生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法
【課題】洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出する生物粒子評価装置を提供する。
【解決手段】レーザー光源１２がレーザー光を励起し、測定ポイントＰとダイクロイックミラー１８との間に、被測定粒子からの蛍光をコリメートする導入側凸レンズ１４及び、励起波長をカットするノッチフィルタ１６が配置される。ダイクロイックミラー１８と第１光センサ２３との間に、干渉フィルタ２１及び第凸レンズ２２が配置される。ダイクロイックミラー１８と第２光センサ２６との間に、干渉フィルタ２４及び凸レンズ２５が配置される。第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、コンピュータ２８に接続され、コンピュータ２８が第１光センサ２３の検出データと第２光センサ２６の検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【解決手段】レーザー光源１２がレーザー光を励起し、測定ポイントＰとダイクロイックミラー１８との間に、被測定粒子からの蛍光をコリメートする導入側凸レンズ１４及び、励起波長をカットするノッチフィルタ１６が配置される。ダイクロイックミラー１８と第１光センサ２３との間に、干渉フィルタ２１及び第凸レンズ２２が配置される。ダイクロイックミラー１８と第２光センサ２６との間に、干渉フィルタ２４及び凸レンズ２５が配置される。第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、コンピュータ２８に接続され、コンピュータ２８が第１光センサ２３の検出データと第２光センサ２６の検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出する生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法に関し、例えば食品や医薬品等の製造工程での生物粒子の評価及び、室内環境での生物粒子の評価に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
食品、医薬品等の製造は通常クリーンルーム内において行われていて、このクリーンルーム内に存在する粒子の評価方法としては、各々の粒子の粒径を光散乱方式パーティクルカウンター等により評価するのが一般的である。一般に市販されている光散乱方式パーティクルカウンターは、粒子からの散乱光の強度を基にして粒子の粒径を求めているが、この方式では粒子が生物粒子か否かは評価できなかった。これに対して、粒径分布から生物粒子か否かを判別する手法が提案されているが、この手法では多数の粒子数が必要になる欠点がある。
【０００３】
食品や医薬品の製造工程或いはオフィス等の室内環境においては、菌等の生物粒子の存在が問題となることがあり、特に食品や医薬品の所定の製造工程においては、菌等の生物粒子が基本的に存在してはならないことになっている。
【０００４】
この一方、生物粒子は代謝があり、この代謝に関連する物質には蛍光を示すものがあり、ある波長域の光を照射した際、蛍光を示すものを生物粒子と判別する手法が知られていて、実際に製品化されている。この他に、生物粒子からの蛍光を捉えて、その蛍光スペクトルの複数波長での強度比から生物粒子の代謝に関連する物質の比を推察し、大雑把に生物粒子の種別を判別する方法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５０８５２７号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの環境において例えば浮遊等する塵埃は、外気由来のものや機器等からの発塵したものの他に、作業者等の人からの発塵により発生するものもある。すなわち、作業者等が用いるクリーンスーツ類は、清浄性を考慮したクリーニングがなされているものの、クリーンスーツの下に着衣する肌着等は、作業者が各自洗濯しているのが、通常である。そして、通常の洗濯においては、衣類は一般の洗剤で洗濯されるが、洗剤には蛍光を発する蛍光増白剤が添加されているものがある。
【０００７】
そのような洗剤で洗濯された衣類からの塵埃には、蛍光増白剤が付着しており、蛍光を用いた生物粒子の検出技術において、蛍光増白剤が付着した衣類からの塵埃と生物粒子とを混同する恐れがある。
【０００８】
例えば、図２４に示すグラフによれば、生物粒子であるＮＡＤＨやＲｉｂｏｆｌａｖｉｎと蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルは、類似していることがわかる。仮に蛍光の有無だけで生物粒子が存在しているか否かを判定した場合、洗濯された衣類からの塵埃を生物粒子と判定する可能性があることが、このグラフから分かる。尚、本グラフは３５５ｎｍの波長の光で励起した場合である。
【０００９】
但し、蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルが洗剤相互間で相違している可能性がある為、現在市販されている複数種の洗濯用洗剤について蛍光スペクトルを計測してみた。尚、サンプルとしてはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの四種類とし、各洗剤溶液に３５５ｎｍのパルスレーザーを照射したときの蛍光スペクトルを図２５のグラフに示す。
【００１０】
このグラフから洗剤Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ蛍光を示しているだけでなくそのピーク波長は４３３ｎｍ前後であり、相互にピーク値が大きく相違しないことが確認された。この際、洗剤Ａと洗剤Ｃは強い蛍光を示したのに対し、洗剤Ｂの蛍光は比較的弱いことが読み取れる。また、蛍光増白剤を含んでいない洗剤Ｄについては殆ど蛍光を示さなかった。
【００１１】
したがって本発明の主たる課題は、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出する生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して、被測定粒子から蛍光を発生させる光源と、
被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光をそれぞれ受光する光センサと、
検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを比較して各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する判別手段と、
を含む。
【００１３】
本請求項の生物粒子評価装置によれば、光源が光線を被測定粒子の存在する箇所に送り出すのに伴い、蛍光を発生する被測定粒子があり、被測定粒子で発生したこの蛍光のうちの、少なくとも検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光する。また、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子の性質を判別する。
【００１４】
従って、本請求項では、同一の被測定粒子からの蛍光を光センサにより長短２波長の領域でそれぞれ受光するのに伴い、浮遊塵埃等の被測定粒子からの蛍光を長短２波長の光の輝度比である強度比により評価することになる。この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になる。これに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子で発生した蛍光を受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出するフィルタ手段を有し、光センサが、検出用短波長光を検出する第１光センサおよび、検出用長波長光を検出する第２光センサを含み、判別手段が、第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
【００１６】
従って、本請求項では、被測定粒子で発生したこの蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光とに区分する。また、検出用短波長光を検出する第１光センサの検出データと検出用長波長光を検出する第２光センサの検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子の性質を判別する。
【００１７】
請求項３に係る生物粒子評価装置は、フィルタ手段が、一定の波長より短い波長の蛍光を反射すると共にこの波長より長い波長の蛍光を透過するダイクロイックミラーと、検出用短波長光のみを透過する第１干渉フィルタと、検出用長波長光のみを透過する第２干渉フィルタと、を含むという構成を有する。
【００１８】
従って、本請求項によれば、フィルタ手段が、ダイクロイックミラー、第１干渉フィルタ及び第２干渉フィルタを有することで、被測定粒子で発生した蛍光を受光した際に、フィルタ手段が検出用短波長光と検出用長波長光に確実に区分して、それぞれ排出できるようになる。
【００１９】
請求項４に係る生物粒子評価装置は、検出用短波長光が、３８０〜４４０ｎｍの内の波長域とされ、検出用長波長光が、４４０〜６５０ｎｍの内の波長域とされるという構成を有する。
【００２０】
従って、本請求項によれば、検出用短波長光を３８０〜４４０ｎｍの内の何れかの波長域とし、検出用長波長光を４４０〜６５０ｎｍの内の何れかの波長域としたことで、フィルタ手段の調整を単にするのみで、検出用短波長光及び検出用長波長光の波長域を容易に変更可能となる。この為、生物粒子評価装置の調整が容易となる。
【００２１】
請求項５に係る生物粒子評価装置は、所定の波長域の光のみ透過するように、各光センサの前面に干渉フィルタをそれぞれ設け、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、所定の波長域の光のみを第１光センサ及び第２光センサが検出するような干渉フィルタを採用し、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別することで、従来の手法に対して、より一層精度良く生物粒子を検出することが可能になる。
【００２２】
請求項６に係る生物粒子評価装置は、光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、各光センサが、二次元的な面での検出できるイメージングセンサとされるという構成を有する。
従って、本請求項によれば、生物粒子評価装置内に被測定粒子を単に取り込んで、判別するだけでなく、外部に存在する被測定粒子をそのまま判別する事が可能となる。
【００２３】
請求項７に係る生物粒子評価装置は、光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる青色信号と検出用長波長光の信号とされる緑色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、判別手段が、カラーＣＣＤで検出される青色信号の輝度データと緑色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、判別手段がこれらの輝度データを比較した値が所定の閾値を越えているか否かで、各被測定粒子の性質を判別する。
【００２４】
請求項８に係る生物粒子評価装置は、光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる緑色信号と検出用長波長光の信号とされる赤色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、判別手段が、カラーＣＣＤで検出される緑色信号の輝度データと赤色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、判別手段がこれらの輝度データを比較した値が所定の閾値を越えているか否かで、前記と同様に各被測定粒子の性質を判別する。
【００２５】
請求項９に係る生物粒子評価装置は、カラーＣＣＤが、１ＣＣＤ或いは３ＣＣＤとされるという構成を有する。
つまり、いずれかのＣＣＤを用いても、上記請求項の発明を実行可能となる。
【００２６】
請求項１０に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子の存在し得る箇所とカラーＣＣＤとの間に、光源から送り出された波長の光線を取り除くロングパスフィルタもしくはノッチフィルタを配置したという構成を有する。
従って、本請求項によれば、光源から送り出された光線が取り除かれて、より高い精度で被測定粒子の性質を判別可能になる。
請求項１１に係る生物粒子評価装置は、光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、この光線をカラーＣＣＤが二次元的な面で検出するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、請求項６と同様に、生物粒子評価装置内に被測定粒子を単に取り込んで、判別するだけでなく、外部に存在する被測定粒子をそのまま判別する事が可能となる。
【００２７】
請求項１２に係る生物粒子評価方法は、被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して被測定粒子から蛍光を発生させた後、
次に、被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光し、
この後、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する。
【００２８】
本請求項の生物粒子評価方法によれば、上記の内容を有することから、請求項１に係る生物粒子評価装置と同様の作用を奏するようになる。
【００２９】
請求項１３に係る生物粒子評価方法は、被測定粒子で発生した蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出してから、光センサのうちの第１光センサが検出用短波長光を検出すると共に、光センサのうちの第２光センサが検出用長波長光を検出し、この後、判別手段が第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較するという構成を有する。
【００３０】
