検出装置および検出方法
【課題】空気中の浮遊する生物由来の粒子のうちの特定の粒子を、高精度でリアルタイムに検出することができる検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、分離粒子径よりも大きい粒子を分離するための分離器７００と分離後の空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む。分離器７００の導入孔７０には、その断面積を変化させるためのシャッタ７０Ａが設けられる。検出対象の粒子が指定されると、その粒子の粒子径を分離粒子径とするような導入孔７０の断面積に対応したスライド量、シャッタ７０Ａが移動される。これにより、検出対象の粒子よりも大きい粒子が導入された空気から除去されて検出器に導入される。
【解決手段】検出装置は、分離粒子径よりも大きい粒子を分離するための分離器７００と分離後の空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む。分離器７００の導入孔７０には、その断面積を変化させるためのシャッタ７０Ａが設けられる。検出対象の粒子が指定されると、その粒子の粒子径を分離粒子径とするような導入孔７０の断面積に対応したスライド量、シャッタ７０Ａが移動される。これにより、検出対象の粒子よりも大きい粒子が導入された空気から除去されて検出器に導入される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は検出装置および検出方法に関し、特に、空気中に浮遊する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。
【背景技術】
【０００２】
空気中の微生物を選別するための技術として、たとえば、特開２００３−８３９３２号公報（以下、特許文献１）は、微小空洞領域が構成されたセンサアレイにおいて、該領域に試料を導入する際に特定の開口寸法を有する空間フィルタを通過させることにより微生物を選別する技術を開示している。また、特開２００１−１８３２８４号公報（以下、特許文献２）は、重力沈降により粗大粒子を、サイクロンやインパクタにより微小粒子を分離することにより花粉粒子を分別する装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３９３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたような開口部による分離の場合、たとえば目的物よりもサイズの小さいものなど、目的外の粒子が通過してしまって誤検出されたり、開口部が目詰まりなどを引き起こしたりする、などの問題が生じることがある。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたような多段階で分離を行なう技術の場合、所望の粒子の分離するための装置の構成が大きくなることがある、という問題がある。
【０００６】
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、空気中の浮遊する生物由来の粒子のうちの特定の粒子を、高精度でリアルタイムに検出することができると共に小型化を実現することができる検出装置および該検出装置における検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、導入された空気から所定の粒子径の大きい粒子を分離して除去するための分離器と、分離器とエア管で接続され、導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器と、検出器での検出結果に基づいて指定された生物由来の粒子の量を算出するための演算装置と、当該分離器に当該検出装置外の空気を導入し、エア管を経て検出器まで空気を導入するための吸気装置と、上記所定の粒子径を、指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定する制御を行なうための制御部とを備える。制御部は、上記所定の粒子径を規定するパラメータのうちの少なくとも一つを指定された生物由来の粒子に基づいて切替える制御を行なう。
【０００８】
好ましくは、制御部は、生物由来の粒子と吸気装置で導入する空気の流量との対応関係に基づき、流量を指定された生物由来に対応した流量となるように吸気装置の駆動を制御する。
【０００９】
好ましくは、分離器は、所定箇所の大きさを変化させるための機構を有し、制御部は、生物由来の粒子と分離器の所定箇所の大きさとの対応関係に基づき、所定箇所の大きさを指定された生物由来に対応した大きさとなるように所定箇所の大きさを変化させるための機構の駆動を制御する。
【００１０】
より好ましくは、上記所定箇所は、分離器において検出装置外の空気を導入するための分離器の導入孔またはエア管に分離器内の空気を排出するための排出孔である。
【００１１】
好ましくは、分離器はサイクロンである。
好ましくは、検出器は、捕集用部材と、発光素子と、蛍光を受光するための受光素子と、捕集用部材を加熱するためのヒータと、加熱の前後での、発光素子で照射された捕集用部材からの蛍光量の変化量に基づいて、捕集用部材で捕集された生物由来の粒子量を算出するための算出手段とを含む。
【００１２】
本発明の他の局面に従うと、導入された空気から所定の粒子径よりも大きい粒子を分離して除去するための分離器と、分離器とエア管で接続された導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む検出装置を用いて、検出装置に導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出する方法であって、検出対象とする生物由来の粒子の指定を受付けるステップと、上記所定の粒子径を、指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定するための処理を実行するステップと、分離器で導入された空気から設定された粒子径よりも大きい粒子を除去するステップと、設定された粒子径よりも大きい粒子が除去された空気を検出器に導入し、検出器における検出動作を実行するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によると、空気中の浮遊する生物由来の粒子のうちの特定の粒子を、高精度でリアルタイムに検出することができる。さらに、装置全体の大型化を抑え、小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態にかかる検出装置の構成の具体例を示す図である。
【図２】検出装置に含まれる検出器の構成の具体例を示す図である。
【図３】検出器の捕集治具およびヒータ周辺の構成を示す図である。
【図４】捕集ユニットの動作を説明する図である。
【図５】検出器の構成の他の例を示す図である。
【図６】生物由来の粒子としての大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７】大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図８】生物由来の粒子としてのバチルス菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図９】バチルス菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１０】生物由来の粒子としてのアオカビ菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１１】アオカビ菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１２】生物由来の粒子としてのスギ花粉を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１３】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１４】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１５】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの比較結果を示す図である。
【図１６】制御部の検出制御部の構成の具体例を示す図である。
【図１７】検出器での検出動作の流れを示すフローチャートである。
【図１８】加熱処理前後での蛍光強度の増大量と生物由来の粒子の濃度との対応関係を示す図である。
【図１９】検出制御部での制御の流れの他の具体例を示すタイムチャートである。
【図２０】サイクロンを採用した分離器の構成の概略図である。
【図２１】サイクロンの形状を第１の形状と第２の形状とにしたときの、分離粒子径と流量との関係を示す図である。
【図２２】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２３】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２４】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２５】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２６】発明者による第２の実験の結果を示す図である。
【図２７】制御部のファン制御部の構成の具体例を示す図である。
【図２８】第２の実施の形態にかかる検出装置に含まれる分離器の形状を説明する図である。
【図２９】制御部の分離制御部の構成の具体例を示す図である。
【図３０】粒子状の汚染物質の分類を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜検出装置での検出の概要＞
図３０に示されたように、空気中に浮遊する固体粒子のうちの生物由来の粒子には、アレルギーの原因となる物質（以下、アレルゲンとも称する）と微生物とが含まれ、さらに、アレルゲンには花粉およびダニの死骸・ふんが含まれ、微生物には細菌と真菌とが含まれる。
【００１７】
検出装置を用い、導入された空気中の微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉の量をそれぞれ検出する。
【００１８】
微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉について、粒子径および粒子密度をそれぞれ表１に示す。表１に示されたように、微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉は、それぞれ、粒子径および粒子密度が異なる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
この特性を利用してそれぞれの粒子の量を測定するために、本実施の形態にかかる検出装置は分離器を含み、導入された空気から検出対象の粒子よりも大きい粒子径の粒子を分離して除去した上で、分離後の空気から生物由来の粒子を検出してその量を測定する。
【００２１】
＜装置の全体構成＞
図１は、上記検出を行なうための、実施の形態にかかる検出装置１の構成の具体例を示す図である。
【００２２】
図１を参照して、検出装置１は、導入された空気中の生物由来の粒子を検出し、その量を測定するための検出器１００と、検出器１００とエア管５００で接続された、導入された空気中の粒子からそのサイズに応じて検出対象としない粒子を分離して除去するための分離器７００と、検出装置１に外部空気を導入するための吸気装置としてのファン４００と、これらを制御するための制御部２００とを含む。分離器７００からエア管５００を経て検出器１００までが、連続した経路を形成する。
【００２３】
制御部２００は、検出器１００、ファン４００、および分離器７００と電気的に接続され、これらの駆動を制御する。詳しくは、制御部２００は、検出器１００での検出を制御するための機能である検出制御部２０１と、図示しないファンモータの動作を制御してファン４００による検出装置１への空気の導入の開始／終了や流量を制御するための機能であるファン制御部２０２と、分離器７００での分離を制御するための機能である分離制御部２０３とを含む。ファン４００が制御部２００での制御に従って駆動されることで、検出装置１外の空気が図中の矢印で表わされた向きに、分離器７００から装置内に導入し、エア管５００を経て検出器１００に導入される。これにより、上記経路が流路として機能する。なお、以降の説明において、上記流路の分離器７００側を「上流」または「上流側」、および検出器１００側を「下流」または「下流側」とも称する。
【００２４】
なお、図１においてファン４００は検出器１００の図示しない排出孔に接して設けられる例が示されているが、ファンの位置はこの位置に限定されず、分離器７００からエア管５００を経て検出器１００に至るまでの流路のいずれかの位置の設置されていればよい。
【００２５】
さらに、検出装置１は、単体として動作するもののみならず、空気清浄機などの他の装置に組み込まれてもよい。その場合、検出装置１にファン４００が含まれていなくてもよく、空気清浄機などの、当該検出装置１を含む装置に備えられたファンを兼用してもよい。このとき、好ましくは、検出装置１には、上記他の装置のファンによる当該検出装置１での流速を制御するための機構が備えられる。この機構は、たとえば小型のファンであってもよいし、気流を遮るための角度が可変の羽などの構造であってもよい。そして、この場合、制御部２００はファン制御部２０２に替えて、上記小型のファンや羽などの流速を制御するための機構を稼動させる構成を制御するための制御部を含む。これは、後述する第２の実施の形態でも同様である。以降の説明において、ファン制御部２０２での制御の説明は、この具体例の場合には上記制御部での制御に置き換えられる。
【００２６】
＜検出部の構成＞
検出器１００として、導入された空気から生物由来の粒子の量を検出する機能を有するあらゆる検出装置を採用することができる。
【００２７】
図２は、検出器１００の構成の具体例を示す図である。
図２を参照して、検出器１００は、検出機構と捕集機構と加熱機構とを含む。詳しくは、図２を参照して、検出器１００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。
【００２８】
捕集機構は、一例として、放電電極１７、捕集治具１２、および高圧電源２を含む。放電電極１７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１７付近にて負に帯電される。
【００２９】
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、放電電極１７と捕集治具１２と間に電位差が発生し、これらの間に図２の矢印Ｅに示される向きの電界が構成される。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、捕集治具１２上に捕集される。
【００３０】
ここで、放電電極１７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１７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、吸着された生物由来の粒子を効率的に検出することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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）８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８は、プラスチック樹脂製またはガラス製でよい。
【００３３】
発光素子６は、半導体レーザまたはＬＥＤ素子を含む。波長は、微生物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。
【００３４】
受光素子９は制御部２００に電気的に接続されて、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、制御部２００においてその受光量が検出される。
【００３５】
レンズ７および集光レンズ８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（またはレンズ７とアパーチャとの組み合わせ）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。
【００３６】
上記フィルタが集光レンズ８または受光素子９の前に設置されてもよい。かかるフィルタは、単一または数種のフィルタの組み合わせで構成されるものでよい。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。
【００３７】
加熱機構は、制御部２００に電気的に接続され、制御部２００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。
【００３８】
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２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３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が確認している。
