気がケース５に導入される。空気導入機構５０としては、たとえば、ケース５外に設置されたファンやポンプ、およびその駆動機構などであってよい。またたとえば、ケース５内に組み込まれた熱ヒータやマイクロポンプ、マイクロファン、およびその駆動機構などであってもよい。また、空気導入機構５０は、空気清浄機の空気清浄装置部分の空気導入機構と共通とする構成であってもよい。好ましくは、空気導入機構５０に含まれる駆動機構は、測定部４０によって制御され、導入する空気の流速が制御される。好ましくは、空気導入機構５０で導入する空気の流速は１Ｌ（リットル）／ｍｉｎから５０ｍ³／ｍｉｎである。

捕集センサ機構２０は、検出機構と捕集機構と加熱機構とを含む。
図２Ａは、捕集機構の一例として、放電電極１、捕集治具１２、および高圧電源２を含むものを示している。放電電極１は高圧電源２の負極に電気的に接続される。高圧電源２の正極は接地される。これにより、導入された空気中の浮遊粒子は放電電極１付近にて負に帯電される。捕集治具１２は、導電性の透明の皮膜３を有する、ガラス板などからなる支持基板４である。皮膜３は、接地される。これにより、負に帯電された空気中の浮遊粒子は静電気力で捕集治具１２の方向に移動して導電性の皮膜３に吸着されることで、捕集治具１２上に捕集される。

支持基板４は、ガラス板には限定されず、その他、セラミック、金属等であってもよい。また、支持基板４表面に形成される皮膜３は、透明に限定されない。他の例として、支持基板４は、金属皮膜をセラミック等の絶縁材料の上に形成して構成されてもよい。また、支持基板４が金属材料の場合は、その表面に皮膜を形成する必要もない。具体的には、支持基板４として、シリコン基板、ＳＵＳ（Stainless Used Steel）基板、銅基板などが利用できる。

検出機構は、光源である発光素子６と、発光素子６の照射方向に備えられ、発光素子６からの光を平行光にする、または所定幅とするためのレンズ（またはレンズ群）７と、アパーチャ８と、受光素子９と、受光素子９の受光方向に備えられ、捕集機構により捕集治具１２上に捕集された浮遊微粒子に発光素子６から照射することにより生じる蛍光を受光素子９に集光するための集光レンズ（またはレンズ群）１３と、照射光が受光素子９に入り込むのを防ぐためのフィルタ（またはフィルタ群）１４とを含む。このうち、アパーチャ８は、必要に応じて設けられる。これらの構成は、従来技術を応用できる。

発光素子６は、半導体レーザまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を含む。波長は、浮遊微粒子の生物由来の微粒子を励起して蛍光を発させるものであれば、紫外または可視いずれの領域の波長でもよい。好ましくは、特開２００８−５０８５２７号公報に開示されているように、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から４５０ｎｍである。受光素子９は、従来用いられている、フォトダイオード、イメージセンサなどが用いられる。

レンズ７および集光レンズ１３は、いずれも、プラスチック樹脂製またはガラス製でよい。レンズ７とアパーチャ８との組み合わせにより、発光素子６の発光は捕集治具１２の表面に照射され、捕集治具１２上に照射領域１５を形成する。照射領域１５の形状に限定はなく、円形、楕円形、四角形などであってよい。照射領域１５は特定のサイズに限定されないが、好ましくは、円の直径または楕円の長軸方向の長さまたは四角形の１辺の長さが約０．０５ｍｍから５０ｍｍである。

フィルタ１４は、単一または数種のフィルタの組み合わせで構成され、集光レンズ１３または受光素子９の前に設置される。これにより、捕集治具１２で捕集された粒子からの蛍光と共に、発光素子６からの照射光が捕集治具１２やケース５に反射した迷光が受光素子９に入射することを抑えることができる。

加熱機構は、測定部４０に電気的に接続され、測定部４０によって加熱量（加熱時間、加熱温度等）が制御されるヒータ９１を含む。ヒータ９１としては、好適にはセラミックヒータが用いられる。以降の説明ではヒータ９１としてセラミックヒータが想定されているが、その他、遠赤外線ヒータや遠赤外線ランプなどであってもよい。

ヒータ９１は、捕集治具１２上に捕集された空気中の浮遊粒子を加熱し得る位置であって、少なくとも加熱時には発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から何かによって隔てられる位置に配備される。好ましくは、図２Ａに表わされたように、捕集治具１２を間に挟んで発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から遠い側に配備される。このようにすることにより加熱時にヒータ９１は捕集治具１２によって発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から隔てられ、それにより発光素子６、受光素子９等への熱の影響を抑えることができる。より好ましくは、図２Ｂに示されるように、ヒータ９１は周囲が断熱材で囲まれる。断熱材としては、好適にはガラスエポキシ樹脂が用いられる。このように構成することによって、セラミックヒータであるヒータ９１が約２分で２００℃に到達したときに断熱材を介してヒータ９１に接続される部分（図示せず）の温度が３０℃以下であったことを発明者らが確認している。

ケース５は、各辺が３ｍｍから５００ｍｍの長さの直方体である。本実施の形態ではケース５の形状を直方体としているが、直方体に限定されず、他の形状であってもよい。好ましくは、少なくとも内部に、黒色塗料の塗布または、黒色アルマイト処理等が施される。これにより、迷光の原因となる内部壁面での光の反射が抑えられる。ケース５の材質は特定の材質に限定されないが、好ましくは、プラスチック樹脂、アルミもしくはステンレスなどの金属、またはそれらの組み合わせが用いられる。ケース５に設けられる導入孔１０および排出孔１１は、直径が１ｍｍから５０ｍｍの円形である。導入孔１０および排出孔１１の形状は円形に限定されず、楕円形、四角形など他の形状であってもよい。

上述のように、フィルタ１４は、受光素子９の前に設置されて迷光の受光素子９への入射を防止する役割を果たすものである。しかしながら、より大きな蛍光強度を得ようとすると、発光素子６での発光強度を大きくする必要がある。これは、反射光強度、すなわち、迷光強度の増大を招く。そこで、好ましくは、発光素子６および受光素子９が、迷光強度がフィルタ１４による遮光効果を上回らないような位置関係で配置される。

図２Ａ、図３Ａ、および図３Ｂを用いて、発光素子６および受光素子９の配置の一例について説明する。図３Ａは、検出装置１００Ａを図２ＡのＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ位置から矢印の方向に見た断面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ位置から矢印の方向に見た断面図である。なお、説明の便宜上、これらの図には捕集治具１２以外の収集機構は示されていない。

図３Ａを参照して、発光素子６およびレンズ７と、受光素子９および集光レンズ１３とは、図２Ａの矢印ＩＩＩＡ方向（上面）から見て直角または略直角に設けられる。発光素子６からレンズ７およびアパーチャ８を通って捕集治具１２表面に形成される照射領域１５からの反射光は、入射光に沿った方向に向かう。そのため、この構成とすることで、反射光が直接受光素子９に入らない。なお、捕集治具１２表面からの蛍光は等方的に発光するので、反射光および迷光の受光素子９への入射を抑えられる配置であれば、図示された配置には限定されない。