本請求項の生物粒子評価方法によれば、上記の内容を有することから、請求項２に係る生物粒子評価装置と同様の作用を奏するようになる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のとおり本発明の生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法によれば、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出できるなどの優れた効果を奏するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生物粒子評価装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における出力信号のピーク値とピーク時刻との関係を表わすグラフを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における一方の光センサの出力信号のみの閾値を超えた際の信号抽出を説明するグラフを示す図であって、（Ａ）は出力信号Ｓ１が閾値を超えたことを表わし、（Ｂ）は出力信号Ｓ２が閾値を超えていないことを表わす。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトルの関係を表わすグラフを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置を構成する撮像システムの概念図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による同時刻取得画像を表わす図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による同時刻取得画像を表わす図であって、背景の除去した状態から粒子毎の蛍光強度比の算出を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による粒子像輝度値合計を説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による生物粒子を表示する映像を表わす図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１３】本発明の変形例１に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１４】本発明の変形例２に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１５】本発明の変形例３に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１６】本発明の変形例４に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１７】本発明の変形例５に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置の概念図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置による実験を説明する説明図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置により各対象液の蛍光画像から算出したＢ／Ｇ値を表わすグラフを示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置により各対象液の蛍光画像から算出したＲ／Ｇ値を表わすグラフを示す図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置に適用される１ＣＣＤによるカラーＣＣＤのフィルタの配列を表わす説明図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置に適用される３ＣＣＤによるカラーＣＣＤのフィルタの配列を表わす説明図である。
【図２４】ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトルの関係を表わすグラフを示す図である。
【図２５】洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトル間での相違を表わすグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第１の実施の形態を図１〜図４に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る生物粒子評価装置１０は、評価対象空間の内のサンプリングポイントからの空気を一定流量でサンプリングするためのエアポンプ（図示せず）を有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送している。
【００３４】
図１に示すように、この生物粒子評価装置１０には、概ね３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長のレーザー光を被測定粒子の存在するこの測定ポイントＰに送り出して、少なくとも３８０〜６５０ｎｍの範囲の波長を有する蛍光を被測定粒子から発生させるように、このレーザー光を送り出すレーザー光源１２が配置されている。
【００３５】
測定ポイントＰの直下の位置には、被測定粒子で発生した蛍光の内の凡そ３８０〜４４０ｎｍの短波長光を導入光軸Ｘに対して直交する方向に反射すると共に、凡そ４４０〜６５０ｎｍの長波長光を透過させ導入光軸Ｘに沿ってそのまま直進させて、短波長光と長波長光とに分離するダイクロイックミラー１８が配置されている。
【００３６】
但し、これら測定ポイントＰとダイクロイックミラー１８との間には、被測定粒子からの蛍光をコリメートする導入側凸レンズ１４及び、レーザー光源１２の励起光と同波長の弾性散乱光を除去するために励起波長をカットするノッチフィルタ１６がそれぞれ配置されている。尚、ノッチフィルタ１６の替りにロングパスフィルタを設けても良い。
【００３７】
また、ダイクロイックミラー１８からの反射光を受光する位置には、蛍光の内の検出用短波長光を検出するような第１光センサ２３が配置されており、ダイクロイックミラー１８からの透過光を受光する位置には、蛍光の内のこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を検出するような第２光センサ２６が配置されている。
【００３８】
但し、これらダイクロイックミラー１８と第１光センサ２３との間には、４３３ｎｍの透過波長域を持つ干渉フィルタ２１及びこの第１光センサ２３へ集光する凸レンズ２２が配置されている。同様に、これらダイクロイックミラー１８と第２光センサ２６との間には、５２６ｎｍの透過波長域を持つ干渉フィルタ２４及びこの第２光センサ２６へ集光する凸レンズ２５が配置されている。従って、これらダイクロイックミラー１８、干渉フィルタ２１、凸レンズ２２、干渉フィルタ２４、凸レンズ２５が、検出用短波長光である４３３ｎｍの蛍光と検出用長波長光である５２６ｎｍの蛍光と二区分してそれぞれ排出するフィルタ手段とされる。
【００３９】
つまり、本実施の形態では、短波長光、長波長光それぞれから所定の波長域のみ取り出して、第１光センサ２３及び第２光センサ２６に蛍光を送り込むようになっている。尚、これら第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ：光電子増倍管（フォトマルチプライヤー））、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：アバランシェフォトダイオード）、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）等により例えば構成されている。また、これら第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、判別手段であるコンピュータ２８に接続されていて、このコンピュータ２８が第１光センサ２３の検出データと第２光センサ２６の検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別することになる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る生物粒子評価方法の手順について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置１０のレーザー光源１２がレーザー光を被測定粒子の存在する箇所に送り出すのに伴い、蛍光を発生するものがあり、被測定粒子で発生したこの蛍光をダイクロイックミラー１８、干渉フィルタ２１、凸レンズ２２、干渉フィルタ２４、凸レンズ２５等で受光すると共に、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光とに区分してこれらから排出する。
【００４１】
この後、検出用短波長光を第１光センサ２３が検出すると共に検出用長波長光を第２光センサ２６が検出した後、これらの検出データをコンピュータ２８が比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【００４２】
ここで、被測定粒子からの蛍光を２つの光センサ２３、２６で捕捉した後、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、被測定粒子中における生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００４３】
まず、第１光センサ２３で検出した検出用短波長光である４３３ｎｍの蛍光の強度と第２光センサ２６で検出した検出用長波長光である５２６ｎｍの蛍光の強度とに基づき、電圧信号Ｖ１、Ｖ２をコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、光センサ２３、２６からの電圧信号Ｖ１、Ｖ２それぞれに対し、光センサ２３、２６の分光感度特性に応じた補正、バンドパスフィルタの特性に応じた補正、その他光学系の特性に応じた補正をコンピュータ２８において行い、補正後の光センサ２３、２６の出力信号をＳ１、Ｓ２とする。
【００４４】
次に、図２に示すグラフのように、第１光センサ２３および第２光センサ２６の時系列出力信号Ｓ１、Ｓ２に閾値Ｓ０を設け、これら出力信号Ｓ１、Ｓ２が閾値Ｓ０を超えてから閾値Ｓ０を下回るまでの間は、蛍光を検知していると判断し、その間の出力信号Ｓ１、Ｓ２における最大値が生じた時刻をＴＰとする。尚ここで、閾値Ｓ０の値は、バックグラウンドノイズを検知しないレベルとする。
【００４５】
また、第１光センサ２３で検知された出力信号Ｓ１の最大値であるピーク値をＳ１Ｐとし、第２光センサ２６で検知された出力信号Ｓ２の最大値であるピーク値をＳ２Ｐとする。例えば、光センサ２３、２６の出力信号Ｓ１、Ｓ２がともに閾値Ｓ０を超え、同時にピークを示した場合はそれぞれの信号出力ピーク値Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐを抽出する。
【００４６】
但し、図３（Ａ）（Ｂ）に示すグラフのように、例えば第１光センサ２３の出力信号Ｓ１のみ閾値Ｓ０を超えて時刻ＴＰにおいてピーク値Ｓ１Ｐを示したような、どちらか一方の光センサの出力信号のみが閾値Ｓ０を超えてピークを示した場合には、この時刻ＴＰにおける図３（Ｂ）に示す第２光センサ２６の出力信号Ｓ２の値を抽出して、信号出力ピーク値Ｓ２Ｐとする。
【００４７】
上記のようにして求められたピーク値Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐから、光センサ２３、２６の出力信号Ｓ１、Ｓ２において定常的に観測されるバックグラウンドノイズＢ１、Ｂ２をそれぞれ下記の式のように減算することで、正味ピーク値ＮＳ１Ｐ、ＮＳ２Ｐをそれぞれ求め、これに伴い、ピーク時刻ＴＰにおける蛍光強度比Ｒを下記の式のようにして算出する。
ＮＳ１Ｐ＝Ｓ１Ｐ−Ｂ１
ＮＳ２Ｐ＝Ｓ２Ｐ−Ｂ２
Ｒ＝ＮＳ２Ｐ／ＮＳ１Ｐ
【００４８】
さらに、上記のように求められたピーク時刻ＴＰ における蛍光強度比Ｒを、生物粒子と蛍光増白剤を判別するための閾値ＲＴＨと比較する。そして、以下のように蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨ以上の値の場合には、生物粒子に由来する蛍光であると判断し、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨより小さい場合には洗剤に含まれる蛍光増白剤に由来する蛍光であると判別する。尚ここで、閾値ＲＴＨの値は、凡そ０．５とされる。
Ｒ ≧ ＲＴＨ ・・・生物粒子
Ｒ ＜ ＲＴＨ ・・・蛍光増白剤
【００４９】
以上の結果、サンプリングポイントからの空気を一定流量で測定ポイントＰに導入し、この導入された空気中に含まれる粒子からの蛍光を一定時間計測することで、サンプリングポイントにおける気中の生物粒子個数濃度Ｃａを下記の式に基づき、コンピュータ２８で算出することが出来る。
Ｃａ＝ｎａ／（Ｆｓ×Ｔｓ）
Ｃａ： 生物粒子個数濃度
Ｔｓ： サンプリング時間
ｎａ： サンプリング時間中に計測された生物粒子数
Ｆｓ： 単位時間当たりのサンプリング空気量
【００５０】
例えば、図４に示すように、生物粒子に含まれるＮＡＤＨの蛍光スペクトルと蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルとにおける４３３ｎｍの波長に対する５２６ｎｍの波長の蛍光強度比Ｒを求めた場合、ＮＡＤＨの蛍光スペクトルでは凡そ１．０であるのに対して、洗剤の蛍光スペクトルでは凡そ０．２４であった。また、生物粒子に含まれるＲｉｂｏｆｌａｖｉｎの蛍光スペクトルの場合、蛍光強度比Ｒは４００以上になった。従って、生物粒子からはＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎが共に蛍光を出すため、その蛍光強度比は、凡そ１．０よりも大きくなる。
【００５１】
以上より、蛍光スペクトルのピーク等の相違から、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲内の所定の波長域とされる４３３ｎｍと５２６ｎｍとで蛍光強度比Ｒを求めることにより、蛍光増白剤に起因する蛍光かＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ等の生物粒子に起因する蛍光かを判別することが可能となる。
【００５２】
つまり、本実施の形態によれば、同一の被測定粒子からの蛍光を第１光センサ２３と第２光センサ２６とにより長短２波長の領域でそれぞれ蛍光の強度を検出するのに伴い、コンピュータ２８において、浮遊塵埃等の被測定粒子からの蛍光の内の長短２波長の光の強度比で評価することになる。
【００５３】
この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になるのに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００５４】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第２の実施の形態を図５から図１０に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
第１の実施の形態では、評価対象空間の空気をサンプリングするためのエアポンプを有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送していたが、本実施の形態では、評価対象空間の空気をサンプリングせずに、評価対象空間にレーザーライトシートを照射し、撮像管、ＣＣＤ、ＣＭＯＳといった撮像素子を用いて蛍光を検出する空中生物粒子評価用イメージングシステムとしている。
【００５５】
つまり、本実施の形態に係る生物粒子評価装置３０では、図５に示すように光源であるレーザーヘッド３２から射出されたレーザー光Ｌを、反射ミラー３３を介してガルバノミラー３４に送り込み、これに伴い、このガルバノミラー３４でレーザーライトシートＬＳを生成して評価対象空間に送り出すことにしている。但し、ガルバノミラー３４によりレーザーライトシートＬＳである走査光を生成する方法の他に、レンズを用いること等が考えられる。
【００５６】
このレーザーライトシートＬＳ上の被測定粒子Ｇからの蛍光Ｋを撮像システム３６で撮像して二次元的に検出し、各被測定粒子Ｇが映し出される２波長での画像の強度比から生物粒子からの蛍光か蛍光増白剤の入った洗剤からの蛍光かを判別することになる。そして、本実施の形態では撮像システム３６を用いているが、この撮像システム３６の基本構造は第１の実施の形態に係る生物粒子評価装置１０とほぼ同様である。但し、この撮像システム３６内の入口部分には、図６に示すように蛍光等の光が入射されるカメラレンズ３８が配置されている。
【００５７】
また、ダイクロイックミラー１８から蛍光Ｋが反射して送り出される方向には、短波長光の光軸を長波長光と平行にするための反射ミラー４０が配置されていて、これに伴い第１光センサである第１イメージングセンサ４１が第２光センサである第２イメージングセンサ４２と並行に配置されている。尚、これらイメージングセンサ４１、４２は、上記のように一般的な撮像管、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等により構成することができる他、短波長光と長波長光の２波長の光を分離して撮像するための他の光学系や２波長を分離して撮像するカメラユニットであってもよく、これら市販されたものを用いても良い。
