(57)【要約】【課題】撮像装置の動作温度範囲の制約なしに複数の異なる環境条件で培養し、検査時の環境を大きく変化させずに試料の自動検査を可能とし、かつ試料の出入，検査，作業管理等の省力化を図った微生物または細胞の検査装置及び方法を提供する。【解決手段】トレイ上に載置された試料を培養する複数の培養室１１〜１６と、培養により形成されたコロニーを計測する検査室１０と、トレイ搬送装置（４１〜４６）とを備える微生物または細胞の検査装置であって、前記複数の培養室は、温度，湿度，酸素濃度，二酸化炭素濃度の内の少なくともいずれか一つの室内環境条件を独立的に制御可能な構成を備え、検査室は、前記コロニーの画像情報により微生物または細胞を計測する画像計測手段（６１）を備える。また、複数の培養室の環境条件が多岐にわたる場合には、できる限り、検査室の環境を検査対象となる試料の培養環境に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレイ上に載置された試料中の微生物または細胞を培養する複数の培養室と、培養により形成された集落または培養成長物（以下、まとめてコロニーという。）を計測する検査室と、前記試料が載置されたトレイを前記培養室と検査室との間で搬送可能とするトレイ搬送装置とを備える微生物または細胞の検査装置であって、
前記複数の培養室は、温度，湿度，酸素濃度，二酸化炭素濃度の内の少なくともいずれか一つの室内環境条件を独立的に制御可能な構成を備え、
前記検査室は、前記コロニーの画像情報により微生物または細胞を計測する画像計測手段を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、前記検査室は、検査室内の環境条件を、前記培養室の制御とは独立的に制御可能な構成を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検査装置において、前記検査室は、検査室内の環境条件を、一時的に、検査室へ搬送したトレイ上の各検査試料の培養に適した環境条件に制御可能な構成を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記検査室と前記複数の各培養室との間には、前記トレイを搬送する際には開，搬送終了後には閉とする培養室開閉用のシャッターを備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検査装置において、前記シャッターは、トレイ自体の検査室側に設けた蓋を含む構成とすることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の検査装置において、前記シャッターは、シャッターが閉の際、前記検査室と各培養室との間を気密に保持する手段を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の検査装置において、前記シャッターは、シャッターが閉の際、前記検査室と各培養室との間の熱移動を低減する断熱手段を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記検査室と前記複数の各培養室との間には、前記両室間の空気の移動を抑制するエアーカーテン装置を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項９】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、分割された複数個の試料を備え、かつ各トレイは複数に分割されてなり、前記分割されたトレイは、それぞれ独立的に検査室に搬送可能な構成を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の検査装置において、前記培養室内の各トレイは、空気の出入りを遮断するトレーカバーを備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の検査装置において、前記トレーカバーは、透明材料からなることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１２】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、試料を収納する複数個のシャーレを備え、かつ各シャーレはＩＤ認識タグを有し、前記ＩＤ認識タグの読み取りにより、各シャーレを特定可能に構成することを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１３】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、ＩＤ認識タグを有し、前記ＩＤ認識タグの読み取りにより、各トレイを特定可能に構成することを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の環境条件を独立的に制御するための装置は、トレイと共に搬送可能なものとすることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の検査装置において、前記トレイと共に搬送可能な温度を制御するための装置は、トレイにペルチエ素子を配設したものとすることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１６】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記画像計測手段は、前記コロニーを画像データとして認識する撮像装置と、前記画像データに基づいて微生物または細胞を計測するデータ処理装置とからなることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の検査装置において、前記撮像装置は、撮像装置の試料対向面と前記試料との間に気流を発生させる気流発生装置を備えることを特徴とする微生物または細胞の検査装置。