【００３９】
捕集室５Ａには、捕集機構として針状の放電電極１７および捕集治具１２が配備される。
【００４０】
導入孔１０および排出孔１１は、それぞれ、捕集室５Ａの放電電極１７側および捕集治具１２に設けられる。図２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。さらに、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が備えられてもよい。
【００４１】
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８が配備される。
【００４２】
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。
【００４３】
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、検出処理部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。
【００４４】
捕集治具１２とヒータ９１とは、ユニットを構成する。このユニットを以降の説明において捕集ユニット１２Ａと称する。捕集ユニット１２Ａにおいて、ヒータ９１は、好ましくは、図２に表わされたように、捕集治具１２の放電電極１７から遠い側の面に配備される。捕集ユニット１２Ａは制御部２００によって制御される図示しない移動機構に機械的に接続され、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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４は、捕集ユニット１２Ａの動作を説明する図である。図４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４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。
【００４７】
なお、以上の例は、図１、図２に表わされたように、検出器１００が捕集するための機構と検出するための機構とを分離した構成である例である。しかしながら、検出器１００の構成は図１、図２に表わされた構成に限定されず、他の例として、捕集するための機構と検出するための機構とを一体とした構成であってもよい。
【００４８】
図５は、検出器１００の構成の他の例を示す図である。図５を参照して、他の例として検出器１００は、導入孔１０および排出孔１１が設けられたケース５を有し、その内部に、検出機構と捕集機構と加熱機構とが含まれる。
【００４９】
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８とは、図５での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から照射された光のうちの捕集治具１２表面に形成される照射領域１５からの反射光は、照射領域１５への入射に対応した方向に向かう。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。
【００５０】
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の一例として、照射領域１５に球面状の窪みが形成されてもよい。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に向かう方向に所定角度だけ傾けて設けられてもよい。この構成により、球面状の窪み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。
【００５１】
この構成の場合、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、それぞれ制御部２００に電気的に接続され、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。制御部２００は、蛍光を測定する際にはシャッタ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、蛍光の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、蛍光の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。
【００５２】
＜検出器での検出原理＞
ここで、検出器１００における検出原理について説明する。
【００５３】
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は、紫外光または青色光が照射されることで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。
【００５４】
そこで、発明者は、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。発明者による、具体的な測定結果が図６〜図１５に示されている。測定の結果より、発明者は、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。
【００５５】
具体的に、図６は、生物由来の粒子としての大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前（曲線７９）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６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７（Ａ）に示された加熱処理前の蛍光顕微鏡写真と、図７（Ｂ）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。
【００５６】
同様に、図８は、生物由来の粒子としてのバチルス菌を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９（Ａ）が加熱処理前、図９（Ｂ）が加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。また、図１０は、生物由来の粒子としてのアオカビ菌を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１１（Ａ）が加熱処理前、図１１（Ｂ）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のスギ花粉を２００℃にて５分間加熱処理したときの、図１２（Ａ）が加熱処理前、図１２（Ｂ）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。
【００５７】
これに対して、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）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１４（Ａ）が加熱処理前、図１４（Ｂ）が加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。図１３（Ａ）に示された蛍光スペクトルと図１３（Ｂ）に示された蛍光スペクトルとを重ねると図１５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１５の結果や図１３（Ａ）と図１３（Ｂ）と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。
【００５８】
検出器１００における検出原理として、発明者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。
【００５９】
＜検出のための機能構成＞
制御部２００は、図１に示されるように、検出器１００での検出を制御するための機能である検出制御部２０１と、図示しないファンモータの動作を制御してファン４００による検出装置１Ａへの空気の導入を制御するための機能であるファン制御部２０２とを含む。制御部２００は、図示しない検出動作の開始の指示の操作を受け付けるためのスイッチに電気的に接続されて、該スイッチからの操作信号に応じて検出動作を開始する。
【００６０】
ファン制御部２０２には、設定されたファン４００の流量に応じた、予め図示しないファンモータを動作させるための印加電圧が設定されており、検出動作の開始時に該電圧をファンモータに印加する。
【００６１】
図１６は、制御部２００の検出制御部２０１の構成の具体例を示す図である。図１６は、検出制御部２０１の機能の一部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、制御部２００の機能のすべてが、制御部２００に含まれる図示しない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し、制御部２００の機能のすべてが主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【００６２】
図１６を参照して、検出制御部２０１は、大きくは、受光素子９からの信号を処理するための信号処理部３０と、検出器１００の制御や算出処理などを行なうための検出処理部４０とから構成される。
【００６３】
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。
【００６４】
検出処理部４０は、記憶部４２、クロック発生部４７、および制御部４９を含む。さらに、検出処理部４０は図示しない検出動作の開始の指示を入力するためのスイッチからの入力信号を受け付けるための入力部４４と、ヒータ９１や図示しない捕集ユニット１２Ａの移動機構を駆動させるための駆動部４８とを含む。
【００６５】
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。
【００６６】
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、検出処理部４０に対して出力される。検出処理部４０の検出制御部２０１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。
【００６７】
クロック発生部４７はクロック信号を発生させ、制御部４９に対して出力する。制御部４９は、クロック信号に基づいたタイミングでヒータ９１のＮＯ／ＯＦＦを行なったり、捕集ユニット１２Ａを移動させたりするための制御信号を駆動部４８に対して出力する。また、それに同期させてファン制御部２０２に対してファンモータの駆動タイミングを通知する。
【００６８】
検出器１００が図５に示される構成である場合には、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４９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。
【００６９】
制御部４９は算出部４１を含み、算出部４１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微生物量を算出するための動作が行なわれる。
【００７０】
＜検出動作１＞
図示しないスイッチなどによって検出装置１Ａでの検出開始が指示されると、該信号の入力を受け付けた制御部２００によって検出動作が開始される。
【００７１】
図１７は、検出動作の流れを示すフローチャートである。図１７のフローチャートに示された動作は、制御部２００の図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行し、図１６の各部を制御することによって実現される。
【００７２】
図１７を参照して、図示しないスイッチから検出動作の開始を指示する操作信号が入力されると、Ｓ３１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。Ｓ３１での具体的な動作としては、ファン制御部２０２はファン４００を駆動させて、分離器７００およびエア管５００を経て捕集室５Ａ内に検出装置１Ａ外の空気を取り込む。また、検出制御部２０１は、検出器１００の放電電極１７に所定の電圧を印加させる。
【００７３】
後述する原理によって、分離器７００に導入された空気からは検出対象の粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、除去された後の空気がエア管５００を経て検出器１００に到達する。
【００７４】
検出器１００の捕集室５Ａ内に導入された空気中の粒子は、放電電極１７により負電荷に帯電され、ファン４００による空気の流れと放電電極１７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。
【００７５】
捕集時間△Ｔ１が経過するとファン制御部２０２はファン４００の駆動を終了、すなわち、捕集動作を終了させる。
【００７６】
これにより、時間△Ｔ１の間、検出対象の粒子の粒子径よりも大きい粒子が分離器７００によって除去された空気が捕集室５Ａ内に導入孔１０を通じて導入され、その空気中の粒子が、捕集治具１２表面に捕集される。
【００７７】
次に、Ｓ３３で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ３５で検出動作が行なわれる。Ｓ３５では、検出制御部２０１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に応じた電圧値が検出処理部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Ｓ３１が測定される。
【００７８】
なお、上記測定時間△Ｔ２は検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【００７９】
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。
【００８０】
Ｓ３５の測定動作が終了すると、Ｓ３７で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ３９で加熱動作が行なわれる。Ｓ３９で検出制御部２０１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。
【００８１】
加熱動作後、Ｓ４１で冷却動作が行なわれる。Ｓ４１では、ファン制御部２０２は所定の冷却時間、ファン４００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、検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作によって入力、変更されるものであってもよい。
【００８２】
Ｓ３７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１７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１７から近い側の面にあってもよい。
【００８３】
Ｓ３９の加熱動作およびＳ４１の冷却動作が終了すると、Ｓ４３で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ４５で再度検出動作が行なわれる。Ｓ４５の検出動作はＳ３５での検出動作と同じである。ここでの蛍光強度Ｆ２に応じた電圧値が検出処理部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。
【００８４】
Ｓ４５で加熱後の蛍光量Ｓ２が測定されると、Ｓ４７で捕集ユニット１２Ａのリフレッシュ動作が行なわれる。Ｓ４７で検出制御部２０１はブラシ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、Ｓ４９で検出制御部２０１は捕集ユニット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（Ｓ３１）を開始することができる。
【００８５】
算出部４１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（粒子数または濃度等）に関連している。算出部４１は、予め、図１８に表わされたような、増大量△Ｆと生物由来の粒子量（濃度）との対応関係を記憶しておく。そして、算出部４１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の濃度として算出する。
【００８６】
増大量△Ｆと生物由来の粒子の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、検出器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１８に示された増大量△Ｆと濃度（個／ｍ3）との関係が得られる。
【００８７】
増大量△Ｆと生物由来の粒子の濃度との対応関係は、図示しないスイッチの操作などによって入力されることで算出部４１に記憶されてもよい。また、いったん算出部４１に記憶された該対応関係が検出制御部２０１により更新されてもよい。
【００８８】