【００５８】
本実施の形態のように空中生物粒子の評価の為にレーザーライトシートＬＳ及び撮像システム３６を用いて画像処理すると、次のような利点がある。空気をサンプリングしてくる方式では、一定空気量中に含まれる菌の数を定量的に評価することができるものの、空気をサンプリングしてくる方式のために、空間的や時間的に平均化された出力となる傾向がある。これに対して、空間中の生物粒子からの蛍光を画像処理する場合、測定対象空間から空気をサンプリングしてくる機構が不要であるだけでなく、突発的、局所的な生物粒子の発生や挙動も捉えることができる。
【００５９】
次に、本実施の形態におけるコンピュータ２８内でのデータ処理について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置３０のレーザーヘッド３２から射出されたレーザー光Ｌがガルバノミラー３４によりレーザーライトシートＬＳとされ、このレーザーライトシートＬＳを被測定粒子の存在する評価対象空間に送り出す。これに伴い、被測定粒子からの蛍光を撮像システム３６で撮影し、第１の実施の形態とほぼ同様な経路を通過し、検出用短波長光と検出用長波長光とに区分された蛍光を含む２つの画像を２台のイメージングセンサ４１、４２でそれぞれ捕捉する。
【００６０】
ここで、被測定粒子からの蛍光を２つのイメージングセンサ４１、４２で捕捉した後、コンピュータ２８にて画像処理を行い、被測定粒子中における生物粒子のみをディスプレイ２９に表示しあるいは録画すると同時に、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、映像に映った被測定粒子中において生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００６１】
まず、第１イメージングセンサ４１で検出した４３３ｎｍの映像信号と第２イメージングセンサ４２で検出した５２６ｎｍの映像信号とをイメージングセンサ４１、４２からコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、これらイメージングセンサ４１、４２からの映像信号それぞれに対し、イメージングセンサ４１、４２の分光感度特性に応じた補正、バンドパスフィルタの特性に応じた補正、その他光学系の特性に応じた補正をコンピュータ２８において行い、補正後の映像信号をイメージングセンサ４１、４２において抽出する。
【００６２】
次に、イメージングセンサ４１およびイメージングセンサ４２の映像からの相互に同期している同時刻の画像である画像１、画像２を、コンピュータ２８内でのデータ処理で図７に示す画像のように取得する。この際、画像１及び画像２には、生物粒子および蛍光増白剤が付着した粒子からの蛍光のうち、それぞれ検出用短波長光の蛍光と検出用長波長光の蛍光が撮像されている。
【００６３】
さらに、これら２枚の画像１、２に対しそれぞれ背景を除去するために、輝度値に閾値を設け、画像１、２内のピクセル毎に輝度値を判断して、輝度値が閾値以下である場合には背景と推定されて、図８に示すように輝度値を０とする。尚ここで、この閾値の値は、バックグラウンドノイズを検知しないレベルとする。
【００６４】
このように背景を除去したそれぞれの画像１、２に対し、ラベリング（連続領域探索の画像処理）を施して、連続領域を１つの粒子像と認識し、１つの粒子像を模したものの拡大図を例えば図９に示すが、この図の例では１つの粒子像の合計輝度値は１５５５となる。尚、図９中の各数値は、連続領域中の各画素の輝度値から、各画素において粒子が存在しないときでも定常的に観測されるバックグラウンドノイズをそれぞれ減算した後の値であり、この減算した後の連続領域の各画素の輝度値を合計したものが１５５５となる。
【００６５】
具体的には、画像１、画像２それぞれにラベリングを施して各粒子像の輝度値の合計を求めた上で、２枚の画像上の同一位置にある粒子像の合計輝度値からその比を算出する。これが生物粒子と蛍光増白剤を判別するための蛍光強度比Ｒ（ｎ）となる。
【００６６】
例えば図８において、画像１に撮像された粒子の合計輝度値をＹ１（ｎ）とし、画像２で同一位置に撮像された粒子像の合計輝度値をＹ２（ｎ）とした場合、蛍光強度比Ｒ（ｎ）は、下記の式より求まる。
Ｒ（ｎ）＝Ｙ２（ｎ）／Ｙ１（ｎ）
ｎ：ラベリング処理によりカウントされた粒子像の数
【００６７】
そして、粒子毎に求められた蛍光強度比Ｒ（ｎ）について、生物粒子と蛍光増白剤を判別するための閾値ＲＴＨと比較し、以下のように、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨ以上の値の場合には生物粒子に由来する蛍光であると判別し、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨより小さい場合には洗剤に含まれる蛍光増白剤に由来する蛍光であると判別する。尚ここで、閾値ＲＴＨの値は、凡そ０．５とされる。
Ｒ（ｎ）≧ＲＴＨ・・・生物粒子
Ｒ（ｎ）＜ＲＴＨ・・・蛍光増白剤
これに伴い、画像１、２中の全ての粒子像に対してこの判別を行うと同時に、生物粒子として判別された粒子数をカウントする。
【００６８】
また、コンピュータ２８により生物粒子として判別された粒子像のみをディスプレイ２９に図１０に示すような画像として表示あるいは録画すると同時に、表示画像中の「生物粒子数」をディスプレイ２９に表示する。さらに、上記一連の操作をイメージングセンサ４１、４２のフレームレート内で行い、イメージングセンサ４１、４２からの信号を受け取るたびにコンピュータ２８で繰り返すことで、被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測可能となる。
【００６９】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第３の実施の形態を図１１に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１、第２の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
上記実施の形態では、空中生物粒子評価用のイメージング方式を説明したが、本実施の形態では、表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を説明する。従来の表面付着生物粒子の評価方法としては、コンタクトプレート法や拭き取り法といったように評価対象となる表面にコンタクトプレートもしくはガーゼ等を接触させ、これらに付着した生物粒子を培養し、培養後に生物粒子数を計数するが、この従来方法では即時性がなくまた培養等の手間がかかる。
【００７０】
本実施の形態では、対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して、レーザーライトシートＬＳをほぼ平行に舐めるように照射し、第２の実施の形態と同様に、被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測するものである。従って、本実施の形態によれば生物粒子数の計数に即時性があり、また生物粒子の培養の必要性がない利点がある。
【００７１】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第４の実施の形態を図１２に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１、第２の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
上記実施の形態では、表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を説明したが、本実施の形態でも同様に表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を採用している。
【００７２】
但し、レンズ等で拡散させたレーザー光Ｌを対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して照射し、第２の実施の形態と同様に被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測するものである。従って、本実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様に、生物粒子数の計数に即時性があり、また生物粒子の培養の必要性がない利点がある。
【００７３】
次に、本発明の各変形例に係る生物粒子評価装置を説明する。
まず、変形例１は、図１３に示すように容器を連続して搬送しつつ薬液を充填する充填ラインに生物粒子評価装置を適用する例である。従来は、フィルタのバリデーションが必要なため、充填ラインの上に無菌ブースをかぶせて定期バリデーションしているが、生物粒子評価装置で充填直上の空間を常時監視しておくことにより、生物粒子の異物混入が無いことを保証している。
【００７４】
具体的には、空気を吹き出すファンフィルターユニット（ＦＦＵ）６０の下部に、コンベア６２を配置し、容器６４を連続して搬送しつつ薬液を充填するだけでなく、打栓機６６により、容器６４に栓をして封止するようになっている。この際、レーザーヘッド３２から射出されたレーザー光が照射される領域ＬＲ内に、複数の撮像システム３６が配置されて、生物粒子の異物混入が無いことを確認している。
以上の結果として、充填ラインのフィルタバリデーションが不要となり、維持費の削減に繋がると共に、無菌管理領域の縮小により、ラインのコンパクト化が可能になる。さらに、リアルタイムな完全性管理にて、生産性が向上して、薬品製造原価の低減に繋がる。
【００７５】
次に、変形例２は、図１４に示すように光膜式パーティクル濃度計に生物粒子評価装置を適用し、光膜式バイオカウンタとする例である。この例では、光源５１から送り出されたレーザーライトシートＬＳにより生じる蛍光を撮像システム３６で撮影するようになっている。
つまり、枠体５３内にレーザーライトシートＬＳを照射し、上下方向に沿って存在している気流内の生物粒子を撮像システム３６で撮影して検出する構造とされている。尚、枠体５３内の各フラップ５２は無くとも良い。
【００７６】
次に、変形例３は、図１５に示すように製品の表面異物検査装置に生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、変形例２の光膜式バイオカウンタを上下動させて、透明容器５３の内外表面が無菌になっているかの検査をするようになっている。
【００７７】
次に、変形例４は、図１６に示すように無菌保証面センサーとして生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、開口６８から陰圧室５５に送り込まれて、排気口５６から排出される空気に対し、送り込まれる空気が無菌状態になっているか検査する場合に用いられている。
【００７８】
次に、変形例５は、図１７に示すように同じく無菌保証面センサーとして生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、給排気ダクト５８内に矢印のように送り込まれる空気をフィルタ５９で濾過した後に、この空気が無菌状態になっているか検査する場合に用いられている。
【００７９】
以下、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第５の実施の形態を図１８〜図２３に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る生物粒子評価装置７０は、評価対象空間の内の図１８に示すサンプリングポイントからの空気を一定流量でサンプリングするためのエアポンプ（図示せず）を有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送している。また、この生物粒子評価装置７０は、４０５ｎｍの波長のレーザー光Ｌを発振する半導体レーザーであるレーザー光源７２を有し、蛍光を被測定粒子から発生させるように、このレーザー光源７２から被測定粒子の存在する測定ポイントＰにレーザー光Ｌを送り出すようにしている。
【００８０】
このレーザー光源７２と測定ポイントＰとの間には、４０５ｎｍ以外の波長の光線を低減して半値幅を狭くするためのクリーンアップフィルタ７６及び、直交する偏光成分の間に１８０°の位相差を生じさせるためのλ／２波長板７８が、レーザー光源７２側から順に配置されている。
【００８１】
図１８において、測定ポイントＰの直下の位置には、被測定粒子から発生した蛍光を検出するための光センサとして一般的で安価なカラーＣＣＤ８０が、蛍光を導入するための導入光軸Ｘに沿って配置されている。このカラーＣＣＤ８０の上部には、励起波長である４０５ｎｍと同波長の弾性散乱光の入射を阻止するための４２０ｎｍロングパスフィルタ８４を上に載せた形のＣマウントレンズ８２が搭載されている。このため、この４２０ｎｍロングパスフィルタ８４が４２０ｎｍ以上の長波長の光のみをＣマウントレンズ８２を介してカラーＣＣＤ８０内に送り込むようになっている。ただし、４２０ｎｍロングパスフィルタ８４の替りにノッチフィルタを採用しても、励起波長である４０５ｎｍと同波長の弾性散乱光を除去することができるので、ノッチフィルタとしても良い。
【００８２】
ここで、カラーＣＣＤ８０とは、固体撮像素子のひとつであって半導体素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサを用いたビデオカメラである。このカラーＣＣＤ８０によれば各画素について、赤色信号、緑色信号、青色信号における輝度が得られることになる。なお、以下適宜、赤色信号をＲ、緑色信号をＧ、青色信号をＢ等と言う。さらに、ＲＧＢ値とは、所定の画素における赤色信号、緑色信号及び青色信号の各輝度をいい、Ｒ／Ｇ値とは、（赤色信号の輝度）／（緑色信号の輝度）の値をいい、Ｂ／Ｇ値とは、（青色信号の輝度）／（緑色信号の輝度）の値をいう。
【００８３】
また、カラーＣＣＤ８０は、判別手段であるコンピュータ２８に接続されていて、このコンピュータ２８がカラーＣＣＤ８０内から送り出される赤色信号、緑色信号、青色信号の輝度を基にして、Ｒ／Ｇ値（赤色信号／緑色信号）及び、Ｂ／Ｇ値（青色信号／緑色信号）の各値を求めている。つまり、各画素のＲＧＢ値から各画素におけるＢ／Ｇ値及びＲ／Ｇ値を算出することになる。
【００８４】
この際、このカラーＣＣＤ８０としては、各信号は８ビットでそれぞれ検出されるので、赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号は、２５６階調となって０から２５５までのいずれかの値を取ることになる。以上に伴い、青色信号と緑色信号との比であるＢ／Ｇ値により、各被測定粒子の性質を判別できることになる。同様に、赤色信号と緑色信号との比であるＲ／Ｇ値によっても、各被測定粒子の性質を判別できることになる。
【００８５】
ただし、このカラーＣＣＤ８０を使用する際には、一般に青色信号と赤色信号のゲインを調整することにより、ホワイトバランスを調整する必要がある。このホワイトバランスの調整には、カラーＣＣＤ８０の装置内で自動的判断して調整するオートモードも存在しているが、青色信号と赤色信号のゲインをマニュアルで、使用するカラーＣＣＤ８０におけるゲイン設定範囲０〜９５のうちの５０に今回は設定した。つまり、Ｂのゲインを５０／９５とし、Ｒのゲインを５０／９５とした。
【００８６】
