(57)【要約】【課題】  大量の対象水についてその水が配管中を流れているその場で短時間に含有生体微細物個数を計測できる実用的な水質検査システムを提供する。【解決手段】  対象水Ｗが送られている透明な配管１内をコヒーレント光で照射し、配管１内からの物体光と参照光との干渉縞を撮像素子３２で撮影する。流速と撮影領域の幅とに応じて定められた撮影周期毎に取得されるホログラムデータについてデータ処理部３６が像を再生し、像再生の際に標本データと対比することで生体微細物Ｍの像の同定と個数計測を行う。【選択図】  図１
2016133466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象水中の生体微細物の個数を計測する水質検査システムであって、
配管を通して対象水を送る送水系と、
送水系により配管を通して送られる対象水中の生体微細物の個数を検出する検出系とを備えており、
配管は透明部を有しており、
検出系は、配管内を流れる対象水の画像を透明部を通して撮像することにより生体微細物の個数を検出するものであって、
検出系は、
コヒーレント光を放射する光源と、
撮像素子と、
コヒーレント光を透明部を通して配管内に照射し、照射された配管内の対象水からの光である物体光を透明部を通して撮像素子に導くとともに、物体情報を含まないコヒーレント光を参照光として撮像素子に導き、撮像素子の撮像面で干渉させて干渉縞を撮像素子に撮像させる光学系と、
撮像素子が撮像した干渉縞のデータであるホログラムデータを処理するデータ処理部とを備えており、
データ処理部は、送水系による配管内の送水速度と撮像素子による撮像領域のうち送水方向の長さとに応じた周期のホログラムデータを取得するものであり、
データ処理部は、取得した各ホログラムデータを再生することで生体微細物の個数を数えるものであって、各ホログラムデータについての像再生の際に生体微細物の像であると判断されたものの個数を数えるデータ処理を行うものであることを特徴とする水質検査システム。
【請求項２】
前記データ処理部は、どのような生体微細物の像であるかという同定を行って前記個数を数えるデータ処理を行うものであることを特徴とする請求項１記載の水質検査システム。
【請求項３】
前記データ処理部は、前記各ホログラムデータを再生した際、設定された再生距離ピッチ毎に異なる再生距離の各再生面について当該再生面の輝度値に従って生体微細物の像を含み得るか否かを判断し、含むと判断される再生面を抽出してその再生面における再生像について前記生体微細物の像であると判断されたものの個数を数えるデータ処理を行うものであることを特徴とする請求項１又は２記載の水質検査システム。
【請求項４】
前記輝度値は、前記各ホログラムデータの再生計算した結果のうちの位相値であることを特徴とする請求項３記載の水質検査システム。
【請求項５】
前記データ処理部は、前記各ホログラムデータを再生した際に得られる像について、生体微細物の標本データと比較することで生体微細物の像であるか否かを判断し、その結果に従って前記個数を数えるものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の水質検査システム。
【請求項６】
前記データ処理部は、前記生体微細物の像について生死判別をした上で生存しているものの個数を数えることが可能となっていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の水質検査システム。
【請求項７】
前記光学系には、配管内にコヒーレント光を照射する照射用光学系と、配管内の対象水からの物体光を捉える撮像用光学系とが含まれており、撮像用光学系は、照射用光学系でコヒーレント光が照射された配管内からの透過光を捉えて前記撮像素子に入射させるものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の水質検査システム。
【請求項８】
前記対象水は船舶のバラスト水であって、バラスト水検査システムであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の水質検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、水質検査システムに関し、特に水中微生物のような生体微細物の数を計測することが必要な水質検査において使用されるシステムに関するものであって、船舶のバラスト水の検査のように大量の水を短時間に検査しようとする際に好適に使用されるシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりを背景として、各種水関連の技術に注目が集まっている。水関連の技術には、水の浄化システムのように清浄な水を作る技術の他、水の品質をチェックする技術、即ち水質検査技術があり、この分野についても盛んに研究や開発がされている。
このうち、ある種の水質検査においては、水中微生物のような生体微細物を検査することが必要になる場合があり、どのような生体微細物がどの程度の個数で存在しているかを知る必要がある場合がある。この点を、船舶のバラスト水の検査を例にして説明する。