【請求項１８】
複数のトレイ上に、微生物または細胞を含む複数の試料を載置し、温度もしくは酸素濃度の少なくともいずれかの室内環境条件を独立的に制御可能な構成を備える複数の培養室内で、前記試料中の微生物または細胞を増殖させコロニーを形成する培養工程と、前記コロニーを含む試料をトレイと共に検査室に搬送する搬送工程と、検査室に搬送されたコロニーを含む試料を画像データとして撮像する撮像工程と、得られた画像データをデータ処理することにより、前記コロニーの計測を行う計測工程を含むことを特徴とする微生物または細胞の検査方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の検査方法において、微生物または細胞の培養開始前に試料を撮像し、得られた画像を保存し、培養開始後、予め定めた周期で試料を撮像して、各々得られた画像を保存し、画像中に検出可能な物体が新たに現れた場合、予め定めた時間の培養を行った後に試料を撮像し、その画像と直前に得た画像との比較によって、上記物体のサイズの変化を検出し、サイズが増加していれば、その物体を微生物または細胞と判断し、サイズが増加していなければ、その物体を微生物または細胞以外の物体と判断することを特徴とする微生物または細胞の検査方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の検査方法において、前記画像と直前に得た画像との比較は、画像の座標とその面積とし、前記面積の経時変化からコロニーかコロニー以外の物体かを判別することを特徴とする微生物または細胞の検査方法。
【請求項２１】
請求項１８または２０に記載の検査方法において、微生物または細胞の種類に応じて予め定めた温度，酸素濃度等の培養条件や撮像周期条件に基づいて、培養，撮像，画像データ処理によるコロニーの計測を、順次、繰り返し実施し、コロニーの数の変化が無くなった（飽和した）際または減少した際に、前記繰り返しを停止することを特徴とする微生物または細胞の検査方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の検査方法において、微生物または細胞の種類によっては、微生物または細胞の種類に応じて予め定めた前記培養条件に基づいて培養する前段階において、所定温度で予備加熱処理を行うことを特徴とする微生物または細胞の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料中の微生物または細胞を培養し、形成された集落または培養成長物（以下、まとめてコロニーという。）を観察して、微生物または細胞を計測する検査装置及び検査方法に関する。前記微生物としては、細菌や放線菌などの原核生物、酵母やカビなどの真核生物、下等藻類、ウイルスなどが含まれ、細胞としては、動植物由来の培養細胞及びスギ花粉やヒノキ花粉のような植物細胞が含まれる。本検査装置及び方法の利用分野としては、医療，食品製造，上下水道，製薬，環境分野などがある。
【背景技術】
【０００２】
従来、微生物の検査方法としては、培養によって目視で認識可能な集落をシャーレ内の培地に形成させ、これを計数する方法が採られてきた。この検査方法の場合、２４〜７２時間程度の計測時間を要した。ところが近年、食品分野でマスプロダクションの進展によって微生物汚染事故が大規模化しているほか、社会的にもバイオテロリズムの懸念や新型感染症の発生などが問題となっており、微生物の種類や数を検査する微生物検査方法に対しては、迅速化の要請が著しく高まっている。
【０００３】
また、微生物の検査装置としては、シャーレを培養装置から取り出すことなく、シャーレ内の培養された細菌などの微生物のコロニーの数や形状等の培養状態を、任意の時に又は予め設定したスケジュールに従って、連続的又は定期的に検査することのできる装置が要請されている。上記のような背景により、研究開発が活発に行なわれている。
【０００４】
上記要請に応える検査方法や検査装置に関連する技術としては、以下のような文献が公知である（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
特許文献１の発明は、同公報の記載によれば、「省スペースができて、恒温槽装置の槽内に設けた各チャンバー内が除湿されず、また生物相互汚染を生じて試験に悪影響を与えることがなくて、各チャンバーの温度を独立的に自由に制御することができる恒温槽装置を提供する」ことを目的として、「周囲側面に熱絶縁性材を用いて密封された槽を形成し、槽内の空気を撹拌するファンと第１温度制御手段とが付設された冷却器を具えた恒温槽装置において、前側面が熱絶縁性材で構成され、他側面は熱伝導性材で構成されたチャンバーを前記前側面を槽の１側面に位置させてその槽内部に複数個装着し、これらのチャンバー相互間及び他の側面間に間隙を形成して槽内にエアジャケットを形成し、前記チャンバーはそれぞれ第２温度制御手段を有することを特徴とする恒温槽装置」を開示する。
【０００６】
上記特許文献１に開示された装置においては、複数ある恒温室内の環境をそれぞれ独立に設定し、自動的に温度調節が可能であるものの、下記のような問題がある。即ち、恒温槽内に、シャーレ内の微生物の培養状況を観察する装置が設置されていないので、培養状況を観察するためには、恒温槽の扉を開いて恒温槽内からシャーレを一旦取り出す必要がある。このように、その都度サンプルを取り出して観察する場合には、温度などの培養条件の安定維持が損なわれ、微生物の増殖速度が遅くなって検出時間が長くなる問題がある。また、観察のスケジュール管理が人為的に必要となり、さらに観察やそのためのシャーレの出し入れ作業にも人手を要するので、作業効率が悪い問題もある。