より好ましくは、捕集治具１２は、照射領域１５に対応する表面に捕集した粒子からの蛍光を受光素子９に集めるための構成を備える。該構成は、図３Ｂを参照して、たとえば球面状の窪み５１が該当する。さらに、捕集治具１２は、好ましくは、受光素子９に捕集治具１２表面が相対するよう、受光素子９に向かう方向に角度θだけ傾けて設けられる。この構成により、球面状の窪み５１内の粒子から等方的に発光した蛍光が球面表面で反射して受光素子９方向に集められる効果があり、受光信号を大きくできるメリットがある。窪み５１の大きさは限定されないが、好ましくは、照射領域１５よりも大きい。

再び図２Ａを参照して、受光素子９は信号処理部３０に接続されて、受光量に比例した電流信号を信号処理部３０に対して出力する。従って、導入された空気中に浮遊し、捕集治具１２表面に捕集された粒子に発光素子６から光が照射されることによって該粒子から発光された蛍光は、受光素子９において受光され、信号処理部３０においてその受光量が検出される。

さらに、ケース５の導入孔１０および排出孔１１には、それぞれ、シャッタ１６Ａ，１６Ｂが設置される。シャッタ１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ測定部４０に接続され、その開閉が制御される。シャッタ１６Ａ，１６Ｂが閉塞されることでケース５内への空気の流入および外部光の入射が遮断される。測定部４０は、後述する蛍光測定時にシャッタ１６Ａ，１６Ｂを閉塞し、ケース５内への空気の流入および外部光の入射を遮断する。これにより、蛍光測定時には捕集機構での浮遊粒子の捕集が中断される。また、蛍光測定時に外部光のケース５内への入射が遮断されることで、ケース５内の迷光が抑えられる。なお、シャッタ１６Ａ，１６Ｂのうちのいずれか一方、たとえば、少なくとも排出孔１１のシャッタ１６Ｂのみが備えられてもよい。

または、導入孔１０および排出孔１１には、ケース５内への空気の出入りは可能として外部光の入射を遮断するための構成として、それぞれ、図４Ａ、図４Ｂに表わされるような遮光部１０Ａおよび遮光部１１Ａが備えられてもよい。

図４Ａおよび図４Ｂを参照して、導入孔１０に備えられる遮光部１０Ａおよび排出孔１１に備えられる遮光部１１Ａ共に、４．５ｍｍ程度の間隔で遮光板１０ａおよび遮光板１０ｂが交互に重ねられた構造を有する。遮光板１０ａおよび遮光板１０ｂは、それぞれ図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように導入孔１０および排出孔１１の形状（ここでは円形）に対応した形状であって、互いに重ならない部分に削孔を有する。具体的には、遮光板１０ａは周辺部分に削孔を有し、遮光板１０ｂは中央部分に削孔を有する。遮光板１０ａおよび遮光板１０ｂが重ねられたときに、それぞれの板に設けられた孔は重ならない。図４Ａに示されるように、導入孔１０に備えられる遮光部１０Ａは外部から内部へ遮光板１０ａ、遮光板１０ｂ、遮光板１０ａ、遮光板１０ｂの順に遮光板が配置され、図４Ｂに示されるように、排出孔１１に備えられる遮光部１１Ａは外部（空気導入機構５０側）から内部へ遮光板１０ｂ、遮光板１０ａ、遮光板１０ｂの順に遮光板が配置される。この構成によって、ケース５内への空気の出入りは可能となるものの、外部光の入射が遮断され、ケース５内の迷光が抑えられる。

信号処理部３０は測定部４０に接続されて、電流信号を処理した結果を測定部４０に対して出力する。測定部４０は、信号処理部３０からの処理結果に基づいて、測定結果を表示パネル１３０に表示させるための処理を行なう。

本実施の形態にかかる検出装置は、空気中に浮遊する生物由来の粒子量を検出するものである。この「生物由来の粒子」とは、以降の説明においては菌、ウィルスなどの微生物（死骸も含む）が代表されるが、生死に関わらず、生命活動を行なうものまたはその一部であって空気中に浮遊する程度のサイズのものを指し、微生物以外も含む。具体的には、菌、ウィルスなどの微生物（死骸も含む）の他に、花粉、ダニ（死骸も含む）、等を含み得る。以降の説明において、「微生物」はこの「生物由来の粒子」を代表させたものとし、花粉等の他も同様に取扱われるものとする。

ここで、検出装置における検出原理について説明する。
特開２００８−５０８５２７号公報にも開示されているように、空気中に浮遊する生物由来の粒子に紫外光または青色光を照射すると蛍光を発することは、従来から知られている。しかし、空気中には化学繊維の埃など同様に蛍光を発するものが浮遊しており、蛍光を検出するのみでは、生物由来の粒子からのものであるか化学繊維の埃などからのものであるかが区別されない。

そこで、発明者らは、生物由来の粒子と、化学繊維の埃などとのそれぞれに対して加熱処理を施し、加熱の前後における蛍光の変化を測定した。発明者らによる、具体的な測定結果が図５〜図１４に示されている。測定の結果より、発明者らは、埃は加熱処理によって蛍光強度が変化しないのに対して、生物由来の粒子は加熱処理によって蛍光強度が増加することを見出した。

さらに、発明者らは、アオカビ菌に対してさまざまな温度で５分加熱し、加熱前後のアオカビ菌からの蛍光強度の比（加熱後の蛍光強度／加熱前の蛍光強度）を測定した。図２５は、発明者らの測定で得られた、アオカビ菌に対する加熱処理温度と加熱前後のアオカビ菌からの蛍光強度の比との関係を示す図である。その測定より、図２５に表わされたように、５０℃で加熱したときには加熱前後で蛍光強度の変化がほとんどなく、１００℃以上で加熱したときには大きく増加することがわかった。また、図示されていないが、２５０℃で加熱したときには、２００℃で加熱したときと比べて蛍光強度の変化が減少することがわかった。この測定より、発明者らは、加熱処理には１００℃〜２５０℃が適しており、より好ましくは２００℃が適していることを見出した。そこで、発明者らは、さまざまな試料に対して２００℃にて５分間加熱処理し、その前後の該試料からの蛍光の変化を測定した。

具体的に、図５は、生物由来の粒子として、大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前（曲線７１）および加熱処理後（曲線７２）の蛍光スペクトルの測定結果である。図５に表わされた測定結果より、加熱処理を施すことによって大腸菌からの蛍光強度が大幅に増加していることが分かった。また、図６Ａに示された加熱処理前の蛍光顕微鏡写真と、図６Ｂに示された加熱処理後の蛍光顕微鏡写真との比較によっても、加熱処理を施すことによって大腸菌からの蛍光強度が大幅に増加していることが明らかとなっている。

同様に、図７は、生物由来の粒子として、バチルス菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの加熱処理前（曲線７３）および加熱処理後（曲線７４）の蛍光スペクトルの測定結果であり、図８Ａが加熱処理前、図８Ｂが加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。また、図９は、生物由来の粒子として、アオカビ菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの加熱処理前（曲線７５）および加熱処理後（曲線７６）の蛍光スペクトルの測定結果であり、図１０Ａが加熱処理前、図１０Ｂが加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。また、生物由来の粒子として、スギ花粉を２００℃にて５分間加熱処理したときの、図１１Ａが加熱処理前、図１１Ｂが加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。これらに示されるように、他の生物由来の粒子でも大腸菌と同様に加熱処理によって蛍光強度が大幅に増加することが分かった。

