JP6420976B2 - 粒子検出装置及び粒子の検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は検査技術に関し、粒子検出装置及び粒子の検出方法に関する。
バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している微生物粒子や非微生物粒子が検出され、記録される（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に光を照射する。気体に微生物粒子や非微生物粒子が含まれていると、光を照射された粒子が蛍光を発したり、粒子において散乱光が生じたりする。そのため、蛍光や散乱光を検出することにより、気体に含まれる微生物粒子や非微生物粒子の数や大きさ等を検出することが可能となる。また、クリーンルーム以外でも、流体中の粒子を正確に検出する技術が望まれている（例えば、特許文献２参照。）。
粒子が発する蛍光の強度は、粒子の種類によって異なる場合がある。また、粒子で生じる散乱光の強度も、粒子の種類によって異なる場合がある。そのため、蛍光の強度及び散乱光の強度に基づいて、粒子が生物粒子であるか、あるいは非生物粒子であるかを判別する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年
本発明は、生物粒子と非生物粒子とを高い精度で判別可能である、粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様によれば、（ａ）被測定粒子で生じた、それぞれ波長が異なる第１、第２及び第３の光の強度の測定値を測定する光測定器と、（ｂ）第１分類の粒子のクラスと第２分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部と、（ｃ）第１ないし第３の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第１及び第２の分類の粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部と、を備える、粒子検出装置が提供される。
上記粒子検出装置において、第１及び第２の光が蛍光帯域の光であり、第３の光が散乱光であってもよい。また、第１及び第２分類の粒子の一方が生物粒子であり、他方が非生物粒子であってもよい。
上記粒子検出装置において、境界情報保存部が、識別境界を含む３次元座標系を保存してもよい。３次元座標系が３次元テーブルで表されてもよい。また、第１、第２及び第３の光の強度で特定される３次元テーブルの各セルに、第１分類の粒子のクラスの識別子、又は第２分類の粒子のクラスの識別子が付されていてもよい。識別境界が、第１ないし第３の光の強度を変数とする多変数関数で与えられてもよい。多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られたものであってもよい。
上記粒子検出装置が、光測定器の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、劣化情報に基づいて、第１の光の強度、第２の光の強度、及び第３の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部と、を更に備えていてもよい。あるいは、上記粒子検出装置が、光測定器の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、劣化情報に基づいて、識別境界を補正する補正部と、を更に備えていてもよい。
また、本発明の態様によれば、（ａ）被測定粒子で生じた、それぞれ波長が異なる第１、第２及び第３の光の強度の測定値を測定することと、（ｂ）第１分類の粒子のクラスと第２分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を用意することと、（ｃ）第１ないし第３の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第１及び第２の分類の粒子のクラスのいずれかに分類することと、を含む、粒子の検出方法が提供される。
上記粒子の検出方法において、第１及び第２の光が蛍光帯域の光であり、第３の光が散乱光であってもよい。また、第１及び第２分類の粒子の一方が生物粒子であり、他方が非生物粒子であってもよい。
上記粒子の検出方法において、識別境界が３次元座標系に含まれていてもよい。また、３次元座標系が３次元テーブルで表されていてもよい。さらに、第１、第２及び第３の光の強度で特定される３次元テーブルの各セルに、第１分類の粒子のクラスの識別子、又は第２分類の粒子のクラスの識別子が付されていてもよい。識別境界が、第１ないし第３の光の強度を変数とする多変数関数で与えられていてもよい。多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られたものであってもよい。