【０００７】
特許文献２の発明は、「信頼性が高く，生菌数を迅速で正確に計数する」ことを目的として、下記手順に基づく計数方法を開示する。即ち、「測定対象を通過した光をエリアセンサで受け、エリアセンサが所定時間ごとに取得した画像を２値化して順次に２値化画像を得る。基準となる２値化画像を画像記憶手段に記憶する。基準となる２値化画像を得た後に得た２値化画像の中に所定の画素連結領域をそれぞれ内部に含む判定領域を設定する。基準となる２値化画像で判定領域に対応する比較領域の中に存在する画素連結領域の個数を計数する。その比較領域内で計数された個数が０または１のとき、比較領域を判定領域で置き換え、その個数が２以上のとき、比較領域を維持して、画像記憶手段に記憶された２値化画像を更新する。画像記憶手段に記憶された２値化画像の中の画素連結領域の個数を計数する。」方法を開示する。
【０００８】
即ち、特許文献２は、測定対象を通過した光をエリアセンサで受け、微生物のコロニーを画像としてとらえて、その画像情報から、微生物数を求める方法および装置を開示し、コロニーを、目視で検知できるサイズになる以前の微小な段階で捉えることにより、検出までの時間を短縮している。また、エリアセンサの具体例としてはCCD素子を挙げており、光源とともに培養装置内に設置する構成も開示する。
【０００９】
また、特許文献３の発明は、「シャーレを培養装置から取り出すことなく、シャーレ内の培養された細菌や動植物の細胞のコロニーの数や状態等の培養状態を任意の時に又は予め設定したスケジュールに従って、連続的又は定期的に観察可能とする」ことを目的として、「培養装置本体のフレームケース内に配設された棚がスキャナーを有するものとし、コンピュータにより、スキャナーの動作を制御するとともに、スキャナーで得られた画像データを処理するように構成した観察装置付き培養装置」を開示する。
【００１０】
即ち、特許文献３に開示された観察装置付き培養装置においては、シャーレを搭載するトレイに観察装置であるイメージスキャナが設置されており、このイメージスキャナにより、シャーレを装置外に取り出すことなく、培養状況を自動的に観察することが可能である。
【００１１】
しかしながら、前記特許文献２および３に開示された装置によれば、培養は同一温度条件下で行なわれるため、最適増殖温度の異なる微生物を同時に培養して検査することは困難である。また、イメージスキャナを培養室内で動作させるため、培養室の温度はイメージスキャナの動作温度範囲内である必要がある。従って、培養室の温度条件が制約され、特に高温でのみ増殖する微生物を検出するのは困難である。
【００１２】
上記に関し、例えば、加熱殺菌の例により詳述する。加熱殺菌は、食品や医薬品製造における代表的な殺菌方法である。ところが、微生物の中には Bacillus 属や Clostridium属の細菌、Byssochlamys 属や Neosartorya 属の真菌などのように、耐熱性を有するものがある。これらの微生物は、芽胞や胞子の状態になることで耐熱性を示し、加熱殺菌プロセスを経た後も芽胞や胞子の状態でサンプル中に残存することから、食品や医薬品の衛生管理上、大きな問題となっている。
【００１３】
上記の特許文献２および３の装置の場合には、撮像手段が培養手段と共存しているため、撮像手段の耐環境性が制約となり、高温、高湿などの培養条件は、事実上、実施することが難しい。撮像手段の耐環境性を考慮した場合には、培養温度は例えば３７℃といった比較的温和な条件に限定される。この培養温度は、栄養型（分裂、増殖できる状態）の微生物の生育は可能であっても、例えば、前記芽胞状態の微生物を発芽、生育させるには効率が悪い。
【００１４】
上記のように、撮像手段の耐環境性と培養温度の高温化の両者を満足させることは、特許文献２および３の装置の場合には、不可能である。
【特許文献１】特開平７−３３４２５０号公報
【特許文献２】特開２００３−８５５３３号公報
【特許文献３】特開２００２−８５０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、観察装置の動作温度範囲の制約を受けることなく、複数の異なる環境条件で培養可能な培養室を有し、かつ、観察時の環境条件を大きく変化させることなく試料の検査を自動的に行ない、さらに、試料の出し入れ，観察，そのための作業管理等の省力化を図った微生物または細胞の検査装置及び検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題は、この発明によれば、以下により達成される。即ち、トレイ上に載置された試料中の微生物または細胞を培養する複数の培養室と、培養により形成された集落または培養成長物（コロニー）を計測する検査室と、前記試料が載置されたトレイを前記培養室と検査室との間で搬送可能とするトレイ搬送装置とを備える微生物または細胞の検査装置であって、前記複数の培養室は、温度，湿度，酸素濃度，二酸化炭素濃度の内の少なくともいずれか一つの室内環境条件を独立的に制御可能な構成を備え、前記検査室は、前記コロニーの画像情報により微生物または細胞を計測する画像計測手段を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１７】