これに対して、図１２Ａおよび図１２Ｂは、それぞれ、蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの加熱処理前（曲線７７）および加熱処理後（曲線７８）の蛍光スペクトルの測定結果であり、図１３Ａが加熱処理前、図１３Ｂが加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。図１２Ａに示された蛍光スペクトルと図１２Ｂに示された蛍光スペクトルとを重ねると図１４に示されるように、これらはほぼ重なることが検証された。すなわち、図１４の結果や図１３Ａ、図１３Ｂの比較に示されるように、埃からの蛍光強度は加熱処理の前後において変化がないことが分かった。

検出装置１００における検出原理として、発明者らの検証した上述の現象が応用される。すなわち、空気中では、埃と、生物由来の粒子が付着した埃と、生物由来の粒子とが混合されている。上述の現象を基にすると、捕集した粒子に蛍光を発する埃が混ざっている場合、加熱処理前に測定される蛍光スペクトルには、生物由来の粒子からの蛍光と蛍光を発する埃からの蛍光とが含まれ、生物由来の粒子を化学繊維の埃などから区別して検出することができない。しかしながら、加熱処理を施すことで生物由来の粒子だけが蛍光強度が増加し、蛍光を発する埃の蛍光強度は変化しない。そのため、加熱処理前の蛍光強度と所定の加熱処理後の蛍光強度との差を測定することで、生物由来の粒子の量を求めることができる。

この原理を利用して空気中の微生物を検出するための検出装置１００Ａの機能構成を、図１５を用いて説明する。図１５では、信号処理部３０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、信号処理部３０が図示しない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４０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。

図１５を参照して、信号処理部３０は、受光素子９に接続される電流−電圧変換回路３４と、電流−電圧変換回路３４に接続される増幅回路３５とを含む。

測定部４０は、制御部４１、記憶部４２、およびクロック発生部４３を含む。さらに、測定部４０は、スイッチ１１０の操作に伴ったスイッチ１１０からの入力信号を受け付けることで情報の入力を受け付けるための入力部４４と、表示パネル１３０に測定結果等を表示させる処理を実行するための表示部４５と、通信部１５０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４６と、シャッタ１６Ａ，１６Ｂ、空気導入機構５０、およびヒータ９１を駆動させるための駆動部４８とを含む。

ケース５に導入され捕集治具１２上に捕集された粒子に対して発光素子６から照射されることで、照射領域１５にある当該粒子からの蛍光が、受光素子９に集光される。受光素子９から、受光量に応じた電流信号が信号処理部３０に対して出力される。電流信号は、電流−電圧変換回路３４に入力される。

電流−電圧変換回路３４は、受光素子９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３５で予め設定した増幅率に増幅され、測定部４０に対して出力される。測定部４０の制御部４１は信号処理部３０から電圧値Ｅｈの入力を受け付けて、順次、記憶部４２に記憶させる。

クロック発生部４３はクロック信号を発生させ、制御部４１に対して出力する。制御部４１は、クロック信号に基づいたタイミングで、シャッタ１６Ａ，１６Ｂを開閉させるための制御信号を駆動部４８に対して出力して、シャッタ１６Ａ，１６Ｂの開閉を制御する。また、制御部４１は発光素子６および受光素子９と電気的に接続され、それらのＯＮ／ＯＦＦを制御する。

制御部４１は計算部４１１を含み、計算部４１１において、記憶部４２に記憶された電圧値Ｅｈを用いて、導入された空気中の生物由来の粒子量を算出するための動作が行なわれる。具体的な動作について、図１６の制御部４１での制御の流れを示すタイムチャートを用いて説明する。ここでは、生物由来の粒子量として、ケース５内に導入された空気中の微生物濃度を算出するものとする。

図１６を参照して、測定部４０の制御部４１は、検出装置１００ＡがＯＮされたことに伴って駆動部４８に対して制御信号を出力し、空気導入機構５０を駆動させる。また、制御部４１は、クロック発生部４３からのクロック信号に基づいた時刻Ｔ１に、駆動部４８に対して、シャッタ１６Ａ，１６Ｂを開放（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。その後、時刻Ｔ１から時間△Ｔ１経過後の時刻Ｔ２に、制御部４１は、駆動部４８に対して、シャッタ１６Ａ，１６Ｂを閉塞（ＯＦＦ）させるための制御信号を出力する。

これにより、時刻Ｔ１から時間△Ｔ１の間シャッタ１６Ａ，１６Ｂが開放され、空気導入機構５０の駆動により外部空気がケース５内に導入孔１０を通じて導入される。ケース５内に導入された空気中の粒子は、放電電極１により負電荷に帯電され、空気の流れと放電電極１および捕集治具１２表面の皮膜３の間で形成される電界とにより、捕集治具１２表面に時間△Ｔ１の間、捕集される。

また、時刻Ｔ２にシャッタ１６Ａ，１６Ｂが閉塞され、ケース５内の空気の流れが止まる。これにより、捕集治具１２での浮遊粒子の捕集が終了する。また、これにより、外部からの迷光が遮光される。

制御部４１は、シャッタ１６Ａ，１６Ｂが閉塞した時刻Ｔ２に、受光素子９に受光を開始（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。さらに、それと同時（時刻Ｔ２）または時刻Ｔ２から少し遅れた時刻Ｔ３に、発光素子６に発光を開始（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。その後、時刻Ｔ３から蛍光強度を測定するための予め規定した測定時間である時間△Ｔ２経過後の時刻Ｔ４に、制御部４１は、受光素子９に受光を終了（ＯＦＦ）させるための制御信号、および発光素子６に発光を終了（ＯＦＦ）させるための制御信号を出力する。なお、上記測定時間は制御部４１に予め設定されているものであってもよいし、スイッチ１１０などの操作や、ケーブル４００を介して通信部１５０に接続されたＰＣ３００からの信号や、通信部１５０に装着された記録媒体からの信号などによって入力、変更されるものであってもよい。

これにより、時刻Ｔ３（または時刻Ｔ２）より発光素子６からの照射が開始される。発光素子６からの光は、捕集治具１２の表面の照射領域１５に照射され、捕集された粒子から蛍光が発光される。時刻Ｔ３から規定の測定時間△Ｔ２分の蛍光が受光素子９により受光され、その蛍光強度Ｆ１に応じた電圧値が測定部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。

このとき、別途設けたＬＥＤ等の発光素子（図示せず）からの発光の、捕集治具１２表面の粒子が捕集されない反射領域（図示せず）からの反射光を、別途設けた受光素子（図示せず）で受光し、その受光量を参照値Ｉ０として用いてＦ１／Ｉ０を記憶部４２に記憶してもよい。参照値Ｉ０に対する比率を算出することで、発光素子や受光素子の温度、湿度等の環境条件や劣化等による特性変動に起因する蛍光強度の変動を補償することができるという利点が生じる。

制御部４１は、発光素子６の発光および受光素子９の受光を終了させた時刻Ｔ４（または時刻Ｔ４から少し遅れた時刻）に、ヒータ９１に加熱を開始（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。そして、ヒータ９１の加熱開始（時刻Ｔ４または時刻Ｔ４から少し遅れた時刻）から加熱処理のための予め規定した加熱処理時間である時間△Ｔ３経過後の時刻Ｔ５に、制御部４１はヒータ９１に加熱を終了（ＯＦＦ）させるための制御信号を出力する。