算出部４１は、増大量△Ｆが差分△Ｆ１と算出された場合、図１８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の濃度Ｎ１（個／ｍ3）を算出する。
【００８９】
ただし、増大量△Ｆと生物由来の粒子の濃度との対応関係は、粒子の種類（たとえば菌種）によって異なる可能性がある。そこで、算出部４１は、いずれかの生物由来の粒子を標準と規定して、増大量△Ｆと当該生物由来の粒子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生物由来の粒子の濃度が、標準を基準として換算された生物由来の粒子の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。
【００９０】
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。
【００９１】
＜検出動作２＞
なお、検出器１００が図５に示される構成である場合、すなわち、捕集するための機構と検出するための機構とが一体とされた構成である場合についての検出装置１Ａでの検出動作についても説明する。
【００９２】
図１９は、検出器１００が図５に示される構成である場合の制御部２００での制御の流れを示すタイムチャートである。図１９に示された制御は、制御部２００の図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行し、図１６の各部を制御することによって実現される。
【００９３】
図１９を参照して、図示しないスイッチから検出動作の開始を指示する操作信号が入力されると、ファン制御部２０２はファン４００を駆動させる。また、検出制御部２０１は、クロック発生部４７からのクロック信号に基づいた時刻Ｔ１に、シャッタ１６Ａ，１６Ｂの駆動機構に対して開放（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、検出制御部２０１は、シャッタ１６Ａ，１６Ｂを閉塞させるための制御信号を出力する。
【００９４】
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、ファン４００の駆動により外部空気が分離器７００に導入される。後述する原理によって、導入された空気からは検出対象の粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、除去された後の空気がエア管５００を経て検出器１００に導入される。ケース５内に導入された空気中の粒子は、放電電極１７により負電荷に帯電され、空気の流れと放電電極１７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。
【００９５】
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。
【００９６】
検出制御部２０１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、検出制御部２０１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、上記測定時間は検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【００９７】
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に応じた電圧値が検出処理部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。
【００９８】
検出制御部２０１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、検出制御部２０１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。
【００９９】
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△Ｔ３（すなわち加熱量）もまた、上記測定時間と同様に、検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【０１００】
その後、時間△Ｔ４の間、加熱した粒子が冷却処理される。冷却処理にはファン４００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。
【０１０１】
その後、ファン制御部２０２はファン４００の動作を終了させるための制御信号を出力し、検出制御部２０１は時刻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、検出制御部２０１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。
【０１０２】
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に応じた電圧値は検出処理部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。
【０１０３】
算出部４１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、上述と同様にして、算出された増大量△Ｆと、予め記憶している増大量△Ｆと微生物量（濃度）との対応関係（図１８）とを用いて得られる生物由来の粒子の濃度を、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の濃度として算出する。
【０１０４】
＜分離器の構成＞
分離器７００として、好適には、遠心力を利用したサイクロンが用いられる。
【０１０５】
図２０は、サイクロンを採用した分離器７００の構成の概略図である。図２０（Ａ）は、分離器７００を、導入孔７０を横、排出孔７１を上、とした方向で見た図、図２０（Ｂ）は、排出孔７１側から見た図である。図２０（Ａ）で表わされた面を分離器７００の正面とし、図２０（Ｂ）で表わされた面を分離器７００の上面とする。
【０１０６】
サイクロンを採用した分離器７００は、上記流路に対して延伸し、延伸方向の上下が閉じられた円筒（外筒）に、それよりも直径が小さい円筒（内筒）が、延伸方向の上部の円の中心を外筒と同じくする位置から下向きに差し込まれた形状を有する。内筒の上部は開放されて排出孔７１を形成している。図２０において、直径Ｄｃは外筒の直径を指し、直径Ｄｄは内筒の直径、つまり排出孔７１の直径を指し、高さｈはサイクロン分離室としての、外筒の高さを指す。
【０１０７】
サイクロンを採用した分離器７００の外形は上記外筒に限定されず、上面が直径Ｄｃの円形であって、上面から下面に向けた側面にテーパーを有した円錐形であってもよい。または、上面から所定厚み分が筒状であって、それより下が円錐形であってもよい。
【０１０８】
上記外筒または円錐形の外形の上部には、インレットとも呼ばれる、外部空気を導入するための筒状の導入管が、断面の円形の接線方向に挿入された形状を有する。導入管は両端が開放し、分離器７００と反対側の端部が導入孔７０を形成している。図２０において、面積Ａｉは導入孔７０の断面積を指す。
【０１０９】
＜分離器の原理＞
流路に設けられたファン４００が回転することによって、分離器７００には導入孔７０から外部空気が導入される。導入孔７０は外筒の断面の接線方向に導入された導入管の開放口であるため、ファン４００の吸引力によってその方向に外部空気が一定の流速ｖｉで導入されることによって、導入された空気は、外筒の内側に沿って回転し、回転中心に向かう気流が生じる。
【０１１０】
導入された空気に粒子が含まれると、該粒子には、回転による遠心力が生じると共に、流体抵抗力（抗力）が作用する。遠心力が勝ると粒子は外筒内壁側に移動し、抗力が勝ると内筒側に移動する。さらに、遠心力で外筒内壁に接触することで外筒内壁との間の摩擦が作用する。摩擦によって該粒子の回転速度が徐々に落ち、該粒子自身の重力がファン４００の吸引力に勝ると、該粒子は外筒内壁に沿って落下する。
【０１１１】
すなわち、導入孔７０から導入された空気中の粒子のうち、粒子径が所定の長さ（分離粒子径）よりも大きい粒子が図２０で点線の矢印に示されるように分離器７００の下部に、小さい粒子が図２０で実線の矢印に示されるように上部に分離される。そして、上部に分離された分離粒子径Ｄｐｃよりも小さい粒子が、ファン４００の吸引力によって生じる上昇気流により排出孔７１から排出され、エア管５００を経て検出器１００へ到達する。
【０１１２】
導入される空気の速度（流速ｖｉ）が速いほど、また外筒の直径Ｄｃが小さく回転半径が小さいほど、粒子に作用する遠心力は大きくなる。一方、同じ密度の粒子で同じ回転速度で回転する粒子径を比較すると、粒子径が大きいほど該粒子に作用する遠心力が大きくなり、落下、すなわち空気から分離されやすくなる。この原理によって得られる、サイクロンにおける分離粒子径Ｄｐｃは、以下の式（１）で規定されている、
【０１１３】
【数１】
【０１１４】
ただし、Ｄｐｃは分離粒子径（ｍ）、ρpは粒子の密度（ｋｇ／ｍ3）、ρは流体の密度（ｋｇ／ｍ3）、μは空気粘度（Ｐａ・ｓ）、ｖiは導入される空気の導入孔７０での流速（ｍ／ｓ）、Ａiは導入孔７０の断面積（ｍ2）、Ｄｄはサイクロン内筒径（ｍ）、Ｄｃはサイクロン外筒径（ｍ）、およびｈはサイクロン分離室高さ（ｍ）を指す。
【０１１５】
＜分離制御＞
上記式（１）より、サイクロンである分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは、分離器７００の各箇所のサイズ、特に、断面積Ａｉ、外筒径Ｄｃ、および内筒径Ｄｄ、ならびに導入孔７０での流速ｖiが影響することがわかる。図２１は、式（１）から得られる、分離粒子径Ｄｐｃと流量Ｑｉとの関係を示す図であって、図２１の曲線Ａが分離器７００の形状を第１の形状としたときの関係、曲線Ｂが第２の形状としたときの関係を示している。第１の形状は、外筒径Ｄｃ＝４０ｍｍ、内筒径Ｄｄ＝１０ｍｍ、および断面積Ａｉ＝１．２ｃｍ2であり、第２の形状は、外筒径Ｄｃ＝４０ｍｍ、内筒径Ｄｄ＝２１ｍｍ、および断面積Ａｉ＝０．５ｃｍ2であり、共に高さｈは同じである（ｈ＝１０ｍｍ）。図２１においては、曲線Ａ，Ｂよりも上の粒子径の粒子が、当該分離器７００において導入された空気から分離して除去され、曲線Ａ，Ｂよりも下の粒子径の粒子が、当該分離器７００を通過してエア管５００を経て検出器１００に到達することを表わしている。
【０１１６】
なお、図２１において、分離粒子径３０μｍ付近のハッチングされた領域はアレルゲンである花粉の属する粒子径の領域を表わし、１０〜１５μｍのハッチングされた領域はアレルゲンであるダニの死骸・ふんの属する粒子径の領域を表わし、分離粒子径５μｍより下のハッチングされた領域は微生物の属する粒子径の領域を表わしている。
【０１１７】
発明者は、これら要素の分離粒子径Ｄｐｃへの影響を確認するために、断面積Ａｉ、外筒径Ｄｃ、および内筒径Ｄｄと、流量Ｑｉとを異ならせて、分離の度合いを確認する実験を行なった。具体的には、図１に示された検出装置に対して、実際に第１の形状の分離器７００と第２の形状の分離器７００とのそれぞれを用い、分離器７００を通過した粒子を検出器１００の捕集治具１２上に集塵させて、分離捕集能を評価する実験を行なった。分離捕集能を評価するために、検出装置１を、サイクロンである分離器７００を含む状態と含まない状態との２種類の状態とし、分離器７００を含む状態での捕集量の、分離器７００を含まない状態での捕集量に対する比率を、分離捕集能として算出した。分離捕集能の０％は、サイクロンである分離器７００にて対象のサイズの粒子が導入された空気中から分離して除去されたことを表わし、分離捕集能の１００％は該粒子が分離器７００では分離されずに通過し、エア管５００を経て検出器１００に到達したことを表わす。
【０１１８】
詳しくは、検出装置１全体を容積１ｍ3の測定チェンバに入れ、微生物に相当する粒子として直径３μｍのポリスチレン粒子、またはアレルゲンとしての花粉（直径２５μｍ）をチェンバ内に噴霧した後、検出器１００の高圧電源２での印加電圧を−５ｋＶとし、５分間、検出装置１を稼動させた。
【０１１９】
各形状の分離器７００には、図示しないファンモータによって駆動されるファン４００で外部空気が導入されるように設定した。ファンモータは、２〜２０Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量で運転できることを確認し、サイクロン運転時は風切り音の発生のないことを確認した。
【０１２０】
さらに、発明者は、分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉを、各実験条件に応じて変化させた。そして、それぞれの条件下で捕集治具１２上の粒子数をカウントし、１Ｌあたりの捕集量を分離器７００を含む状態と含まない状態とで比較して分離捕集能を算出した。
【０１２１】
実験条件として、図２１の丸印が付された、それぞれ次の条件１〜条件４で表わされた計４条件を採用した：
条件１…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝１．６Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より２６μｍ、
条件２…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝１０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より１１μｍ、
条件３…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝２０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より７．５μｍ、
条件４…第２の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝２０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より４．５μｍ。
【０１２２】
発明者は、第１の実験として、微生物に相当する粒子および花粉をそれぞれ別個に、単一のサイズの粒子をチェンバ内に噴霧して、上記実験条件１〜４のそれぞれで上述の実験を行なって、分離捕集能を算出した。図２２〜図２５は、それぞれ、第１の実験で得られた微生物に相当する粒子および花粉についてのそれぞれの分離捕集能を、上記実験条件１〜４について示す図である。
【０１２３】
図２２で表わされた実験結果より、実験条件１である場合には、分離器７００を微生物に相当する粒子および花粉のいずれもが通過することがわかった。図２３、図２４に表わされた実験結果より、実験条件２、３である場合には、実験条件１の場合よりも分離器７００で花粉を分離して除去する比率が高くなることがわかった。すなわち、同じ形状である場合、導入される空気の流量Ｑｉが大きいほど（つまり、流速ｖｉが速いほど）花粉が分離して除去される比率が高くなることがわかった。これは、上記式（１）および図２１に示された関係より、同じ形状である場合には流量Ｑｉが大きいほど分離粒子径Ｄｐｃが小さくなり、より広範囲の粒子径の粒子が除去されることになるからと考察される。
【０１２４】
さらに、図２５に表わされた実験結果より、この実験条件の中では、実験条件４の場合に、分離器７００で花粉を分離して除去する比率が最も高くなることがわかった。これは、上記式（１）および図２１に示された関係より、同じ流量Ｑｉの場合であっても形状によって分離粒子径Ｄｐｃが異なるためと考察される。
【０１２５】
なお、発明者は、様々な粒子径の粒子が混合されている実際の空気でも同様に高精度で分離されることを確認するために、第２の実験として、微生物に相当する粒子と花粉とを混合してチェンバ内に噴霧し、上記実験条件４で上述の実験を行なって、分離捕集能を算出した。図２６は、第２の実験で得られた微生物に相当する粒子および花粉についてのそれぞれの分離捕集能を示す図である。
【０１２６】
図２６で表わされた実験結果より、微生物に相当する粒子と花粉とが混合された空気が導入された場合であっても、単一の粒子径である場合と同様に、高い精度で分離器７００で花粉が分離して除去されることがわかった。
【０１２７】
以上の実験結果より、発明者は、式（１）に基づいて分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉまたは分離器７００の形状を切り替えることで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えることが可能であることを確認した。本実施の形態にかかる検出装置１は、この確認を踏まえて、分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉまたは分離器７００の形状を切り替えて分離粒子径Ｄｐｃを切替え、サイクロンを採用した分離器７００を用いて導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去する。