【０００３】
バラスト水は、船舶のバラストとして用いられる水のことで、無積載で出港するとき、その出港地で港の海水などをバラストタンクに積み込んでいる。そして、寄港先で荷物を搭載する際に排出される。その際、そこに含まれている水生生物が外来種として生態系に影響を与える問題が指摘されている
このようなことから、バラスト水管理条約（正式名称：船舶のバラスト水および沈殿物の規制および管理のための国際条約）が締結されており、日本も２０１４年に批准している。条約の正式発効には、批准国３０カ国以上で批准国の商船船腹量が総トン数で世界の商船船腹量の３５％以上となることという要件が課されているが、来年（２０１５年）にもこれら要件が達成されると見込まれており、条約の発効に向けた動きが加速している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】外務省発表資料「船舶バラスト水規制管理条約」（平成２６年５月２６日、http://www.mofa.go.jp/mofaj/files/000032603.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その一方、条約の義務を履行するためには多くの技術的な課題が存在しており、それら多くが未解決なままとなっている。そのような未解決な課題の一つに、バラスト水の検査技術がある。条約のセクションＤには、排出して良いバラスト水の基準として、
１. 最小径５０μm以上の生物（主に動物プランクトン）：１立方メートル中の生存個体数が１０未満、
２. 最小径１０μｍ以上５０μｍ未満の生物（主に植物プランクトン）：１ミリリットル中の生存個体数が１０未満、
等の基準が定められている。したがって、基準を満たすようバラスト水を処理する処理技術が必要であり、また処理された水がこのような基準を満足しているか検査する技術が必要となる。
【０００６】
しかしながら、バラスト水のような大量の水について微生物の生存個体数を計測できる実用的な技術は、現在までのところ開発されていない。このような水中微生物の検査技術としては、培養法や染色法等が知られている。培養法では、シャーレの上に形成された寒天培地に検査対象の水（以下、対象水という。）を塗沫し、約１日、一定の温度条件で放置させることにより寒天培地上で増殖して形成された微生物のコロニーを判別し、コロニーの数を数えて間接的に対象水中の微生物の生存数とする。
また、染色法では、微生物の呼吸活性に反応する試薬を対象水に含ませる。この試薬を取り込んだ微生物が呼吸することにより微生物が染色され、染色された微生物を顕微鏡等により計数することにより対象水中の微生物の個数を計測する。
【０００７】
これらの手法は、対象水をサンプルとして採取し、実験室等に持ち込んで検査する手法である。バラスト水の処理や管理の現場を考慮すると、このような手法は実用的とは到底いえず、採用はほぼ不可能であると思われる。即ち、既に幾つかのバラスト水処理装置が承認を受けているが、これら処理装置は、船舶に搭載され、バラスト水を処理した上で排出することが想定されている。このようなバラスト水の管理の現場を想定すると、船舶内のバラスト水処理装置で処理されたバラスト水の排出経路（配管）上で残存微生物の個数を計測できることが望ましい。つまり、バラスト水を船舶に積み込む際やバラスト水を排出する際に、流入又は流出するバラスト水をその場で検査し、微生物の生存個数を計測できるシステムが実用に耐え得る有用なシステムとして期待される。
【０００８】
以上は船舶バラスト水管理の分野の課題であったが、これ以外にも、例えばプールや海水浴場、温泉施設等での水質検査でも、サンプリング等を特段必要とせずその場で検査できるシステムが提供されれば、その有用性は極めて高いと思われる。対象水が流れているその場で検査ができれば、大量の対象水を短時間に検査することが可能になるし、全量検査（例えばプールに入れる水の全量検査）も可能になる。
【０００９】
この出願の発明は、上記の点を考慮して為されたものであって、大量の対象水についてその水が配管中を流れているその場で短時間に含有生体微細物個数を計測できる実用的なシステムを提供することを解決課題とするものである。
尚、この出願の発明において、計数される対象物は、生体ではあるものの、必ずしも生物（微生物）には限られず、細菌類やある種の細胞の場合もある。したがって、これらを総称して「生体微細物」と呼び、その数を計測するシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、対象水中の生体微細物の個数を計測する水質検査システムであって、
配管を通して対象水を送る送水系と、
送水系により配管を通して送られる対象水中の生体微細物の個数を検出する検出系とを備えており、
配管は透明部を有しており、
検出系は、配管内を流れる対象水の画像を透明部を通して撮像することにより生体微細物の個数を検出するものであって、
検出系は、
コヒーレント光を放射する光源と、