これにより、時刻Ｔ４または時刻Ｔ４から少し遅れた時刻）から加熱処理時間△Ｔ３の間、ヒータ９１によって捕集治具１２表面の照射領域１５に捕集した粒子に対して加熱処理が施される。このときの加熱温度は予め規定されている。時間△Ｔ３の間加熱処理されることで、捕集治具１２表面に捕集された粒子に対して所定の加熱量が加えられることになる。なお、加熱処理時間△Ｔ２（すなわち加熱量）もまた、上記測定時間と同様に、制御部４１に予め設定されているものであってもよいし、スイッチ１１０などの操作や、ケーブル４００を介して通信部１５０に接続されたＰＣ３００からの信号や、通信部１５０に装着された記録媒体からの信号などによって入力、変更されるものであってもよい。

その後、△Ｔ４の間、加熱した粒子が冷却処理される。冷却処理には空気導入機構５０が用いられてもよく、この場合、別途ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルタを設けた導入口（図２には図示せず）から外部空気が取り込まれてもよい。または、別途ペルチェ素子等の冷却機構が用いられてもよい。

その後、制御部４１は空気導入機構５０の動作を終了させるための制御信号を出力し、時刻Ｔ６に受光素子９に受光を開始（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。さらに、それと同時（時刻Ｔ６）または時刻Ｔ６から少し遅れた時刻Ｔ７に、発光素子６に発光を開始（ＯＮ）させるための制御信号を出力する。その後、時刻Ｔ７から測定時間△Ｔ２経過後の時刻Ｔ８に、制御部４１は、受光素子９に受光を終了（ＯＦＦ）させるための制御信号、および発光素子６に発光を終了（ＯＦＦ）させるための制御信号を出力する。

これにより、発光素子６から捕集治具１２表面の照射領域１５に捕集した粒子に対して時間△Ｔ３の間加熱処理された後の、測定時間△Ｔ２分の蛍光が受光素子９により受光される。その蛍光強度Ｆ２に応じた電圧値は測定部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。

計算部４１１は、記憶された蛍光強度Ｆ１と蛍光強度Ｆ２との差分を増大量△Ｆとして算出する。上述のように、増大量△Ｆは生物由来の粒子量（粒子数または粒子濃度等）に関連している。計算部４１１は、予め、図１７に表わされたような、増大量△Ｆと生物由来の粒子量（粒子濃度）との対応関係を記憶しておく。そして、計算部４１１は、算出された増大量△Ｆと該対応関係とを用いて得られる生物由来の粒子濃度を、ケース５内に時間△Ｔ１の間に導入された空気中の生物由来の粒子濃度として算出する。

増大量△Ｆと生物由来の粒子濃度との対応関係は、予め実験的に決められる。たとえば、１ｍ³の大きさの容器内に、大腸菌やバチルス菌やカビ菌などの微生物の一種を、ネブライザを利用して噴霧し、微生物濃度をＮ個／ｍ³に維持して、検出装置１００を用いて、上述の検出方法により時間△Ｔ１の間微生物を捕集する。そして、所定加熱量（加熱時間△Ｔ３、所定の加熱温度）で捕集した微生物に対してヒータ９１によって加熱処理を施し、所定時間△Ｔ４の冷却の後、加熱前後の蛍光強度の増大量△Ｆを測定する。種々の微生物濃度について同様の測定がなされることで、図１７に示された増大量△Ｆと微生物濃度（個／ｍ³）との関係が得られる。

増大量△Ｆと生物由来の粒子濃度との対応関係は、スイッチ１１０などの操作によって入力されることで計算部４１１に記憶されてもよい。または、該対応関係を記録した記録媒体が通信部１５０に装着され、外部接続部４６が読み込むことで計算部４１１に記憶されてもよい。または、ＰＣ３００によって入力および送信され、通信部１５０に接続されたケーブル４００を介して外部接続部４６が受け付けることで、計算部４１１に記憶されてもよい。または、通信部１５０が赤外線通信やインターネット通信を行なう場合には、外部接続部４６が通信部１５０でのそれらの通信によって他の装置から受け付けることで、計算部４１１に記憶されてもよい。また、いったん計算部４１１に記憶された該対応関係が、測定部４０により更新されてもよい。

計算部４１１は、増大量△Ｆが差分△Ｆ１と算出された場合、図１７の対応関係から増大量△Ｆ１に対応する値を特定することで、生物由来の粒子濃度Ｎ１（個／ｍ³）を算出する。

ただし、増大量△Ｆと微生物濃度との対応関係は、微生物の種類（たとえば菌種）によって異なる可能性がある。そこで、計算部４１１は、いずれかの微生物を標準の微生物と規定して、増大量△Ｆと該微生物の濃度との対応関係を記憶する。これにより、様々な環境における微生物濃度が、標準の微生物を基準として換算された微生物濃度として算出される。その結果、様々な環境を比較することが可能となり、環境管理が容易となる。

なお、上述の例では増大量△Ｆには、所定の加熱量（所定の加熱温度、加熱時間△Ｔ３）の加熱処理の前後の蛍光強度の差分が用いられているが、これらの比率が用いられてもよい。

計算部４１１で算出された捕集された粒子中の生物由来の粒子すなわち微生物の濃度は、制御部４１から表示部４５に対して出力される。表示部４５は、入力された微生物の濃度を、表示パネル１３０に表示させるための処理を行なう。表示パネル１３０での表示の一例として、たとえば、図１８Ａに表わされるセンサ表示が挙げられる。詳しくは、表示パネル１３０には、濃度ごとのランプが備えられ、図１８Ｂに示されるように、表示部４５は、算出された濃度に対応したランプを点灯するランプとして特定し、該ランプを点灯する。他の例として、算出された濃度ごとに、ランプを異なる色に点灯させてもよい。また、表示パネル１３０はランプ表示に限定されず、数字を表示したり、濃度や対応して予め用意されているメッセージを表示したりしてもよい。また、測定結果は、外部接続部４６によって、通信部１５０に装着された記録媒体に書き込まれてもよいし、通信部１５０に接続されたケーブル４００を介してＰＣ３００に送信されてもよい。

入力部４４はスイッチ１１０からの操作信号に従って、表示パネル１３０での表示方法の選択を受け付けてもよい。または、測定結果を、表示パネル１３０に表示するか、外部装置に出力するか、の選択を受け付けてもよい。その内容を示す信号は、制御部４１に対して出力され、制御部４１から表示部４５および／または外部接続部４６に対して必要な制御信号が出力される。

このように、検出装置１００Ａは、生物由来の粒子からの蛍光と蛍光を発する埃からの蛍光との加熱処理による性質の差を利用し、所定の加熱処理後の増大量に基づいて生物由来の粒子を検出するものである。すなわち、検出装置１００Ａは、捕集された生物由来の粒子と埃とに加熱処理を施すと微生物は蛍光強度が増加し埃は変化しない、という現象を利用して生物由来の粒子を検出するものである。そのため、導入された空気中に蛍光を発する埃が含まれている場合であっても、リアルタイムに、かつ精度よく、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ができる。

さらに、検出装置１００Ａでは図１６Ａの制御がなされることによって、捕集機構での捕集工程から検出機構での検出工程に移行する際にシャッタ１６Ａ，１６Ｂを閉塞してケース５内への外部光の入射が遮断される。これにより、蛍光測定中に浮遊粒子による散乱等での迷光が抑えられ、測定精度を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図１９に表わされるように、第２の実施の形態にかかる検出装置１００Ｂは、検出機構と捕集機構と加熱機構とを含む。図１９において、検出装置１００Ａと同じ参照符号を付した部材は検出装置１００Ａのそれとほぼ同じものであり、以降、検出装置１００Ａとの差異を特に説明する。

