JPWO2020095584A1 - 検出システム及び情報表示システム - Google Patents

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Abstract

検出システム（１００）は、来訪者の声を収音するマイクロフォン（１２）と、開口部（２３）を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置（２０）と、を備え、前記検出装置（２０）は前記開口部（２３）を有し、前記開口部（２３）は、前記マイクロフォン（１２）より下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者（１）が前記マイクロフォン（１２）に対向する場合、前記開口部（２３）は前記来訪者（１）より下方かつ前方に位置する。

Description

本開示は、施設を訪ねた来訪者が排出する菌やウィルス等の感染性物質を検出する検出システム、及び、感染性物質の検出結果に関する情報を表示する情報表示システムに関する。
介護施設及び病院などでインフルエンザ等の感染症が流行し、抵抗力が低い高齢者が死亡する事例も増えている。また、国境を越える人及び物の移動が盛んになり、未知の病原体による感染症の大流行も懸念されている。
このような背景に基づき、インフルエンザ等の重い感染症の流行を抑制するために、空気中を浮遊する微粒子を捕集して、ウィルス等を検出する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。また、呼気を捕集具に吹き掛けて集め、ウィルス等を検出する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１２−５２８６５号公報 特開２０１２−６８０６７号公報
しかしながら、上記特許文献１に対しては検出速度及び検出精度の向上が望まれ、特許文献２に対しては来訪者の負担の軽減が望まれている。
そこで、本開示は、来訪者が口から放出する感染性物質を検出する際に、来訪者の負担を軽減し、検出速度及び検出精度を向上させることができる検出システムを提供する。
本開示の一態様に係る検出システムは、来訪者の声を収音するマイクロフォンと、開口部を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置と、を備え、前記検出装置は前記開口部を有し、前記開口部は、前記マイクロフォンより下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者が前記マイクロフォンに対向する場合、前記開口部は前記来訪者より下方かつ前方に位置する。
なお、この包括的または具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、方法、システム、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含む。
本開示によれば、来訪者が口から放出する感染性物質を検出する際に、来訪者の負担を軽減し、検出速度及び検出精度を向上させることができる。本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
図１は、実施の形態１に係る情報表示システムの使用事例を示す図 図２は、実施の形態１に係るインターフォン及び検出装置の内部構成を示す情報表示システムの模式図 図３は、被験者の口から放出された感染性物質の垂直断面における分布を表す図 図４Ａは、口から下方に１０ｃｍの高さに配置されたウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図 図４Ｂは、口から下方に３０ｃｍの高さに配置されたウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図 図４Ｃは、口から下方に８０ｃｍの高さに配置されたウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図 図５は、実施の形態２に係るインターフォン及び検出装置の内部構成を示す情報表示システムの模式図 図６は、他の実施の形態に係る検出システムの外観図
（本開示の基礎となった知見）
空気中を浮遊している感染性物質（例えばウィルスや菌（以下、ウィルス等という））は、単体で浮遊している訳ではなく、他の浮遊している微粒子に付着している。例えば、ウィルス等は、人が放出する飛沫等の体液（例えば唾液等）に含まれて空気中を浮遊している。ウィルス等を含む体液は、人の咳またはくしゃみによって人の体外に放出される。放出された体液は、小さいほど急速に乾燥してウィルス等を含む飛沫核（つまり微粒子）となる。飛沫核の直径は、数μｍ以下と小さい。
一般的に、粒子の沈降速度は、粒径の２乗に比例する。空気中において、直径５μｍかつ比重１の球形粒子の沈降速度は約５ｃｍ／分である。一方、直径１μｍかつ比重１の球形粒子の沈降速度は約１２ｃｍ／時間となり、非常に遅くなる。このため、直径１μｍ程度のウィルス等を含んだ微粒子は、長時間に渡って空気中を浮遊し、さらに空調などの気流の影響を受けて移動する。
このような、空気中を浮遊する微粒子からウィルス等を捕集する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、ウィルスを捕集可能なフィルタに空気を流した後、抽出液を用いて当該フィルタに捕集されたウィルス等を抽出する技術が開示されている。