撮像素子と、
コヒーレント光を透明部を通して配管内に照射し、照射された配管内の対象水からの光である物体光を透明部を通して撮像素子に導くとともに、物体情報を含まないコヒーレント光を参照光として撮像素子に導き、撮像素子の撮像面で干渉させて干渉縞を撮像素子に撮像させる光学系と、
撮像素子が撮像した干渉縞のデータであるホログラムデータを処理するデータ処理部とを備えており、
データ処理部は、送水系による配管内の送水速度と撮像素子による撮像領域のうち送水方向の長さとに応じた周期のホログラムデータを取得するものであり、
データ処理部は、取得した各ホログラムデータを再生することで生体微細物の個数を数えるものであって、各ホログラムデータについての像再生の際に生体微細物の像であると判断されたものの個数を数えるデータ処理を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記データ処理部は、どのような生体微細物の像であるかという同定を行って前記個数を数えるデータ処理を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記データ処理部は、前記各ホログラムデータを再生した際、設定された再生距離ピッチ毎に異なる再生距離の各再生面について当該再生面の輝度値に従って生体微細物の像を含み得るか否かを判断し、含むと判断される再生面を抽出してその再生面における再生像について前記生体微細物の像であると判断されたものの個数を数えるデータ処理を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記輝度値は、前記各ホログラムデータの再生計算した結果のうちの位相値であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記データ処理部は、前記各ホログラムデータを再生した際に得られる像について、生体微細物の標本データと比較することで生体微細物の像であるか否かを判断し、その結果に従って前記個数を数えるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記データ処理部は、前記生体微細物の像について生死判別をした上で生存しているものの個数を数えることが可能となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記光学系には、配管内にコヒーレント光を照射する照射用光学系と、配管内の対象水からの物体光を捉える撮像用光学系とが含まれており、撮像用光学系は、照射用光学系でコヒーレント光が照射された配管内からの透過光を捉えて前記撮像素子に入射させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項１乃至７いずれかの構成において、前記対象水は船舶のバラスト水であって、バラスト水検査システムであるという構成を有する。
【発明の効果】
【００１１】
以下に説明する通り、この出願の請求項１記載の発明によれば、対象水が流れる配管内を撮影し、その撮影データに基づいてその場で計測が行われるので、バラスト水の検査のように大量の水を短時間に検査するのに適したものになる。そして、撮影はホログラム撮影であってホログラムのデジタル再生（デジタルホログラフィ）を利用して対象水中の生体微細物個数を計測するものであるので、大量の水を短時間に検査するという観点でさらに好適なものとなる。
また、請求項２記載の発明によれば、どのような生体微細物が存在しているかが個数とともに検出されるので、問題となる生体微細物が存在しているかどうか等のより具体的な検査結果を得ることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、１回の撮影で得られたホログラムデータについて再生距離ピッチ毎のすべての再生面で解析を行うのではなく、生体微細物の像が存在すると判断される再生面を抽出して解析を行うので、検査に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、再生面の抽出の際の輝度値として位相値を使用するので、水中の生体微細物の検出という目的のためにより適したものとなる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、生体微細物の検出について標本データを使用するので、計測に要する時間を短縮したり、誤検出を防止したりする効果が得られる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、生体微細物の生死判別を検査項目として追加することができるので、生存しているものの個数を知る必要がある用途において好適に使用することができる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記各効果を船舶のバラスト水検査において奏することができる。このため、バラスト水の管理のための条約上の義務を利用する上で極めて有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の水質検査システムの概略図である。