前記検査装置によれば、培養は、被検体としての試料の種類に適した環境条件で独立的に行うことができ、検査は、対象とする試料が載置されたトレーを検査室に搬送した後、画像計測により自動化できるので、諸作業やその時間管理等の省力化を図ることができる。なお、前記請求項１の発明においては、検査室は、特別な環境制御を行うことを考慮せず、通常の室内環境を前提としているが、培養室とは別に環境制御を行う方が好ましい場合が多い。例えば、画像計測手段における後述する撮像装置（例えばＣＣＤ素子）の場合、結露防止の観点から低湿度が好ましいので、検査室は低湿度に制御することが望ましい。一方、複数の培養室の環境条件が、多岐にわたる場合には、一時的に、検査室の環境を検査対象となる試料の培養環境にできる限り制御することが、検査時に環境を大きく変化させない観点から望ましい。上記観点から、下記請求項２ないし３の発明が好ましい。
【００１８】
即ち、前記請求項１項に記載の検査装置において、前記検査室は、検査室内の環境条件を、前記培養室の制御とは独立的に制御可能な構成を備えることを特徴とする（請求項２）。
【００１９】
また、前記請求項１項に記載の検査装置において、前記検査室は、検査室内の環境条件を、一時的に、検査室へ搬送したトレイ上の各検査試料の培養に適した環境条件に制御可能な構成を備えることを特徴とする（請求項３）。
【００２０】
さらに、前記請求項１ないし３の発明の実施態様としては、下記請求項４ないし１７の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記検査室と前記複数の各培養室との間には、前記トレイを搬送する際には開，搬送終了後には閉とする培養室開閉用のシャッターを備えることを特徴とする（請求項４）。
【００２１】
また、前記請求項４に記載の検査装置において、前記シャッターは、トレイ自体の検査室側に設けた蓋を含む構成とすることを特徴とする（請求項５）。
【００２２】
これにより、トレイを培養室から検査室へ搬送（もしくは、検査室から培養室へ搬送）する際の培養室と検査室との遮蔽の自動化が容易となる。
【００２３】
さらに、前記請求項４または５に記載の検査装置において、前記シャッターは、シャッターが閉の際、前記検査室と各培養室との間を気密に保持する手段を備えることを特徴とする（請求項６）。さらにまた、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の検査装置において、前記シャッターは、シャッターが閉の際、前記検査室と各培養室との間の熱移動を低減する断熱手段を備えることを特徴とする（請求項７）。
【００２４】
上記によれば、環境条件の異なる培養室と検査室との間の空気や熱の移動が抑制され、独立的に好ましい環境が安定維持できる。この目的は、下記の発明によっても達成できる。即ち、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記検査室と前記複数の各培養室との間には、前記両室間の空気の移動を抑制するエアーカーテン装置を備えることを特徴とする（請求項８）。
【００２５】
また、複数の各培養室の検査試料の各環境を、さらに、きめ細かく好適条件に安定維持する観点から、下記請求項９ないし１１の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、分割された複数個の試料を備え、かつ各トレイは複数に分割されてなり、前記分割されたトレイは、それぞれ独立的に検査室に搬送可能な構成を備えることを特徴とする（請求項９）。
【００２６】
さらに、前記請求項１ないし９のいずれか１項に記載の検査装置において、前記培養室内の各トレイは、空気の出入りを遮断するトレーカバーを備えることを特徴とする（請求項１０）。さらにまた、請求項１０に記載の検査装置において、前記トレーカバーは、透明材料からなることを特徴とする（請求項１１）。なお、前記透明材料の使用範囲は、画像計測の観測窓の範囲に限定することもできる。
【００２７】
また、作業管理の確実性や自動化を図る観点から、試料認識用のＩＤ認識タグの利用が好ましく、この観点から、下記請求項１２ないし１３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、試料を収納する複数個のシャーレを備え、かつ各シャーレはＩＤ認識タグを有し、前記ＩＤ認識タグの読み取りにより、各シャーレを特定可能に構成することを特徴とする（請求項１２）。さらに、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の各トレイは、ＩＤ認識タグを有し、前記ＩＤ認識タグの読み取りにより、各トレイを特定可能に構成することを特徴とする（請求項１３）。
【００２８】
また、前記請求項１０に記載の検査装置において、前記複数の各培養室内の環境条件を独立的に制御するための装置は、トレイと共に搬送可能なものとすることを特徴とする（請求項１４）。さらに、前記請求項１４に記載の検査装置において、前記トレイと共に搬送可能な温度を制御するための装置は、トレイにペルチエ素子を配設したものとすることを特徴とする（請求項１５）。上記によれば、各トレイ毎の環境条件がより安定的に維持可能となる。
【００２９】
また、画像計測手段の実施態様としては、下記請求項１６ないし１７の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置において、前記画像計測手段は、前記コロニーを画像データとして認識する撮像装置と、前記画像データに基づいて微生物または細胞を計測するデータ処理装置とからなることを特徴とする（請求項１６）。さらに、前記請求項１６に記載の検査装置において、前記撮像装置は、撮像装置の試料対向面と前記試料との間に気流を発生させる気流発生装置を備えることを特徴とする（請求項１７）。上記のように、気流を発生させてエアカーテンを形成するか、もしくは試料等から発生する水滴を気流により蒸発させることにより、撮像装置と試料の両者への結露を防止することができる。
【００３０】
次に、微生物または細胞の検査方法の発明としては、下記請求項１８ないし２２の発明が好ましい。なお、検査方法の発明の作用効果を含む詳細に関しては後述する。