上記粒子の検出方法は、第１、第２及び第３の光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、劣化情報に基づいて、第１の光の強度、第２の光の強度、及び第３の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正することと、を更に含んでいてもよい。あるいは、上記粒子の検出方法は、第１、第２及び第３の光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、劣化情報に基づいて、識別境界を補正することと、を更に含んでいてもよい。
本発明によれば、生物粒子と非生物粒子とを高い精度で判別可能である、粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第１の実施の形態）
細菌等の生物粒子に光を照射すると、生物粒子において散乱光が発生する。また、金属又は樹脂からなる非生物粒子に光を照射しても、非生物粒子において散乱光が発生する。粒子で生じる散乱光の強度は、粒子の粒径に依存する傾向にある。生物粒子の粒径は、微生物の種類毎に異なる。また、非生物粒子の粒径も、種類毎に異なる。そのため、散乱光の強度から、流体に含まれる被測定粒子の種類を特定することが可能である。
細菌等の生物粒子に光を照射すると、生物粒子において散乱光が発生する。また、金属又は樹脂からなる非生物粒子に光を照射しても、非生物粒子において散乱光が発生する。粒子で生じる散乱光の強度は、粒子の粒径に依存する傾向にある。生物粒子の粒径は、微生物の種類毎に異なる。また、非生物粒子の粒径も、種類毎に異なる。そのため、散乱光の強度から、流体に含まれる被測定粒子の種類を特定することが可能である。
また、生物粒子に励起光を照射すると、生物粒子に含まれるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）及びリボフラビン等が、蛍光を発する。非生物粒子に光を照射しても、非生物粒子が蛍光帯域の光を発する場合がある。例えばポリエステルからなるクリーニングしたガウンから飛散した蛍光粒子は、光を照射されると蛍光を発する。ポリスチレン粒子も蛍光を発し、その後退色する。
さらに、例えば、気体中に二酸化窒素（ＮＯ2）を含む窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）、オゾンガス（Ｏ3）、酸化アルミ系のガス、アルミ合金、ガラス粉末、並びに大腸菌及びカビ等の異物を除染するための除染ガス等が含まれていると、これらのミー散乱を起こす粒子よりも小さいこともある気体含有物質が光を受けて蛍光帯域の光を発する。
例えば、二酸化窒素は、光を吸収すると、赤方偏移した光を放出して基底状態に戻る。二酸化窒素の吸収スペクトルは、波長４４０ｎｍ付近にピークを有するが、１００ないし２００ｎｍ程度の広い帯域を有する。そのため、二酸化窒素の存在下、４０５ｎｍの波長を有する光でＮＡＤＨ由来の蛍光及びフラビン由来の蛍光を励起しようとすると、ＮＡＤＨ及びフラビンと励起光の吸収スペクトルが重なる二酸化窒素においても蛍光が励起されうる。また、二酸化窒素は、物質が燃焼するときに、気体中の窒素と酸素が反応して発生する。そのため、元々検査対象の気体中に二酸化窒素が含まれていなくても、検査対象の気体に励起光として高いビーム密度を有するレーザ光あるいは強力な電磁放射線を照射すると、気体中の物質が燃焼して二酸化窒素が生じ、二酸化窒素が蛍光を発することもある。さらに、一酸化窒素とオゾンが反応して二酸化窒素を形成し、蛍光を発することもある。
二酸化窒素については、特開２００３−１３９７０７号公報、Joel A. Thorntonら著、「Atmospheric NO2: In Situ Laser-Induced Fluorescence Detection at Parts per Trillion Mixing Ratios」、Analytical Chemistry、Vol. 72、No. 3、February 1、2000、pp.528−539、及びS.A.Nizkorodovら著、「Time-resolved fluorescence of NO2 in a magnetic field」、Volume 215、number 6、CHEMICAL PHYSICS LETTERS、17 December 1993、pp. 662-667参照。硫黄酸化物については、特開２０１２−８６１０５号公報参照。