【０１２８】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態にかかる検出装置１Ａでは、分離器７００に導入する空気の流量Ｑｉ（すなわち流速ｖi）を切り替えることで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えて、分離器７００において導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去することで、検出対象とする粒子の量を検出する。
【０１２９】
＜分離のための機能構成＞
サイクロンである分離器７００の形状が上記第１の形状、第２の形状のそれぞれである場合の、粒子径が３０μｍ以上である花粉、粒子径が１０〜１５μｍであるダニの死骸・ふん、および粒子径が５μｍ以下である微生物のそれぞれの粒子径を分離粒子径Ｄｐｃとするための、上記式（１）および図２１に示された関係より得られる流量Ｑｉを、それぞれ表２に示す。
【０１３０】
【表２】
【０１３１】
制御部２００は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する操作による操作信号に応じて分離粒子径Ｄｐｃに切り替えるために、図示しないファンモータを該分離粒子径Ｄｐｃに対応した駆動電圧で駆動させる。
【０１３２】
図２７は、制御部２００のファン制御部２０２の構成の具体例を示す図である。図２７に示される各機能は、制御部２００に含まれる図示しない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るものとしているが、少なくとも一部が主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【０１３３】
図２７を参照して、ファン制御部２０２は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する入力信号を受け付けるための入力部５１と、検出対象の粒子に対応付けて図示しないファンモータの駆動電圧を記憶するための記憶部５２と、ファン４００または図示しないファンモータに接続されて、ファン４００に回転させるための駆動部５４と、検出対象の粒子に応じてファンモータの駆動電圧を設定することでファン４００の回転を制御し、それによってファン４００による流量を制御するための制御部５３とを含む。
【０１３４】
記憶部５２には、表２に示されたように、検出対象の粒子に対応付けて流量またはその流量となるように予め算出されたファンモータの駆動電圧が予め記憶されている。または、検出装置１Ａにおいて分離器７００として上記第１の形状の分離器と上記第２の形状の分離器との２種類の形状の分離器を用いることが可能な構成である場合、表２に示されたように、さらに、分離器７００として用いる形状にも対応させて、流量またはその流量となるように予め算出されたファンモータの駆動電圧が記憶されていてもよい。
【０１３５】
＜分離制御＞
制御部５３は、入力信号から検出対象の粒子を特定し、その粒子に対応付けられている流量またはファンモータの駆動電圧を記憶部５２から読み出して、駆動部５４に対してその駆動電圧でファンモータを駆動させるよう制御信号を出力する。
【０１３６】
＜検出動作＞
検出対象の粒子が微生物である場合、表２の例によると、分離器７００の形状が上記第２の形状である場合、制御部２００は流量が２０Ｌ／ｍｉｎとなるようにファン４００を回転させる。この場合、上記式（１）および図２１より、分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは５μｍとなる。そのため、分離器７００では導入された空気から粒子径が５μｍよりも大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が５μｍよりも小さい粒子が到達することになる。
【０１３７】
さらに制御部２００は検出器１００を、図１７または図１９に示されたように動作させる。これにより、検出器１００の捕集治具１２には５μｍよりも小さい粒子径の粒子が捕集され、さらにそのうちから加熱前後の蛍光量の差分に基づいて、生物由来の粒子、つまり微生物が検出される。
【０１３８】
検出対象の粒子がそれよりも粒子径の大きい花粉やダニの死骸・ふんである場合、同様に流量が読み出されて、それに基づいて制御部２００はファン４００を回転させる。これにより、分離器７００では導入された空気から検出対象とする粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が検出対象とする粒子の粒子径以下の粒子が到達することになる。
【０１３９】
このとき、制御部２００は検出器１００に、図１７または図１９に示されたように動作のうちの加熱動作以前までの動作を行なわせてもよい。つまり、加熱動作を行なわなくてもよい。なぜなら、花粉やダニの死骸・ふんは蛍光を発する埃よりもサイズが大きいため、埃からの蛍光量は全体の蛍光量において無視できる程度であるからである。また、微生物からの蛍光量も全体の蛍光量において無視できる程度であるからである。なお、この検出動作は、後述する第２の実施の形態でも同様とする。
【０１４０】
＜第１の実施の形態の効果＞
上述のように、第１の実施の形態にかかる検出装置１Ａでは、ファン４００による流量を切り替えることで分離器７００での分離粒子径Ｄｐｃを切り替える。これによって、容易な制御で検出対象の粒子の粒子径よりも大きな粒子径の粒子を分離器７００で分離して除去することができる。検出器１００では、上述の検出原理によって、検出器１００に導入された空気中の生物由来の粒子が検出される。検出対象の粒子の粒子径以下の粒子が分離器７００を通過して検出器１００に到達することになるので、検出装置１Ａでは検出対象の粒子の粒子径以下である生物由来の粒子がリアルタイムに検出されることになる。
【０１４１】
このように、検出装置１Ａではファン４００の回転を制御することで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えるため、分離のための装置が大型となることを抑え、装置全体の小型化を図ることができる。また、分離器７００としてサイクロンを利用することで、目詰まりなどを起こすことなく高精度で分離粒子径Ｄｐｃよりも大きな粒子を分離して除去することが可能となる。これにより、検出対象とする生物由来の粒子を高精度かつ簡易な制御で検出することが可能となる。
【０１４２】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態にかかる検出装置１Ｂでは、分離器７００の形状を切り替えて、分離器７００において導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去することで、検出対象とする粒子の量を検出する。分離器７００の形状のうちの一例として、断面積Ａｉを切り替える例について説明する。
【０１４３】
＜分離器の構成＞
図２８は、検出装置１Ｂに含まれる分離器７００の形状を説明する図である。図２８を参照して、検出装置１Ｂに含まれる分離器７００は、インレットとも呼ばれる、外部空気を導入するための筒状の導入管の開口部である導入孔７０にスライド式のシャッタ７０Ａが設けられる。シャッタ７０Ａをスライド移動させるための図示しない駆動機構は制御部２００の分離制御部２０３と電気的に接続され、シャッタ７０Ａは、その制御によって特定された量だけスライド移動する。シャッタ７０Ａがスライド移動することで、導入孔７０の断面積が増減する。図２８では、シャッタ７０Ａが導入孔７０の一部を覆う位置にスライドした状態を表わしており、この移動によって、導入孔７０の断面積Ａｉが点線で示されたように全開しているときよりも小さくなっていることを表わしている。
【０１４４】
なお、分離器７００の形状を切り替える他の例として、直径Ｄｄを切り替えることも可能である。この場合、図２８に示されるように、分離器７００の内筒の開口部である排出孔７１に絞り式のシャッタ７１Ａが設けられる。そして、同様に、制御部２００の分離制御部２０３による制御によってその絞り量が設定されて、図示しない駆動機構によってシャッタ７１Ａが移動する。シャッタ７１Ａが移動することで、排出孔７１の直径Ｄｄが増減する。
【０１４５】
＜分離のための機能構成＞
サイクロンである分離器７００へ導入される空気の流量が一定（２０Ｌ／ｍｉｎ）である場合であって、導入孔７０の断面積Ａｉ以外の形状が上記第１の形状、第２の形状のそれぞれである場合の、粒子径が３０μｍ以上である花粉、粒子径が１０〜１５μｍであるダニの死骸・ふん、および粒子径が５μｍ以下である微生物のそれぞれの粒子径を分離粒子径Ｄｐｃとするための、上記式（１）および図２１に示された関係より得られる断面積Ａｉを、それぞれ表３に示す。
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
制御部２００は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する操作による操作信号に応じて分離粒子径Ｄｐｃに切り替えるために、シャッタ７０Ａを該分離粒子径Ｄｐｃに対応したスライド量移動させる。
【０１４８】
図２９は、制御部２００の分離制御部２０３の構成の具体例を示す図である。図２９に示される各機能は、制御部２００に含まれる図示しない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るものとしているが、少なくとも一部が主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【０１４９】
図２９を参照して、分離制御部２０３は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する入力信号を受け付けるための入力部６１と、検出対象の粒子に対応付けて導入孔７０の断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量を記憶するための記憶部６２と、シャッタ７０Ａまたは図示しないシャッタ７０Ａを移動させるための機構に接続されて、シャッタ７０Ａをスライド移動させるための駆動部６４と、検出対象の粒子に応じてシャッタ７０Ａのスライド量を設定することでその移動を制御し、それによって導入孔７０の断面積Ａｉを制御するための制御部６３とを含む。
【０１５０】
記憶部６２には、表３に示されたように、検出対象の粒子に対応付けて導入孔７０の断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量が予め記憶されている。または、検出装置１Ａにおいて分離器７００として上記第１の形状の分離器と上記第２の形状の分離器との２種類の形状の分離器を用いることが可能な構成である場合、表３に示されたように、さらに、分離器７００として用いる形状にも対応させて、断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量が記憶されていてもよい。
【０１５１】
＜分離制御＞
制御部６３は、入力信号から検出対象の粒子を特定し、その粒子に対応付けられている断面積Ａｉまたはシャッタ７０Ａのスライド量を記憶部６２から読み出して、駆動部６４に対してその断面積Ａｉとなるようにシャッタ７０Ａをスライド移動させるよう制御信号を出力する。その後、ファン制御部２０２によってファン４００の回転が開始されて、分離器７００に外部空気が導入される。
【０１５２】
表３の例によると、分離器７００の形状が上記第２の形状であって、検出対象として、粒子径が５μｍよりも小さい微生物が指示された場合、断面積Ａｉが０．５ｃｍ2となるようにシャッタ７０Ａがスライド移動する。この場合、上記式（１）より、分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは５μｍとなる。そのため、分離器７００では導入された空気から粒子径が５μｍよりも大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が５μｍよりも小さい粒子が到達することになる。
【０１５３】
なお、上の説明は断面積Ａｉを増減させる例についての説明であるが、上述のように、たとえば直径Ｄｄなどの他の形状を変化させる場合も同様である。
【０１５４】
＜第２の実施の形態の効果＞
上述のように、第２の実施の形態にかかる検出装置１Ｂでは、分離器７００の形状を切り替えることで分離器７００での分離粒子径Ｄｐｃを切り替える。これによって、容易な制御で検出対象の粒子の粒子径よりも大きな粒子径の粒子を分離器７００で分離して除去することができる。検出器１００では、上述の検出原理によって、検出器１００に導入された空気中の生物由来の粒子が検出される。検出対象の粒子の粒子径以下の粒子が分離器７００を通過して検出器１００に到達することになるので、検出装置１Ｂでは検出対象の粒子の粒子径以下である生物由来の粒子がリアルタイムに検出されることになる。
【０１５５】
このように、検出装置１Ｂではサイクロンである分離器７００の形状（断面積、直径、等）を制御することで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えるため、検出装置１Ｂでも分離のための装置が大型となることを抑え、装置全体の小型化を図ることができる。
【０１５６】
［変形例］
変形例として、第１の実施の形態および第２の実施の形態が組み合わされてもよい。すなわち、検出装置１において、ファン４００による流量の制御と、分離器７００の形状の制御との両制御が組み合わされることで、分離器７００の分離粒子径Ｄｐｃが切り替えられてもよい。この場合、予め検出対象とする粒子の粒子径に対応させて流量および分離器７００の形状が記憶されており、指定された検出対象の粒子を特定し、それに対応した流量および分離器７００の形状が読み出されて制御される。
【０１５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５８】
１，１Ａ，１Ｂ 検出装置、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’ 孔、５Ｃ 壁、６ 発光素子、７ レンズ、８ 集光レンズ、９ 受光素子、１０，７０ 導入孔、１１，７１ 排出孔、１２ 捕集治具、１２Ａ 捕集ユニット、１５ 照射領域、１６Ａ，１６Ｂ，７０Ａ，７１Ａ シャッタ、１７ 放電電極、３０ 信号処理部、３４ 電圧変換回路、３５ 増幅回路、４０ 検出処理部、４１ 算出部、４２，５２，６２ 記憶部、４３ 設定部、４４，５１，６１ 入力部、４７ クロック発生部、４８，５４，６４ 駆動部、４９，５３，６３ 制御部、６０ ブラシ、６５Ａ カバー、６５Ｂ アダプタ、７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，Ａ，Ｂ 曲線、９１ ヒータ、１００ 検出器、２００ 制御部、２０１ 検出制御部、２０２ ファン制御部、２０３ 分離制御部、４００ ファン、５００ エア管、７００ 分離器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は検出装置および検出方法に関し、特に、空気中に浮遊する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。
【背景技術】
【０００２】
空気中の微生物を選別するための技術として、たとえば、特開２００３−８３９３２号公報（以下、特許文献１）は、微小空洞領域が構成されたセンサアレイにおいて、該領域に試料を導入する際に特定の開口寸法を有する空間フィルタを通過させることにより微生物を選別する技術を開示している。また、特開２００１−１８３２８４号公報（以下、特許文献２）は、重力沈降により粗大粒子を、サイクロンやインパクタにより微小粒子を分離することにより花粉粒子を分別する装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３９３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたような開口部による分離の場合、たとえば目的物よりもサイズの小さいものなど、目的外の粒子が通過してしまって誤検出されたり、開口部が目詰まりなどを引き起こしたりする、などの問題が生じることがある。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたような多段階で分離を行なう技術の場合、所望の粒子の分離するための装置の構成が大きくなることがある、という問題がある。
【０００６】
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、空気中の浮遊する生物由来の粒子のうちの特定の粒子を、高精度でリアルタイムに検出することができると共に小型化を実現することができる検出装置および該検出装置における検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、導入された空気から所定の粒子径の大きい粒子を分離して除去するための分離器と、分離器とエア管で接続され、導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器と、検出器での検出結果に基づいて指定された生物由来の粒子の量を算出するための演算装置と、当該分離器に当該検出装置外の空気を導入し、エア管を経て検出器まで空気を導入するための吸気装置と、上記所定の粒子径を、指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定する制御を行なうための制御部とを備える。制御部は、上記所定の粒子径を規定するパラメータのうちの少なくとも一つを指定された生物由来の粒子に基づいて切替える制御を行なう。