詳しくは、図１９を参照して、検出装置１００Ｂは、孔５Ｃ’を有する区切り壁である壁５Ｃで隔てられた、捕集機構の少なくとも一部を含んだ捕集室５Ａと、検出機構を含んだ検出室５Ｂとを備える。捕集室５Ａには、捕集機構として針状の放電電極１および捕集治具１２が配備され、検出室５Ｂには、検出機構として発光素子６、受光素子９、および集光レンズ１３が配備される。

捕集室５Ａの放電電極１側および捕集治具１２には、それぞれ、捕集室５Ａ内に空気を導入するための導入孔１０および排出孔１１が設けられる。図１９に示されるように、導入孔１０にはフィルタ（プレフィルタ）１０Ｂが設けられてもよい。

導入孔１０および排出孔１１には、捕集室５Ａ内への空気の出入りは可能として外部光の入射を遮断するための構成として、それぞれ、検出装置１００Ａと同様の図４Ａ、図４Ｂに表わされるような遮光部１０Ａおよび遮光部１１Ａが備えられてもよい。

排出孔１１近傍には空気導入機構としてのファン５０Ａが設けられる。ファン５０Ａによって、吸引口からの空気が捕集室５Ａに導入される。空気導入機構としては、たとえば、捕集室５Ａ外に設置されたポンプおよびその駆動機構などであってよい。またたとえば、捕集室５Ａ内に組み込まれた熱ヒータやマイクロポンプ、マイクロファン、およびその駆動機構などであってもよい。また、ファン５０Ａは、空気清浄機の空気清浄装置部分の空気導入機構と共通とする構成であってもよい。好ましくは、ファン５０Ａの駆動機構は、測定部４０によって制御され、導入する空気の流速が制御される。好ましくは、ファン５０Ａで導入する空気の流速は１Ｌ（リットル）／ｍｉｎから５０ｍ³／ｍｉｎである。
ファン５０Ａは測定部４０によって制御される図示しない駆動機構により駆動することで、図中の点線矢印で表わされたように、導入孔１０から捕集室５Ａ外の空気を捕集室５Ａ内に導入し、捕集室５Ａ内の空気を排出孔１１から捕集室５Ａ外に排気する。

捕集機構は検出装置１００Ａと同様の捕集機構を採用することができる。すなわち、図１９を参照して、捕集機構は、放電電極１、捕集治具１２、および高圧電源２を含む。放電電極１は高圧電源２の正極に電気的に接続される。捕集治具１２と高圧電源２の負極に電気的に接続される。

捕集治具１２は、検出装置１００Ａと同様の、導電性の透明の皮膜を有する、ガラス板などからなる支持基板である。捕集治具１２の皮膜側は高圧電源２の負極に電気的に接続される。これにより、放電電極１と捕集治具１２と間に電位差が発生し、これらの間に図１９の矢印Ｅに示される向きの電界が構成される。

ファン５０Ａの駆動によって導入孔１０から導入された空気中の浮遊粒子は、放電電極１付近にて負に帯電される。負に帯電した粒子は静電気力で捕集治具１２の方向に移動して導電性の皮膜に吸着されることで、捕集治具１２上に捕集される。ここで、放電電極１として針状電極を用いることによって、帯電した粒子を捕集治具１２の放電電極１に対面する、（後述する）発光素子の照射領域１５に対応したきわめて狭い範囲に吸着させることができる。これにより、後述する検出工程において、吸着された微生物を効率的に検出することができる。

検出室５Ｂに含まれる検出機構は、光源である発光素子６と、受光素子９と、受光素子９の受光方向に備えられ、捕集機構により捕集治具１２上に捕集された浮遊微粒子に発光素子６から照射することにより生じる蛍光を受光素子９に集光するための集光レンズ（またはレンズ群）１３とを含む。その他、発光素子６の照射方向に備えられ、発光素子６からの光を平行光にする、または所定幅とするためのレンズ（またはレンズ群）、アパーチャ、照射光が受光素子９に入り込むのを防ぐためのフィルタ（またはフィルタ群）などが含まれてもよい。これらの構成は、従来技術を応用できる。集光レンズ１３は、プラスチック樹脂製またはガラス製でよい。

検出室５Ｂは、好ましくは、少なくとも内部に、黒色塗料の塗布または、黒色アルマイト処理等が施される。これにより、迷光の原因となる内部壁面での光の反射が抑えられる。捕集室５Ａおよび検出室５Ｂ筐体の材質は特定の材質に限定されないが、好ましくは、プラスチック樹脂、アルミもしくはステンレスなどの金属、またはそれらの組み合わせが用いられる。導入孔１０および排出孔１１は、直径が１ｍｍから５０ｍｍの円形である。導入孔１０および排出孔１１の形状は円形に限定されず、楕円形、四角形など他の形状であってもよい。

発光素子６は、検出装置１００Ａと同様のものである。発光素子６の発光は捕集治具１２の表面に照射され、捕集治具１２上に照射領域１５を形成する。照射領域１５の形状に限定はなく、円形、楕円形、四角形などであってよい。照射領域１５は特定のサイズに限定されないが、好ましくは、円の直径または楕円の長軸方向の長さまたは四角形の１辺の長さが約０．０５ｍｍから５０ｍｍである。

受光素子９は信号処理部３０に接続されて、受光量に比例した電流信号を信号処理部３０に対して出力する。従って、導入された空気中に浮遊し、捕集治具１２表面に捕集された粒子に発光素子６から光が照射されることによって該粒子から発光された蛍光は、受光素子９において受光され、信号処理部３０においてその受光量が検出される。

検出室５Ｂ内の、捕集治具１２表面に触れる位置には、捕集治具１２表面をリフレッシュするためのブラシ６０が設けられる。ブラシ６０は、測定部４０によって制御される図示しない移動機構に接続され、図中の両側矢印Ｂに示されるように、すなわち、捕集治具１２上を往復するように移動する。これにより、捕集治具１２表面に付着した埃や微生物が取り除かれる。

加熱機構は検出装置１００Ａと同様のものである。検出装置１００Ｂでは、ヒータ９１は、好ましくは、図１９に表わされたように、捕集治具１２の放電電極１から遠い側の面に配備される。より好ましくは、図２（Ｂ）にも示されるように、ヒータ９１は周囲が断熱材で囲まれる。断熱材としては、好適にはガラスエポキシ樹脂が用いられる。

捕集治具１２とヒータ９１とを含んだユニットをここでは捕集ユニット１２Ａと称する。捕集ユニット１２Ａは測定部４０によって制御される図示しない移動機構に接続され、図中の両側矢印Ａに示されるように、すなわち、捕集室５Ａから検出室５Ｂへ、検出室５Ｂから捕集室５Ａへ、壁５Ｃに設けられた孔５Ｃ’を通って移動する。なお、上述のように、ヒータ９１は、捕集治具１２上に捕集された空気中の浮遊粒子を加熱し得る位置であって、少なくとも加熱時には発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から何かによって隔てられる位置に配備されればよいため、捕集ユニット１２Ａに含まれず、他の位置に備えられてもよい。後述するように加熱動作が捕集室５Ａで行なわれる場合、ヒータ９１は捕集ユニット１２Ａに含まれず、捕集室５Ａの、捕集ユニット１２Ａがセットされる位置であって、捕集治具１２の、発光素子６、受光素子９等のセンサ機器と反対側に固定されていてもよい。このようにすることよっても加熱時にはヒータ９１は捕集治具１２によって発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から隔てられ、それにより発光素子６、受光素子９等への熱の影響を抑えることができる。この場合、捕集ユニット１２Ａには少なくとも捕集治具１２が含まれていればよい。