次に、本実施の形態に係る生物粒子評価装置７０の作用及び生物粒子評価方法の手順について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置７０のレーザー光源７２がレーザー光Ｌを被測定粒子の存在する測定ポイントＰに送り出すのに伴い、クリーンアップフィルタ７６及びλ／２波長板７８を介してこの測定ポイントＰに到達する。そして、この測定ポイントＰに蛍光を発生する被測定粒子があることから、この被測定粒子で発生した蛍光が、４２０ｎｍロングパスフィルタ８４及びＣマウントレンズ８２を通過してカラーＣＣＤ８０内に送り込まれる。この後、カラーＣＣＤ８０が赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号を検出した後、これらの色信号の輝度の検出データをコンピュータ２８が比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【００８７】
ここで、被測定粒子からの蛍光をカラーＣＣＤ８０で捕捉した後、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、被測定粒子中における生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００８８】
まず、カラーＣＣＤ８０で検出した青色信号を検出用短波長光とし、同じく緑色信号を検出用長波長光とする組み合わせが存在する。また、同じく検出した緑色信号を検出用短波長光とし、同じく赤色信号を検出用長波長光とする組み合わせが存在する。
【００８９】
これら各色信号の強度に基づき各色での輝度信号Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒをコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、カラーＣＣＤ８０からの輝度信号Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒそれぞれに対し、背景減算等必要な補正をコンピュータ２８において行い、補正後の出力信号をＲ値、Ｇ値、Ｂ値とする。
【００９０】
ここで各出力信号Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値とともに、閾値を予め設けておけば、これらの出力信号に基づき算出されたＲ／Ｇ値により被測定粒子からの蛍光が、洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かの判別が可能となる。同じく閾値を予め設けておけば、これらの出力信号に基づき算出されたＢ／Ｇ値により被測定粒子からの蛍光が、洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かの判別が可能となる。さらには、Ｒ／Ｇ値及びＢ／Ｇ値がそれぞれの閾値を越えているか否かにより、二重に判別可能ともなる。なお、閾値はＢ、Ｒのゲインの設定によって変動するので、予め適切に設定する必要がある。
【００９１】
この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になる。これに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００９２】
次に、このカラーＣＣＤ８０により洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光及び生物由来の蛍光を実際に検出して判別できるかの実験を行ったので、この実験について以下に説明する。
上記実施の形態と同様の生物粒子評価装置７０を用いたので、レーザー光源７２、クリーンアップフィルタ７６、λ／２波長板７８、カラーＣＣＤ８０等を有するが、図１９に示すように測定ポイントＰの箇所に、測定対象液Ｅが内部に入っている石英セル９０を配置し、測定対象液Ｅからの赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号データをカラーＣＣＤ８０が得ると共に、コンピュータ２８が取得する。つまり、レーザー光源７２から送り出された４０５ｎｍのレーザー光Ｌで、石英セル９０中の測定対象液Ｅを励起し、その蛍光をカラーＣＣＤ８０で捉えるようにした。
【００９３】
ここで、測定対象液Ｅ内に含まれているサンプルの種類としては、以下のようなものである。
・洗剤
・ＮＡＤＨ
・Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ
・Ｂ．ｓｕｂ（枯草菌）
・Ｅ．ｃｏｌｉ（大腸菌）
【００９４】
実験に際して、図２２に示すベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列のフィルタを有した１ＣＣＤをカラーＣＣＤ８０として実験を行った。この１ＣＣＤでは、図２２に示すように、各画素はＲ、Ｇ、Ｂのうちのいずれか１つの信号の情報しか得られないが、周辺の画素の信号情報から補間演算を行うことで、各画素についてＲＧＢ値が得られるようになっている。
【００９５】
【表１】
【００９６】
具体的には、図２０に示すグラフ及び表１に示す表から、Ｂ／Ｇ値の内の洗剤による蛍光は、何れも２．９以上であった。これに対して、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ、Ｅ．ｃｏｌｉによる蛍光のいずれも１．５以下であった。このため、標準偏差を考慮しても、これらの間の１．６〜２．８のいずれかの値を閾値Ｓとすれば、洗剤と各菌類との判別が可能となる。
【００９７】
他方、図２１に示すグラフ及び表１に示す表から、Ｒ／Ｇ値の内の洗剤による蛍光は、何れも０．１５以下であった。これに対して、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ、Ｅ．ｃｏｌｉによる蛍光のいずれも０．２７以上であった。このため、標準偏差を考慮しても、これらの間の０．１６〜０．２５のいずれかの値を閾値Ｓとすれば、洗剤と各菌類との判別が可能となる。
ただし、これらＢ／Ｇ値の閾値やＲ／Ｇ値の閾値は、励起光の波長が変わった場合等、若干異なる可能性があるだけでなく、またホワイトバランスの設定（ＢのゲインとＲのゲイン）によって変わってくるため、ここで示した閾値は、当然に一例である。
【００９８】
以上の結果として、本実験によれば、これらＢ／Ｇ値あるいはＲ／Ｇ値を求め、さらに閾値Ｓを適切に設定することにより、洗剤による蛍光と、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ（枯草菌）、Ｅ．ｃｏｌｉ（大腸菌）による蛍光とを判別できることが確認された。
【００９９】
また、これらを組み合わせて、Ｂ／Ｇ値とＲ／Ｇ値の両方で判別することにより、より一層確実な判別が可能となる。ここで、「１回目」〜「４回目」とデータがそれぞれ取られているが、同一サンプルを繰り返し測定した結果を示している。なお、「標準偏差」は、同一のサンプル内における各画素間でのデータのばらつきを表わしている。
【０１００】
今回の結果から、安価で一般的なカラーＣＣＤ８０を用いて評価対象からの蛍光を捉え、その取得画像のＲＧＢ値からＲ／Ｇ値、Ｂ／Ｇ値を算出し、判定基準としての閾値と比較することで、洗剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かを判別できることが確認された。
なお、カラーＣＣＤ８０としては、図２２に示すベイヤ配列のフィルタによる１ＣＣＤを用いて実験を行ったが、図２３に示す全ての画素が赤色信号を検出する第１素子８１Ａ、全ての画素が緑色信号を検出する第２素子８１Ｂ、全ての画素が青色信号を検出する第２素子８１Ｃを組み合わせた３ＣＣＤ８１を用いることもできる。この３ＣＣＤを用いた場合には、補間演算をすること無しに各画素のＲＧＢ値を取得することができ、より望ましい。これら図２２及び図２３において赤色信号をＲ、緑色信号をＧ、青色信号をＢと表わす。
さらに、カラーＣＣＤを用いる替りに、カラーＣＭＯＳ等のその他のカラー撮像素子や装置を用いても良い。
【０１０１】
また、上記第５の実施の形態におけるカラーＣＣＤ８０は、各信号を８ビットでそれぞれ検出できるものを採用したが、１０ビットや１２ビット等の８ビット以上のカラーＣＣＤを採用しても良く、この場合には赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号の階調数が増えて、Ｒ／Ｇ値、Ｂ／Ｇ値としてより細かい値を算出可能となる。また、上記第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置７０では、レーザー光源７２からレーザー光Ｌを被測定粒子の存在する測定ポイントＰに送り出すようにしたが、図５に示す実施の形態のように、さらにガルバノミラー等でレーザーライトシートを生成して評価対象空間に送り出すことで、幅広い空間での検出をすることもできる。なおこの際、図５に示す撮像システム３６をカラーＣＣＤ８０に代えることにより、図５に示す実施の形態と同様に、検出や計測が可能となる。
また、図１１に示すように、対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して、レーザーシートＬＳをほぼ平行に舐めるように照射するか、図１２に示すようにレンズ等で拡散させたレーザー光を対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して照射することにより表面付着生物粒子の評価が可能となる。なおこの際、図１１、１２に示す撮像システム３６をカラーＣＣＤ８０に代えることにより、図１１、１２に示す実施の形態と同様に、検出や計測が可能となる。
【０１０２】
他方、上記第１の実施の形態等では、光源としてレーザー光を発生させるものを採用したが、ＬＥＤ光を利用してもよい。さらに、上記実施の形態では、概ね３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長のレーザー光を送り出して、３８０〜６５０ｎｍの範囲の波長を有する蛍光を被測定粒子から発生させるようにし、また、ダイクロイックミラー１８により、蛍光の内の凡そ３８０〜４４０ｎｍの短波長光を反射すると共に、凡そ４４０〜６５０ｎｍの長波長光を透過させたが、波長はこれらの値に限定されるものではない。また、検出用短波長光を４３３ｎｍとし検出用長波長光を５２６ｎｍとしたが、これらの値は一例であり、他の波長としてもよい。
また、第５の実施の形態に関しても、光源としてレーザー光を発生させるものを採用したが、ＬＥＤ光を発生させるものを利用してもよい。さらに、上記実施の形態では、４０５ｎｍのレーザーの波長のレーザー光を送り出していたが、例えば３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲のレーザー光やＬＥＤ光でも同様の効果が得られるので、波長は４０５ｎｍに限定されるものではない。
【０１０３】
他方、上記実施の形態では、ダイクロイックミラー１８により、３８０〜４４０ｎｍの短波長光と４４０〜６５０ｎｍの長波長光とに蛍光を分離したが、これらの値は一例であり、また、ダイクロイックミラーの替わりにハーフミラー等により蛍光を分離しても良い。また、上記実施の形態では、閾値ＲＴＨを「凡そ０．５」としたが、検出用長波長光と検出用短波長光を変えた場合、この閾値ＲＴＨの値は当然に変わることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、食品や医薬品等の製造工程だけでなく、半導体、液晶、医療等の清浄空間を必要とする全ての分野に適用可能なものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 生物粒子評価装置
１２ レーザー光源（光源）
１８ ダイクロイックミラー（フィルタ手段）
２１ 干渉フィルタ（フィルタ手段）
２２ 凸レンズ（フィルタ手段）
２３ 第１光センサ
２４ 干渉フィルタ（フィルタ手段）
２５ 凸レンズ（フィルタ手段）
２６ 第２光センサ
２８ コンピュータ（判別手段）
３０ 生物粒子評価装置
３２ レーザーヘッド（光源）
３６ 撮像システム
４１ 第１イメージングセンサ（第１光センサ）
４２ 第２イメージングセンサ（第２光センサ）
７０ 生物粒子評価装置
７２ レーザー光源（光源）
８０ カラーＣＣＤ（光センサ）
８４ ４２０ｎｍロングパスフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出する生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法に関し、例えば食品や医薬品等の製造工程での生物粒子の評価及び、室内環境での生物粒子の評価に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
食品、医薬品等の製造は通常クリーンルーム内において行われていて、このクリーンルーム内に存在する粒子の評価方法としては、各々の粒子の粒径を光散乱方式パーティクルカウンター等により評価するのが一般的である。一般に市販されている光散乱方式パーティクルカウンターは、粒子からの散乱光の強度を基にして粒子の粒径を求めているが、この方式では粒子が生物粒子か否かは評価できなかった。これに対して、粒径分布から生物粒子か否かを判別する手法が提案されているが、この手法では多数の粒子数が必要になる欠点がある。
【０００３】
食品や医薬品の製造工程或いはオフィス等の室内環境においては、菌等の生物粒子の存在が問題となることがあり、特に食品や医薬品の所定の製造工程においては、菌等の生物粒子が基本的に存在してはならないことになっている。
【０００４】
この一方、生物粒子は代謝があり、この代謝に関連する物質には蛍光を示すものがあり、ある波長域の光を照射した際、蛍光を示すものを生物粒子と判別する手法が知られていて、実際に製品化されている。この他に、生物粒子からの蛍光を捉えて、その蛍光スペクトルの複数波長での強度比から生物粒子の代謝に関連する物質の比を推察し、大雑把に生物粒子の種別を判別する方法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５０８５２７号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの環境において例えば浮遊等する塵埃は、外気由来のものや機器等からの発塵したものの他に、作業者等の人からの発塵により発生するものもある。すなわち、作業者等が用いるクリーンスーツ類は、清浄性を考慮したクリーニングがなされているものの、クリーンスーツの下に着衣する肌着等は、作業者が各自洗濯しているのが、通常である。そして、通常の洗濯においては、衣類は一般の洗剤で洗濯されるが、洗剤には蛍光を発する蛍光増白剤が添加されているものがある。
【０００７】
そのような洗剤で洗濯された衣類からの塵埃には、蛍光増白剤が付着しており、蛍光を用いた生物粒子の検出技術において、蛍光増白剤が付着した衣類からの塵埃と生物粒子とを混同する恐れがある。
【０００８】
例えば、図２４に示すグラフによれば、生物粒子であるＮＡＤＨやＲｉｂｏｆｌａｖｉｎと蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルは、類似していることがわかる。仮に蛍光の有無だけで生物粒子が存在しているか否かを判定した場合、洗濯された衣類からの塵埃を生物粒子と判定する可能性があることが、このグラフから分かる。尚、本グラフは３５５ｎｍの波長の光で励起した場合である。
【０００９】
但し、蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルが洗剤相互間で相違している可能性がある為、現在市販されている複数種の洗濯用洗剤について蛍光スペクトルを計測してみた。尚、サンプルとしてはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの四種類とし、各洗剤溶液に３５５ｎｍのパルスレーザーを照射したときの蛍光スペクトルを図２５のグラフに示す。
【００１０】