本発明者らは鋭意研究の末、複数の波長において物質が発する蛍光帯域の光の強度を測定すると、ある波長の光の強度に対する他の波長の光の強度の相関が、物質毎に異なることを見出した。例えば、図１は、励起光を照射された表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、大腸菌、ガラス、及びアルミニウムのそれぞれが発した蛍光帯域の光について、横軸に５３０ｎｍ以上の帯域における波長の光強度を、縦軸に４４０ｎｍ付近の帯域における波長の光強度をプロットしたグラフである。図１に示すように、４４０ｎｍ付近の帯域における波長の光強度に対する５３０ｎｍ以上の帯域における波長の光強度の比は、非生物において小さく、微生物粒子において大きくなる傾向にある。このように、本発明者らは、複数の波長毎に物質が発した蛍光帯域の光の強度を測定し、それらの相関をとることで、その物質が生物であるか非生物であるかを識別可能であることを見出した。
例えば、図２において、第１の蛍光帯域の光の強度を表す横軸をｘ軸、第２の蛍光帯域の光の強度を表す縦軸をｙ軸とすると、生物と非生物との識別境界を与える関数ｙ＝ｆ（ｘ）を画定することが可能である。図２の例においては、ｙ＞ｆ（ｘ）の領域にプロットされる光強度を与える粒子は、非生物のクラスに分類することが可能であり、ｙ＜ｆ（ｘ）の領域にプロットされる光強度を与える粒子は、生物のクラスに分類することが可能である。
さらに、上述したように、粒子で生じる散乱光の強度は、粒子の種類によって異なる。そのため、図３に示すように、ｘ軸、ｙ軸、及び散乱光の強度を表すｚ軸を含む３次元座標系に、複数種類の既知の生物粒子及び非生物粒子のそれぞれについて、光を照射したときに生じる第１の波長を有する蛍光帯域の光の強度の測定値、第２の波長を有する蛍光帯域の光の強度の測定値、及び散乱光の強度の測定値をプロットし、生物と非生物との識別境界を与える関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を画定することが可能である。
ここで、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を線形分離すると、図４に示すように、本来、生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が非生物粒子に分類されたり、非生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が生物粒子に分類されたりする場合がある。これに対し、図５に示すように、生物粒子のクラスと、非生物粒子のクラスと、を非線形分離すると、本来、生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が非生物粒子に分類されたり、非生物粒子のクラスに分類されるべき粒子が生物粒子に分類されたりすることを低減することが可能となる。
生物と非生物とを非線形分離する識別境界を与える関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、学習データから、各データ点との距離が最大となるように識別境界を求めるサポートベクターマシン（ＳＶＭ）のような非線形な識別器によって画定可能である。なお、識別器は、分類器や判別器とも呼ばれる。非線形的な識別器はサポートベクターマシンに限られない。例えば、識別器を多数組み合わせることにより精度を高めたブースティング、脳機能に見られる特性を計算機上にシミュレートしたニューラルネットワーク、その他、決定木、最近傍探索、及び事例ベース推論等の手法を用いる識別器が使用可能である。
例えば、光を照射される粒子に、微生物粒子、微生物粒子よりも粒径の大きい非微生物粒子、及び微生物粒子よりも粒径の小さい非微生物粒子が含まれていると、３次元座標系において、例えば図６に示すように、識別境界を与える関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）で囲まれる空間にプロットされる光強度を与える粒子は、生物のクラスに分類することが可能であり、例えば図７に示すように、関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）で囲まれる空間の外側にプロットされる光強度を与える粒子は、非生物のクラスに分類することが可能である。