【０００８】
好ましくは、制御部は、生物由来の粒子と吸気装置で導入する空気の流量との対応関係に基づき、流量を指定された生物由来に対応した流量となるように吸気装置の駆動を制御する。
【０００９】
好ましくは、分離器は、所定箇所の大きさを変化させるための機構を有し、制御部は、生物由来の粒子と分離器の所定箇所の大きさとの対応関係に基づき、所定箇所の大きさを指定された生物由来に対応した大きさとなるように所定箇所の大きさを変化させるための機構の駆動を制御する。
【００１０】
より好ましくは、上記所定箇所は、分離器において検出装置外の空気を導入するための分離器の導入孔またはエア管に分離器内の空気を排出するための排出孔である。
【００１１】
好ましくは、分離器はサイクロンである。
好ましくは、検出器は、捕集用部材と、発光素子と、蛍光を受光するための受光素子と、捕集用部材を加熱するためのヒータと、加熱の前後での、発光素子で照射された捕集用部材からの蛍光量の変化量に基づいて、捕集用部材で捕集された生物由来の粒子量を算出するための算出手段とを含む。
【００１２】
本発明の他の局面に従うと、導入された空気から所定の粒子径よりも大きい粒子を分離して除去するための分離器と、分離器とエア管で接続された導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む検出装置を用いて、検出装置に導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出する方法であって、検出対象とする生物由来の粒子の指定を受付けるステップと、上記所定の粒子径を、指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定するための処理を実行するステップと、分離器で導入された空気から設定された粒子径よりも大きい粒子を除去するステップと、設定された粒子径よりも大きい粒子が除去された空気を検出器に導入し、検出器における検出動作を実行するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によると、空気中の浮遊する生物由来の粒子のうちの特定の粒子を、高精度でリアルタイムに検出することができる。さらに、装置全体の大型化を抑え、小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態にかかる検出装置の構成の具体例を示す図である。
【図２】検出装置に含まれる検出器の構成の具体例を示す図である。
【図３】検出器の捕集治具およびヒータ周辺の構成を示す図である。
【図４】捕集ユニットの動作を説明する図である。
【図５】検出器の構成の他の例を示す図である。
【図６】生物由来の粒子としての大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７】大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図８】生物由来の粒子としてのバチルス菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図９】バチルス菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１０】生物由来の粒子としてのアオカビ菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１１】アオカビ菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１２】生物由来の粒子としてのスギ花粉を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１３】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１４】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。
【図１５】蛍光を発する埃を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前および加熱処理後の蛍光スペクトルの比較結果を示す図である。
【図１６】制御部の検出制御部の構成の具体例を示す図である。
【図１７】検出器での検出動作の流れを示すフローチャートである。
【図１８】加熱処理前後での蛍光強度の増大量と生物由来の粒子の濃度との対応関係を示す図である。
【図１９】検出制御部での制御の流れの他の具体例を示すタイムチャートである。
【図２０】サイクロンを採用した分離器の構成の概略図である。
【図２１】サイクロンの形状を第１の形状と第２の形状とにしたときの、分離粒子径と流量との関係を示す図である。
【図２２】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２３】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２４】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２５】発明者による第１の実験の結果を示す図である。
【図２６】発明者による第２の実験の結果を示す図である。
【図２７】制御部のファン制御部の構成の具体例を示す図である。
【図２８】第２の実施の形態にかかる検出装置に含まれる分離器の形状を説明する図である。
【図２９】制御部の分離制御部の構成の具体例を示す図である。
【図３０】粒子状の汚染物質の分類を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜検出装置での検出の概要＞
図３０に示されたように、空気中に浮遊する固体粒子のうちの生物由来の粒子には、アレルギーの原因となる物質（以下、アレルゲンとも称する）と微生物とが含まれ、さらに、アレルゲンには花粉およびダニの死骸・ふんが含まれ、微生物には細菌と真菌とが含まれる。
【００１７】
検出装置を用い、導入された空気中の微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉の量をそれぞれ検出する。
【００１８】
微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉について、粒子径および粒子密度をそれぞれ表１に示す。表１に示されたように、微生物、ダニの死骸・ふん、および花粉は、それぞれ、粒子径および粒子密度が異なる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
この特性を利用してそれぞれの粒子の量を測定するために、本実施の形態にかかる検出装置は分離器を含み、導入された空気から検出対象の粒子よりも大きい粒子径の粒子を分離して除去した上で、分離後の空気から生物由来の粒子を検出してその量を測定する。
【００２１】
＜装置の全体構成＞
図１は、上記検出を行なうための、実施の形態にかかる検出装置１の構成の具体例を示す図である。
【００２２】
図１を参照して、検出装置１は、導入された空気中の生物由来の粒子を検出し、その量を測定するための検出器１００と、検出器１００とエア管５００で接続された、導入された空気中の粒子からそのサイズに応じて検出対象としない粒子を分離して除去するための分離器７００と、検出装置１に外部空気を導入するための吸気装置としてのファン４００と、これらを制御するための制御部２００とを含む。分離器７００からエア管５００を経て検出器１００までが、連続した経路を形成する。
【００２３】
制御部２００は、検出器１００、ファン４００、および分離器７００と電気的に接続され、これらの駆動を制御する。詳しくは、制御部２００は、検出器１００での検出を制御するための機能である検出制御部２０１と、図示しないファンモータの動作を制御してファン４００による検出装置１への空気の導入の開始／終了や流量を制御するための機能であるファン制御部２０２と、分離器７００での分離を制御するための機能である分離制御部２０３とを含む。ファン４００が制御部２００での制御に従って駆動されることで、検出装置１外の空気が図中の矢印で表わされた向きに、分離器７００から装置内に導入し、エア管５００を経て検出器１００に導入される。これにより、上記経路が流路として機能する。なお、以降の説明において、上記流路の分離器７００側を「上流」または「上流側」、および検出器１００側を「下流」または「下流側」とも称する。
【００２４】
なお、図１においてファン４００は検出器１００の図示しない排出孔に接して設けられる例が示されているが、ファンの位置はこの位置に限定されず、分離器７００からエア管５００を経て検出器１００に至るまでの流路のいずれかの位置の設置されていればよい。
【００２５】
さらに、検出装置１は、単体として動作するもののみならず、空気清浄機などの他の装置に組み込まれてもよい。その場合、検出装置１にファン４００が含まれていなくてもよく、空気清浄機などの、当該検出装置１を含む装置に備えられたファンを兼用してもよい。このとき、好ましくは、検出装置１には、上記他の装置のファンによる当該検出装置１での流速を制御するための機構が備えられる。この機構は、たとえば小型のファンであってもよいし、気流を遮るための角度が可変の羽などの構造であってもよい。そして、この場合、制御部２００はファン制御部２０２に替えて、上記小型のファンや羽などの流速を制御するための機構を稼動させる構成を制御するための制御部を含む。これは、後述する第２の実施の形態でも同様である。以降の説明において、ファン制御部２０２での制御の説明は、この具体例の場合には上記制御部での制御に置き換えられる。
【００２６】
＜検出部の構成＞
検出器１００として、導入された空気から生物由来の粒子の量を検出する機能を有するあらゆる検出装置を採用することができる。
【００２７】
図２は、検出器１００の構成の具体例を示す図である。
図２を参照して、検出器１００は、検出機構と捕集機構と加熱機構とを含む。詳しくは、図２を参照して、検出器１００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。
【００２８】
捕集機構は、一例として、放電電極１７、捕集治具１２、および高圧電源２を含む。放電電極１７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１７付近にて負に帯電される。
【００２９】
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、放電電極１７と捕集治具１２と間に電位差が発生し、これらの間に図２の矢印Ｅに示される向きの電界が構成される。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、捕集治具１２上に捕集される。
【００３０】
ここで、放電電極１７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１７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、吸着された生物由来の粒子を効率的に検出することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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）８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８は、プラスチック樹脂製またはガラス製でよい。
【００３３】
発光素子６は、半導体レーザまたはＬＥＤ素子を含む。波長は、微生物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。
【００３４】
受光素子９は制御部２００に電気的に接続されて、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、制御部２００においてその受光量が検出される。
【００３５】
レンズ７および集光レンズ８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（またはレンズ７とアパーチャとの組み合わせ）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。
【００３６】
上記フィルタが集光レンズ８または受光素子９の前に設置されてもよい。かかるフィルタは、単一または数種のフィルタの組み合わせで構成されるものでよい。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。
【００３７】
加熱機構は、制御部２００に電気的に接続され、制御部２００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。
【００３８】
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２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３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が確認している。
【００３９】
捕集室５Ａには、捕集機構として針状の放電電極１７および捕集治具１２が配備される。
【００４０】
導入孔１０および排出孔１１は、それぞれ、捕集室５Ａの放電電極１７側および捕集治具１２に設けられる。図２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。さらに、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が備えられてもよい。
【００４１】
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８が配備される。
【００４２】
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。
【００４３】
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、検出処理部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。
【００４４】
捕集治具１２とヒータ９１とは、ユニットを構成する。このユニットを以降の説明において捕集ユニット１２Ａと称する。捕集ユニット１２Ａにおいて、ヒータ９１は、好ましくは、図２に表わされたように、捕集治具１２の放電電極１７から遠い側の面に配備される。捕集ユニット１２Ａは制御部２００によって制御される図示しない移動機構に機械的に接続され、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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４は、捕集ユニット１２Ａの動作を説明する図である。図４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４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。
【００４７】
なお、以上の例は、図１、図２に表わされたように、検出器１００が捕集するための機構と検出するための機構とを分離した構成である例である。しかしながら、検出器１００の構成は図１、図２に表わされた構成に限定されず、他の例として、捕集するための機構と検出するための機構とを一体とした構成であってもよい。
【００４８】
図５は、検出器１００の構成の他の例を示す図である。図５を参照して、他の例として検出器１００は、導入孔１０および排出孔１１が設けられたケース５を有し、その内部に、検出機構と捕集機構と加熱機構とが含まれる。
【００４９】
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８とは、図５での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から照射された光のうちの捕集治具１２表面に形成される照射領域１５からの反射光は、照射領域１５への入射に対応した方向に向かう。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。
【００５０】
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の一例として、照射領域１５に球面状の窪みが形成されてもよい。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に向かう方向に所定角度だけ傾けて設けられてもよい。この構成により、球面状の窪み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。
【００５１】