【００３１】
即ち、複数のトレイ上に、微生物または細胞を含む複数の試料を載置し、温度もしくは酸素濃度の少なくともいずれかの室内環境条件を独立的に制御可能な構成を備える複数の培養室内で、前記試料中の微生物または細胞を増殖させコロニーを形成する培養工程と、前記コロニーを含む試料をトレイと共に検査室に搬送する搬送工程と、検査室に搬送されたコロニーを含む試料を画像データとして撮像する撮像工程と、得られた画像データをデータ処理することにより、前記コロニーの計測を行う計測工程を含むことを特徴とする（請求項１８）。
【００３２】
また、前記請求項１８に記載の検査方法において、微生物または細胞の培養開始前に試料を撮像し、得られた画像を保存し、培養開始後、予め定めた周期で試料を撮像して、各々得られた画像を保存し、画像中に検出可能な物体が新たに現れた場合、予め定めた時間の培養を行った後に試料を撮像し、その画像と直前に得た画像との比較によって、上記物体のサイズの変化を検出し、サイズが増加していれば、その物体を微生物または細胞と判断し、サイズが増加していなければ、その物体を微生物または細胞以外の物体と判断することを特徴とする（請求項１９）。
【００３３】
さらに、前記請求項１９に記載の検査方法において、前記画像と直前に得た画像との比較は、画像の座標とその面積とし、前記面積の経時変化からコロニーかコロニー以外の物体かを判別することを特徴とする（請求項２０）。
【００３４】
さらにまた、前記請求項１８または２０に記載の検査方法において、微生物または細胞の種類に応じて予め定めた温度，酸素濃度等の培養条件や撮像周期条件に基づいて、培養，撮像，画像データ処理によるコロニーの計測を、順次、繰り返し実施し、コロニーの数の変化が無くなった（飽和した）際または減少した際に、前記繰り返しを停止することを特徴とする（請求項２１）。
【００３５】
また、前記請求項１８に記載の検査方法において、微生物または細胞の種類によっては、微生物または細胞の種類に応じて予め定めた前記培養条件に基づいて培養する前段階において、所定温度で予備加熱処理を行うことを特徴とする（請求項２２）。
【発明の効果】
【００３６】
この発明によれば、画像計測手段の動作温度範囲の制約を受けることなく、複数の異なる環境条件で培養可能であり、また画像計測時に環境条件を大きく変化させることなく試料の検査を自動的に行なうことができ、さらに、試料の出し入れ，観察，そのための作業管理等の省力化を図ることが可能な微生物または細胞の検査装置及び検査方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、この発明の実施形態に関して、図に基いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る検査装置の基本的構成の一例の模式的断面図、図２は図１の装置の基本的イメージを示す模式的斜視図、図３は図１の装置の基本的動作および制御機能を説明するブロック図である。
【００３８】
図１に基づき、まず、本発明の基本的装置構成について述べる。図１に示す装置は、検査室１０と、例えば６段構造の培養室１１〜１６とから構成される。これらの各部屋の周囲側面は断熱材で覆われており、かつ、例えば、温度と酸素濃度とを各室ごとに独立に制御する図示しない制御部を備える。検査室１０と培養室１１〜１６との境界部には、シャッター２１〜２６を備え、さらに装置内部には、被検体としての試料を入れた複数個のシャーレを搭載するトレイ３１〜３６と、トレイ駆動部４１〜４６と、撮像装置６１と、撮像装置駆動部５１、５２とを備える。撮像素子としては、例えばＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子が、撮像素子駆動部としては、リニアステージが好適である。
【００３９】
前記シャッター２１〜２６は、断熱構成され、かつ検査室１０と培養室１１〜１６との間の気密が保持されるように構成され、各培養室は、検査室や他の培養室とは独立の環境状態（例えば、温度、酸素濃度）を保持できるようになっている。これによって、最適増殖温度の異なる微生物や、嫌気性の微生物と好気性の微生物などを同時に培養することが可能となる。
【００４０】
また、培養室と異なる温度における検査室での検査中に、シャーレ温度が変化して微生物の増殖速度が低下し、結果として検出までの時間が長くなる恐れがある。これを防ぐために、検査中もシャーレ周辺を温度制御することが好ましい。そのため、例えば、シャーレ周辺のみ温度制御する手段として、必要に応じて、トレイをペルチェ素子などによる温度制御部を有する構成とするか、または、トレイの材質を金属などの熱容量の大きい材質とすることにより、検査中のシャーレの温度変化率を小さくする構成を採用することが望ましい。
【００４１】
検査室１０は、前述のように、撮像装置の結露防止の観点から低湿度が好ましいので、検査室は低湿度に制御することが望ましい。一方、複数の培養室の環境条件が、多岐にわたる場合には、一時的に、検査室の環境を検査対象となる試料の培養環境にできる限り制御することが、検査時に環境を大きく変化させない観点から望ましい。上記に関して、以下に、さらに詳述する。
【００４２】
撮像装置としては、例えば、CCD素子やCMOS素子と結像レンズを組合せた装置を用いることができる。CCD素子やCMOS素子、結像レンズともに湿気で、結露やカビの発生などの悪影響を受けるため、検査室の環境は低湿度の方が望ましい。
【００４３】
一方、検査対象となる微生物や細胞の培養を考えると、各々適した環境条件がある。
例えば、嫌気性微生物（例えばクロストリジウム・ブチリカム）の場合、酸素によるダメージが大きいので、微生物の生育を維持するために、周囲の酸素濃度を所定の値以下にすることが効果的である。