この場合、予め、３次元座標系に、生物と非生物との識別境界を与える関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を画定し、その後、未知の粒子に検査光を照射したときに生じる第１の波長を有する蛍光帯域の光、第２の波長を有する蛍光帯域の光、及び散乱光の強度を測定して、測定値が関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）で囲まれる空間にプロットされる場合は、測定された粒子は生物であると判定し、測定値が関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）で囲まれる空間の外側にプロットされる場合は、測定された粒子は非生物であると判定することが可能である。
例えば、識別境界を与える多変数関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）が、一組の独立変数（ｘ，ｙ）に対し、従属変数ｚの値を２つ出力する多価関数である場合、図６及び図７を参照して、一組の（ｘ1，ｙ1）の値の第１及び第２の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、識別境界における散乱光の強度の第１の境界値よりも大きい散乱光の強度の測定値を与える粒子は非生物粒子である。また、一組の（ｘ1，ｙ1）の値の第１及び第２の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、散乱光の強度の第１の境界値よりも小さい散乱光の強度の測定値を与え、さらに、識別境界における散乱光の強度の第２の境界値よりも大きい散乱光の強度の測定値を与える粒子は生物粒子である。また、一組の（ｘ1，ｙ1）の値の第１及び第２の蛍光帯域の光の強度を与え、かつ、識別境界における散乱光の強度の第２の境界値よりも小さい散乱光の強度の測定値を与える粒子は非生物粒子である。ただし、識別境界の形状は、サンプルによって変わりうる。
ここで、本発明の第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、図８に示すように、被測定粒子で生じた、第１の波長を有する第１の光の強度、第２の波長を有する第２の光の強度、及び第３の波長を有する第３の光の強度の測定値を測定する光測定器２０と、第１分類の粒子のクラスと第２分類の粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部３５１と、第１ないし第３の光の強度の測定値と識別境界とに基づき、被測定粒子を第１及び第２の分類の粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部３０１と、を備える。
粒子分類部３０１は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。境界情報保存部３５１は、例えば、ＣＰＵ３００に接続された記憶装置３５０に含まれる。
第１の波長と、第２の波長と、第３の波長と、は異なる。以下、第１及び第２の光が蛍光帯域の光であり、第３の光が散乱光である例を説明する。なお、「蛍光帯域の光」とは、蛍光、自家蛍光、及び必ずしも蛍光ではないが、波長帯域が蛍光と重なる光を含む。また、以下、第１分類の粒子が生物粒子であり、第２分類の粒子が非生物粒子である例を説明する。
粒子検出装置によって粒子を含むか否かが検査される気体は、ノズル４０から噴出される。ノズル４０から噴出された流体に向けて、光源１０から広帯域波長の検査光が照射される。なお、液体が検査される場合は、液体が流れるフローセル等に向けて、光源１０から広帯域波長の検査光が照射される。以下、流体が気体である例を説明する。光源１０としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザが使用可能である。検査光の波長は、例えば２５０ないし５５０ｎｍである。検査光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。検査光が可視光である場合、検査光の波長は、例えば４００ないし５５０ｎｍの範囲内であり、例えば４０５ｎｍである。検査光が紫外光である場合、検査光の波長は、例えば３００ないし３８０ｎｍの範囲内であり、例えば３４０ｎｍである。ただし、検査光の波長は、これらに限定されない。光源１０には、光源１０に電力を供給する光源駆動電源１１が接続されている。光源駆動電源１１には、光源１０に供給される電力を制御する電源制御装置１２が接続されている。
光測定器２０は、ノズル４０から噴出された流体に含まれ、検査光を照射された被測定粒子で生じる第１の蛍光帯域の光の強度及び第２の蛍光帯域の光の強度を測定する蛍光強度測定器１０２と、検査光を照射された被測定粒子で生じる散乱光を測定する散乱光測定器１０５と、を備える。光源１０と、蛍光強度測定器１０２と、散乱光測定器１０５と、は、筐体３０に設けられている。また、電源制御装置１２、蛍光強度測定器１０２及び散乱光測定器１０５は、ＣＰＵ３００に電気的に接続されている。