この構成の場合、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、それぞれ制御部２００に電気的に接続され、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。制御部２００は、蛍光を測定する際にはシャッタ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、蛍光の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、蛍光の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。
【００５２】
＜検出器での検出原理＞
ここで、検出器１００における検出原理について説明する。
【００５３】
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は、紫外光または青色光が照射されることで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。
【００５４】
そこで、発明者は、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。発明者による、具体的な測定結果が図６〜図１５に示されている。測定の結果より、発明者は、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。
【００５５】
具体的に、図６は、生物由来の粒子としての大腸菌を２００℃にて５分間加熱処理したときの、加熱処理前（曲線７９）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６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７（Ａ）に示された加熱処理前の蛍光顕微鏡写真と、図７（Ｂ）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。
【００５６】
同様に、図８は、生物由来の粒子としてのバチルス菌を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９（Ａ）が加熱処理前、図９（Ｂ）が加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。また、図１０は、生物由来の粒子としてのアオカビ菌を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１１（Ａ）が加熱処理前、図１１（Ｂ）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のスギ花粉を２００℃にて５分間加熱処理したときの、図１２（Ａ）が加熱処理前、図１２（Ｂ）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。
【００５７】
これに対して、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）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１４（Ａ）が加熱処理前、図１４（Ｂ）が加熱処理後の蛍光顕微鏡写真である。図１３（Ａ）に示された蛍光スペクトルと図１３（Ｂ）に示された蛍光スペクトルとを重ねると図１５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１５の結果や図１３（Ａ）と図１３（Ｂ）と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。
【００５８】
検出器１００における検出原理として、発明者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。
【００５９】
＜検出のための機能構成＞
制御部２００は、図１に示されるように、検出器１００での検出を制御するための機能である検出制御部２０１と、図示しないファンモータの動作を制御してファン４００による検出装置１Ａへの空気の導入を制御するための機能であるファン制御部２０２とを含む。制御部２００は、図示しない検出動作の開始の指示の操作を受け付けるためのスイッチに電気的に接続されて、該スイッチからの操作信号に応じて検出動作を開始する。
【００６０】
ファン制御部２０２には、設定されたファン４００の流量に応じた、予め図示しないファンモータを動作させるための印加電圧が設定されており、検出動作の開始時に該電圧をファンモータに印加する。
【００６１】
図１６は、制御部２００の検出制御部２０１の構成の具体例を示す図である。図１６は、検出制御部２０１の機能の一部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、制御部２００の機能のすべてが、制御部２００に含まれる図示しない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し、制御部２００の機能のすべてが主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【００６２】
図１６を参照して、検出制御部２０１は、大きくは、受光素子９からの信号を処理するための信号処理部３０と、検出器１００の制御や算出処理などを行なうための検出処理部４０とから構成される。
【００６３】
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。
【００６４】
検出処理部４０は、記憶部４２、クロック発生部４７、および制御部４９を含む。さらに、検出処理部４０は図示しない検出動作の開始の指示を入力するためのスイッチからの入力信号を受け付けるための入力部４４と、ヒータ９１や図示しない捕集ユニット１２Ａの移動機構を駆動させるための駆動部４８とを含む。
【００６５】
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。
【００６６】
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、検出処理部４０に対して出力される。検出処理部４０の検出制御部２０１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。
【００６７】
クロック発生部４７はクロック信号を発生させ、制御部４９に対して出力する。制御部４９は、クロック信号に基づいたタイミングでヒータ９１のＮＯ／ＯＦＦを行なったり、捕集ユニット１２Ａを移動させたりするための制御信号を駆動部４８に対して出力する。また、それに同期させてファン制御部２０２に対してファンモータの駆動タイミングを通知する。
【００６８】
検出器１００が図５に示される構成である場合には、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４９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。
【００６９】
制御部４９は算出部４１を含み、算出部４１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微生物量を算出するための動作が行なわれる。
【００７０】
＜検出動作１＞
図示しないスイッチなどによって検出装置１Ａでの検出開始が指示されると、該信号の入力を受け付けた制御部２００によって検出動作が開始される。
【００７１】
図１７は、検出動作の流れを示すフローチャートである。図１７のフローチャートに示された動作は、制御部２００の図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行し、図１６の各部を制御することによって実現される。
【００７２】
図１７を参照して、図示しないスイッチから検出動作の開始を指示する操作信号が入力されると、Ｓ３１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。Ｓ３１での具体的な動作としては、ファン制御部２０２はファン４００を駆動させて、分離器７００およびエア管５００を経て捕集室５Ａ内に検出装置１Ａ外の空気を取り込む。また、検出制御部２０１は、検出器１００の放電電極１７に所定の電圧を印加させる。
【００７３】
後述する原理によって、分離器７００に導入された空気からは検出対象の粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、除去された後の空気がエア管５００を経て検出器１００に到達する。
【００７４】
検出器１００の捕集室５Ａ内に導入された空気中の粒子は、放電電極１７により負電荷に帯電され、ファン４００による空気の流れと放電電極１７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。
【００７５】
捕集時間△Ｔ１が経過するとファン制御部２０２はファン４００の駆動を終了、すなわち、捕集動作を終了させる。
【００７６】
これにより、時間△Ｔ１の間、検出対象の粒子の粒子径よりも大きい粒子が分離器７００によって除去された空気が捕集室５Ａ内に導入孔１０を通じて導入され、その空気中の粒子が、捕集治具１２表面に捕集される。
【００７７】
次に、Ｓ３３で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ３５で検出動作が行なわれる。Ｓ３５では、検出制御部２０１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に応じた電圧値が検出処理部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Ｓ３１が測定される。
【００７８】
なお、上記測定時間△Ｔ２は検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【００７９】
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。
【００８０】
Ｓ３５の測定動作が終了すると、Ｓ３７で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ３９で加熱動作が行なわれる。Ｓ３９で検出制御部２０１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。
【００８１】
加熱動作後、Ｓ４１で冷却動作が行なわれる。Ｓ４１では、ファン制御部２０２は所定の冷却時間、ファン４００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、検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作によって入力、変更されるものであってもよい。
【００８２】
Ｓ３７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１７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１７から近い側の面にあってもよい。
【００８３】
Ｓ３９の加熱動作およびＳ４１の冷却動作が終了すると、Ｓ４３で検出制御部２０１は捕集ユニット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、Ｓ４５で再度検出動作が行なわれる。Ｓ４５の検出動作はＳ３５での検出動作と同じである。ここでの蛍光強度Ｆ２に応じた電圧値が検出処理部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。
【００８４】
Ｓ４５で加熱後の蛍光量Ｓ２が測定されると、Ｓ４７で捕集ユニット１２Ａのリフレッシュ動作が行なわれる。Ｓ４７で検出制御部２０１はブラシ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、Ｓ４９で検出制御部２０１は捕集ユニット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（Ｓ３１）を開始することができる。
【００８５】
算出部４１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（粒子数または濃度等）に関連している。算出部４１は、予め、図１８に表わされたような、増大量△Ｆと生物由来の粒子量（濃度）との対応関係を記憶しておく。そして、算出部４１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の濃度として算出する。
【００８６】
増大量△Ｆと生物由来の粒子の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、検出器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１８に示された増大量△Ｆと濃度（個／ｍ3）との関係が得られる。
【００８７】
増大量△Ｆと生物由来の粒子の濃度との対応関係は、図示しないスイッチの操作などによって入力されることで算出部４１に記憶されてもよい。また、いったん算出部４１に記憶された該対応関係が検出制御部２０１により更新されてもよい。
【００８８】
算出部４１は、増大量△Ｆが差分△Ｆ１と算出された場合、図１８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の濃度Ｎ１（個／ｍ3）を算出する。
【００８９】
ただし、増大量△Ｆと生物由来の粒子の濃度との対応関係は、粒子の種類（たとえば菌種）によって異なる可能性がある。そこで、算出部４１は、いずれかの生物由来の粒子を標準と規定して、増大量△Ｆと当該生物由来の粒子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生物由来の粒子の濃度が、標準を基準として換算された生物由来の粒子の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。
【００９０】
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。
【００９１】
＜検出動作２＞
なお、検出器１００が図５に示される構成である場合、すなわち、捕集するための機構と検出するための機構とが一体とされた構成である場合についての検出装置１Ａでの検出動作についても説明する。
【００９２】
図１９は、検出器１００が図５に示される構成である場合の制御部２００での制御の流れを示すタイムチャートである。図１９に示された制御は、制御部２００の図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行し、図１６の各部を制御することによって実現される。
【００９３】
図１９を参照して、図示しないスイッチから検出動作の開始を指示する操作信号が入力されると、ファン制御部２０２はファン４００を駆動させる。また、検出制御部２０１は、クロック発生部４７からのクロック信号に基づいた時刻Ｔ１に、シャッタ１６Ａ，１６Ｂの駆動機構に対して開放（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、検出制御部２０１は、シャッタ１６Ａ，１６Ｂを閉塞させるための制御信号を出力する。
【００９４】
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、ファン４００の駆動により外部空気が分離器７００に導入される。後述する原理によって、導入された空気からは検出対象の粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、除去された後の空気がエア管５００を経て検出器１００に導入される。ケース５内に導入された空気中の粒子は、放電電極１７により負電荷に帯電され、空気の流れと放電電極１７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。
【００９５】
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。
【００９６】
検出制御部２０１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、検出制御部２０１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、上記測定時間は検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【００９７】
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に応じた電圧値が検出処理部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。
【００９８】
検出制御部２０１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、検出制御部２０１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。
【００９９】
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△Ｔ３（すなわち加熱量）もまた、上記測定時間と同様に、検出制御部２０１に予め設定されているものであってもよいし、図示しないスイッチの操作などによって入力、変更されるものであってもよい。