【００４４】
また、高温微生物（例えばバチルス・ステアロサーモフィリス）の場合、生育を維持するには周囲温度を下げないことが望ましい。そのほか、動物細胞の場合、培地のpHを中性付近にして細胞の生育を維持するために、試料周囲のガス中の二酸化炭素濃度を5％に保つ必要がある。
【００４５】
そこで、試料の生育を妨げることなく、コロニーの観察を行うためには、試料を培養室から検査室に搬送し、コロニーの観察を行う際、一時的に、検査室内の環境を検査する試料の培養に適した環境に制御することが有効である。
【００４６】
撮像装置や各種微生物および細胞に関する動作環境や培養環境を例示すると下記のとおりである。
（１）撮像装置の動作環境（例）
・撮像装置：ＣＣＤカメラ＋結像レンズ
・温度：5〜35℃
・湿度：30〜80％
（２）嫌気性微生物の培養環境（例）
・微生物：クロストリジウム・ブチリカム
・温度：37℃
・湿度：50％以上
・酸素濃度：0％
（３）高温好気性微生物の培養環境（例）
・微生物：バチルス・ステアロサーモフィリス
・温度：60℃
・湿度：50％以上
・酸素濃度：20％
（４）動物細胞の培養環境（例）
・細胞：HeLa細胞（例えばJCRB9004）
・培地：Eagleの基礎培地
・温度：37℃
・湿度：100％
・二酸化炭素濃度：5%
次に、図１および図３に基づき、前述の装置に係る動作や制御の一例について述べる。なお、図３のブロック図は、培養室が３室であって、各培養室１〜３は、それぞれ、温度制御装置１〜３および酸素濃度制御装置１〜３を備える例を示す。また、検査室は、検査装置とその駆動装置を備え、さらに、各培養室と検査室との間には、トレイ駆動装置１〜３を備える例を示す。また、その他の制御要素として、培養室制御部、トレイ駆動制御部、検査装置駆動制御部を備え、さらに、画像取込み／処理部、データ処理装置、表示装置等を備える。
【００４７】
図１において、各培養室１１〜１６に収納されたトレイ３１〜３６内の試料は、前述のように、所定の温度と酸素濃度で培養される。以下に、図１に示す培養室１３の試料について検査する場合の装置の動作の一例について説明する。
【００４８】
まず、培養室１３と検査室１０の酸素濃度が異なる場合には、例えば、検査室１０の酸素濃度を培養室１３の酸素濃度と同じになるように制御する。酸素濃度が同じになった時点で、シャッター２３が開き、トレイ３３がトレイ駆動部４３によって検査室１０の方へ移動する。検査すべきシャーレへの撮像装置の位置決めは、X方向についてはトレイ駆動部４３によって、Y方向については撮像装置駆動部５２によって、それぞれ行なわれる。さらにシャーレの２次元画像取得方法は、例えば、撮像装置６１としてエリア型ＣＣＤを用いる場合は、単純に培地表面を撮影すればよい。また、撮像装置６１としてライン型ＣＣＤを用いる場合は、X方向は撮像装置が持つラインCCDの画素列に沿った電気的走査により、また、Y方向はラインCCD自体の移動による機械的走査により、それぞれ走査を行い、結果として培地表面の２次元画像を得る。
【００４９】
一定の時間間隔をおいて、同様に画像を取得することにより、培養中の試料について時系列の画像を得ることができる。これらの画像に対して、エッジ検出、２値化処理を行い、時系列画像間の差分をとるなどの画像処理を加えることによって、微生物を検出することが可能となる。
【００５０】
次に、前記請求項５以降の検査装置の実施態様や、検査方法の発明等について詳述する。
【００５１】
図４は、請求項５に関わり、図１に示した装置の変形例を示し、図１で代表的に説明したシャッター２３が、トレイ３３自体の検査室側に設けた蓋３３ａにより構成される実施形態を示す。なお、詳細は図示を省略するが、前記蓋３３ａは、気密や断熱構成を備えるものとする。
【００５２】
また、図５は、請求項８に関わる図１のさらなる変形例を示し、シャッター３３に代えて、エアカーテン装置１３ａを備える実施形態を示す。
【００５３】
上記図４または図５の構成によれば、トレイ３３を培養室１３から検査室１０へ搬送（もしくは、検査室１０から培養室１３へ搬送）する際の各培養室と検査室との遮蔽の自動化が容易となる。
【００５４】
次に、図６および図７に基づき、各トレイが複数に分割され、分割された各トレイはそれぞれ独立に動作する搬送装置を有する請求項９に関わる実施形態について述べる。図６（ａ）は、本実施形態に係る４分割されたトレイの平面図、図６（ｂ）は分割なしの比較例の平面図、図７は、装置の基本構成の斜視図で、図６（ａ）にＣとして示すトレイの搬送状態を示すイメージ図である。
【００５５】
本実施形態においては、図６（ａ）に示すように、トレイが、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに４分割され、初めにトレイＡを検査室に入れて検査し、検査が終了したら、培養室に戻す。次にトレイＢを検査室に入れて検査し、検査が終了したら、培養室に戻す。トレイＣ、Ｄについても同様に検査を行う。
【００５６】
上記によれば、検査室に移動して培養環境から外れる時間をできるだけ短くして、検査が培養の妨げにならないようにすることができる。図６（ａ）に示すトレイＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに検査室に入れる方法によれば、図６（ｂ）のようにトレイＡ〜Ｄを同時に検査室に入れて検査する場合に比べて、培養環境から外れる時間を１／４に減らすことができる。また、同時に検査室に入れる検体数を少なくすることによって、検査に要する時間を短くすることができる。
【００５７】
次に、図８について述べる。図８は、請求項１０ないし１１に関わり、各トレイが透明かつ気密のトレーカバー３３ｂを備える場合の実施形態を示す。本実施形態によれば、検査室においても、トレーカバー３３ｂにより検査試料が蓋われるので、検査室の環境の試料への影響が比較的および難くなり、各培養室の検査試料の環境を、検査中においても比較的、好適条件に維持できる。