蛍光強度測定器１０２は、被測定粒子が発する蛍光帯域の光を検出する。蛍光強度測定器１０２は、第１の波長における蛍光帯域の光を受光する第１の受光素子２０Ａと、第１の波長とは異なる第２の波長における蛍光帯域の光を受光する第２の受光素子２０Ｂと、を備える。なお、第１の波長とは、帯域を有していてもよい。第２の波長についても同様である。第１の受光素子２０Ａ及び第２の受光素子２０Ｂとしては、フォトダイオード及び光電管等が使用可能であり、光を受光すると、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
第１の受光素子２０Ａには、第１の受光素子２０Ａで生じた電流を増幅する増幅器２１Ａが接続されている。増幅器２１Ａには、増幅器２１Ａに電力を供給する増幅器電源２２Ａが接続されている。また、増幅器２１Ａには、増幅器２１Ａで増幅された電流を受け取り、第１の受光素子２０Ａが受光した光の強度を算出する光強度算出装置２３Ａが接続されている。光強度算出装置２３Ａには、光強度算出装置２３Ａが算出した光の強度を保存する光強度記憶装置２４Ａが接続されている。
第２の受光素子２０Ｂには、第２の受光素子２０Ｂで生じた電流を増幅する増幅器２１Ｂが接続されている。増幅器２１Ｂには、増幅器２１Ｂに電力を供給する増幅器電源２２Ｂが接続されている。また、増幅器２１Ｂには、増幅器２１Ｂで増幅された電流を受け取り、第２の受光素子２０Ｂが受光した光の強度を算出する光強度算出装置２３Ｂが接続されている。光強度算出装置２３Ｂには、光強度算出装置２３Ｂが算出した光の強度を保存する光強度記憶装置２４Ｂが接続されている。
散乱光測定器１０５は、検査光を照射された被測定粒子で生じる散乱光を検出する。散乱光測定器１０５は、散乱光を受光する散乱光受光素子５０を備える。散乱光受光素子５０としては、フォトダイオード等が使用可能であり、光を受光すると、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
散乱光受光素子５０には、散乱光受光素子５０で生じた電流を増幅する増幅器５１が接続されている。増幅器５１には、増幅器５１に電力を供給する増幅器電源５２が接続されている。また、増幅器５１には、増幅器５１で増幅された電流を受け取り、散乱光受光素子５０が受光した散乱光の強度を算出する光強度算出装置５３が接続されている。光強度算出装置５３には、光強度算出装置５３が算出した散乱光の強度を保存する光強度記憶装置５４が接続されている。
境界情報保存部３５１に保存される識別境界は、例えば、第１の蛍光帯域の光の強度、第２の蛍光帯域の光の強度、及び散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる。境界情報保存部３５１は、例えば、多変数関数を含む３次元座標系を保存する。３次元座標系は、第１の蛍光帯域の光の強度を示すｘ座標と、第２の蛍光帯域の光の強度を示すｙ座標と、散乱光の強度を示すｚ座標と、からなる。３次元座標系は、例えば図９に示すように、Ｎを整数として、Ｎ×Ｎ×Ｎ個のセルからなる３次元テーブルで表現される。この場合、例えば、ｘ方向のセルには０番からＮ−１番までのインデックスが付されており、ｙ方向のセルにも０番からＮ−１番までのインデックスが付されており、ｚ方向のセルにも０番からＮ−１番までのインデックスが付されている。
例えば、３次元テーブルが、２５６×２５６×２５６個のセルからなる場合、ｘ方向のセルには０番から２５５番までのインデックスが付されており、ｙ方向のセルにも０番から２５５番までのインデックスが付されており、ｚ方向のセルにも０番から２５５番までのインデックスが付されている。
光の強度は、例えば０から５Ｖ等の範囲内の電圧信号で表される。光の強度を、離散的なインデックスＩに変換するには、例えば以下の（１）式を用いる。
Ｉ＝［ＮI＊（ＳD／ＳM）］ （１）
ここで、ＮIはインデックス数であり、例えば２５６である。ＳDは電圧信号で表された光の強度の測定値である。ＳMは電圧信号で表された光の強度がとりうる最大値である。（１）式で算出されるインデックスＩは、０から２５５までの整数となる。
Ｉ＝［ＮI＊（ＳD／ＳM）］ （１）
ここで、ＮIはインデックス数であり、例えば２５６である。ＳDは電圧信号で表された光の強度の測定値である。ＳMは電圧信号で表された光の強度がとりうる最大値である。（１）式で算出されるインデックスＩは、０から２５５までの整数となる。
生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する多変数関数によって画定された生物粒子のクラスの領域に含まれる各セルには、生物粒子のクラスの識別子が付されている。また、生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する多変数関数によって画定された非生物粒子の領域に含まれる各セルには、非生物粒子のクラスの識別子が付されている。したがって、３次元テーブルの（ｘ，ｙ，ｚ）座標のセルを特定すれば、特定されたセルから、生物粒子のクラスの識別子、又は非生物粒子のクラスの識別子を取得することが可能である。