図２０に示されるように、捕集ユニット１２Ａの壁５Ｃから最も遠い側の端部には、上下に突起を有したカバー６５Ａが備えられる。壁５Ｃの捕集室５Ａ側の面であって、孔５Ｃ’の周囲には、カバー６５Ａに対応したアダプタ６５Ｂが備えられる。アダプタ６５Ｂには、カバー６５Ａの上記突起に嵌合する凹部が設けられ、これによりカバー６５Ａとアダプタ６５Ｂとが完全に接合され、孔５Ｃ’を覆うことになる。すなわち、捕集ユニット１２Ａが図２０中の矢印Ａ’の方向に、孔５Ｃ’を通って捕集室５Ａから検出室５Ｂへ移動し、捕集ユニット１２Ａが完全に検出室５Ｂに入った時点で、カバー６５Ａがアダプタ６５Ｂに接合されて孔５Ｃ’が完全に覆われ、検出室５Ｂ内が遮光される。これにより、検出室５Ｂで検出動作が行なわれている間には検出室５Ｂ内への入射が遮断される。

上述の、図５〜図１４を用いて説明した原理を利用して空気中の微生物を検出するための検出装置１００Ｂの機能構成は、図１５に示された検出装置１００Ａの機能構成とほぼ同様である。検出装置１００Ｂの機能構成では、駆動部４８は、検出装置１００Ａのヒータ９１、空気導入機構５０およびシャッタ１６Ａ，１６Ｂに替えて、ファン５０Ａ、ヒータ９１、捕集ユニット１２Ａを往復移動させるための図示しない機構、およびブラシ６０を往復移動させるための図示しない機構を駆動させる。

制御部４１での、捕集室５Ａに導入された空気中の生物由来の粒子量を算出するための具体的な動作について、図２１のフローチャートを用いて説明する。ここでは、生物由来の粒子量として、捕集室５Ａ内に所定時間の間に導入された空気中の微生物濃度を算出するものとする。

図２１を参照して、検出装置１００ＢがＯＮされると、ステップＳ１で、予め規定されている捕集時間である時間△Ｔ１の間、捕集室５Ａでの捕集動作が行なわれる。ステップＳ１での具体的な動作としては、制御部４１は駆動部４８に対して制御信号を出力してファン５０Ａを駆動させて捕集室５Ａ内に空気を取り込む。捕集室５Ａ内に導入された空気中の粒子は、放電電極１により負電荷に帯電され、ファン５０Ａによる空気の流れと放電電極１および捕集治具１２表面の皮膜３の間で形成される電界とにより、捕集治具１２表面の照射領域１５に対応した狭い範囲に捕集される。捕集時間△Ｔ１が経過すると制御部４１は捕集動作を終了、すなわち、ファン５０Ａの駆動を終了させる。

これにより、時間△Ｔ１の間、外部空気が捕集室５Ａ内に導入孔１０を通じて導入され、その空気中の粒子は、捕集治具１２表面に時間△Ｔ１の間、捕集される。

次に、ステップＳ３で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ５で検出動作が行なわれる。ステップＳ５では検出装置１００Ａと同様に、制御部４１は発光素子６に発光させ、規定の測定時間△Ｔ２の間、受光素子９により蛍光を受光させる。発光素子６からの光は、捕集治具１２の表面の照射領域１５に照射され、捕集された粒子から蛍光が発光される。その蛍光強度Ｆ１に応じた電圧値が測定部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。これにより、加熱前の蛍光量Ｓ１が測定される。

なお、上記測定時間△Ｔ２は制御部４１に予め設定されているものであってもよいし、スイッチ１１０などの操作や、ケーブル４００を介して通信部１５０に接続されたＰＣ３００からの信号や、通信部１５０に装着された記録媒体からの信号などによって入力、変更されるものであってもよい。

このとき、別途設けたＬＥＤ等の発光素子（図示せず）からの発光の、捕集治具１２表面の粒子が捕集されない反射領域（図示せず）からの反射光を、別途設けた受光素子（図示せず）で受光し、その受光量を参照値Ｉ０として用いてＦ１／Ｉ０を記憶部４２に記憶してもよい。参照値Ｉ０に対する比率を算出することで、発光素子や受光素子の温度、湿度等の環境条件や劣化等による特性変動に起因する蛍光強度の変動を補償することができるという利点が生じる。

ステップＳ５の測定動作が終了すると、ステップＳ７で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを検出室５Ｂから捕集室５Ａに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ９で加熱動作が行なわれる。ステップＳ９では検出装置１００Ａと同様に、制御部４１は予め規定した加熱処理時間である時間△Ｔ３の間、ヒータ９１に加熱を行なわせる。このときの加熱温度は予め規定されている。

加熱動作後、ステップＳ１１で冷却動作が行なわれる。ステップＳ１１では、制御部４１は、駆動部４８に制御信号を出力して、所定の冷却時間、ファン５０Ａを逆回転させる。捕集ユニット１２Ａに外部の空気を触れさせることで冷却する。加熱処理時間△Ｔ３、加熱温度、および冷却時間も、制御部４１に予め設定されているものであってもよいし、スイッチ１１０などの操作や、ケーブル４００を介して通信部１５０に接続されたＰＣ３００からの信号や、通信部１５０に装着された記録媒体からの信号などによって入力、変更されるものであってもよい。

ステップＳ７で捕集ユニット１２Ａを捕集室５Ａに移動させた後に捕集室５Ａ内で加熱動作および冷却動作が行なわれ、冷却後に捕集ユニット１２Ａが検出室５Ｂに移動することで、加熱時にヒータ９１は発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から隔てられた距離に位置し、また、壁５Ｃ等によっても隔てられ、それにより発光素子６、受光素子９等への熱の影響を抑えることができる。なお、このように加熱時にヒータ９１は発光素子６、受光素子９等のセンサ機器とは壁５Ｃ等によっても隔てられた捕集室５Ａ内にあることから、ヒータ９１は捕集ユニット１２Ａ内の必ずしも放電電極１から遠い側の面、すなわち検出室５Ｂに捕集ユニット１２Ａが移動したときに発光素子６、受光素子９等から遠い側の面になくてもよく、たとえば放電電極１から近い側の面にあってもよい。

ステップＳ９の加熱動作およびステップＳ１１の冷却動作が終了すると、ステップＳ１３で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動させる。移動が完了すると、ステップＳ１５で再度検出動作が行なわれる。ステップＳ１５の検出動作はステップＳ５での検出動作と同じである。ここでの蛍光強度Ｆ２に応じた電圧値が測定部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。これにより、加熱後の蛍光量Ｓ２が測定される。