【００５８】
次に、請求項１２ないし１３に関わり、図９ないし図１２に基づいて述べる。図９ないし図１１は、それぞれＩＤ認識タグを異なる位置に設けた場合の実施形態を示し、図１２は図９の場合を例とし、ＩＤ認識タグ読取り機構７０を設けた装置全体のイメージを示す斜視図である。図９ないし図１１において、３１はトレイ、７１ａ〜７１ｄはそれぞれＩＤ認識タグを示し、７１ａはシャーレの上面、７１ｂはシャーレの側面、７１ｃはトレイの上面、７１ｄはトレイの側面に設けたＩＤ認識タグを示す。
【００５９】
上記いずれの実施形態によっても、作業管理の確実性や自動化を図ることができるようになることは、前述のとおりである。ここで、図１２に基づき、前記請求項２１の発明に関わる検査方法の手順の一例について、以下に列記して述べる。
（１）ＩＤ認識タグを検知することで、検体がセットされたことを認識
（２）ＩＤ認識タグの内容から、観察する菌種を識別
（３）どこの検査室で何菌を検査中かを表示（例えば、装置前面、制御部モニターに表示）
（４）菌種に応じて予め定められた培養条件（温度、酸素濃度、観察の周期など）に従い検査開始
（５）培養→観察→画像処理によるコロニー識別→培養・・・（以下、繰り返し）
（６）検出されるコロニー数が最大値になったことを認識した後、検査を終了
（７）検査が終了したこと、検体を取り出してもよいことを表示（例えば、装置前面、制御部モニターに表示）
次に、図１３について述べる。図１３は、請求項１７に関わり、撮像装置６１とともに移動可能に設けた気流発生装置６１ａを備える場合の実施形態を示す。撮像装置６１と検体６２との間に気流６１ｂを発生させ、気流をエアカーテンとして利用するか、または、気流によって、検体他で発生した水滴を蒸発させることによって、撮像装置と検体のいずれもが結露しないようにすることができる。また、撮像装置６１と検体６２に温度差がある場合にも、互いに結露させることなしに撮像が可能となる。
【００６０】
次に、検査方法の発明について述べる。請求項１８に係る発明は、図１〜３の説明から明らかであるので、請求項１９以降の発明について述べる。
【００６１】
微生物や細胞の種類に応じて、その初期形状やマイクロコロニーおよびマクロコロニーの形状や大きさ等が異なり、また、その変化パターンや変化の速度も種々異なるることが、本願発明者と一部同一発明者により知られており、この点に着眼した微生物または細胞の計測方法に関する発明が、特願２００３−２８５６１３により出願されている。
【００６２】
前記請求項１９の発明は、上記知見がベースとなっており、図１４は、各種微生物（細菌）の増殖速度の相違の一例につき、コロニーのサイズ変化をコロニーの面積変化として説明する図である。図１４（ａ）は、各種微生物（細菌）の培養時間（ｍｉｎ）とコロニー面積（μｍ2）の変化の関係の一例を示し、細菌としては、セレウス菌，エンテロバクター，表皮ブドウ球菌について示す。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に基づいて、各種微生物（細菌）の撮像タイミングを表としてまとめた図である。図１４によれば、下記のように撮像を行うのが適当であることが判る。
（１）誘導期が速く、増殖期も速い微生物（例：セレウス菌）は、増殖開始まで１時間の間隔で検体の撮像を行い、増殖開始後は２０分の間隔で検体の撮像を行う。
（２）誘導期が遅く、増殖期が速い微生物（例：エンテロバクター）は、増殖開始まで２時間の間隔で検体の撮像を行い、増殖開始後は１時間の間隔で検体の撮像を行う。
（３）誘導期が遅く、増殖期も遅い微生物（例：表皮ブドウ球菌）は、増殖開始まで２時間の間隔で検体の撮像を行い、増殖開始後は２時間の間隔で検体の撮像を行う。
【００６３】
次に、請求項２０に関わる図１５について述べる。図１５は、画像の座標とその面積の記憶パターンの説明図である。コロニー形状の経時変化を利用して、コロニーを検出する方法では、画像データを画像記憶手段に逐次記憶し、画像データ間での差分を取る方法が一般的な手法である。しかしながら、検体数が非常に多い場合や、画像分解能が非常に高い場合、記憶する画像データ量が膨大となる。従って、大容量の画像記憶手段が必要となる、画像データ入出力に時間がかかる等の問題がある。
【００６４】
図１５に示すように、時間Ｔがｔ２時点の画像と直前に得たｔ１時点の画像との比較は、画像の座標とその面積とし、面積の経時変化からコロニーかコロニー以外の物体かを判別するようにすれば、座標とその面積のみを記憶しておけばよいので、画像を直接記憶する方法に比べて、記憶容量を低減し、動作時間を早くすることができる。
【００６５】
次に、請求項２１に関わる図１６について述べる。図１６は、コロニー数（ｎ）の経時変化を示す図で、図１６（ａ）はコロニーの重なりが無い場合のコロニー数の経時変化、図１６（ｂ）はコロニーの重なりが発生した場合のコロニー数の経時変化を示す。
【００６６】
前述のように、培養，撮像，画像データ処理によるコロニーの計測を、順次、繰り返し実施し、図１６（ａ）のように、コロニーの数の変化が飽和した際、または図１６（ｂ）のように、コロニーの数の変化が減少した際に、前記繰り返しを停止し、検査を終了する。これにより、検査終了の明確な確認ができ、無駄時間をなくすことができる。
【００６７】
次に、請求項２２に関わり、図１７および図１８に基づいて述べる。図１７と図１との相違点は、図１７においては、各培養室１１〜１６に、それぞれ、温度制御機構８１〜８６を設け、微生物または細胞の種類に応じて予め定めた前記培養条件に基づいて培養する前段階において、所定温度で予備加熱処理を行うことを可能とした点である。図１８は、図２と同様に、図１７の検査装置の基本的イメージを示す模式的斜視図である。