図８に示す粒子分類部３０１は、例えば上記（１）式を用いて、被測定粒子が発した第１の蛍光帯域の光の強度の測定値と、第２の蛍光帯域の光の強度の測定値と、散乱光の強度の測定値と、に対応する、境界情報保存部３５１に保存されている３次元テーブルにおける座標（ｘ，ｙ，ｚ）のセルを特定する。さらに、粒子分類部３０１は、特定された座標（ｘ，ｙ，ｚ）のセルにおける識別子が生物粒子のクラスであった場合は、被測定粒子を生物粒子のクラスに分類する。また、粒子分類部３０１は、特定された座標（ｘ，ｙ，ｚ）のセルにおける識別子が非生物粒子のクラスであった場合は、被測定粒子を非生物粒子のクラスに分類する。
ＣＰＵ３００には、出力装置４０１が接続されている。出力装置４０１は、粒子分類部３０１による分類結果を出力する。出力装置４０１としては、ディスプレイ、プリンタ、及び音響装置等が使用可能である。
次に、図１０に示すフローチャートを参照して、第１の実施の形態に係る粒子の検出方法を説明する。
ステップＳ１０１で、図８に示すノズル４０から気流を噴出する。また、光源１０から気流に向けて検査光を照射する。気流に粒子が含まれていると、検査光を照射された粒子において散乱光が生じる。また、検査光を照射された粒子が、第１及び第２の蛍光帯域の光を発する。散乱光は、散乱光受光素子５０で受光される。第１の蛍光帯域の光は、第１の受光素子２０Ａで受光され、第２の蛍光帯域の光は、第２の受光素子２０Ｂで受光される。
ステップＳ１０２で、粒子分類部３０１は、第１の蛍光帯域の光の強度の測定値を、上記（１）式を用いてインデックスに変換する。第１の蛍光帯域の光の強度の測定値を示すインデックスは、３次元テーブルのｘ座標に該当する。ステップＳ１０３で、粒子分類部３０１は、第２の蛍光帯域の光の強度の測定値を、上記（１）式を用いてインデックスに変換する。第２の蛍光帯域の光の強度の測定値を示すインデックスは、３次元テーブルのｙ座標に該当する。ステップＳ１０４で、粒子分類部３０１は、散乱光の強度の測定値を、上記（１）式を用いてインデックスに変換する。散乱光の強度の測定値を示すインデックスは、３次元テーブルのｚ座標に該当する。
ステップＳ１０５で、粒子分類部３０１は、境界情報保存部３５１から３次元テーブルを読み出す。次に、粒子分類部３０１は、第１及び第２の蛍光帯域の光の強度の測定値、並びに散乱光の強度の測定値に対応する座標（ｘ，ｙ，ｚ）における識別子を、３次元テーブルから読み出す。３次元テーブルから生物粒子のクラスの識別子が読み出された場合、ステップＳ１０６で、粒子分類部３０１は、検出した被測定粒子を、生物粒子のクラスに分類する。３次元テーブルから非生物粒子のクラスの識別子が読み出された場合、ステップＳ１０６で、粒子分類部３０１は、検出した被測定粒子を、非生物粒子のクラスに分類する。さらに、粒子分類部３０１は、粒子の分類の判定結果を出力装置４０１に出力する。
以上示した第１の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界に基づいて、被測定粒子を高い精度で分類することが可能となる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る粒子検出装置は、図１１に示すように、光測定器２０の劣化情報を記録する劣化情報記録部３０２と、劣化情報に基づいて、第１の波長を有する第１の光の強度の測定値、第２の波長を有する第２の光の強度の測定値、及び第３の波長を有する第３の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部３０３と、をさらに備える。
本発明の第２の実施の形態に係る粒子検出装置は、図１１に示すように、光測定器２０の劣化情報を記録する劣化情報記録部３０２と、劣化情報に基づいて、第１の波長を有する第１の光の強度の測定値、第２の波長を有する第２の光の強度の測定値、及び第３の波長を有する第３の光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部３０３と、をさらに備える。
例えば、光測定器２０の散乱光受光素子５０、第１の受光素子２０Ａ、及び第２の受光素子２０Ｂは、経年劣化し、受光感度が低下する場合がある。劣化情報記録部３０２は、粒子検出装置の工場出荷時からの経過時間、粒子検出装置の稼働時間の合計、あるいは第１の受光素子２０Ａ、及び第２の受光素子２０Ｂのそれぞれが光を受光した時間の合計等を、劣化情報として記録し、記憶装置３５０の劣化情報保存部３５２に保存する。