【０１００】
その後、時間△Ｔ４の間、加熱した粒子が冷却処理される。冷却処理にはファン４００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。
【０１０１】
その後、ファン制御部２０２はファン４００の動作を終了させるための制御信号を出力し、検出制御部２０１は時刻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、検出制御部２０１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。
【０１０２】
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に応じた電圧値は検出処理部４０に入力されて記憶部４２に記憶される。
【０１０３】
算出部４１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、上述と同様にして、算出された増大量△Ｆと、予め記憶している増大量△Ｆと微生物量（濃度）との対応関係（図１８）とを用いて得られる生物由来の粒子の濃度を、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の濃度として算出する。
【０１０４】
＜分離器の構成＞
分離器７００として、好適には、遠心力を利用したサイクロンが用いられる。
【０１０５】
図２０は、サイクロンを採用した分離器７００の構成の概略図である。図２０（Ａ）は、分離器７００を、導入孔７０を横、排出孔７１を上、とした方向で見た図、図２０（Ｂ）は、排出孔７１側から見た図である。図２０（Ａ）で表わされた面を分離器７００の正面とし、図２０（Ｂ）で表わされた面を分離器７００の上面とする。
【０１０６】
サイクロンを採用した分離器７００は、上記流路に対して延伸し、延伸方向の上下が閉じられた円筒（外筒）に、それよりも直径が小さい円筒（内筒）が、延伸方向の上部の円の中心を外筒と同じくする位置から下向きに差し込まれた形状を有する。内筒の上部は開放されて排出孔７１を形成している。図２０において、直径Ｄｃは外筒の直径を指し、直径Ｄｄは内筒の直径、つまり排出孔７１の直径を指し、高さｈはサイクロン分離室としての、外筒の高さを指す。
【０１０７】
サイクロンを採用した分離器７００の外形は上記外筒に限定されず、上面が直径Ｄｃの円形であって、上面から下面に向けた側面にテーパーを有した円錐形であってもよい。または、上面から所定厚み分が筒状であって、それより下が円錐形であってもよい。
【０１０８】
上記外筒または円錐形の外形の上部には、インレットとも呼ばれる、外部空気を導入するための筒状の導入管が、断面の円形の接線方向に挿入された形状を有する。導入管は両端が開放し、分離器７００と反対側の端部が導入孔７０を形成している。図２０において、面積Ａｉは導入孔７０の断面積を指す。
【０１０９】
＜分離器の原理＞
流路に設けられたファン４００が回転することによって、分離器７００には導入孔７０から外部空気が導入される。導入孔７０は外筒の断面の接線方向に導入された導入管の開放口であるため、ファン４００の吸引力によってその方向に外部空気が一定の流速ｖｉで導入されることによって、導入された空気は、外筒の内側に沿って回転し、回転中心に向かう気流が生じる。
【０１１０】
導入された空気に粒子が含まれると、該粒子には、回転による遠心力が生じると共に、流体抵抗力（抗力）が作用する。遠心力が勝ると粒子は外筒内壁側に移動し、抗力が勝ると内筒側に移動する。さらに、遠心力で外筒内壁に接触することで外筒内壁との間の摩擦が作用する。摩擦によって該粒子の回転速度が徐々に落ち、該粒子自身の重力がファン４００の吸引力に勝ると、該粒子は外筒内壁に沿って落下する。
【０１１１】
すなわち、導入孔７０から導入された空気中の粒子のうち、粒子径が所定の長さ（分離粒子径）よりも大きい粒子が図２０で点線の矢印に示されるように分離器７００の下部に、小さい粒子が図２０で実線の矢印に示されるように上部に分離される。そして、上部に分離された分離粒子径Ｄｐｃよりも小さい粒子が、ファン４００の吸引力によって生じる上昇気流により排出孔７１から排出され、エア管５００を経て検出器１００へ到達する。
【０１１２】
導入される空気の速度（流速ｖｉ）が速いほど、また外筒の直径Ｄｃが小さく回転半径が小さいほど、粒子に作用する遠心力は大きくなる。一方、同じ密度の粒子で同じ回転速度で回転する粒子径を比較すると、粒子径が大きいほど該粒子に作用する遠心力が大きくなり、落下、すなわち空気から分離されやすくなる。この原理によって得られる、サイクロンにおける分離粒子径Ｄｐｃは、以下の式（１）で規定されている、
【０１１３】
【数１】
【０１１４】
ただし、Ｄｐｃは分離粒子径（ｍ）、ρpは粒子の密度（ｋｇ／ｍ3）、ρは流体の密度（ｋｇ／ｍ3）、μは空気粘度（Ｐａ・ｓ）、ｖiは導入される空気の導入孔７０での流速（ｍ／ｓ）、Ａiは導入孔７０の断面積（ｍ2）、Ｄｄはサイクロン内筒径（ｍ）、Ｄｃはサイクロン外筒径（ｍ）、およびｈはサイクロン分離室高さ（ｍ）を指す。
【０１１５】
＜分離制御＞
上記式（１）より、サイクロンである分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは、分離器７００の各箇所のサイズ、特に、断面積Ａｉ、外筒径Ｄｃ、および内筒径Ｄｄ、ならびに導入孔７０での流速ｖiが影響することがわかる。図２１は、式（１）から得られる、分離粒子径Ｄｐｃと流量Ｑｉとの関係を示す図であって、図２１の曲線Ａが分離器７００の形状を第１の形状としたときの関係、曲線Ｂが第２の形状としたときの関係を示している。第１の形状は、外筒径Ｄｃ＝４０ｍｍ、内筒径Ｄｄ＝１０ｍｍ、および断面積Ａｉ＝１．２ｃｍ2であり、第２の形状は、外筒径Ｄｃ＝４０ｍｍ、内筒径Ｄｄ＝２１ｍｍ、および断面積Ａｉ＝０．５ｃｍ2であり、共に高さｈは同じである（ｈ＝１０ｍｍ）。図２１においては、曲線Ａ，Ｂよりも上の粒子径の粒子が、当該分離器７００において導入された空気から分離して除去され、曲線Ａ，Ｂよりも下の粒子径の粒子が、当該分離器７００を通過してエア管５００を経て検出器１００に到達することを表わしている。
【０１１６】
なお、図２１において、分離粒子径３０μｍ付近のハッチングされた領域はアレルゲンである花粉の属する粒子径の領域を表わし、１０〜１５μｍのハッチングされた領域はアレルゲンであるダニの死骸・ふんの属する粒子径の領域を表わし、分離粒子径５μｍより下のハッチングされた領域は微生物の属する粒子径の領域を表わしている。
【０１１７】
発明者は、これら要素の分離粒子径Ｄｐｃへの影響を確認するために、断面積Ａｉ、外筒径Ｄｃ、および内筒径Ｄｄと、流量Ｑｉとを異ならせて、分離の度合いを確認する実験を行なった。具体的には、図１に示された検出装置に対して、実際に第１の形状の分離器７００と第２の形状の分離器７００とのそれぞれを用い、分離器７００を通過した粒子を検出器１００の捕集治具１２上に集塵させて、分離捕集能を評価する実験を行なった。分離捕集能を評価するために、検出装置１を、サイクロンである分離器７００を含む状態と含まない状態との２種類の状態とし、分離器７００を含む状態での捕集量の、分離器７００を含まない状態での捕集量に対する比率を、分離捕集能として算出した。分離捕集能の０％は、サイクロンである分離器７００にて対象のサイズの粒子が導入された空気中から分離して除去されたことを表わし、分離捕集能の１００％は該粒子が分離器７００では分離されずに通過し、エア管５００を経て検出器１００に到達したことを表わす。
【０１１８】
詳しくは、検出装置１全体を容積１ｍ3の測定チェンバに入れ、微生物に相当する粒子として直径３μｍのポリスチレン粒子、またはアレルゲンとしての花粉（直径２５μｍ）をチェンバ内に噴霧した後、検出器１００の高圧電源２での印加電圧を−５ｋＶとし、５分間、検出装置１を稼動させた。
【０１１９】
各形状の分離器７００には、図示しないファンモータによって駆動されるファン４００で外部空気が導入されるように設定した。ファンモータは、２〜２０Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量で運転できることを確認し、サイクロン運転時は風切り音の発生のないことを確認した。
【０１２０】
さらに、発明者は、分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉを、各実験条件に応じて変化させた。そして、それぞれの条件下で捕集治具１２上の粒子数をカウントし、１Ｌあたりの捕集量を分離器７００を含む状態と含まない状態とで比較して分離捕集能を算出した。
【０１２１】
実験条件として、図２１の丸印が付された、それぞれ次の条件１〜条件４で表わされた計４条件を採用した：
条件１…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝１．６Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より２６μｍ、
条件２…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝１０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より１１μｍ、
条件３…第１の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝２０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より７．５μｍ、
条件４…第２の形状の分離器７００を用い、流量Ｑｉ＝２０Ｌ／ｍｉｎとした条件、すなわち、この場合の分離粒子径Ｄｐｃは上記式（１）より４．５μｍ。
【０１２２】
発明者は、第１の実験として、微生物に相当する粒子および花粉をそれぞれ別個に、単一のサイズの粒子をチェンバ内に噴霧して、上記実験条件１〜４のそれぞれで上述の実験を行なって、分離捕集能を算出した。図２２〜図２５は、それぞれ、第１の実験で得られた微生物に相当する粒子および花粉についてのそれぞれの分離捕集能を、上記実験条件１〜４について示す図である。
【０１２３】
図２２で表わされた実験結果より、実験条件１である場合には、分離器７００を微生物に相当する粒子および花粉のいずれもが通過することがわかった。図２３、図２４に表わされた実験結果より、実験条件２、３である場合には、実験条件１の場合よりも分離器７００で花粉を分離して除去する比率が高くなることがわかった。すなわち、同じ形状である場合、導入される空気の流量Ｑｉが大きいほど（つまり、流速ｖｉが速いほど）花粉が分離して除去される比率が高くなることがわかった。これは、上記式（１）および図２１に示された関係より、同じ形状である場合には流量Ｑｉが大きいほど分離粒子径Ｄｐｃが小さくなり、より広範囲の粒子径の粒子が除去されることになるからと考察される。
【０１２４】
さらに、図２５に表わされた実験結果より、この実験条件の中では、実験条件４の場合に、分離器７００で花粉を分離して除去する比率が最も高くなることがわかった。これは、上記式（１）および図２１に示された関係より、同じ流量Ｑｉの場合であっても形状によって分離粒子径Ｄｐｃが異なるためと考察される。
【０１２５】
なお、発明者は、様々な粒子径の粒子が混合されている実際の空気でも同様に高精度で分離されることを確認するために、第２の実験として、微生物に相当する粒子と花粉とを混合してチェンバ内に噴霧し、上記実験条件４で上述の実験を行なって、分離捕集能を算出した。図２６は、第２の実験で得られた微生物に相当する粒子および花粉についてのそれぞれの分離捕集能を示す図である。
【０１２６】
図２６で表わされた実験結果より、微生物に相当する粒子と花粉とが混合された空気が導入された場合であっても、単一の粒子径である場合と同様に、高い精度で分離器７００で花粉が分離して除去されることがわかった。
【０１２７】
以上の実験結果より、発明者は、式（１）に基づいて分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉまたは分離器７００の形状を切り替えることで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えることが可能であることを確認した。本実施の形態にかかる検出装置１は、この確認を踏まえて、分離器７００に導入される空気の流量Ｑｉまたは分離器７００の形状を切り替えて分離粒子径Ｄｐｃを切替え、サイクロンを採用した分離器７００を用いて導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去する。
【０１２８】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態にかかる検出装置１Ａでは、分離器７００に導入する空気の流量Ｑｉ（すなわち流速ｖi）を切り替えることで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えて、分離器７００において導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去することで、検出対象とする粒子の量を検出する。
【０１２９】
＜分離のための機能構成＞
サイクロンである分離器７００の形状が上記第１の形状、第２の形状のそれぞれである場合の、粒子径が３０μｍ以上である花粉、粒子径が１０〜１５μｍであるダニの死骸・ふん、および粒子径が５μｍ以下である微生物のそれぞれの粒子径を分離粒子径Ｄｐｃとするための、上記式（１）および図２１に示された関係より得られる流量Ｑｉを、それぞれ表２に示す。
【０１３０】
【表２】
【０１３１】
制御部２００は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する操作による操作信号に応じて分離粒子径Ｄｐｃに切り替えるために、図示しないファンモータを該分離粒子径Ｄｐｃに対応した駆動電圧で駆動させる。
【０１３２】
図２７は、制御部２００のファン制御部２０２の構成の具体例を示す図である。図２７に示される各機能は、制御部２００に含まれる図示しない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るものとしているが、少なくとも一部が主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【０１３３】
図２７を参照して、ファン制御部２０２は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する入力信号を受け付けるための入力部５１と、検出対象の粒子に対応付けて図示しないファンモータの駆動電圧を記憶するための記憶部５２と、ファン４００または図示しないファンモータに接続されて、ファン４００に回転させるための駆動部５４と、検出対象の粒子に応じてファンモータの駆動電圧を設定することでファン４００の回転を制御し、それによってファン４００による流量を制御するための制御部５３とを含む。
【０１３４】
記憶部５２には、表２に示されたように、検出対象の粒子に対応付けて流量またはその流量となるように予め算出されたファンモータの駆動電圧が予め記憶されている。または、検出装置１Ａにおいて分離器７００として上記第１の形状の分離器と上記第２の形状の分離器との２種類の形状の分離器を用いることが可能な構成である場合、表２に示されたように、さらに、分離器７００として用いる形状にも対応させて、流量またはその流量となるように予め算出されたファンモータの駆動電圧が記憶されていてもよい。
【０１３５】
＜分離制御＞
制御部５３は、入力信号から検出対象の粒子を特定し、その粒子に対応付けられている流量またはファンモータの駆動電圧を記憶部５２から読み出して、駆動部５４に対してその駆動電圧でファンモータを駆動させるよう制御信号を出力する。
【０１３６】
＜検出動作＞
検出対象の粒子が微生物である場合、表２の例によると、分離器７００の形状が上記第２の形状である場合、制御部２００は流量が２０Ｌ／ｍｉｎとなるようにファン４００を回転させる。この場合、上記式（１）および図２１より、分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは５μｍとなる。そのため、分離器７００では導入された空気から粒子径が５μｍよりも大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が５μｍよりも小さい粒子が到達することになる。
【０１３７】
さらに制御部２００は検出器１００を、図１７または図１９に示されたように動作させる。これにより、検出器１００の捕集治具１２には５μｍよりも小さい粒子径の粒子が捕集され、さらにそのうちから加熱前後の蛍光量の差分に基づいて、生物由来の粒子、つまり微生物が検出される。
【０１３８】
検出対象の粒子がそれよりも粒子径の大きい花粉やダニの死骸・ふんである場合、同様に流量が読み出されて、それに基づいて制御部２００はファン４００を回転させる。これにより、分離器７００では導入された空気から検出対象とする粒子よりも粒子径の大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が検出対象とする粒子の粒子径以下の粒子が到達することになる。
【０１３９】