一方、インフルエンザのような気道で繁殖する病原体の場合、咳やくしゃみだけでなく、呼気に含まれる微粒子にもウィルスのＲＮＡが含まれることが分かっている。そこで、呼気中のウィルスを捕集する技術も開発されている。例えば、特許文献２には、コーン状の筒の入口に被験者に呼気を吹き掛けさせて、呼気を吸引、捕集し、ウィルス等を検知する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１のように空気中を浮遊しているウィルス等を捕集する場合、ウィルス等は拡散して濃度が低くなっている。したがって、ウィルス等を短時間で捕集するためには、周辺の空気を高速大容量で吸引しなければならない。高速大容量の吸引は、装置の大型化及び騒音の発生を招く。
一方、特許文献２のように捕集部に呼気を吹き掛けてウィルス等を捕集する方法では、短時間でウィルス等を捕集でき、捕集効率が高い。しかし、捕集部材に口を近づけたり、接触させて息を吐く動作を来訪者に要求するので、来訪者にストレスを与えたり、不衛生な印象を与えてしまう。
そこで、本開示は、来訪者が口から放出する感染性物質を効率的に捕集することで、来訪者の負担を軽減し、検出速度及び検出精度を向上させることができる検出システム及び情報表示システムを提供する。
本開示の一態様に係る検出システムは、来訪者の声を収音するマイクロフォンと、開口部を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置と、を備え、前記検出装置は前記開口部を有し、前記開口部は、前記マイクロフォンより下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者が前記マイクロフォンに対向する場合、前記開口部は前記来訪者より下方かつ前方に位置する。
これによれば、開口部をマイクロフォンよりも下方かつ前方に配置することで、来訪者がマイクロフォンに対向する場合、来訪者より下方かつ前方に位置することができる。したがって、来訪者がマイクロフォンに対して発話する時に口から放出される飛沫及び微粒子を、開口部を介して効率的に捕集することができる。つまり、感染性物質の検出のための動作を来訪者に意識させずに、感染性物質を捕集することができ、来訪者の負担を軽減することができる。さらに、来訪者の発話時に来訪者の近傍で感染性物質を捕集できるので、捕集時間を短縮でき、捕集効率を向上させることもできる。その結果、感染性物質の検出速度及び検出精度を向上させることができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムにおいて、前記開口部は、前記マイクロフォンから下方に２０ｃｍ以上離れて配置されていてもよい。
これによれば、開口部をマイクロフォンから下方に２０ｃｍ以上離して配置することができる。したがって、マイクロフォンに対する来訪者の位置にばらつきがある場合に、感染性物質の捕集効率を向上させることができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムにおいて、前記検出装置は、さらに、前記開口部の周辺に設けられた吐出口から上方に空気を吐出する吐出部と、前記開口部から空気を吸引する吸引部と、を備えてもよい。
これによれば、開口部の周辺に設けられた吐出口から上方に空気を吐出して、吐出口から開口部に向かう気流を形成することができる。したがって、開口部の周辺に落下する飛沫の落下速度を減速して乾燥させることができ、小さくなった飛沫又は微粒子を気流に乗せて開口部に向かわせることができる。つまり、さらに、感染性物質の捕集効率を向上させることができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムは、さらに、前記来訪者を検知する人感センサを備え、前記人感センサによって前記来訪者が検知されたときに、（i）前記吐出部は、前記空気の吐出を開始し、（ii）前記吸引部は、前記空気の吸引を開始してもよい。
これによれば、人感センサによって来訪者が検知されたときに、空気の吐出及び吸引を開始することができる。したがって、来訪者がマイクロフォンに対して発話する前に気流を安定させることができる。さらに、来訪者がいないときには空気の吐出及び吸引を停止することができ、検出装置の電力消費を抑制することができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムは、さらに、前記マイクロフォンの上方から前記開口部に向けて送風する送風装置を備えてもよい。
これによれば、マイクロフォンの上方から開口部に向けて送風することができ、マイクロフォンの前にダウンフローを形成することができる。したがって、来訪者の口から放出される飛沫及び微粒子を効率的に開口部に導くことができ、捕集効率を向上させることができる。さらに、マイクロフォンに対して開口部をより下方に配置することが可能となり、検出装置の設置位置の自由度を向上させることができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムは、さらに、前記来訪者を検知する人感センサを備え、前記人感センサによって前記来訪者が検知されたときに、前記送風装置は送風を開始してもよい。
これによれば、人感センサによって来訪者が検知されたときに、送風を開始することができる。したがって、来訪者がマイクロフォンに対して発話する前にダウンフローを形成することができる。さらに、来訪者がいないときには送風を停止することができ、送風装置の電力消費を抑制することができる。
例えば、本開示の一態様に係る検出システムは、前記マイクロフォンと、音声を出力するスピーカと、を有するインターフォンを備えてもよい。
これによれば、検出システムをインターフォンに適用することができる。
本開示の一態様に係る情報表示システムは、上記検出システムと、前記所定の感染性物質の検出結果に関する情報を前記検出装置から受信し、受信した前記情報を表示する表示装置と、を備える。
