(57)【要約】【課題】粒子を照射する光の波長の変更に対応可能な光学式粒子検出装置を提供する。【解決手段】検査光を発する光源１と、検査光を平行光に変換する変換手段２１と、焦点を有し、平行光に変換された検査光を焦点に向けて反射する集光反射鏡３１と、集光反射鏡３１の焦点に粒子を含む気流を噴射する噴射機構３と、気流に含まれる粒子が検査光で照射されることによって発生する散乱光又は蛍光を検出する光検出部４と、を備える光学式粒子検出装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査光を発する光源と、
前記検査光を平行光に変換する変換手段と、
前記平行光に変換された検査光を焦点に向けて反射する集光反射鏡と、
前記集光反射鏡の焦点に粒子を含む気流を噴射する噴射機構と、
前記気流に含まれる粒子が前記検査光で照射されることによって発生する散乱光又は蛍光を検出する光検出部と、
を備える、光学式粒子検出装置。
【請求項２】
前記集光反射鏡が放物面鏡である、請求項１に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項３】
前記集光反射鏡の焦点と、前記光検出部と、の間に配置された色消しレンズを更に備える、請求項１又は２に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項４】
前記変換手段が平行光レンズである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項５】
前記変換手段が凹面鏡である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項６】
前記凹面鏡が軸外し放物面鏡である、請求項５に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項７】
前記凹面鏡が軸外し球面鏡である、請求項５に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項８】
前記光源が発光ダイオードである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式粒子検出装置。
【請求項９】
検査光を発することと、
変換手段により前記検査光を平行光に変換することと、
焦点を有する集光反射鏡によって、前記平行光に変換された検査光を前記焦点に向けて反射することと、
前記集光反射鏡の焦点に粒子を含む気流を噴射することと、
前記気流に含まれる粒子が前記検査光で照射されることによって発生した散乱光又は蛍光を検出することと、
を含む、粒子の検出方法。
【請求項１０】
前記集光反射鏡が放物面鏡である、請求項９に記載の粒子の検出方法。
【請求項１１】
前記散乱光又は蛍光を検出することが、前記散乱光又は蛍光を色消しレンズに入射させることを含む、請求項９又は１０に記載の粒子の検出方法。
【請求項１２】
前記変換手段が平行光レンズである、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１３】
前記変換手段が凹面鏡である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１４】
前記凹面鏡が軸外し放物面鏡である、請求項１３に記載の粒子の検出方法。
【請求項１５】
前記凹面鏡が軸外し球面鏡である、請求項１３に記載の粒子の検出方法。
【請求項１６】
前記検査光が発光ダイオードから発せられる、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環境評価技術に関し、特に光学式粒子検出装置及び粒子の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している粒子が検出され、記録される（例えば、特許文献１乃至３及び非特許文献１参照。）。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。
【０００３】
光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に励起光を照射する。気体に粒子が含まれていると、励起光を照射された粒子は、蛍光あるいは自家蛍光（以下、「蛍光」及び「自家蛍光」をあわせて「蛍光」という。）を発する。粒子が発する蛍光の波長及び強度は、粒子の種類に依存する。したがって、粒子が発した蛍光の波長あるいは強度を観測することにより、クリーンルーム内を飛散している粒子の種類を特定することが可能である。
【０００４】
また、光学式の粒子検出装置は、粒子に光を照射することによって生じた散乱光を解析することにより、粒子の濃度や大きさ等を特定することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５００８６７号公報
【特許文献２】特開２００８−３２６５９号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１９４８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
粒子検出装置において、粒子を照射する光の波長は、変更される場合がある。そこで、本発明は、粒子を照射する光の波長の変更に対応可能な光学式粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様によれば、（ａ）検査光を発する光源と、（ｂ）検査光を平行光に変換する変換手段と、（ｃ）平行光に変換された検査光を焦点に向けて反射する集光反射鏡と、（ｄ）集光反射鏡の焦点に粒子を含む気流を噴射する噴射機構と、（ｅ）気流に含まれる粒子が検査光で照射されることによって発生する散乱光又は蛍光を検出する光検出部と、を備える、光学式粒子検出装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の態様によれば、（ａ）検査光を発することと、（ｂ）変換手段により検査光を平行光に変換することと、（ｃ）焦点を有する集光反射鏡によって、平行光に変換された検査光を焦点に向けて反射することと、（ｄ）集光反射鏡の焦点に粒子を含む気流を噴射することと、（ｅ）気流に含まれる粒子が検査光で照射されることによって発生した散乱光又は蛍光を検出することと、を含む、粒子の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、粒子を照射する光の波長の変更に対応可能な光学式粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る光学式粒子検出装置は、図１に示すように、検査光として励起光を発する光源１と、励起光を平行光に変換する変換手段２１と、焦点を有し、平行光に変換された励起光を焦点に向けて反射する集光反射鏡３１と、集光反射鏡３１の焦点に粒子を含む気流を噴射する噴射機構３と、気流に含まれる粒子が励起光で照射されることによって発生する蛍光を検出する光検出部４と、を備える。ここで、粒子とは、微生物、無害あるいは有害な化学物質、ごみ、ちり、及び埃等のダスト等を含む。
【００１４】