【００６８】
図１７および１８に示す検査装置において、例えば、芽胞状態の細菌を検出する場合には、培養に先だって、検体としての試料に加熱処理を行うことによって、発芽までの時間を短縮することができる。加熱の温度と保持時間は、菌種や菌株によって異なるが、温度が６０〜８０℃、時間は数分間〜数時間が一般的である。例をあげると、Bacillus subtilis 芽胞の発芽のための加熱処理は、温度７０℃、保持時間５〜３０分間が好ましい。Bacillus megaterium 芽胞の場合、発芽のための加熱処理は、温度８０℃、保持時間１０分間が好ましい。加熱による発芽処理後は、各菌の栄養型細胞の培養に適した温度で培養を行い、増殖によって形成されるコロニーを観察する。Bacillus subtilis、Bacillus megateriumの場合、いずれも栄養型細胞に適した温度は３０℃である。
【００６９】
また、耐熱性細菌・真菌の検出を行う場合には、下記のように行う。通常、栄養型の微生物（細菌、真菌）は、５５〜６５℃、１０〜３０分間の加熱処理で死滅するものが多い。したがって、７０℃以上の温度で１０分間以上加熱処理すれば、検体中に耐熱性を有する微生物のみを残すことができる。加熱処理後、前記芽胞状態の細菌を検出する場合の例と同様に、各菌の栄養状態の培養に適した温度で培養を行えば、そこで形成されるコロニーは耐熱性微生物のコロニーと判断できる。
【００７０】
芽胞を形成する耐熱性細菌を検出する際の加熱処理条件としては、例えば、Bacillus coagulans のような中温性好気性細菌芽胞の検出には、１００℃（沸騰水中）１０分間、あるいは、８０℃３０分間が適している。また、Clostridium 属のような嫌気性細菌芽胞の検出には、８０℃１０分間や、７０℃２０分間の加熱処理が適している。
【００７１】
Byssochlamys 属や Neosartorya 属といった耐熱性真菌は、細菌芽胞に比べて耐熱性は低く、湿熱の７０〜８０℃１５〜３０分間で死滅する。通常の真菌は５５℃１５分間で死滅するので、耐熱性の真菌のみを検出する場合は、例えば６０℃１５分間で非耐熱性の微生物を不活化した後、培養を行えばよい。
【００７２】
上記実施形態によれば、芽胞状態の微生物の迅速検査、耐熱性の微生物の自動検査が可能となる。これによって、加熱殺菌を行う食品や医薬品の品質管理をより高度に行うことができる。例えば、製品の原料の検査において、耐熱性微生物の含有が確認された場合には、加熱殺菌条件をそれに合わせて厳しく設定すればよい。また、微生物汚染が発生した場合に、その汚染原因菌が非耐熱性菌と判明すれば、加熱殺菌後のプロセスで汚染された可能性が高いといった判断ができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る検査装置の基本的構成の一例の模式的断面図
【図２】図１の装置の基本的イメージを示す模式的斜視図
【図３】図１の装置の基本的動作および制御機能を説明するブロック図
【図４】トレイ側部に蓋を設けた実施形態に係る検査装置の模式的断面図
【図５】各培養室側部にエアーカーテン装置を設けた実施形態に係る検査装置の模式的断面図
【図６】本発明の実施形態に係る４分割されたトレイの平面図とその比較図
【図７】図６に係る検査装置の基本的構成の斜視図
【図８】透明のトレーカバーを設けた実施形態に係る検査装置の模式的断面図
【図９】ＩＤ認識タグをシャーレの上面に設けた本発明の実施形態を示す図
【図１０】ＩＤ認識タグをシャーレの側面に設けた本発明の実施形態を示す図
【図１１】ＩＤ認識タグをトレイに設けた本発明の実施形態を示す図
【図１２】ＩＤ認識タグ読取り機構を設けた検査装置の基本的構成の斜視図
【図１３】撮像装置に気流発生装置設けた実施形態を示す概略図
【図１４】各種細菌の増殖速度の相違を、コロニーの面積変化により説明する図
【図１５】画像の座標とその面積の記憶パターンの説明図
【図１６】コロニー数の経時変化を示す図
【図１７】予備加熱用の温度制御機構を設けた検査装置の模式的断面図
【図１８】図１７に係る検査装置の基本的構成の斜視図
【符号の説明】
【００７４】
１０    検査室
１１〜１６    培養室
１３ａ    エアーカーテン装置
２１〜２６    シャッター
３１〜３６    トレイ
３３ａ    蓋
３３ｂ    トレーカバー
４１〜４６    トレイ駆動部
５１，５２    撮像装置駆動部
６１    撮像装置
７０    ＩＤ認識タグ読取り機構
７１ａ〜７１ｄ    ＩＤ認識タグ
８１〜８６    温度制御機構
【図１】
2005261260.tif 000003
【図２】
2005261260.tif 000004
【図３】
2005261260.tif 000005
【図４】
2005261260.tif 000006
【図５】
2005261260.tif 000007
【図６】
2005261260.tif 000008
【図７】
2005261260.tif 000009
【図８】
2005261260.tif 000010
【図９】
2005261260.tif 000011
【図１０】
2005261260.tif 000012
【図１１】
2005261260.tif 000013
【図１２】
2005261260.tif 000014
【図１３】
2005261260.tif 000015
【図１４】
2005261260.tif 000016
【図１５】
2005261260.tif 000017
【図１６】
2005261260.tif 000018
【図１７】
2005261260.tif 000019
【図１８】
2005261260.tif 000020