これによれば、表示装置に検出結果に関する情報を表示することができる。例えば、入門管理者が表示装置に表示された情報を視認することにより、管理区域内への感染者の侵入を防ぐことができる。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
なお、以下の図面おいて、Ｘ軸方向は、左右方向を表す。Ｙ軸正方向は、前方向を表し、Ｙ軸負方向は、後方向を表す。Ｚ軸正方向は、上方向を表し、Ｚ軸負方向は、下方向を表す。
（実施の形態１）
以下に、実施の形態１について説明する。
［情報表示システムの使用事例］
まず、本実施の形態に係る情報表示システムの使用事例について、図１を参照しながら具体的に説明する。図１は、実施の形態１に係る情報表示システムの使用事例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る情報表示システム１０００は、管理区域の入門管理に用いられる。管理区域とは、所定の感染症に感染した者（以下、感染者という）の侵入を制限する区域である。例えば、管理区域は、介護施設、病院等である。
来訪者１Ａは、管理区域の入口の門２の近傍の壁面３に設置されたインターフォン１０の押しボタン１６を、来訪の意思を表すために押す。スピーカ１３から入門管理者１Ｂの応答が出力されると、来訪者１Ａは、インターフォン１０のマイクロフォン１２に向かって、例えば、名前及び／または訪問目的を声に出して話す。入門管理者１Ｂは、カメラ１４で撮影された来訪者１Ａの画像を、管理区域内に設置された表示装置３０で確認する。
本実施の形態では、情報表示システム１０００は、このような来訪者１Ａと入門管理者１Ｂとの通常のやり取りにおいて、来訪者１Ａの口から排出される微粒子を短時間で捕集し、捕集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する。そして、情報表示システム１０００は、検出された感染性物質に関する情報を入門管理者１Ｂに提供することで、感染者の管理区域内への侵入を制限することができる。
［情報表示システムの構成］
以下に、このような本実施の形態に係る情報表示システム１０００の構成について図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。図２は、実施の形態１に係るインターフォン及び検出装置の内部構成を示す情報表示システムの模式図である。図１及び図２に示すように、情報表示システム１０００は、インターフォン１０及び検出装置２０を含む検出システム１００と、表示装置３０と、を備える。
［インターフォンの構成］
まず、インターフォン１０の構成について説明する。インターフォン１０は、管理区域の入口において来訪者１Ａが対向可能な位置に設置される。本実施の形態では、インターフォン１０は、入口の門２の近傍の壁面３に設置されている。
図１に示すように、インターフォン１０は、フロントパネル１１に、マイクロフォン１２と、スピーカ１３と、カメラ１４と、人感センサ１５と、押しボタン１６と、を備える。また、図２に示すように、インターフォン１０は、その内部に、インタフェース基板１７を備える。
マイクロフォン１２は、来訪者１Ａの声を収音する。マイクロフォン１２に対して来訪者１Ａが発声したときに、来訪者１Ａの口から唾液の飛沫５及び微粒子６が放出される。飛沫５は、乾燥して微粒子５ｓとなる。このとき、来訪者１Ａが所定の感染症に感染していれば、来訪者１Ａの口から放出された微粒子５ｓ、６に所定の感染性物質が含まれる。
所定の感染性物質とは、管理区域内の人が所定の感染症に感染することを予防するために、管理区域内への侵入を抑制したい感染性物質である。具体的には、所定の感染性物質は、例えばインフルエンザウィルスである。
スピーカ１３は、音声を出力する。スピーカ１３は、例えば、インタフェース基板１７を介して表示装置３０から受信した音声データに基づいて、管理区域内の入門管理者１Ｂの音声を出力する。
カメラ１４は、イメージセンサを備え、インターフォン１０に対向する来訪者１Ａを撮影する。例えば、カメラ１４は、後述する押しボタン１６が押下されたときに撮影を開始する。カメラ１４で撮影された画像データは、インタフェース基板１７を介して表示装置３０に送信される。
人感センサ１５は、来訪者１Ａを検知する。人感センサ１５は、例えば、赤外線センサ、超音波センサ、可視光センサ、又はこれらの組み合わせであり、インターフォン１０の周辺にいる人を検知する。来訪者１Ａが検知された場合、インタフェース基板１７を介して検知信号が検出装置２０に送信される。
押しボタン１６は、機械式のスイッチである。例えば、来訪者１Ａによって押しボタン１６が押されれば、管理区域内でチャイムが鳴り、カメラ１４の撮影が開始される。
インタフェース基板１７は、マイクロフォン１２、スピーカ１３及びカメラ１４を制御し、検出装置２０及び表示装置３０と通信する。例えば、インタフェース基板１７は、人感センサ１５の出力信号に基づいて、来訪者１Ａが存在するか否かを判断する。そして、インタフェース基板１７は、来訪者１Ａが存在すると判断した場合に、カメラ１４に撮影を開始させ、検出装置２０に来訪者１Ａの存在を示す信号を送信する。また、インタフェース基板１７は、カメラ１４で撮影された画像データ及びマイクロフォン１２で収音された音声データを表示装置３０に送信する。
なお、インタフェース基板１７は、専用の電子回路が実装された基板であってもよい。また、インタフェース基板１７は、プロセッサ及びメモリを備える基板であってもよい。この場合、インタフェース基板１７では、メモリに格納されたインストラクションを実行することにより、プロセッサが各種機能を実現する。
［検査装置の構成］