このグラフから洗剤Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ蛍光を示しているだけでなくそのピーク波長は４３３ｎｍ前後であり、相互にピーク値が大きく相違しないことが確認された。この際、洗剤Ａと洗剤Ｃは強い蛍光を示したのに対し、洗剤Ｂの蛍光は比較的弱いことが読み取れる。また、蛍光増白剤を含んでいない洗剤Ｄについては殆ど蛍光を示さなかった。
【００１１】
したがって本発明の主たる課題は、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出する生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して、被測定粒子から蛍光を発生させる光源と、
被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光をそれぞれ受光する光センサと、
検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを比較して各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する判別手段と、
を含む。
【００１３】
本請求項の生物粒子評価装置によれば、光源が光線を被測定粒子の存在する箇所に送り出すのに伴い、蛍光を発生する被測定粒子があり、被測定粒子で発生したこの蛍光のうちの、少なくとも検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光する。また、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子の性質を判別する。
【００１４】
従って、本請求項では、同一の被測定粒子からの蛍光を光センサにより長短２波長の領域でそれぞれ受光するのに伴い、浮遊塵埃等の被測定粒子からの蛍光を長短２波長の光の輝度比である強度比により評価することになる。この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になる。これに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子で発生した蛍光を受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出するフィルタ手段を有し、光センサが、検出用短波長光を検出する第１光センサおよび、検出用長波長光を検出する第２光センサを含み、判別手段が、第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
【００１６】
従って、本請求項では、被測定粒子で発生したこの蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光とに区分する。また、検出用短波長光を検出する第１光センサの検出データと検出用長波長光を検出する第２光センサの検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子の性質を判別する。
【００１７】
請求項３に係る生物粒子評価装置は、フィルタ手段が、一定の波長より短い波長の蛍光を反射すると共にこの波長より長い波長の蛍光を透過するダイクロイックミラーと、検出用短波長光のみを透過する第１干渉フィルタと、検出用長波長光のみを透過する第２干渉フィルタと、を含むという構成を有する。
【００１８】
従って、本請求項によれば、フィルタ手段が、ダイクロイックミラー、第１干渉フィルタ及び第２干渉フィルタを有することで、被測定粒子で発生した蛍光を受光した際に、フィルタ手段が検出用短波長光と検出用長波長光に確実に区分して、それぞれ排出できるようになる。
【００１９】
請求項４に係る生物粒子評価装置は、検出用短波長光が、３８０〜４４０ｎｍの内の波長域とされ、検出用長波長光が、４４０〜６５０ｎｍの内の波長域とされるという構成を有する。
【００２０】
従って、本請求項によれば、検出用短波長光を３８０〜４４０ｎｍの内の何れかの波長域とし、検出用長波長光を４４０〜６５０ｎｍの内の何れかの波長域としたことで、フィルタ手段の調整を単にするのみで、検出用短波長光及び検出用長波長光の波長域を容易に変更可能となる。この為、生物粒子評価装置の調整が容易となる。
【００２１】
請求項５に係る生物粒子評価装置は、所定の波長域の光のみ透過するように、各光センサの前面に干渉フィルタをそれぞれ設け、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、所定の波長域の光のみを第１光センサ及び第２光センサが検出するような干渉フィルタを採用し、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別することで、従来の手法に対して、より一層精度良く生物粒子を検出することが可能になる。
【００２２】
請求項６に係る生物粒子評価装置は、光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、各光センサが、二次元的な面での検出できるイメージングセンサとされるという構成を有する。
従って、本請求項によれば、生物粒子評価装置内に被測定粒子を単に取り込んで、判別するだけでなく、外部に存在する被測定粒子をそのまま判別する事が可能となる。
【００２３】
請求項７に係る生物粒子評価装置は、光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる青色信号と検出用長波長光の信号とされる緑色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、判別手段が、カラーＣＣＤで検出される青色信号の輝度データと緑色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、判別手段がこれらの輝度データを比較した値が所定の閾値を越えているか否かで、各被測定粒子の性質を判別する。
【００２４】
請求項８に係る生物粒子評価装置は、光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる緑色信号と検出用長波長光の信号とされる赤色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、判別手段が、カラーＣＣＤで検出される緑色信号の輝度データと赤色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、判別手段がこれらの輝度データを比較した値が所定の閾値を越えているか否かで、前記と同様に各被測定粒子の性質を判別する。
【００２５】
請求項９に係る生物粒子評価装置は、カラーＣＣＤが、１ＣＣＤ或いは３ＣＣＤとされるという構成を有する。
つまり、いずれかのＣＣＤを用いても、上記請求項の発明を実行可能となる。
【００２６】
請求項１０に係る生物粒子評価装置は、被測定粒子の存在し得る箇所とカラーＣＣＤとの間に、光源から送り出された波長の光線を取り除くロングパスフィルタもしくはノッチフィルタを配置したという構成を有する。
従って、本請求項によれば、光源から送り出された光線が取り除かれて、より高い精度で被測定粒子の性質を判別可能になる。
請求項１１に係る生物粒子評価装置は、光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、この光線をカラーＣＣＤが二次元的な面で検出するという構成を有する。
従って、本請求項によれば、請求項６と同様に、生物粒子評価装置内に被測定粒子を単に取り込んで、判別するだけでなく、外部に存在する被測定粒子をそのまま判別する事が可能となる。
【００２７】
請求項１２に係る生物粒子評価方法は、被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して被測定粒子から蛍光を発生させた後、
次に、被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光し、
この後、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する。
【００２８】
本請求項の生物粒子評価方法によれば、上記の内容を有することから、請求項１に係る生物粒子評価装置と同様の作用を奏するようになる。
【００２９】
請求項１３に係る生物粒子評価方法は、被測定粒子で発生した蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出してから、光センサのうちの第１光センサが検出用短波長光を検出すると共に、光センサのうちの第２光センサが検出用長波長光を検出し、この後、判別手段が第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較するという構成を有する。
【００３０】
本請求項の生物粒子評価方法によれば、上記の内容を有することから、請求項２に係る生物粒子評価装置と同様の作用を奏するようになる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のとおり本発明の生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法によれば、洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かを判別し、より精度良く生物粒子を検出できるなどの優れた効果を奏するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生物粒子評価装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における出力信号のピーク値とピーク時刻との関係を表わすグラフを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における一方の光センサの出力信号のみの閾値を超えた際の信号抽出を説明するグラフを示す図であって、（Ａ）は出力信号Ｓ１が閾値を超えたことを表わし、（Ｂ）は出力信号Ｓ２が閾値を超えていないことを表わす。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトルの関係を表わすグラフを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置を構成する撮像システムの概念図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による同時刻取得画像を表わす図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による同時刻取得画像を表わす図であって、背景の除去した状態から粒子毎の蛍光強度比の算出を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による粒子像輝度値合計を説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る生物粒子評価装置による生物粒子を表示する映像を表わす図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１３】本発明の変形例１に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１４】本発明の変形例２に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１５】本発明の変形例３に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１６】本発明の変形例４に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１７】本発明の変形例５に係る生物粒子評価装置の全体図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置の概念図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置による実験を説明する説明図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置により各対象液の蛍光画像から算出したＢ／Ｇ値を表わすグラフを示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置により各対象液の蛍光画像から算出したＲ／Ｇ値を表わすグラフを示す図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置に適用される１ＣＣＤによるカラーＣＣＤのフィルタの配列を表わす説明図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置に適用される３ＣＣＤによるカラーＣＣＤのフィルタの配列を表わす説明図である。
【図２４】ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトルの関係を表わすグラフを示す図である。
【図２５】洗剤（蛍光増白剤）の蛍光スペクトル間での相違を表わすグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第１の実施の形態を図１〜図４に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る生物粒子評価装置１０は、評価対象空間の内のサンプリングポイントからの空気を一定流量でサンプリングするためのエアポンプ（図示せず）を有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送している。
【００３４】
図１に示すように、この生物粒子評価装置１０には、概ね３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長のレーザー光を被測定粒子の存在するこの測定ポイントＰに送り出して、少なくとも３８０〜６５０ｎｍの範囲の波長を有する蛍光を被測定粒子から発生させるように、このレーザー光を送り出すレーザー光源１２が配置されている。
【００３５】
測定ポイントＰの直下の位置には、被測定粒子で発生した蛍光の内の凡そ３８０〜４４０ｎｍの短波長光を導入光軸Ｘに対して直交する方向に反射すると共に、凡そ４４０〜６５０ｎｍの長波長光を透過させ導入光軸Ｘに沿ってそのまま直進させて、短波長光と長波長光とに分離するダイクロイックミラー１８が配置されている。
【００３６】
但し、これら測定ポイントＰとダイクロイックミラー１８との間には、被測定粒子からの蛍光をコリメートする導入側凸レンズ１４及び、レーザー光源１２の励起光と同波長の弾性散乱光を除去するために励起波長をカットするノッチフィルタ１６がそれぞれ配置されている。尚、ノッチフィルタ１６の替りにロングパスフィルタを設けても良い。
【００３７】
また、ダイクロイックミラー１８からの反射光を受光する位置には、蛍光の内の検出用短波長光を検出するような第１光センサ２３が配置されており、ダイクロイックミラー１８からの透過光を受光する位置には、蛍光の内のこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を検出するような第２光センサ２６が配置されている。
【００３８】
但し、これらダイクロイックミラー１８と第１光センサ２３との間には、４３３ｎｍの透過波長域を持つ干渉フィルタ２１及びこの第１光センサ２３へ集光する凸レンズ２２が配置されている。同様に、これらダイクロイックミラー１８と第２光センサ２６との間には、５２６ｎｍの透過波長域を持つ干渉フィルタ２４及びこの第２光センサ２６へ集光する凸レンズ２５が配置されている。従って、これらダイクロイックミラー１８、干渉フィルタ２１、凸レンズ２２、干渉フィルタ２４、凸レンズ２５が、検出用短波長光である４３３ｎｍの蛍光と検出用長波長光である５２６ｎｍの蛍光と二区分してそれぞれ排出するフィルタ手段とされる。
【００３９】