ステップＳ１５で加熱後の蛍光量Ｓ２が測定されると、ステップＳ１７で捕集ユニット１２Ａのリフレッシュ動作が行なわれる。ステップＳ１７で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力してブラシ６０を移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａ表面でブラシ６０を所定回数往復移動させる。このリフレッシュ動作が完了すると、ステップＳ１９で制御部４１は、駆動部４８に対して制御信号を出力して捕集ユニット１２Ａを移動させるための機構を稼動させて、捕集ユニット１２Ａを検出室５Ｂから捕集室５Ａに移動させる。これにより、開始の指示を受けると直ちに次の捕集動作（Ｓ１）を開始することができる。

計算部４１１は、記憶された蛍光強度Ｆ１と蛍光強度Ｆ２との差分を増大量△Ｆとして算出する。そして、検出装置１００Ａと同様にして、算出された増大量△Ｆと、予め記憶している増大量△Ｆと生物由来の粒子量（粒子濃度）との対応関係（図１７）とを用いて得られる生物由来の粒子濃度を、捕集室５Ａ内に時間△Ｔ１の間に導入された空気中の生物由来の粒子濃度として算出する。算出された捕集された粒子中の生物由来の粒子すなわち微生物の濃度は、制御部４１から表示部４５に対して出力されことで検出装置１００Ａと同様に表示される（図１８Ａ，図１８Ｂ）。

このように、検出装置１００Ｂでは捕集室５Ａと検出室５Ｂとが区切られ、その間を捕集ユニット１２Ａが行き来して捕集と検出とが行なわれるため、捕集と検出とを連続して行なうことができる。また、上述のように捕集室５Ａで捕集治具１２が加熱され、冷却された後に検出室５Ｂに移動させるため、検出室５Ｂ内にあるセンサ等への熱の影響を抑えることができる。

さらに、検出装置１００Ｂでは捕集室５Ａでの捕集工程から検出室５Ｂでの検出工程に捕集ユニット１２Ａが移動する際に捕集ユニット１２Ａに備えられたカバーが壁５Ｃの孔５Ｃ’を遮蔽する。そのため、検出室５Ｂ内への外部光の入射が遮断される。これにより、蛍光測定中に浮遊粒子による散乱等での迷光が抑えられ、測定精度を向上させることができる。

なお検出装置１００Ｂでは壁５Ｃで区切られた捕集室５Ａ、検出室５Ｂが備えられているが、それぞれを完全に分離された別の個体である捕集装置、検出装置で構成し、それらの間で捕集ユニット１２Ａを移動させる構成、またはそれぞれの装置に捕集ユニット１２Ａをセットする構成であってもよい。この場合、捕集治具１２の加熱は発光素子６、受光素子９等のセンサ機器から隔てられた位置として、検出装置以外の箇所で行なわれればよい。たとえば、上述のように捕集室５Ａに対応した捕集装置内で行なわれてもよいし、捕集装置および検出装置のいずれでもないその他の位置（たとえば捕集装置から検出装置への移動の途中等）で行なわれてもよい。ヒータ９１は捕集ユニット１２Ａに含まれてもよいし、検出装置以外の箇所である加熱を行なう箇所に設けられてもよい。また、捕集装置と検出装置とをセットとして用いるのみならず、上記捕集室５Ａに対応した捕集装置、または上記検出室５Ｂに対応した検出装置単体で用いてもよい。その場合、用いる方の装置に信号処理部３０および測定部４０等に対応した機能が含まれる。

さらに検出装置１００Ｂでは捕集ユニット１２Ａが１つ設けられ、両側矢印Ａで表わされた往復運動を行なうことで捕集室５Ａと検出室５Ｂとの間を往復移動するものとしている。しかしながら、捕集ユニット１２Ａの他の例として回転可能な円盤の上に２以上設けられ、回転に伴って捕集室５Ａと検出室５Ｂとの間を移動するものとしてもよい。この場合、複数の捕集ユニット１２Ａのうちの１つを捕集室５Ａに位置させ、他の１つを検出室５Ｂに位置させることで、捕集動作と検出動作とを並行して行なわせることができる。このような構成にすることで、連続的に捕集動作を行なうことが可能となり、それと並行して検出動作を連続して行なうことが可能となる。

なお、第２の実施の形態においては、図１に示される空気清浄機が検出装置１００Ｂとして機能するものとして以降の説明を行なうが、検出装置１００Ｂは単体として用いられるものであってもよい。

発明者らは、以上に説明した検出装置を用いて実際に空気中の生物由来の粒子量を測定し、上の説明した事項を検証した。以下に説明する。

［実施例１］
（１）測定設備
発明者らは、図１９に表わされた検出装置１００Ｂと同様の構造の検出装置８５を用いて、空気中に浮遊するアオカビ菌粒子の濃度と検出装置８５での測定値との相関を調べた。測定に用いた検出装置８５の捕集室５Ａのサイズは、１２５ｍｍ×８０ｍｍ×９５ｍｍ、ファン５０Ａの吸引能力は、２０Ｌ（リットル）／ｍｉｎである。発光素子６として波長４０５ｎｍのレーザ光を照射する半導体レーザを用い、受光素子９としてピンフォトダイオードを用いた。検出装置の測定値として、信号処理部３０の電圧値を用いた。この電圧値は、信号処理部３０が受光素子９から入力された受光量に比例した電流信号から検出した、受光素子９での受光量を表わす。

図２２は、発明者らによる測定に用いられた設備の構成を模式的に示す図である。図２２を参照して、測定にあたって、発明者らは容積１ｍ³のアクリル製のボックス８０の中に、アオカビを培養した培地８１、エアーブロ装置８２の吹出口、送風用のファン８３、検出装置８５およびパーティクルカウンタ８４を配置した。ボックス８０には２箇所削孔され、一方にはＨＥＰＡフィルタ８７が設けられ、他方にはポンプ８６が設けられている。

（２）測定手順
発明者らは、上記測定設備を用いて、以下の手順で測定を行なった。

＜ＳＴＥＰ１＞ポンプ８６を稼動させ、ボックス８０内の空気を図２２の矢印Ａ’の方向に吸引する。これにより、ボックス８０外の空気が図２２の矢印Ａの方向にＨＥＰＡフィルタ８７を抜けてボックス８０内に導入される。数分間ポンプ８６の稼動を継続し、その後パーティクルカウンタ８４で直径０．５μｍ以上の粒子が存在しないことを確認した上で、ポンプ８６を止める。

＜ＳＴＥＰ２＞エアーブロ装置８２を稼動させ、そこからの風を培地８１の表面に吹きつける。これにより、培地８１表面に形成されているアオカビ胞子８８が空中に飛散する。このとき、ファン８３も稼動させる。これにより、アオカビ胞子８８ほぼ均一にボックス８０内に分散する。