検出装置２０は、来訪者１Ａの口から放出された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する。検出装置２０は、捕捉部材２５、センサユニット２６及びポンプ２７を収容する筐体２１を備える。本実施の形態では、筐体２１は、前斜め上方に傾いた上面２２を有する。上面２２には、開口部２３及び吐出口２４が設けられている。
開口部２３は、マイクロフォン１２に対して発声している来訪者１Ａの口から放出された微粒子６及び飛沫５並びに飛沫５が乾燥した飛沫核である微粒子５ｓを捕集するために上方に開口している。本実施の形態では、開口部２３は、上面２２の略中心に略矩形状に設けられ、前斜め上方に向けて開口している。来訪者が存在しない場合など検出を行う必要がない場合に閉塞できるよう、開口部２３には蓋部が設けられてもよい。
略中心とは、厳密な中心に加えて、実質的に中心とみなせる位置を含むことを意味する。また、略矩形状とは、厳密な矩形状に加えて、実質的に矩形状とみなせる形状を含むことを意味する。例えば、略矩形状は、丸い角を有してもよい。なお、開口部２３の検出装置２０内の位置及び開口部２３の形状は、上面２２の略中心及び略矩形状に限定される必要はない。
図１に示すように、開口部２３は、マイクロフォン１２よりも下方かつ前方に配置され、床面４又は床面４よりも上方に配置されている。つまり、開口部２３は、床面４以上マイクロフォン１２以下の高さに配置され、かつ、マイクロフォン１２よりも前方に配置されている。
吐出口２４は、開口部２３の周辺に設けられている。具体的には、吐出口２４は、上面２２の周縁に沿って設けられている。つまり、吐出口２４は、開口部２３を囲むように設けられている。
捕捉部材２５は、開口部２３から流入した微粒子５ｓ、６を捕捉する。感染性物質を気中で検出可能な検出方法（例えば、レーザ照射による蛍光分析法）が用いられる場合は、捕捉部材２５として、吸着層をコートしたガラスなどを用いることができる。また、感染性物質を液中で検出する検出方法（例えば、抗体を用いた各種のイムノアッセイ法）が用いられる場合は、捕捉部材２５として、液溜を用いることができる。
なお、捕捉部材２５としては、多数回の感染性物質の検出が可能な多数の捕捉領域を備えてもよい。この場合、捕捉部材２５は、自動で捕捉領域を移動できればよい。
センサユニット２６は、捕捉部材２５に捕捉された微粒子から所定の感染性物質を検出する。具体的には、センサユニット２６は、所定の感染性物質の有無又は所定の感染性物質の濃度を検出する。検出結果に関する情報は、電子情報として、表示装置３０に、無線又は有線で伝送される。
所定の感染性物質の検出方法としては、既存の検出方法が用いられればよい。ただし、検出時間が数十秒程度の短時間で検出可能な方法が用いられてもよい。短時間で検出可能な方法としては、例えば蛍光分析法を用いることができる。また、抗体を用いたイムノアッセイ法を用いることもできる。この場合、例えば、抗体で修飾した磁性ナノ粒子を用いる方法を用いることができる。この方法では、磁場による外力で抗原抗体結合体を迅速に濃縮分離できるので、短時間で高感度に所定の感染性物質を検出することができる。
ポンプ２７は、開口部２３から空気を吸引する吸引部及び吐出口２４から上方に空気を吐出する吐出部の一例である。ポンプ２７は、筐体２１内を陰圧にし、開口部２３から空気を吸引する。さらに、ポンプ２７は、開口部２３の周囲に設けられた吐出口２４から空気を上方に吐出する。これにより、吐出口２４から上昇してから開口部２３に向かって下降する気流７が形成される。その結果、飛沫５が開口部２３に向かい易くなり、飛沫５の捕集範囲を拡げる効果が得られる。吐出口２４から出た気流７は、飛沫５の落下速度を減少させることができる。例えば、気流７は、上昇気流により飛沫５の落下速度を減少させることができる。また、気流７中で飛沫５が乾燥して小さくなることでも飛沫５の落下速度を減少させることができる。これにより、飛沫５は、開口部２３に向かう気流７に乗り易くなる。したがって、開口部２３の周辺に設けられた吐出口２４から空気を上方に吐出することにより、開口部２３から飛沫５を集めやすくなる。
なお、このような気流７は安定するのに時間が掛かるので、来訪者１Ａが押しボタン１６を押す前に、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、ポンプ２７の動作を開始させてもよい。つまり、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、ポンプ２７は、吐出口２４から空気の吐出を開始し、開口部２３から空気の吸引を開始してもよい。
［表示装置の構成］
表示装置３０は、来訪者１Ａの音声及び画像、並びに感染性物質の検出結果に関する情報を入門管理者１Ｂに提示することができる。これにより、入門管理者１Ｂは、来訪者１Ａが非感染者である場合に、門２を遠隔操作で開錠することができ、来訪者１Ａが感染者である場合に、門２を遠隔操作で施錠することができる。
図１及び図２に示すように、表示装置３０は、ディスプレイ３１と、マイクロフォン３２と、スピーカ３３と、を備える。表示装置３０は、検出装置２０から、所定の感染性物質の検出結果に関する情報を受信する。さらに、表示装置３０は、インターフォン１０から、カメラ１４で撮影された来訪者１Ａの画像データを受信してもよい。
ディスプレイ３１は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイである。ディスプレイ３１は、タッチスクリーンであってもよい。ディスプレイ３１は、検出装置２０から受信した検出結果に関する情報を表示する。さらに、ディスプレイ３１は、インターフォン１０から受信した来訪者１Ａの画像データを表示してもよい。