光源１としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用可能であるが、これに限定されない。光源１が発する励起光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。励起光が可視光である場合、励起光の波長は、例えば４００乃至４１０ｎｍの範囲内であり、例えば４０５ｎｍである。励起光が紫外光である場合、励起光の波長は、例えば３１０乃至３８０ｎｍの範囲内であり、例えば３５５ｎｍである。光源１には、光源１が発する励起光の強度や波長を設定するコントローラや、光源１に電源電流を供給する電源装置が接続される。
【００１５】
変換手段２１は、例えば光源１に相対して配置されている。変換手段２１は、例えば拡散光あるいは放射光を平行光に変換可能な平行光レンズである。集光反射鏡３１は、平行光レンズである変換手段２１の光軸上に配置されており、変換手段２１と相対している。集光反射鏡３１としては、放物面鏡、あるいは単一の曲率半径を有する球面鏡が使用可能である。また、図２に示すように、集光反射鏡３２として、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を使用してもよい。集光反射鏡３１、３２は、研磨されたガラスにアルミ（Ａｌ）や金（Ａｕ）等の金属をコーティングすることにより製造される。あるいは集光反射鏡３１、３２は、アルミ及びステンレス等の金属材料をダイヤモンド切削針等で機械加工することによって製造される。
【００１６】
図１に示す光源１、変換手段２１、及び集光反射鏡３１は、筐体２に配置されている。光源１から放射された励起光は、変換手段２１で平行光に変換され、集光反射鏡３１に入射する。集光反射鏡３１において励起光は反射され、集光反射鏡３１の焦点に集光される。
【００１７】
噴射機構３は、ファン等によって筐体２の外部から気体を吸引し、ノズル等を介して、吸引した気体を集光反射鏡３１の焦点に向けて噴射する。集光反射鏡３１の光軸に対して、噴射機構３から噴射される気流の進行方向は、例えば、略垂直に設定される。ここで、気流に粒子が含まれていると、励起光で照射された粒子が蛍光を発する。例えば、粒子が細菌を含む微生物等である場合、微生物に含まれるトリプトファン、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、及びリボフラビン等が、励起光を照射されることによって蛍光を発する。
【００１８】
細菌の例としては、グラム陰性菌、グラム陽性菌、及びカビ胞子を含む真菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。カビ胞子を含む真菌の例としては、アスペルギルスが挙げられる。集光反射鏡３１で集光された励起光を横切った気流は、排気機構によって筐体２の外部に排気される。
【００１９】
さらに、筐体２内部には、集光反射鏡３１の焦点と光検出部４の間に、粒子が発した蛍光を平行光にする検出系平行光レンズ４１、及び検出系平行光レンズ４１で平行光にされた蛍光を、光検出部４に向けて集光する検出系集光レンズ４３が配置されている。検出系平行光レンズ４１は、例えば、光軸が集光反射鏡３１の焦点を通るように配置される。検出系平行光レンズ４１と、検出系集光レンズ４３と、の間には、特定の蛍光のみを透過させる波長選択素子４２が配置されてもよい。波長選択素子４２としては、ロングパスフィルタのようなバンドパスフィルタが使用可能である。光検出部４としては、フォトダイオード及び光電子増倍管等が使用可能である。光検出部４には、例えば、検出した蛍光の強度を統計処理するコンピュータが接続される。
【００２０】
以上説明した第１の実施の形態に係る光学式粒子検出装置においては、集光反射鏡３１に入射した励起光は、色収差なしに、集光反射鏡３１の焦点に集光される。そのため、検出対象となる粒子に応じて励起光の波長を変えても、励起光の光源１以外の光学系を変更したり、粒子が含まれうる気流の流路を変更したりする必要がない。よって、低いコストで多数の種類の粒子を検出し、識別することが可能となる。
【００２１】
また、平行光レンズである変換手段２１、検出系平行光レンズ４１、及び検出系集光レンズ４３の少なくとも一つが、色消しレンズ（Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｌｅｎｓ）であってもよい。屈折率及び光の分散（アッベ数）が異なる２枚以上のレンズを組み合わせることにより、色消しレンズは構成される。例えば、クラウンガラスの凸レンズにフリントガラスの凹レンズを組み合わせて色消しレンズは構成される。平行光レンズである変換手段２１、検出系平行光レンズ４１、及び検出系集光レンズ４３の少なくとも一つを色消しレンズとすることにより、色収差のさらなる補正が可能となる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る光学式粒子検出装置は、図３に示すように、変換手段２２に、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡等の凹面鏡を用いる。励起光が紫外線である場合、変換手段２２にレンズを用いると、透過率が低いという問題がある。また、レンズが蛍光を発する場合もある。これに対し、変換手段２２に、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を用いると、レンズを用いる際に生じうる紫外線の透過率の低下や、レンズからの蛍光の発生という問題が生じない。
【００２３】
第２の実施の形態においても、集光反射鏡３１として、放物面鏡、あるいは単一の曲率半径を有する球面鏡が使用可能である。あるいは、図４に示すように、集光反射鏡３２として、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を使用してもよい。第２の実施の形態に係る光学式粒子検出装置のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１及び第２の実施の形態では、検査光として励起光を粒子に照射し、蛍光を検出する例を示した。これに対し、検査光を粒子に照射して生じた散乱光を検出系平行光レンズ４１で平行光にし、散乱光由来の平行光を検出系集光レンズ４３で光検出部４に向けて集光してもよい。粒子による散乱光の強度は、粒子の粒径と相関する。したがって、光検出部４で散乱光由来の光の強度を検出することにより、光学式粒子検出装置が配置された環境を飛散する粒子の粒径を求めることが可能となる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００２５】
１      光源
２      筐体
３      噴射機構
４      光検出部
２１、２２      変換手段
３１、３２      集光反射鏡
４１    検出系平行光レンズ
４２    波長選択素子
４３    検出系集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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