＜ＳＴＥＰ３＞パーティクルカウンタ８４で、検出（ＳＴＥＰ４）前のボックス８０内のアオカビ胞子の量Ｎ１を測定する。

＜ＳＴＥＰ４＞検出装置８５に、図２１のフローチャートに示された手順と同様の動作を行なわせ、アオカビ胞子を測定する。すなわち、以下の動作により、ボックス８０内のアオカビ胞子を測定する：
（ＳＴＥＰ４−１）検出装置８５の捕集治具１２を捕集室５Ａに移動する、
（ＳＴＥＰ４−２）ファン５０を稼動し、捕集治具１２と放電電極１との間に１０ｋＶの電圧を印加することで、ボックス８０内のアオカビ胞子８８を捕集室５Ａに導入して捕集治具１２表面に捕集する、
（ＳＴＥＰ４−３）１５分間の捕集の後、ファン５０を止め、捕集治具１２を捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動する、
（ＳＴＥＰ４−４）捕集治具１２表面に半導体レーザである発光素子６から４０５ｎｍの青色光を照射する、
（ＳＴＥＰ４−５）捕集治具１２表面に捕集したアオカビ胞子から発光され、受光素子９で受光された蛍光量Ｓ１を測定し、その電圧値を検出装置８５に接続した図示しないパーソナルコンピュータに記憶する、
（ＳＴＥＰ４−６）捕集治具１２を検出室５Ｂから捕集室５Ａに移動する、
（ＳＴＥＰ４−７）マイクロセラミックヒータなどであるヒータ９１を稼動し、捕集治具１２表面を２００℃で５分間加熱する、
（ＳＴＥＰ４−８）ヒータ９１の稼動を終了し、ファン５０を稼動して３分冷却する、
（ＳＴＥＰ４−９）捕集治具１２を捕集室５Ａから検出室５Ｂに移動し、ＳＴＥＰ４−２〜ＳＴＥＰ４−５と同様にして受光素子９で受光された蛍光量Ｓ２を測定し、その電圧値をパーソナルコンピュータに記憶する、
（ＳＴＥＰ４−１０）加熱前に測定された電圧値と、加熱後に測定された電圧値との差△Ｆを、検出装置８５での検出値として計算する。

＜ＳＴＥＰ５＞パーティクルカウンタ８４で検出（ＳＴＥＰ４）後のボックス８０内のアオカビ胞子の量Ｎ２を測定し、量Ｎ１，Ｎ２に基づいて（たとえば平均値を算出して）検出時のボックス８０内のアオカビ胞子の量を得て、ボックス８０の容積（１ｍ³）で除
することで検出時のボックス８０内のアオカビ胞子の濃度Ｎ（万個／ｍ³）を算出する。

（３）測定結果
図２３は、実施例１における測定結果を示す図である。発明者らは、上の手順での測定を、測定のたびに、捕集治具１２表面をガラスファイバブラシでリフレッシュするか新しい捕集治具１２に取り替えるかして、ボックス８０内のアオカビのさまざまな濃度Ｎに対して行なった。そして、検出時のボックス８０内のアオカビの濃度Ｎの測定結果を横軸、検出装置８５での検出値すなわち加熱前後の電圧差ΔＦを縦軸として、測定結果をプロットして図２３を得た。図２３に表わされた測定結果より、これらの間に直線的な相関があることが分かる。これにより、以上の実施の形態において説明された本発明にかかる検出装置によって、生物由来の粒子としての微生物が精度よく検出されることが検証された。

［実施例２］
発明者らは、実施例１と同様の測定設備および測定手順にて、スギ花粉についても同様に測定を行なった。なお、実施例２にかかる測定では、実施例１のアオカビを培養した培地８１に替えて、花粉噴霧装置を用いた。この花粉噴霧装置は、一方端にフィルタが設けられた、両端が開放された筒状の装置である。

上記ＳＴＥＰ２で筒内に花粉が挿入された花粉噴霧装置に対して、筒外部より、フィルタ側の端部から筒内部に向けてエアーブロ装置８２で風を吹きつける。これにより、筒内の花粉が空中に飛散する。

図２４は、実施例２における測定結果を示す図である。図２３と同様に、検出時のボックス８０内のスギ花粉の濃度Ｎの測定結果を横軸、検出装置８５での検出値すなわち加熱前後の電圧差△Ｆを縦軸として、測定結果をプロットして図２４が得られた。図２４に表わされた測定結果より、これらの間に直線的な相関があることが分かる。これにより、以上の実施の形態において説明された本発明にかかる検出装置によって、生物由来の粒子としての花粉が精度よく検出されることが検証された。

さらに以上の実施例１、２より、本発明にかかる検出装置によって、微生物および花粉を含む、生命活動を行なうものまたはその一部であって空気中に浮遊する程度のサイズのものである生物由来の粒子が精度よく検出されることが検証された。

今回開示された実施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請求の範囲によって示され、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 放電電極、２ 高圧電源、３ 皮膜、４ 支持基板、５ ケース、５Ａ 捕集室、５Ｂ 検出室、５Ｃ 壁、５Ｃ’ 孔、６ 発光素子、７ レンズ、８ アパーチャ、９ 受光素子、１０ 導入孔、１０Ａ 遮光部、１０ａ，１０ｂ 遮光板、１１ 排出孔、１１Ａ 遮光部、１２ 捕集治具、１３ 集光レンズ、１４ フィルタ、１５ 照射領域、１６Ａ，１６Ｂ シャッタ、２０ 捕集センサ機構、３０ 信号処理部、３４ 電流−電圧変換回路、３５ 増幅回路、４０ 測定部、４１ 制御部、４２ 記憶部、４３ クロック発生部、４４ 入力部、４５ 表示部、４６ 外部接続部、４８ 駆動部、５０ 空気導入機構、５０Ａ，８３ ファン、５１ 窪み、７１〜７８ 曲線、８０ ボックス、８１ 培地、８２ エアーブロ装置、８４ パーティクルカウンタ、８５，１００，１００Ａ，１００Ｂ 検出装置、８６ ポンプ、８７ ＨＥＰＡフィルタ、９１ ヒータ、１１０ スイッチ、１３０ 表示パネル、１５０ 通信部、３００ ＰＣ、４００ ケーブル、４１１ 計算部。

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、
   発光素子と、
   蛍光を受光するための受光素子と、
   前記生物由来の粒子の粒子量を算出するための算出部と、
   蛍光の増加量と前記生物由来の粒子量との関係式を記憶するための記憶部とを備え、
   前記発光素子は、前記検出装置にセットされた支持基板上の粒子に対して光を照射し、
   前記受光素子は、前記支持基板上の粒子からの蛍光を受光し、
   前記算出部は、前記粒子に対する加熱前の前記受光素子での受光量から加熱後の前記受光素子での受光量への増加量を前記関係式に代入することで、前記支持基板上の前記生物由来の粒子量を算出する、検出装置。
2. 前記支持基板を加熱するためのヒータをさらに備える、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記ヒータによる加熱量を制御するための制御部をさらに備える、請求項２に記載の検出装置。
4. 前記制御部に対する指示を入力するための入力部をさらに備える、請求項３に記載の検出装置。
5. 前記発光素子は照射方向が、前記検出装置にセットされた前記支持基板に向かう方向となるように設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記算出部での算出結果を測定結果として表示するための表示部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記発光素子は、生物中の物質を励起させることのできる波長領域の光を照射する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 前記発光素子は、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の波長の光を照射する、請求項７に記載の検出装置。
9. 発光素子および受光素子を含んだ検出装置において、前記検出装置内にセットされた支持基板上の生物由来の粒子を検出するための方法であって、
   前記検出装置は、蛍光の増加量と前記生物由来の粒子量との関係式を予め記憶しておき、
   加熱前の前記支持基板の、前記発光素子の照射下での蛍光量を測定するステップと、
   加熱後の前記支持基板の、前記発光素子の照射下での蛍光量を測定するステップと、
   前記加熱前の支持基板から測定された蛍光量から、前記加熱後の支持基板から測定された蛍光量への増加量を前記関係式に代入することで、前記支持基板上の生物由来の粒子量を算出するステップとを含む、検出方法。