検出結果に関する情報とは、検出された所定の感染性物質に関する情報である。例えば、検出結果に関する情報は、感染性物質の有無又は量を示す情報であってもよい。また例えば、検出結果に関する情報は、来訪者１Ａが感染者であるか否かを示す情報であってもよいし、来訪者１Ａが感染者である確率を示す情報であってもよい。
管理区域の入門管理者１Ｂは、表示装置３０に表示された検出結果に関する情報に基づいて、管理区域の入口の門２を遠隔で開錠してもよい。また、入口の門２の開錠は、表示装置３０によって自動で行われてもよい。この場合、表示装置３０は、入門管理装置と呼ばれてもよい。
マイクロフォン３２は、入門管理者１Ｂの声を収音する。マイクロフォン１２で収音された音声データは、インターフォン１０に送信される。
スピーカ３３は、音声を出力する。具体的には、スピーカ３３は、インターフォン１０から受信した音声データに基づいて来訪者１Ａの声を出力する。
［開口部の位置］
本発明者は、来訪者１Ａがマイクロフォン１２に対して発話した時に口から放出する微粒子を短時間に捕集するための開口部２３の位置を検討するための実験を行った。以下に、実験について図３〜図４Ｃを参照しながら説明する。
図３は、被験者の口から放出された感染性物質の垂直断面における分布を表す図である。図４Ａは、口から下方に１０ｃｍの高さに配置された第１ウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図である。図４Ｂは、口から下方に３０ｃｍの高さに配置された第２ウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図である。図４Ｃは、口から下方に８０ｃｍの高さに配置された第３ウェルプレート上の感染性物質の分布を示す図である。
図３において、飛沫分布範囲３０４は、来訪者１Ａの口から放出された飛沫の分布範囲を示す。また、図４Ａにおいて、第１菌分布３０１ａは、第１ウェルプレート３０１上の菌の分布を示す。また、図４Ｂにおいて、第２菌分布３０２ａは、第２ウェルプレート３０２上の菌の分布を示す。また、図４Ｃにおいて、第３菌分布３０３ａは、第３ウェルプレート３０３上の菌の分布を示す。
本実験では、上気道の常在菌である肺炎球菌を保菌している来訪者１Ａを被験者として実験を行った。実験では、図３のように、被験者の口の下前方に幅３０ｃｍ及び長さ５０ｃｍを有する複数のウェルプレートを１枚ずつ順番に配置した。
各ウェルプレート上には、複数のマイクロウェルプレートが敷き詰められている。なお、マイクロウェルプレートとしては、ＥＬＩＳＡ技術による抗原抗体反応用の市販のウェルプレートを用いた。このマイクロウェルプレートには、１ｃｍピッチに並べた複数のウェルの各々に１００μＬの燐酸緩衝液が注入されており、ウェルの底部に抗原が吸着した。
複数のウェルプレートのいずれかが対応する高さに配置された状態で、被験者は、正面を向いて１０秒間発話した。そして、発話終了後に当該ウェルプレートを回収し、高さを変えて次のウェルプレートを配置した。この配置、発話及び回収を繰り返すことにより、互いに異なる高さに配置された第１ウェルプレート３０１、第２ウェルプレート３０２、及び第３ウェルプレート３０３を含む複数のウェルプレートを回収することができた。
これらの回収された各ウェルプレートに、肺炎レンサ球菌の酵素標識抗体を注入し、ＥＬＩＳＡ法により菌の分布を可視化して観察した。このような実験を、３名の被験者に対して行い、その菌のウェルプレート上の平面分布の平均値を算出した。
図４Ｂに示すように、口から３０ｃｍ下に配置された第２ウェルプレート３０２では、最も遠くまで菌が飛んでおり、口元から４０ｃｍ程度の距離まで飛んでいる。一方、図４Ａに示すように、口から１０ｃｍ下に配置された第１ウェルプレート３０１では、菌を含む飛沫５はすぐにウェルプレート３０１上に着地してしまい菌は２０ｃｍも飛ばない。
また、図４Ｃに示すように、口から８０ｃｍ下に配置された第３ウェルプレート３０３でも到達距離は短くなっている。これは、飛沫５が乾燥して微粒子５ｓとなって浮遊したためだと考えられる。数十ミクロン以上の粒径を有する大きな飛沫は、口から放物線を描いて短時間で手前に落下するが、やや小さい飛沫は、長い時間かかって遠くまで飛ぶ。ただし、落下時間が長いと途中で乾燥して飛沫は浮遊粒子となり、第３ウェルプレート３０３まで到達しない。
これらの実験結果から、図３に示すように、来訪者１Ａが正面を向いて発話中に菌を含む飛沫５を捕集できる飛沫分布範囲３０４が得られた。来訪者１Ａが発話するときの来訪者１Ａとインターフォン１０のマイクロフォン１２との距離は、環境及び人によってばらつきがある。したがって、マイクロフォン１２から３０〜５０ｃｍ下方に開口部２３を設けることで、飛沫の分布範囲が広い領域の中に開口部２３を配置することができ、来訪者１Ａの発話位置にばらつきがあっても、飛沫を捕集できる確率を向上させることができる。
一方で、発話時には、口から飛沫５以外に小さい微粒子６も排出される。したがって、従来の空気中の浮遊微粒子を吸引する方法で微粒子の捕集実験を行った。実験では、図３のように、被験者の正面に５０ｃｍ離れた位置に、捕集用フィルタを備えた市販のエアサンプラ３０５を設置した。エアサンプラ３０５が空気を吸引しているときに、被験者は１０秒間発話した。吸引速度としては、通話に障害が出るような騒音が出ないよう、わずかに音が聞こえるレベルの１Ｌ／分を採用した。一定時間の吸引後、フィルタ上の微粒子を燐酸緩衝液で捕集後、ＥＬＩＳＡ法により肺炎球菌の検出を行った。その結果、菌の検出には５分以上の吸引が必要であることがわかった。このように、従来の吸引による空気捕集では、短時間の捕集で感染性物質を捕集できなかった。