このとき、制御部２００は検出器１００に、図１７または図１９に示されたように動作のうちの加熱動作以前までの動作を行なわせてもよい。つまり、加熱動作を行なわなくてもよい。なぜなら、花粉やダニの死骸・ふんは蛍光を発する埃よりもサイズが大きいため、埃からの蛍光量は全体の蛍光量において無視できる程度であるからである。また、微生物からの蛍光量も全体の蛍光量において無視できる程度であるからである。なお、この検出動作は、後述する第２の実施の形態でも同様とする。
【０１４０】
＜第１の実施の形態の効果＞
上述のように、第１の実施の形態にかかる検出装置１Ａでは、ファン４００による流量を切り替えることで分離器７００での分離粒子径Ｄｐｃを切り替える。これによって、容易な制御で検出対象の粒子の粒子径よりも大きな粒子径の粒子を分離器７００で分離して除去することができる。検出器１００では、上述の検出原理によって、検出器１００に導入された空気中の生物由来の粒子が検出される。検出対象の粒子の粒子径以下の粒子が分離器７００を通過して検出器１００に到達することになるので、検出装置１Ａでは検出対象の粒子の粒子径以下である生物由来の粒子がリアルタイムに検出されることになる。
【０１４１】
このように、検出装置１Ａではファン４００の回転を制御することで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えるため、分離のための装置が大型となることを抑え、装置全体の小型化を図ることができる。また、分離器７００としてサイクロンを利用することで、目詰まりなどを起こすことなく高精度で分離粒子径Ｄｐｃよりも大きな粒子を分離して除去することが可能となる。これにより、検出対象とする生物由来の粒子を高精度かつ簡易な制御で検出することが可能となる。
【０１４２】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態にかかる検出装置１Ｂでは、分離器７００の形状を切り替えて、分離器７００において導入された空気から検出対象外の粒子を分離して除去することで、検出対象とする粒子の量を検出する。分離器７００の形状のうちの一例として、断面積Ａｉを切り替える例について説明する。
【０１４３】
＜分離器の構成＞
図２８は、検出装置１Ｂに含まれる分離器７００の形状を説明する図である。図２８を参照して、検出装置１Ｂに含まれる分離器７００は、インレットとも呼ばれる、外部空気を導入するための筒状の導入管の開口部である導入孔７０にスライド式のシャッタ７０Ａが設けられる。シャッタ７０Ａをスライド移動させるための図示しない駆動機構は制御部２００の分離制御部２０３と電気的に接続され、シャッタ７０Ａは、その制御によって特定された量だけスライド移動する。シャッタ７０Ａがスライド移動することで、導入孔７０の断面積が増減する。図２８では、シャッタ７０Ａが導入孔７０の一部を覆う位置にスライドした状態を表わしており、この移動によって、導入孔７０の断面積Ａｉが点線で示されたように全開しているときよりも小さくなっていることを表わしている。
【０１４４】
なお、分離器７００の形状を切り替える他の例として、直径Ｄｄを切り替えることも可能である。この場合、図２８に示されるように、分離器７００の内筒の開口部である排出孔７１に絞り式のシャッタ７１Ａが設けられる。そして、同様に、制御部２００の分離制御部２０３による制御によってその絞り量が設定されて、図示しない駆動機構によってシャッタ７１Ａが移動する。シャッタ７１Ａが移動することで、排出孔７１の直径Ｄｄが増減する。
【０１４５】
＜分離のための機能構成＞
サイクロンである分離器７００へ導入される空気の流量が一定（２０Ｌ／ｍｉｎ）である場合であって、導入孔７０の断面積Ａｉ以外の形状が上記第１の形状、第２の形状のそれぞれである場合の、粒子径が３０μｍ以上である花粉、粒子径が１０〜１５μｍであるダニの死骸・ふん、および粒子径が５μｍ以下である微生物のそれぞれの粒子径を分離粒子径Ｄｐｃとするための、上記式（１）および図２１に示された関係より得られる断面積Ａｉを、それぞれ表３に示す。
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
制御部２００は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する操作による操作信号に応じて分離粒子径Ｄｐｃに切り替えるために、シャッタ７０Ａを該分離粒子径Ｄｐｃに対応したスライド量移動させる。
【０１４８】
図２９は、制御部２００の分離制御部２０３の構成の具体例を示す図である。図２９に示される各機能は、制御部２００に含まれる図示しない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るものとしているが、少なくとも一部が主に電気回路であるハードウェア構成で実現されてもよい。
【０１４９】
図２９を参照して、分離制御部２０３は、図示しないスイッチからの検出対象の粒子を特定する入力信号を受け付けるための入力部６１と、検出対象の粒子に対応付けて導入孔７０の断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量を記憶するための記憶部６２と、シャッタ７０Ａまたは図示しないシャッタ７０Ａを移動させるための機構に接続されて、シャッタ７０Ａをスライド移動させるための駆動部６４と、検出対象の粒子に応じてシャッタ７０Ａのスライド量を設定することでその移動を制御し、それによって導入孔７０の断面積Ａｉを制御するための制御部６３とを含む。
【０１５０】
記憶部６２には、表３に示されたように、検出対象の粒子に対応付けて導入孔７０の断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量が予め記憶されている。または、検出装置１Ａにおいて分離器７００として上記第１の形状の分離器と上記第２の形状の分離器との２種類の形状の分離器を用いることが可能な構成である場合、表３に示されたように、さらに、分離器７００として用いる形状にも対応させて、断面積Ａｉまたはその断面積Ａｉとなるように予め算出されたシャッタ７０Ａのスライド量が記憶されていてもよい。
【０１５１】
＜分離制御＞
制御部６３は、入力信号から検出対象の粒子を特定し、その粒子に対応付けられている断面積Ａｉまたはシャッタ７０Ａのスライド量を記憶部６２から読み出して、駆動部６４に対してその断面積Ａｉとなるようにシャッタ７０Ａをスライド移動させるよう制御信号を出力する。その後、ファン制御部２０２によってファン４００の回転が開始されて、分離器７００に外部空気が導入される。
【０１５２】
表３の例によると、分離器７００の形状が上記第２の形状であって、検出対象として、粒子径が５μｍよりも小さい微生物が指示された場合、断面積Ａｉが０．５ｃｍ2となるようにシャッタ７０Ａがスライド移動する。この場合、上記式（１）より、分離器７００における分離粒子径Ｄｐｃは５μｍとなる。そのため、分離器７００では導入された空気から粒子径が５μｍよりも大きい粒子が分離されて除去され、検出器１００には粒子径が５μｍよりも小さい粒子が到達することになる。
【０１５３】
なお、上の説明は断面積Ａｉを増減させる例についての説明であるが、上述のように、たとえば直径Ｄｄなどの他の形状を変化させる場合も同様である。
【０１５４】
＜第２の実施の形態の効果＞
上述のように、第２の実施の形態にかかる検出装置１Ｂでは、分離器７００の形状を切り替えることで分離器７００での分離粒子径Ｄｐｃを切り替える。これによって、容易な制御で検出対象の粒子の粒子径よりも大きな粒子径の粒子を分離器７００で分離して除去することができる。検出器１００では、上述の検出原理によって、検出器１００に導入された空気中の生物由来の粒子が検出される。検出対象の粒子の粒子径以下の粒子が分離器７００を通過して検出器１００に到達することになるので、検出装置１Ｂでは検出対象の粒子の粒子径以下である生物由来の粒子がリアルタイムに検出されることになる。
【０１５５】
このように、検出装置１Ｂではサイクロンである分離器７００の形状（断面積、直径、等）を制御することで分離粒子径Ｄｐｃを切り替えるため、検出装置１Ｂでも分離のための装置が大型となることを抑え、装置全体の小型化を図ることができる。
【０１５６】
［変形例］
変形例として、第１の実施の形態および第２の実施の形態が組み合わされてもよい。すなわち、検出装置１において、ファン４００による流量の制御と、分離器７００の形状の制御との両制御が組み合わされることで、分離器７００の分離粒子径Ｄｐｃが切り替えられてもよい。この場合、予め検出対象とする粒子の粒子径に対応させて流量および分離器７００の形状が記憶されており、指定された検出対象の粒子を特定し、それに対応した流量および分離器７００の形状が読み出されて制御される。
【０１５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５８】
１，１Ａ，１Ｂ 検出装置、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’ 孔、５Ｃ 壁、６ 発光素子、７ レンズ、８ 集光レンズ、９ 受光素子、１０，７０ 導入孔、１１，７１ 排出孔、１２ 捕集治具、１２Ａ 捕集ユニット、１５ 照射領域、１６Ａ，１６Ｂ，７０Ａ，７１Ａ シャッタ、１７ 放電電極、３０ 信号処理部、３４ 電圧変換回路、３５ 増幅回路、４０ 検出処理部、４１ 算出部、４２，５２，６２ 記憶部、４３ 設定部、４４，５１，６１ 入力部、４７ クロック発生部、４８，５４，６４ 駆動部、４９，５３，６３ 制御部、６０ ブラシ、６５Ａ カバー、６５Ｂ アダプタ、７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，Ａ，Ｂ 曲線、９１ ヒータ、１００ 検出器、２００ 制御部、２０１ 検出制御部、２０２ ファン制御部、２０３ 分離制御部、４００ ファン、５００ エア管、７００ 分離器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、
前記導入された空気から所定の粒子径の大きい粒子を分離して除去するための分離器と、
前記分離器とエア管で接続され、導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器と、
前記検出器での検出結果に基づいて前記指定された生物由来の粒子の量を算出するための演算装置と、
当該分離器に当該検出装置外の空気を導入し、前記エア管を経て前記検出器まで前記空気を導入するための吸気装置と、
前記所定の粒子径を、前記指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定する制御を行なうための制御部とを備え、
前記制御部は、前記所定の粒子径を規定するパラメータのうちの少なくとも一つを前記指定された生物由来の粒子に基づいて切替える制御を行なう、検出装置。
【請求項２】
前記制御部は、生物由来の粒子と前記吸気装置で導入する空気の流量との対応関係に基づき、前記流量を前記指定された生物由来に対応した流量となるように前記吸気装置の駆動を制御する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記分離器は、所定箇所の大きさを変化させるための機構を有し、
前記制御部は、生物由来の粒子と前記分離器の前記所定箇所の大きさとの対応関係に基づき、前記所定箇所の大きさを前記指定された生物由来に対応した大きさとなるように前記所定箇所の大きさを変化させるための機構の駆動を制御する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記所定箇所は、前記分離器において前記検出装置外の空気を導入するための前記分離器の導入孔または前記エア管に前記分離器内の空気を排出するための排出孔である、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記分離器はサイクロンである、請求項１〜４のいずれかに記載の検出装置。
【請求項６】
前記検出器は、
捕集用部材と、
発光素子と、
蛍光を受光するための受光素子と、
前記捕集用部材を加熱するためのヒータと、
前記加熱の前後での、前記発光素子で照射された前記捕集用部材からの蛍光量の変化量に基づいて、前記捕集用部材で捕集された生物由来の粒子量を算出するための算出手段とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の検出装置。
【請求項７】
導入された空気から所定の粒子径よりも大きい粒子を分離して除去するための分離器と、前記分離器とエア管で接続された導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む検出装置を用いて、前記検出装置に導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出する方法であって、
検出対象とする生物由来の粒子の指定を受付けるステップと、
前記所定の粒子径を、前記指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定するための処理を実行するステップと、
前記分離器で導入された空気から前記設定された粒子径よりも大きい粒子を除去するステップと、
前記設定された粒子径よりも大きい粒子が除去された空気を前記検出器に導入し、前記検出器における検出動作を実行するステップとを備える、検出方法。
【請求項１】
導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、
前記導入された空気から所定の粒子径の大きい粒子を分離して除去するための分離器と、
前記分離器とエア管で接続され、導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器と、
前記検出器での検出結果に基づいて前記指定された生物由来の粒子の量を算出するための演算装置と、
当該分離器に当該検出装置外の空気を導入し、前記エア管を経て前記検出器まで前記空気を導入するための吸気装置と、
前記所定の粒子径を、前記指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定する制御を行なうための制御部とを備え、
前記制御部は、前記所定の粒子径を規定するパラメータのうちの少なくとも一つを前記指定された生物由来の粒子に基づいて切替える制御を行なう、検出装置。
【請求項２】
前記制御部は、生物由来の粒子と前記吸気装置で導入する空気の流量との対応関係に基づき、前記流量を前記指定された生物由来に対応した流量となるように前記吸気装置の駆動を制御する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記分離器は、所定箇所の大きさを変化させるための機構を有し、
前記制御部は、生物由来の粒子と前記分離器の前記所定箇所の大きさとの対応関係に基づき、前記所定箇所の大きさを前記指定された生物由来に対応した大きさとなるように前記所定箇所の大きさを変化させるための機構の駆動を制御する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記所定箇所は、前記分離器において前記検出装置外の空気を導入するための前記分離器の導入孔または前記エア管に前記分離器内の空気を排出するための排出孔である、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記分離器はサイクロンである、請求項１〜４のいずれかに記載の検出装置。
【請求項６】
前記検出器は、
捕集用部材と、
発光素子と、
蛍光を受光するための受光素子と、
前記捕集用部材を加熱するためのヒータと、
前記加熱の前後での、前記発光素子で照射された前記捕集用部材からの蛍光量の変化量に基づいて、前記捕集用部材で捕集された生物由来の粒子量を算出するための算出手段とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の検出装置。
【請求項７】
導入された空気から所定の粒子径よりも大きい粒子を分離して除去するための分離器と、前記分離器とエア管で接続された導入された空気から生物由来の粒子を検出するための検出器とを含む検出装置を用いて、前記検出装置に導入された空気から指定された生物由来の粒子を検出する方法であって、
検出対象とする生物由来の粒子の指定を受付けるステップと、
前記所定の粒子径を、前記指定された生物由来の粒子の粒子径よりも大きい粒子径に設定するための処理を実行するステップと、
前記分離器で導入された空気から前記設定された粒子径よりも大きい粒子を除去するステップと、
前記設定された粒子径よりも大きい粒子が除去された空気を前記検出器に導入し、前記検出器における検出動作を実行するステップとを備える、検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１２７７２７（Ｐ２０１２−１２７７２７Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７８６５（Ｐ２０１０−２７７８６５）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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