補正部３０３は、劣化情報保存部３５２から劣化情報を読み出す。例えば、劣化情報が、散乱光受光素子５０、第１の受光素子２０Ａ、及び第２の受光素子２０Ｂのそれぞれが光を受光した時間の合計を記録している場合、補正部３０３は、それぞれが受光した合計時間に応じて、第１の蛍光帯域の光の強度の測定値、第２の蛍光帯域の光の強度の測定値、及び散乱光の強度の測定値に係数を乗じて、これらの値を大きくする。
あるいは、補正部３０３は、劣化情報に基づいて、境界情報保存部３５１に保存されている識別境界を含む３次元座標系を補正してもよい。具体的には、補正部３０３は、第１の受光素子２０Ａの受光感度の低下にあわせて、３次元座標系のｘ座標に係数を乗じて小さくする。あるいは、補正部３０３は、第２の受光素子２０Ｂの受光感度の低下にあわせて、３次元座標系のｙ座標に係数を乗じて小さくする。またあるいは、補正部３０３は、散乱光受光素子５０の受光感度の低下にあわせて、３次元座標系のｚ座標に係数を乗じて小さくする等する。
第２の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、光測定器２０に劣化が生じても、粒子の精度の高い判別を継続することが可能となる。
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態においては、第１及び第２の光が蛍光帯域の光であり、第３の光が散乱光である例を説明したが、第１ないし第３の光は、波長が異なっていれば、任意である。また、実施の形態においては、第１分類の粒子が生物粒子であり、第２分類の粒子が非生物粒子である例を説明したが、第１分類の粒子がある種の生物粒子であり、第２分類の粒子が他種の生物粒子であってもよい。あるいは、第１分類の粒子がある種の非生物粒子であり、第２分類の粒子が他種の非生物粒子であってもよい。粒子の分類の仕方は任意である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態においては、第１及び第２の光が蛍光帯域の光であり、第３の光が散乱光である例を説明したが、第１ないし第３の光は、波長が異なっていれば、任意である。また、実施の形態においては、第１分類の粒子が生物粒子であり、第２分類の粒子が非生物粒子である例を説明したが、第１分類の粒子がある種の生物粒子であり、第２分類の粒子が他種の生物粒子であってもよい。あるいは、第１分類の粒子がある種の非生物粒子であり、第２分類の粒子が他種の非生物粒子であってもよい。粒子の分類の仕方は任意である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１０ 光源
１１ 光源駆動電源
１２ 電源制御装置
２０ 光測定器
２０Ａ 第１の受光素子
２０Ｂ 第２の受光素子
２１Ａ、２１Ｂ、５１ 増幅器
２２Ａ、２２Ｂ、５２ 増幅器電源
２３Ａ、２３Ｂ、５３ 光強度算出装置
２４Ａ、２４Ｂ、５４ 光強度記憶装置
３０ 筐体
４０ ノズル
５０ 散乱光受光素子
１０２ 蛍光強度測定器
１０５ 散乱光測定器
３０１ 粒子分類部
３０２ 劣化情報記録部
３０３ 補正部
３５０ 記憶装置
３５１ 境界情報保存部
３５２ 劣化情報保存部
４０１ 出力装置
１１ 光源駆動電源
１２ 電源制御装置
２０ 光測定器
２０Ａ 第１の受光素子
２０Ｂ 第２の受光素子
２１Ａ、２１Ｂ、５１ 増幅器
２２Ａ、２２Ｂ、５２ 増幅器電源
２３Ａ、２３Ｂ、５３ 光強度算出装置
２４Ａ、２４Ｂ、５４ 光強度記憶装置
３０ 筐体
４０ ノズル
５０ 散乱光受光素子
１０２ 蛍光強度測定器
１０５ 散乱光測定器
３０１ 粒子分類部
３０２ 劣化情報記録部
３０３ 補正部
３５０ 記憶装置
３５１ 境界情報保存部
３５２ 劣化情報保存部
４０１ 出力装置
Claims (16)
- 被測定粒子で生じた第１の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定するための第１の受光素子と、
前記被測定粒子で生じた前記第１の波長とは異なる第２の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定するための第２の受光素子と、
前記被測定粒子で生じた散乱光の強度の測定値を測定するための散乱光受光素子と、
前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度に基づいて生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界を保存する境界情報保存部と、