このような実験結果から、図１及び図２のように、検出装置２０の開口部２３をインターフォン１０の下前方に配置することで、図３の飛沫分布範囲３０４の飛沫に含まれる微粒子を短時間で効率的に捕集できることがわかった。
口から下方に０ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲では、飛沫の水平飛距離は３０ｃｍ以下になった。したがって、インターフォン１０と来訪者１Ａとの水平距離が平均的な５０ｃｍの場合に、インターフォン１０から２０ｃｍ以上手前に開口部２３が配置されなければ、飛沫を捕集できない。インターフォン１０から２０ｃｍ以上手前に開口部２３を有する検出装置２０が配置されれば、来訪者１Ａがインターフォン１０に顔を近づけることが難しくなる。
したがって、開口部２３が配置される高さとしては、マイクロフォン１２から下方に２０ｃｍ以上８０ｃｍ以下の距離の範囲を用いることができる。開口部２３が配置される高さとして、マイクロフォン１２から下方に３０ｃｍ以上５０ｃｍ以下の距離の範囲を用いることができる。
開口部２３の水平位置は、インターフォン１０の前方で、来訪者１Ａの邪魔にならない位置であればよい。例えば、開口部２３は、インターフォン１０（マイクロフォン１２）から前方に０ｃｍ以上５０ｃｍ以下の距離の範囲に配置されればよい。なお、来訪者１Ａの身長によってはマイクロフォン１２に向かって発話する時の顔の角度は変わるが、口から排出された飛沫は、口からマイクロフォン１２の方向に飛び出した後、重力を受けて放物線を描いて落下するので、飛沫の分布範囲は図３の実験結果と類似する。
以上のように、検出装置２０の開口部２３は、マイクロフォン１２よりも下方かつ前方に配置され、床面４又は床面４よりも上方に配置されればよい。例えば、開口部２３は、マイクロフォン１２から下方に２０ｃｍ以上８０ｃｍ以下の範囲で配置されればよい。
なお、マイクロフォン１２から下方への距離は、マイクロフォン１２の垂直方向の中心位置を基点として測定することができる。また、マイクロフォン１２から前方向への距離は、マイクロフォン１２の前面（例えばフロントパネル１１）を基点として測定することができる。
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る検出システム１００又は情報表示システム１０００によれば、上方に開口する開口部２３をマイクロフォン１２よりも下方かつ前方に配置し、床面４又は床面４よりも上方に配置することができる。したがって、来訪者１Ａがマイクロフォン１２に対して発話する時に口から放出される飛沫及び微粒子を、開口部２３を介して効率的に捕集することができる。つまり、感染性物質の検出のための動作を来訪者１Ａに意識させずに、感染性物質を捕集することができ、来訪者１Ａの負担を軽減することができる。さらに、来訪者１Ａの発話時に来訪者１Ａの近傍で感染性物質を捕集できるので、捕集時間を短縮でき、捕集効率を向上させることもできる。その結果、感染性物質の検出速度及び検出精度を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る本実施の形態に係る検出システム１００又は情報表示システム１０００によれば、開口部２３をマイクロフォン１２から下方に２０ｃｍ以上離して配置することができる。したがって、マイクロフォン１２に対する来訪者１Ａの位置にばらつきがある場合に、感染性物質の捕集効率を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る本実施の形態に係る検出システム１００又は情報表示システム１０００によれば、開口部２３の周辺に設けられた吐出口２４から上方に空気を吐出して、吐出口２４から開口部２３に向かう気流を形成することができる。したがって、開口部２３の周辺に落下する飛沫の落下速度を減速して乾燥させることができ、小さくなった飛沫又は微粒子を気流に乗せて開口部２３に向かわせることができる。つまり、さらに、感染性物質の捕集効率を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る本実施の形態に係る検出システム１００又は情報表示システム１０００によれば、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、ポンプ２７は、空気の吐出及び吸引を開始することができる。したがって、来訪者１Ａがマイクロフォン１２に対して発話する前に気流を安定させることができる。さらに、来訪者１Ａがいないときには空気の吐出及び吸引を停止することができ、検出装置２０の電力消費を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る本実施の形態に係る情報表示システム１０００によれば、表示装置に検出結果に関する情報を表示することができる。例えば、入門管理者１Ｂが表示装置３０に表示された情報を視認することにより、管理区域内への感染者の侵入を防ぐことができる。その結果、例えばインフルエンザ等の病原体が施設内に持ち込まれることを抑制することが可能になる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。本実施の形態では、マイクロフォンの上方から開口部に向けて送風する送風装置が設置される点が、主として上記実施の形態１と異なる。以下に、上記実施の形態１と異なる点を中心に、本実施の形態について図５を参照しながら具体的に説明する。
［情報表示システムの構成］
図５は、実施の形態２に係る情報表示システムの構成を示す側面図である。本実施の形態に係る情報表示システム１０００Ａは、インターフォン１０及び検出装置２０Ａを含む検出システム１００Ａと、表示装置３０と、送風装置４０とを備える。
［検査装置の構成］