つまり、本実施の形態では、短波長光、長波長光それぞれから所定の波長域のみ取り出して、第１光センサ２３及び第２光センサ２６に蛍光を送り込むようになっている。尚、これら第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ：光電子増倍管（フォトマルチプライヤー））、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：アバランシェフォトダイオード）、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）等により例えば構成されている。また、これら第１光センサ２３及び第２光センサ２６は、判別手段であるコンピュータ２８に接続されていて、このコンピュータ２８が第１光センサ２３の検出データと第２光センサ２６の検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別することになる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る生物粒子評価方法の手順について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置１０のレーザー光源１２がレーザー光を被測定粒子の存在する箇所に送り出すのに伴い、蛍光を発生するものがあり、被測定粒子で発生したこの蛍光をダイクロイックミラー１８、干渉フィルタ２１、凸レンズ２２、干渉フィルタ２４、凸レンズ２５等で受光すると共に、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光とに区分してこれらから排出する。
【００４１】
この後、検出用短波長光を第１光センサ２３が検出すると共に検出用長波長光を第２光センサ２６が検出した後、これらの検出データをコンピュータ２８が比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【００４２】
ここで、被測定粒子からの蛍光を２つの光センサ２３、２６で捕捉した後、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、被測定粒子中における生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００４３】
まず、第１光センサ２３で検出した検出用短波長光である４３３ｎｍの蛍光の強度と第２光センサ２６で検出した検出用長波長光である５２６ｎｍの蛍光の強度とに基づき、電圧信号Ｖ１、Ｖ２をコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、光センサ２３、２６からの電圧信号Ｖ１、Ｖ２それぞれに対し、光センサ２３、２６の分光感度特性に応じた補正、バンドパスフィルタの特性に応じた補正、その他光学系の特性に応じた補正をコンピュータ２８において行い、補正後の光センサ２３、２６の出力信号をＳ１、Ｓ２とする。
【００４４】
次に、図２に示すグラフのように、第１光センサ２３および第２光センサ２６の時系列出力信号Ｓ１、Ｓ２に閾値Ｓ０を設け、これら出力信号Ｓ１、Ｓ２が閾値Ｓ０を超えてから閾値Ｓ０を下回るまでの間は、蛍光を検知していると判断し、その間の出力信号Ｓ１、Ｓ２における最大値が生じた時刻をＴＰとする。尚ここで、閾値Ｓ０の値は、バックグラウンドノイズを検知しないレベルとする。
【００４５】
また、第１光センサ２３で検知された出力信号Ｓ１の最大値であるピーク値をＳ１Ｐとし、第２光センサ２６で検知された出力信号Ｓ２の最大値であるピーク値をＳ２Ｐとする。例えば、光センサ２３、２６の出力信号Ｓ１、Ｓ２がともに閾値Ｓ０を超え、同時にピークを示した場合はそれぞれの信号出力ピーク値Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐを抽出する。
【００４６】
但し、図３（Ａ）（Ｂ）に示すグラフのように、例えば第１光センサ２３の出力信号Ｓ１のみ閾値Ｓ０を超えて時刻ＴＰにおいてピーク値Ｓ１Ｐを示したような、どちらか一方の光センサの出力信号のみが閾値Ｓ０を超えてピークを示した場合には、この時刻ＴＰにおける図３（Ｂ）に示す第２光センサ２６の出力信号Ｓ２の値を抽出して、信号出力ピーク値Ｓ２Ｐとする。
【００４７】
上記のようにして求められたピーク値Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐから、光センサ２３、２６の出力信号Ｓ１、Ｓ２において定常的に観測されるバックグラウンドノイズＢ１、Ｂ２をそれぞれ下記の式のように減算することで、正味ピーク値ＮＳ１Ｐ、ＮＳ２Ｐをそれぞれ求め、これに伴い、ピーク時刻ＴＰにおける蛍光強度比Ｒを下記の式のようにして算出する。
ＮＳ１Ｐ＝Ｓ１Ｐ−Ｂ１
ＮＳ２Ｐ＝Ｓ２Ｐ−Ｂ２
Ｒ＝ＮＳ２Ｐ／ＮＳ１Ｐ
【００４８】
さらに、上記のように求められたピーク時刻ＴＰ における蛍光強度比Ｒを、生物粒子と蛍光増白剤を判別するための閾値ＲＴＨと比較する。そして、以下のように蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨ以上の値の場合には、生物粒子に由来する蛍光であると判断し、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨより小さい場合には洗剤に含まれる蛍光増白剤に由来する蛍光であると判別する。尚ここで、閾値ＲＴＨの値は、凡そ０．５とされる。
Ｒ ≧ ＲＴＨ ・・・生物粒子
Ｒ ＜ ＲＴＨ ・・・蛍光増白剤
【００４９】
以上の結果、サンプリングポイントからの空気を一定流量で測定ポイントＰに導入し、この導入された空気中に含まれる粒子からの蛍光を一定時間計測することで、サンプリングポイントにおける気中の生物粒子個数濃度Ｃａを下記の式に基づき、コンピュータ２８で算出することが出来る。
Ｃａ＝ｎａ／（Ｆｓ×Ｔｓ）
Ｃａ： 生物粒子個数濃度
Ｔｓ： サンプリング時間
ｎａ： サンプリング時間中に計測された生物粒子数
Ｆｓ： 単位時間当たりのサンプリング空気量
【００５０】
例えば、図４に示すように、生物粒子に含まれるＮＡＤＨの蛍光スペクトルと蛍光増白剤を含む洗剤の蛍光スペクトルとにおける４３３ｎｍの波長に対する５２６ｎｍの波長の蛍光強度比Ｒを求めた場合、ＮＡＤＨの蛍光スペクトルでは凡そ１．０であるのに対して、洗剤の蛍光スペクトルでは凡そ０．２４であった。また、生物粒子に含まれるＲｉｂｏｆｌａｖｉｎの蛍光スペクトルの場合、蛍光強度比Ｒは４００以上になった。従って、生物粒子からはＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎが共に蛍光を出すため、その蛍光強度比は、凡そ１．０よりも大きくなる。
【００５１】
以上より、蛍光スペクトルのピーク等の相違から、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲内の所定の波長域とされる４３３ｎｍと５２６ｎｍとで蛍光強度比Ｒを求めることにより、蛍光増白剤に起因する蛍光かＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ等の生物粒子に起因する蛍光かを判別することが可能となる。
【００５２】
つまり、本実施の形態によれば、同一の被測定粒子からの蛍光を第１光センサ２３と第２光センサ２６とにより長短２波長の領域でそれぞれ蛍光の強度を検出するのに伴い、コンピュータ２８において、浮遊塵埃等の被測定粒子からの蛍光の内の長短２波長の光の強度比で評価することになる。
【００５３】
この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になるのに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００５４】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第２の実施の形態を図５から図１０に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
第１の実施の形態では、評価対象空間の空気をサンプリングするためのエアポンプを有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送していたが、本実施の形態では、評価対象空間の空気をサンプリングせずに、評価対象空間にレーザーライトシートを照射し、撮像管、ＣＣＤ、ＣＭＯＳといった撮像素子を用いて蛍光を検出する空中生物粒子評価用イメージングシステムとしている。
【００５５】
つまり、本実施の形態に係る生物粒子評価装置３０では、図５に示すように光源であるレーザーヘッド３２から射出されたレーザー光Ｌを、反射ミラー３３を介してガルバノミラー３４に送り込み、これに伴い、このガルバノミラー３４でレーザーライトシートＬＳを生成して評価対象空間に送り出すことにしている。但し、ガルバノミラー３４によりレーザーライトシートＬＳである走査光を生成する方法の他に、レンズを用いること等が考えられる。
【００５６】
このレーザーライトシートＬＳ上の被測定粒子Ｇからの蛍光Ｋを撮像システム３６で撮像して二次元的に検出し、各被測定粒子Ｇが映し出される２波長での画像の強度比から生物粒子からの蛍光か蛍光増白剤の入った洗剤からの蛍光かを判別することになる。そして、本実施の形態では撮像システム３６を用いているが、この撮像システム３６の基本構造は第１の実施の形態に係る生物粒子評価装置１０とほぼ同様である。但し、この撮像システム３６内の入口部分には、図６に示すように蛍光等の光が入射されるカメラレンズ３８が配置されている。
【００５７】
また、ダイクロイックミラー１８から蛍光Ｋが反射して送り出される方向には、短波長光の光軸を長波長光と平行にするための反射ミラー４０が配置されていて、これに伴い第１光センサである第１イメージングセンサ４１が第２光センサである第２イメージングセンサ４２と並行に配置されている。尚、これらイメージングセンサ４１、４２は、上記のように一般的な撮像管、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等により構成することができる他、短波長光と長波長光の２波長の光を分離して撮像するための他の光学系や２波長を分離して撮像するカメラユニットであってもよく、これら市販されたものを用いても良い。
【００５８】
本実施の形態のように空中生物粒子の評価の為にレーザーライトシートＬＳ及び撮像システム３６を用いて画像処理すると、次のような利点がある。空気をサンプリングしてくる方式では、一定空気量中に含まれる菌の数を定量的に評価することができるものの、空気をサンプリングしてくる方式のために、空間的や時間的に平均化された出力となる傾向がある。これに対して、空間中の生物粒子からの蛍光を画像処理する場合、測定対象空間から空気をサンプリングしてくる機構が不要であるだけでなく、突発的、局所的な生物粒子の発生や挙動も捉えることができる。
【００５９】
次に、本実施の形態におけるコンピュータ２８内でのデータ処理について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置３０のレーザーヘッド３２から射出されたレーザー光Ｌがガルバノミラー３４によりレーザーライトシートＬＳとされ、このレーザーライトシートＬＳを被測定粒子の存在する評価対象空間に送り出す。これに伴い、被測定粒子からの蛍光を撮像システム３６で撮影し、第１の実施の形態とほぼ同様な経路を通過し、検出用短波長光と検出用長波長光とに区分された蛍光を含む２つの画像を２台のイメージングセンサ４１、４２でそれぞれ捕捉する。
【００６０】
ここで、被測定粒子からの蛍光を２つのイメージングセンサ４１、４２で捕捉した後、コンピュータ２８にて画像処理を行い、被測定粒子中における生物粒子のみをディスプレイ２９に表示しあるいは録画すると同時に、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、映像に映った被測定粒子中において生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００６１】
まず、第１イメージングセンサ４１で検出した４３３ｎｍの映像信号と第２イメージングセンサ４２で検出した５２６ｎｍの映像信号とをイメージングセンサ４１、４２からコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、これらイメージングセンサ４１、４２からの映像信号それぞれに対し、イメージングセンサ４１、４２の分光感度特性に応じた補正、バンドパスフィルタの特性に応じた補正、その他光学系の特性に応じた補正をコンピュータ２８において行い、補正後の映像信号をイメージングセンサ４１、４２において抽出する。
【００６２】
次に、イメージングセンサ４１およびイメージングセンサ４２の映像からの相互に同期している同時刻の画像である画像１、画像２を、コンピュータ２８内でのデータ処理で図７に示す画像のように取得する。この際、画像１及び画像２には、生物粒子および蛍光増白剤が付着した粒子からの蛍光のうち、それぞれ検出用短波長光の蛍光と検出用長波長光の蛍光が撮像されている。
【００６３】
さらに、これら２枚の画像１、２に対しそれぞれ背景を除去するために、輝度値に閾値を設け、画像１、２内のピクセル毎に輝度値を判断して、輝度値が閾値以下である場合には背景と推定されて、図８に示すように輝度値を０とする。尚ここで、この閾値の値は、バックグラウンドノイズを検知しないレベルとする。
【００６４】
このように背景を除去したそれぞれの画像１、２に対し、ラベリング（連続領域探索の画像処理）を施して、連続領域を１つの粒子像と認識し、１つの粒子像を模したものの拡大図を例えば図９に示すが、この図の例では１つの粒子像の合計輝度値は１５５５となる。尚、図９中の各数値は、連続領域中の各画素の輝度値から、各画素において粒子が存在しないときでも定常的に観測されるバックグラウンドノイズをそれぞれ減算した後の値であり、この減算した後の連続領域の各画素の輝度値を合計したものが１５５５となる。
【００６５】
具体的には、画像１、画像２それぞれにラベリングを施して各粒子像の輝度値の合計を求めた上で、２枚の画像上の同一位置にある粒子像の合計輝度値からその比を算出する。これが生物粒子と蛍光増白剤を判別するための蛍光強度比Ｒ（ｎ）となる。
【００６６】
例えば図８において、画像１に撮像された粒子の合計輝度値をＹ１（ｎ）とし、画像２で同一位置に撮像された粒子像の合計輝度値をＹ２（ｎ）とした場合、蛍光強度比Ｒ（ｎ）は、下記の式より求まる。
Ｒ（ｎ）＝Ｙ２（ｎ）／Ｙ１（ｎ）
ｎ：ラベリング処理によりカウントされた粒子像の数
【００６７】
そして、粒子毎に求められた蛍光強度比Ｒ（ｎ）について、生物粒子と蛍光増白剤を判別するための閾値ＲＴＨと比較し、以下のように、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨ以上の値の場合には生物粒子に由来する蛍光であると判別し、蛍光強度比Ｒが閾値ＲＴＨより小さい場合には洗剤に含まれる蛍光増白剤に由来する蛍光であると判別する。尚ここで、閾値ＲＴＨの値は、凡そ０．５とされる。
Ｒ（ｎ）≧ＲＴＨ・・・生物粒子
Ｒ（ｎ）＜ＲＴＨ・・・蛍光増白剤
これに伴い、画像１、２中の全ての粒子像に対してこの判別を行うと同時に、生物粒子として判別された粒子数をカウントする。
【００６８】
また、コンピュータ２８により生物粒子として判別された粒子像のみをディスプレイ２９に図１０に示すような画像として表示あるいは録画すると同時に、表示画像中の「生物粒子数」をディスプレイ２９に表示する。さらに、上記一連の操作をイメージングセンサ４１、４２のフレームレート内で行い、イメージングセンサ４１、４２からの信号を受け取るたびにコンピュータ２８で繰り返すことで、被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測可能となる。