前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、及び前記散乱光の強度の測定値と、前記識別境界と、に基づき、前記被測定粒子を前記生物粒子のクラス及び前記非生物粒子のクラスのいずれかに分類する粒子分類部と、
を備える、粒子検出装置。 - 前記境界情報保存部が、前記識別境界を含む３次元座標系を保存する、請求項１に記載の粒子検出装置。
- 前記３次元座標系が３次元テーブルで表される、請求項２に記載の粒子検出装置。
- 前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度で特定される前記３次元テーブルの各セルに、前記生物粒子のクラスの識別子、又は前記非生物粒子のクラスの識別子が付されている、請求項３に記載の粒子検出装置。
- 前記識別境界が、前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
- 前記多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られた、請求項５に記載の粒子検出装置。
- 前記第１の受光素子、前記第２の受光素子、及び前記散乱光受光素子の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、
前記劣化情報に基づいて、前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値の少なくとも一つを補正する補正部と、
を更に備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。 - 前記第１の受光素子、前記第２の受光素子、及び前記散乱光受光素子の劣化情報を記録する劣化情報記録部と、
前記劣化情報に基づいて、前記識別境界を補正する補正部と、
を更に備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。 - 被測定粒子で生じた第１の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定し、前記被測定粒子で生じた前記第１の波長とは異なる第２の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値を測定し、前記被測定粒子で生じた散乱光の強度の測定値を測定することと、
前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度に基づいて生物粒子のクラスと非生物粒子のクラスを非線形分離する識別境界を用意することと、
前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度の測定値、及び前記散乱光の強度の測定値と、前記識別境界と、に基づき、前記被測定粒子を前記生物粒子のクラス及び前記非生物粒子のクラスのいずれかに分類することと、
を含む、粒子の検出方法。 - 前記識別境界が３次元座標系に含まれる、請求項９に記載の粒子の検出方法。
- 前記３次元座標系が３次元テーブルで表される、請求項１０に記載の粒子の検出方法。
- 前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度で特定される前記３次元テーブルの各セルに、前記生物粒子のクラスの識別子、又は前記非生物粒子のクラスの識別子が付されている、請求項１１に記載の粒子の検出方法。
- 前記識別境界が、前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度を変数とする多変数関数で与えられる、請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
- 前記多変数関数が、サポートベクターマシンによって得られた、請求項１３に記載の粒子の検出方法。
- 前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、
前記劣化情報に基づいて、前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値の少なくとも一つを補正することと、
を更に含む、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。 - 前記第１の波長における蛍光帯域の光の強度、前記第２の波長における蛍光帯域の光の強度、及び前記散乱光の強度の測定値を測定する光測定器の劣化情報を記録することと、
前記劣化情報に基づいて、前記識別境界を補正することと、
を更に含む、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
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