検出装置２０Ａは、来訪者１Ａの口から放出された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する。検出装置２０Ａは、捕捉部材２５、センサユニット２６及びポンプ２７を収容する筐体２１Ａを備える。本実施の形態では、筐体２１Ａは、略中心に向けて下方に傾斜した上面２２Ａを有する。上面２２Ａの略中心には、開口部２３Ａが設けられている。
開口部２３Ａは、マイクロフォン１２に対して発声している来訪者１Ａの口から放出された微粒子６及び飛沫５並びに飛沫５が乾燥した飛沫核である微粒子５ｓを捕集するために上方に開口している。本実施の形態では、開口部２３Ａは、上面２２Ａの略中心に略矩形状に設けられている。
実施の形態１と同様に、開口部２３Ａは、マイクロフォン１２よりも下方かつ前方に配置され、床面４又は床面４よりも上方に配置されている。つまり、開口部２３Ａは、床面４以上マイクロフォン１２以下の高さに配置され、かつ、マイクロフォン１２よりも前方に配置されている。
［送風装置の構成］
送風装置４０は、インターフォン１０の上方に設置されている。送風装置４０は、インターフォン１０の上方から検出装置２０Ａの開口部２３Ａに向けて送風する。これにより、送風装置４０は、ダウンフロー８を発生させることができる。ダウンフロー８は、マイクロフォン１２の前を通過するので、落下速度の速い飛沫５だけでなく、微粒子６もダウンフロー８に乗って開口部２３Ａを通過し、検出装置２０Ａ内の捕捉部材２５に捕捉される。
ダウンフロー８としては、０．１〜１ｍ／秒程度の速度を有するダウンフローを用いることができる。送風装置４０がマイクロフォン１２から離れた位置に設置されれば、インターフォン１０での騒音の影響を抑えることができる。
ダウンフローにより、微粒子５ｓ、６の落下速度は加速されるので、実施の形態１の場合よりも、開口部２３Ａをさらに下方に設けることができる。つまり、開口部２３Ａは、マイクロフォン１２よりも下方に８０ｃｍ以上離れて配置されてもよい。例えば、開口部２３Ａは、床面に設けられてもよい。なお、実施の形態１と同様に、気流が安定する時間を確保するために、来訪者１Ａが押しボタン１６を押す前に、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、送風装置４０にダウンフローを発生させてもよい。つまり、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、送風装置４０は送風を開始してもよい。
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る検出システム１００Ａ又は情報表示システム１０００Ａによれば、マイクロフォン１２の上方から開口部２３Ａに向けて送風することができ、マイクロフォン１２の前にダウンフロー８を形成することができる。したがって、来訪者１Ａの口から放出される飛沫及び微粒子を効率的に開口部２３Ａに導くことができ、捕集効率を向上させることができる。さらに、マイクロフォン１２に対して開口部２３Ａを実施の形態１よりも下方に配置することが可能となり、検出装置２０Ａの設置位置の自由度を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る検出システム１００Ａ又は情報表示システム１０００Ａによれば、人感センサ１５によって来訪者１Ａが検知されたときに、送風装置４０は、送風を開始することができる。したがって、来訪者１Ａがマイクロフォン１２に対して発話する前にダウンフロー８を形成することができる。さらに、来訪者１Ａがいないときには送風を停止することができ、送風装置４０の電力消費を抑制することができる。
（他の実施の形態）
以上、本開示の１つ又は複数の態様に係る情報表示システム及び検出システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれてもよい。
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形及び修正は明白である。そのような変形及び修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
例えば、カメラ１４は、可視光の画像に加えて、赤外線サーモグラフによる体温情報を表示装置３０に送信してもよい。また、インターフォン１０は、ディスプレイを備えてもよい。また、入門管理者１Ｂは必ずしも人でなくてもよく、人工知能などの知的判断ができる自動機械であってもよい。自動機械は、スピーカ及び／又はディスプレイを介して、来訪者１Ａへメッセージを発してもよい。また、自動機械は、立ち位置などを指示してもよい。自動機械は、画像及び／又は音声により個人認証を行ってもよい。また、自動機械は、ネットワークを介して、来訪者１Ａに関する情報及び感染症に関する情報の取得及び／又は発信を行ってもよい。
なお、上記各実施の形態では、検出システム１００は、インターフォン１０を備えていたが、これに限定されない。例えば、検出システム１００は、インターフォン１０の代わりに、音声による生体認証装置を備えてもよい。つまり、検出システム１００は、少なくともマイクロフォン１２を備えればよい。
なお、上記各実施の形態では、インターフォン１０は、壁面３に設置されていたが、これに限定されない。例えば、図６に示すように、インターフォン１０Ｂは、床面４から突出した柱状部材９の上面３Ｂに設置されてもよい。この場合であっても、検出装置２０の開口部２３は、マイクロフォン１２Ｂよりも下方かつ前方に配置され、床面４又は床面４よりも上方に配置される。