【００６９】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第３の実施の形態を図１１に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１、第２の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
上記実施の形態では、空中生物粒子評価用のイメージング方式を説明したが、本実施の形態では、表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を説明する。従来の表面付着生物粒子の評価方法としては、コンタクトプレート法や拭き取り法といったように評価対象となる表面にコンタクトプレートもしくはガーゼ等を接触させ、これらに付着した生物粒子を培養し、培養後に生物粒子数を計数するが、この従来方法では即時性がなくまた培養等の手間がかかる。
【００７０】
本実施の形態では、対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して、レーザーライトシートＬＳをほぼ平行に舐めるように照射し、第２の実施の形態と同様に、被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測するものである。従って、本実施の形態によれば生物粒子数の計数に即時性があり、また生物粒子の培養の必要性がない利点がある。
【００７１】
次に、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第４の実施の形態を図１２に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１、第２の実施の形態で説明した部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
上記実施の形態では、表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を説明したが、本実施の形態でも同様に表面付着生物粒子評価用のイメージング方式を採用している。
【００７２】
但し、レンズ等で拡散させたレーザー光Ｌを対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して照射し、第２の実施の形態と同様に被測定粒子中における映像中に映っている生物粒子の数をリアルタイムに計測するものである。従って、本実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様に、生物粒子数の計数に即時性があり、また生物粒子の培養の必要性がない利点がある。
【００７３】
次に、本発明の各変形例に係る生物粒子評価装置を説明する。
まず、変形例１は、図１３に示すように容器を連続して搬送しつつ薬液を充填する充填ラインに生物粒子評価装置を適用する例である。従来は、フィルタのバリデーションが必要なため、充填ラインの上に無菌ブースをかぶせて定期バリデーションしているが、生物粒子評価装置で充填直上の空間を常時監視しておくことにより、生物粒子の異物混入が無いことを保証している。
【００７４】
具体的には、空気を吹き出すファンフィルターユニット（ＦＦＵ）６０の下部に、コンベア６２を配置し、容器６４を連続して搬送しつつ薬液を充填するだけでなく、打栓機６６により、容器６４に栓をして封止するようになっている。この際、レーザーヘッド３２から射出されたレーザー光が照射される領域ＬＲ内に、複数の撮像システム３６が配置されて、生物粒子の異物混入が無いことを確認している。
以上の結果として、充填ラインのフィルタバリデーションが不要となり、維持費の削減に繋がると共に、無菌管理領域の縮小により、ラインのコンパクト化が可能になる。さらに、リアルタイムな完全性管理にて、生産性が向上して、薬品製造原価の低減に繋がる。
【００７５】
次に、変形例２は、図１４に示すように光膜式パーティクル濃度計に生物粒子評価装置を適用し、光膜式バイオカウンタとする例である。この例では、光源５１から送り出されたレーザーライトシートＬＳにより生じる蛍光を撮像システム３６で撮影するようになっている。
つまり、枠体５３内にレーザーライトシートＬＳを照射し、上下方向に沿って存在している気流内の生物粒子を撮像システム３６で撮影して検出する構造とされている。尚、枠体５３内の各フラップ５２は無くとも良い。
【００７６】
次に、変形例３は、図１５に示すように製品の表面異物検査装置に生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、変形例２の光膜式バイオカウンタを上下動させて、透明容器５３の内外表面が無菌になっているかの検査をするようになっている。
【００７７】
次に、変形例４は、図１６に示すように無菌保証面センサーとして生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、開口６８から陰圧室５５に送り込まれて、排気口５６から排出される空気に対し、送り込まれる空気が無菌状態になっているか検査する場合に用いられている。
【００７８】
次に、変形例５は、図１７に示すように同じく無菌保証面センサーとして生物粒子評価装置を適用する例である。この例では、給排気ダクト５８内に矢印のように送り込まれる空気をフィルタ５９で濾過した後に、この空気が無菌状態になっているか検査する場合に用いられている。
【００７９】
以下、本発明に係る生物粒子評価装置及び生物粒子評価方法の第５の実施の形態を図１８〜図２３に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る生物粒子評価装置７０は、評価対象空間の内の図１８に示すサンプリングポイントからの空気を一定流量でサンプリングするためのエアポンプ（図示せず）を有し、このエアポンプにより測定ポイントＰまで空気を搬送している。また、この生物粒子評価装置７０は、４０５ｎｍの波長のレーザー光Ｌを発振する半導体レーザーであるレーザー光源７２を有し、蛍光を被測定粒子から発生させるように、このレーザー光源７２から被測定粒子の存在する測定ポイントＰにレーザー光Ｌを送り出すようにしている。
【００８０】
このレーザー光源７２と測定ポイントＰとの間には、４０５ｎｍ以外の波長の光線を低減して半値幅を狭くするためのクリーンアップフィルタ７６及び、直交する偏光成分の間に１８０°の位相差を生じさせるためのλ／２波長板７８が、レーザー光源７２側から順に配置されている。
【００８１】
図１８において、測定ポイントＰの直下の位置には、被測定粒子から発生した蛍光を検出するための光センサとして一般的で安価なカラーＣＣＤ８０が、蛍光を導入するための導入光軸Ｘに沿って配置されている。このカラーＣＣＤ８０の上部には、励起波長である４０５ｎｍと同波長の弾性散乱光の入射を阻止するための４２０ｎｍロングパスフィルタ８４を上に載せた形のＣマウントレンズ８２が搭載されている。このため、この４２０ｎｍロングパスフィルタ８４が４２０ｎｍ以上の長波長の光のみをＣマウントレンズ８２を介してカラーＣＣＤ８０内に送り込むようになっている。ただし、４２０ｎｍロングパスフィルタ８４の替りにノッチフィルタを採用しても、励起波長である４０５ｎｍと同波長の弾性散乱光を除去することができるので、ノッチフィルタとしても良い。
【００８２】
ここで、カラーＣＣＤ８０とは、固体撮像素子のひとつであって半導体素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサを用いたビデオカメラである。このカラーＣＣＤ８０によれば各画素について、赤色信号、緑色信号、青色信号における輝度が得られることになる。なお、以下適宜、赤色信号をＲ、緑色信号をＧ、青色信号をＢ等と言う。さらに、ＲＧＢ値とは、所定の画素における赤色信号、緑色信号及び青色信号の各輝度をいい、Ｒ／Ｇ値とは、（赤色信号の輝度）／（緑色信号の輝度）の値をいい、Ｂ／Ｇ値とは、（青色信号の輝度）／（緑色信号の輝度）の値をいう。
【００８３】
また、カラーＣＣＤ８０は、判別手段であるコンピュータ２８に接続されていて、このコンピュータ２８がカラーＣＣＤ８０内から送り出される赤色信号、緑色信号、青色信号の輝度を基にして、Ｒ／Ｇ値（赤色信号／緑色信号）及び、Ｂ／Ｇ値（青色信号／緑色信号）の各値を求めている。つまり、各画素のＲＧＢ値から各画素におけるＢ／Ｇ値及びＲ／Ｇ値を算出することになる。
【００８４】
この際、このカラーＣＣＤ８０としては、各信号は８ビットでそれぞれ検出されるので、赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号は、２５６階調となって０から２５５までのいずれかの値を取ることになる。以上に伴い、青色信号と緑色信号との比であるＢ／Ｇ値により、各被測定粒子の性質を判別できることになる。同様に、赤色信号と緑色信号との比であるＲ／Ｇ値によっても、各被測定粒子の性質を判別できることになる。
【００８５】
ただし、このカラーＣＣＤ８０を使用する際には、一般に青色信号と赤色信号のゲインを調整することにより、ホワイトバランスを調整する必要がある。このホワイトバランスの調整には、カラーＣＣＤ８０の装置内で自動的判断して調整するオートモードも存在しているが、青色信号と赤色信号のゲインをマニュアルで、使用するカラーＣＣＤ８０におけるゲイン設定範囲０〜９５のうちの５０に今回は設定した。つまり、Ｂのゲインを５０／９５とし、Ｒのゲインを５０／９５とした。
【００８６】
次に、本実施の形態に係る生物粒子評価装置７０の作用及び生物粒子評価方法の手順について説明する。
本実施の形態の生物粒子評価装置７０のレーザー光源７２がレーザー光Ｌを被測定粒子の存在する測定ポイントＰに送り出すのに伴い、クリーンアップフィルタ７６及びλ／２波長板７８を介してこの測定ポイントＰに到達する。そして、この測定ポイントＰに蛍光を発生する被測定粒子があることから、この被測定粒子で発生した蛍光が、４２０ｎｍロングパスフィルタ８４及びＣマウントレンズ８２を通過してカラーＣＣＤ８０内に送り込まれる。この後、カラーＣＣＤ８０が赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号を検出した後、これらの色信号の輝度の検出データをコンピュータ２８が比較して各被測定粒子の性質を判別する。
【００８７】
ここで、被測定粒子からの蛍光をカラーＣＣＤ８０で捕捉した後、コンピュータ２８内でデータ処理を実行し、被測定粒子中における生物粒子の数をリアルタイムにカウントする手順を以下に具体的に説明する。
【００８８】
まず、カラーＣＣＤ８０で検出した青色信号を検出用短波長光とし、同じく緑色信号を検出用長波長光とする組み合わせが存在する。また、同じく検出した緑色信号を検出用短波長光とし、同じく赤色信号を検出用長波長光とする組み合わせが存在する。
【００８９】
これら各色信号の強度に基づき各色での輝度信号Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒをコンピュータ２８にそれぞれ送り出す。そして、カラーＣＣＤ８０からの輝度信号Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒそれぞれに対し、背景減算等必要な補正をコンピュータ２８において行い、補正後の出力信号をＲ値、Ｇ値、Ｂ値とする。
【００９０】
ここで各出力信号Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値とともに、閾値を予め設けておけば、これらの出力信号に基づき算出されたＲ／Ｇ値により被測定粒子からの蛍光が、洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かの判別が可能となる。同じく閾値を予め設けておけば、これらの出力信号に基づき算出されたＢ／Ｇ値により被測定粒子からの蛍光が、洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かの判別が可能となる。さらには、Ｒ／Ｇ値及びＢ／Ｇ値がそれぞれの閾値を越えているか否かにより、二重に判別可能ともなる。なお、閾値はＢ、Ｒのゲインの設定によって変動するので、予め適切に設定する必要がある。
【００９１】
この結果として、蛍光スペクトルの相違を有する洗剤の蛍光増白剤に由来する蛍光か生物に由来する蛍光かの判別ができ、より精度良く生物粒子を検出することが可能になる。これに伴い、生物粒子が検出されたとの誤警報の発生や、誤警報の発生による不必要な点検及びメンテナンスを避けることが可能となる。
【００９２】
次に、このカラーＣＣＤ８０により洗剤の蛍光増白剤由来の蛍光及び生物由来の蛍光を実際に検出して判別できるかの実験を行ったので、この実験について以下に説明する。
上記実施の形態と同様の生物粒子評価装置７０を用いたので、レーザー光源７２、クリーンアップフィルタ７６、λ／２波長板７８、カラーＣＣＤ８０等を有するが、図１９に示すように測定ポイントＰの箇所に、測定対象液Ｅが内部に入っている石英セル９０を配置し、測定対象液Ｅからの赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号データをカラーＣＣＤ８０が得ると共に、コンピュータ２８が取得する。つまり、レーザー光源７２から送り出された４０５ｎｍのレーザー光Ｌで、石英セル９０中の測定対象液Ｅを励起し、その蛍光をカラーＣＣＤ８０で捉えるようにした。
【００９３】
ここで、測定対象液Ｅ内に含まれているサンプルの種類としては、以下のようなものである。
・洗剤
・ＮＡＤＨ
・Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ
・Ｂ．ｓｕｂ（枯草菌）
・Ｅ．ｃｏｌｉ（大腸菌）
【００９４】
実験に際して、図２２に示すベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列のフィルタを有した１ＣＣＤをカラーＣＣＤ８０として実験を行った。この１ＣＣＤでは、図２２に示すように、各画素はＲ、Ｇ、Ｂのうちのいずれか１つの信号の情報しか得られないが、周辺の画素の信号情報から補間演算を行うことで、各画素についてＲＧＢ値が得られるようになっている。
【００９５】
【表１】
【００９６】
具体的には、図２０に示すグラフ及び表１に示す表から、Ｂ／Ｇ値の内の洗剤による蛍光は、何れも２．９以上であった。これに対して、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ、Ｅ．ｃｏｌｉによる蛍光のいずれも１．５以下であった。このため、標準偏差を考慮しても、これらの間の１．６〜２．８のいずれかの値を閾値Ｓとすれば、洗剤と各菌類との判別が可能となる。
【００９７】
他方、図２１に示すグラフ及び表１に示す表から、Ｒ／Ｇ値の内の洗剤による蛍光は、何れも０．１５以下であった。これに対して、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ、Ｅ．ｃｏｌｉによる蛍光のいずれも０．２７以上であった。このため、標準偏差を考慮しても、これらの間の０．１６〜０．２５のいずれかの値を閾値Ｓとすれば、洗剤と各菌類との判別が可能となる。
ただし、これらＢ／Ｇ値の閾値やＲ／Ｇ値の閾値は、励起光の波長が変わった場合等、若干異なる可能性があるだけでなく、またホワイトバランスの設定（ＢのゲインとＲのゲイン）によって変わってくるため、ここで示した閾値は、当然に一例である。
【００９８】
以上の結果として、本実験によれば、これらＢ／Ｇ値あるいはＲ／Ｇ値を求め、さらに閾値Ｓを適切に設定することにより、洗剤による蛍光と、ＮＡＤＨ、Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ、Ｂ．ｓｕｂ（枯草菌）、Ｅ．ｃｏｌｉ（大腸菌）による蛍光とを判別できることが確認された。
【００９９】
また、これらを組み合わせて、Ｂ／Ｇ値とＲ／Ｇ値の両方で判別することにより、より一層確実な判別が可能となる。ここで、「１回目」〜「４回目」とデータがそれぞれ取られているが、同一サンプルを繰り返し測定した結果を示している。なお、「標準偏差」は、同一のサンプル内における各画素間でのデータのばらつきを表わしている。