なお、上記各実施の形態では、開口部２３、２３Ａの形状は、略矩形状であったが、これに限定されない。例えば、開口部２３、２３Ａの形状は、円形状、楕円形状、長円形状、又は多角形状であってもよい。また、検出装置２０、２０Ａは、複数の開口部を備えてもよい。
なお、上記各実施の形態では、ポンプ２７は、検出装置２０、２０Ａの筐体２１、２１Ａ内に収容されていたが、これに限定されない。例えば、ポンプ２７は、検出装置２０、２０Ａの筐体２１、２１Ａ外に配置されてもよい。
なお、上記各実施の形態では、検出装置２０、２０Ａは、床面４に載置されていたが、これに限定されない。例えば、検出装置２０、２０Ａは、床面４よりも上方で壁面３に設置されてもよい。
なお、上記実施の形態１では、検出装置２０は、吐出口２４から空気を吐出していたが、空気を吐出しなくてもよい。この場合、検出装置２０は、上面２２に吐出口２４を備えなくてもよい。
なお、上記実施の形態２では、検出装置２０Ａは、ポンプ２７を備えていたが、ポンプ２７を備えなくてもよい。つまり、検出装置２０Ａは、開口部２３Ａから空気を吸引しなくてもよい。
本開示の別の実施の形態において、検出システム１００は、通話装置と、開口部を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置と、を備え、前記検出装置は前記開口部を有し、前記開口部は、前記通話装置の少なくとも一部分より下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者が前記通話装置の少なくとも一部分に対向する場合、前記開口部は前記来訪者より下方かつ前方に位置する。
上記通話装置の具体例としては、建物の入口などに配置されるインターフォン、空港の入出国審査の窓口あるいは駅の切符売場の窓口などに配置される対面式の通話装置などが挙げられる。
本開示の別の実施の形態において、通話装置の少なくとも一部分は、通話装置を構成する、例えば、マイクロフォン、スピーカ、操作ボタン、あるいは通話装置に付随するカメラ等のうちの少なくとも１つの要素を具備する。
本開示の一態様に係る検出システム又は情報表示システムは、例えば、病院の入門管理システム、介護施設の入門管理システムに利用することができる。
１Ａ 来訪者
１Ｂ 入門管理者
２ 門
３ 壁面
３Ｂ、２２、２２Ａ 上面
４ 床面
５ 飛沫
５ｓ、６ 微粒子
７ 気流
８ ダウンフロー
９ 柱状部材
１０、１０Ｂ インターフォン
１１ フロントパネル
１２、１２Ｂ、３２ マイクロフォン
１３、３３ スピーカ
１４ カメラ
１５ 人感センサ
１６ 押しボタン
１７ インタフェース基板
２０、２０Ａ 検出装置
２１、２１Ａ 筐体
２３、２３Ａ 開口部
２４ 吐出口
２５ 捕捉部材
２６ センサユニット
２７ ポンプ
３０ 表示装置
３１ ディスプレイ
４０ 送風装置
１００、１００Ａ 検出システム
１０００、１０００Ａ 情報表示システム

Claims (9)

  1. 来訪者の声を収音するマイクロフォンと、
    開口部を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置と、を備え、
    前記検出装置は前記開口部を有し、
    前記開口部は、前記マイクロフォンより下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者が前記マイクロフォンに対向する場合、前記開口部は前記来訪者より下方かつ前方に位置する、
    検出システム。
  2. 前記開口部は、前記マイクロフォンから下方に２０ｃｍ以上離れて配置されている、
    請求項１に記載の検出システム。
  3. 前記検出装置は、さらに、
    前記開口部の周辺に設けられた吐出口から上方に空気を吐出する吐出部と、
    前記開口部から空気を吸引する吸引部と、を備える、
    請求項１又は２に記載の検出システム。
  4. 前記検出システムは、さらに、前記来訪者を検知する人感センサを備え、
    前記人感センサによって前記来訪者が検知されたときに、
    （i）前記吐出部は、前記空気の吐出を開始し、
    （ii）前記吸引部は、前記空気の吸引を開始する、
    請求項３に記載の検出システム。
  5. 前記検出システムは、さらに、前記マイクロフォンの上方に設けられた送風装置を備え、前記送風装置は前記開口部に向けて送風する、
    請求項１又は２に記載の検出システム。
  6. 前記検出システムは、さらに、前記来訪者を検知する人感センサを備え、
    前記人感センサによって前記来訪者が検知されたときに、前記送風装置は前記送風を開始する、
    請求項５に記載の検出システム。
  7. 前記検出システムは、前記マイクロフォンと、音声を出力するスピーカと、を有するインターフォンを備える、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出システム。
  8. 通話装置と、
    開口部を通過した微粒子を補集し、前記補集された微粒子に含まれる所定の感染性物質を検出する検出装置と、を備え、
    前記検出装置は前記開口部を有し、
    前記開口部は、前記通話装置の少なくとも一部分より下方かつ前方に配置され、これにより、前記来訪者が前記通話装置の少なくとも一部分に対向する場合、前記開口部は前記来訪者より下方かつ前方に位置する、
    検出システム。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出システムと、
    前記所定の感染性物質の検出結果に関する情報を前記検出装置から受信し、受信した前記情報を表示する表示装置と、を備える、
    情報表示システム。
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