【０１００】
今回の結果から、安価で一般的なカラーＣＣＤ８０を用いて評価対象からの蛍光を捉え、その取得画像のＲＧＢ値からＲ／Ｇ値、Ｂ／Ｇ値を算出し、判定基準としての閾値と比較することで、洗剤由来の蛍光か生物由来の蛍光かを判別できることが確認された。
なお、カラーＣＣＤ８０としては、図２２に示すベイヤ配列のフィルタによる１ＣＣＤを用いて実験を行ったが、図２３に示す全ての画素が赤色信号を検出する第１素子８１Ａ、全ての画素が緑色信号を検出する第２素子８１Ｂ、全ての画素が青色信号を検出する第２素子８１Ｃを組み合わせた３ＣＣＤ８１を用いることもできる。この３ＣＣＤを用いた場合には、補間演算をすること無しに各画素のＲＧＢ値を取得することができ、より望ましい。これら図２２及び図２３において赤色信号をＲ、緑色信号をＧ、青色信号をＢと表わす。
さらに、カラーＣＣＤを用いる替りに、カラーＣＭＯＳ等のその他のカラー撮像素子や装置を用いても良い。
【０１０１】
また、上記第５の実施の形態におけるカラーＣＣＤ８０は、各信号を８ビットでそれぞれ検出できるものを採用したが、１０ビットや１２ビット等の８ビット以上のカラーＣＣＤを採用しても良く、この場合には赤色信号、緑色信号、青色信号の各信号の階調数が増えて、Ｒ／Ｇ値、Ｂ／Ｇ値としてより細かい値を算出可能となる。また、上記第５の実施の形態に係る生物粒子評価装置７０では、レーザー光源７２からレーザー光Ｌを被測定粒子の存在する測定ポイントＰに送り出すようにしたが、図５に示す実施の形態のように、さらにガルバノミラー等でレーザーライトシートを生成して評価対象空間に送り出すことで、幅広い空間での検出をすることもできる。なおこの際、図５に示す撮像システム３６をカラーＣＣＤ８０に代えることにより、図５に示す実施の形態と同様に、検出や計測が可能となる。
また、図１１に示すように、対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して、レーザーシートＬＳをほぼ平行に舐めるように照射するか、図１２に示すようにレンズ等で拡散させたレーザー光を対象表面である例えばテーブル４０の表面に対して照射することにより表面付着生物粒子の評価が可能となる。なおこの際、図１１、１２に示す撮像システム３６をカラーＣＣＤ８０に代えることにより、図１１、１２に示す実施の形態と同様に、検出や計測が可能となる。
【０１０２】
他方、上記第１の実施の形態等では、光源としてレーザー光を発生させるものを採用したが、ＬＥＤ光を利用してもよい。さらに、上記実施の形態では、概ね３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長のレーザー光を送り出して、３８０〜６５０ｎｍの範囲の波長を有する蛍光を被測定粒子から発生させるようにし、また、ダイクロイックミラー１８により、蛍光の内の凡そ３８０〜４４０ｎｍの短波長光を反射すると共に、凡そ４４０〜６５０ｎｍの長波長光を透過させたが、波長はこれらの値に限定されるものではない。また、検出用短波長光を４３３ｎｍとし検出用長波長光を５２６ｎｍとしたが、これらの値は一例であり、他の波長としてもよい。
また、第５の実施の形態に関しても、光源としてレーザー光を発生させるものを採用したが、ＬＥＤ光を発生させるものを利用してもよい。さらに、上記実施の形態では、４０５ｎｍのレーザーの波長のレーザー光を送り出していたが、例えば３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲のレーザー光やＬＥＤ光でも同様の効果が得られるので、波長は４０５ｎｍに限定されるものではない。
【０１０３】
他方、上記実施の形態では、ダイクロイックミラー１８により、３８０〜４４０ｎｍの短波長光と４４０〜６５０ｎｍの長波長光とに蛍光を分離したが、これらの値は一例であり、また、ダイクロイックミラーの替わりにハーフミラー等により蛍光を分離しても良い。また、上記実施の形態では、閾値ＲＴＨを「凡そ０．５」としたが、検出用長波長光と検出用短波長光を変えた場合、この閾値ＲＴＨの値は当然に変わることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、食品や医薬品等の製造工程だけでなく、半導体、液晶、医療等の清浄空間を必要とする全ての分野に適用可能なものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 生物粒子評価装置
１２ レーザー光源（光源）
１８ ダイクロイックミラー（フィルタ手段）
２１ 干渉フィルタ（フィルタ手段）
２２ 凸レンズ（フィルタ手段）
２３ 第１光センサ
２４ 干渉フィルタ（フィルタ手段）
２５ 凸レンズ（フィルタ手段）
２６ 第２光センサ
２８ コンピュータ（判別手段）
３０ 生物粒子評価装置
３２ レーザーヘッド（光源）
３６ 撮像システム
４１ 第１イメージングセンサ（第１光センサ）
４２ 第２イメージングセンサ（第２光センサ）
７０ 生物粒子評価装置
７２ レーザー光源（光源）
８０ カラーＣＣＤ（光センサ）
８４ ４２０ｎｍロングパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して、被測定粒子から蛍光を発生させる光源と、
被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光をそれぞれ受光する光センサと、
検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを比較して各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する判別手段と、
を含む生物粒子評価装置。
【請求項２】
被測定粒子で発生した蛍光を受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出するフィルタ手段を有し、
光センサが、検出用短波長光を検出する第１光センサおよび、検出用長波長光を検出する第２光センサを含み、
判別手段が、第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項３】
フィルタ手段が、
一定の波長より短い波長の蛍光を反射すると共にこの波長より長い波長の蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
検出用短波長光のみを透過する第１干渉フィルタと、
検出用長波長光のみを透過する第２干渉フィルタと、
を含む請求項２記載の生物粒子評価装置。
【請求項４】
検出用短波長光が、３８０〜４４０ｎｍの内の波長域とされ、
検出用長波長光が、４４０〜６５０ｎｍの内の波長域とされる請求項２または請求項３に記載の生物粒子評価装置。
【請求項５】
所定の波長域の光のみ透過するように、各光センサの前面に干渉フィルタをそれぞれ設け、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別する請求項２から請求項４の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項６】
光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、
各光センサが、二次元的な面での検出できるイメージングセンサとされる請求項２から請求項５の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項７】
光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる青色信号と検出用長波長光の信号とされる緑色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、
判別手段が、カラーＣＣＤで検出される青色信号の輝度データと緑色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項８】
光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる緑色信号と検出用長波長光の信号とされる赤色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、
判別手段が、カラーＣＣＤで検出される緑色信号の輝度データと赤色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項９】
カラーＣＣＤが、１ＣＣＤ或いは３ＣＣＤとされる請求項７または請求項８に記載の生物粒子評価装置。
【請求項１０】
被測定粒子の存在し得る箇所とカラーＣＣＤとの間に、光源から送り出された波長の光線を取り除くロングパスフィルタもしくはノッチフィルタを配置した請求項７から請求項９の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項１１】
光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、
この光線をカラーＣＣＤが二次元的な面で検出する請求項７から請求項１０の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項１２】
被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して被測定粒子から蛍光を発生させた後、
次に、被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光し、
この後、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する生物粒子評価方法。
【請求項１３】
被測定粒子で発生した蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出してから、
光センサのうちの第１光センサが検出用短波長光を検出すると共に、光センサのうちの第２光センサが検出用長波長光を検出し、
この後、判別手段が第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較する請求項１２記載の生物粒子評価方法。
【請求項１】
被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して、被測定粒子から蛍光を発生させる光源と、
被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光をそれぞれ受光する光センサと、
検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを比較して各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する判別手段と、
を含む生物粒子評価装置。
【請求項２】
被測定粒子で発生した蛍光を受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出するフィルタ手段を有し、
光センサが、検出用短波長光を検出する第１光センサおよび、検出用長波長光を検出する第２光センサを含み、
判別手段が、第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較して各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項３】
フィルタ手段が、
一定の波長より短い波長の蛍光を反射すると共にこの波長より長い波長の蛍光を透過するダイクロイックミラーと、
検出用短波長光のみを透過する第１干渉フィルタと、
検出用長波長光のみを透過する第２干渉フィルタと、
を含む請求項２記載の生物粒子評価装置。
【請求項４】
検出用短波長光が、３８０〜４４０ｎｍの内の波長域とされ、
検出用長波長光が、４４０〜６５０ｎｍの内の波長域とされる請求項２または請求項３に記載の生物粒子評価装置。
【請求項５】
所定の波長域の光のみ透過するように、各光センサの前面に干渉フィルタをそれぞれ設け、検出用短波長光と検出用長波長光との間の蛍光強度比に対する閾値を判別手段が有し、この閾値以上か否かにより各被測定粒子の性質を判別する請求項２から請求項４の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項６】
光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、
各光センサが、二次元的な面での検出できるイメージングセンサとされる請求項２から請求項５の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項７】
光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる青色信号と検出用長波長光の信号とされる緑色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、
判別手段が、カラーＣＣＤで検出される青色信号の輝度データと緑色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項８】
光センサが、蛍光のうちの、検出用短波長光の信号とされる緑色信号と検出用長波長光の信号とされる赤色信号を画素毎に検出し得るカラーＣＣＤとされ、
判別手段が、カラーＣＣＤで検出される緑色信号の輝度データと赤色信号の輝度データとを比較して、各被測定粒子の性質を判別する請求項１記載の生物粒子評価装置。
【請求項９】
カラーＣＣＤが、１ＣＣＤ或いは３ＣＣＤとされる請求項７または請求項８に記載の生物粒子評価装置。
【請求項１０】
被測定粒子の存在し得る箇所とカラーＣＣＤとの間に、光源から送り出された波長の光線を取り除くロングパスフィルタもしくはノッチフィルタを配置した請求項７から請求項９の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項１１】
光源から送り出される光線が、レーザーライトシート或いは拡散レーザ光とされて、
この光線をカラーＣＣＤが二次元的な面で検出する請求項７から請求項１０の何れかに記載の生物粒子評価装置。
【請求項１２】
被測定粒子の存在し得る箇所に光線を送り出して被測定粒子から蛍光を発生させた後、
次に、被測定粒子で発生した蛍光のうちの、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光を光センサがそれぞれ受光し、
この後、検出用短波長光の検出データと検出用長波長光の検出データとを判別手段が比較して、各被測定粒子が生物粒子か否かを判別する生物粒子評価方法。
【請求項１３】
被測定粒子で発生した蛍光をフィルタ手段が受光し、検出用短波長光とこの検出用短波長光より長い波長の検出用長波長光に区分してそれぞれ排出してから、
光センサのうちの第１光センサが検出用短波長光を検出すると共に、光センサのうちの第２光センサが検出用長波長光を検出し、
この後、判別手段が第１光センサの検出データと第２光センサの検出データとを比較する請求項１２記載の生物粒子評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−８８３０４（Ｐ２０１２−８８３０４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７３１８（Ｐ２０１１−２０７３１８）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（３９００１８４７４）新日本空調株式会社 (88)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（３９００１８４７４）新日本空調株式会社 (88)
【Ｆターム（参考）】
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