【図２】図１に示す水質検査システムにおける検出系の構成を示した概略図である。
【図３】撮像素子における撮像面と透明管との関係を示した斜視概略図である。
【図４】１回の撮影で撮影される対象水の領域（撮影領域）について示した斜視概略図である。
【図５】計測プログラムの概略を示したフローチャートである。
【図６】再生計算モジュールについて示した斜視概略図である。
【図７】再生面抽出モジュールについて模式的に示した斜視図である。
【図８】同定計数モジュールについて模式的に示した斜視図である。
【図９】同定計数モジュールの概略を示したフローチャートである。
【図１０】出力モジュールによる計測プログラムの実行結果の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この出願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、実施形態の水質検査システムの概略図である。図１に示す水質検査システムは、バラスト水の検査を想定して構成されたシステムとなっている。このシステムの大きな特徴点は、対象水（バラスト水）Ｗを送る配管１上でその場で含有生体微細物Ｍの個数を計測するシステムとなっている点である。即ち、このシステムは、配管１を通して対象水Ｗを送る送水系２と、送水系２により配管１を通して送られる際の対象水Ｗ中の生体微細物Ｍの個数を検出する検出系３とを備えて構成されている。
【００１４】
具体的に説明すると、図１に示すように、送水系２は、検査のために一時的に対象水Ｗを溜める送水側タンク２１と、検査済みの対象水Ｗを一時的に貯める受水側タンク２２と、送水側タンク２１と受水側タンク２２とをつなぐよう設けられた配管１，１０１、１０２と、送水側タンク２１から配管１，１０１，１０２を通して対象水Ｗを送るポンプ２３と、対象水Ｗの流速を検知する流速計２４等を備えている。
【００１５】
配管は、検出系３が配置された場所を通る部分１では透明ものとなっている（以下、透明管と言い換える）。透明管１の前後には通常の配管１０１，１０２が接続されており、送水側タンク２１から対象水が配管（以下、流入管という。）１０１により透明管１に送られ、透明管１を通ってさらに別の配管（以下、流出管という。）１０２で排出されるようになっている。透明管１は、ガラスやアクリル樹脂等の透明な材料で形成された筒状の部材であり、この実施形態では、断面は方形のもの（即ち角筒状）となっている。
【００１６】
そして、この実施形態のシステムの別の大きな特徴点は、その場での計測を可能にするため、検出系３は、透明管１内を流れる対象水Ｗを撮像するものであり、撮像により得られたデータ（撮像データ）を解析することで生体微細物Ｍの個数を検出するものとなっている点である。そして、実施形態のシステムのさらなる大きな特徴点は、検出系３が、流れる対象水Ｗの像を通常の２次元の撮影ではなくホログラム撮影するものとなっている点である。
【００１７】
図２を使用して、検出系３についてより具体的に説明する。図２は、図１に示す水質検査システムにおける検出系３の構成を示した概略図である。図２に示すように、検出系３は、コヒーレント光を放射する光源３１と、撮像素子３２と、光学系３３〜３５と、撮像素子３２が撮影した像のデータを処理するデータ処理３６とを備えている。
コヒーレント光源３１としては、レーザ発振器が用いられる。例えば波長が６３２．８ｎｍのＨｅＮｅレーザ発振器、波長６９４ｎｍのルビーレーザ発振器などが用いられる。
【００１８】
撮像素子３２には、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサが使用される。撮像素子３２は、生体微細物Ｍの個数の計測が目的であるため、十分に細かい画素ピッチのものが使用される。例えば、ＣＣＤであれば撮像面のサイズが５．６×５．６ｍｍ程度で、画素数が１０２４×１０２４個程度のもの（画素ピッチは５．５μｍ程度）が使用される。
【００１９】
光学系は、コヒーレント光を透明管１内に照射し、照射された透明管１内の対象水（バラスト水）Ｗからの光である物体光を撮像素子３２に導くとともに、物体情報を含まないコヒーレント光を参照光として撮像素子３２に導き、撮像素子３２の撮像面で干渉させて干渉縞を撮像素子３２に撮像させるものである。
光学系としては、コヒーレント光源３１からの光を透明管１内に導いて対象水Ｗに照射する照射用光学系３３と、照射された対象水Ｗからの光（物体光）を撮像素子３２に導く撮像用光学系３４と、物体情報を含まないコヒーレント光を参照光として撮像素子３２に導く参照光用光学系３５とが設けられている。
【００２０】
尚、「物体情報」とは、コヒーレント光が物体に照射された際に物体の性状（形状、屈折率等）に応じてコヒーレント光の波面が変化することを想定した用語であり、変化した波面によって表現し得る物体の情報という意味の用語である。例えば、波面によって物体の像を再生する場合、物体の形状が「物体情報」ということになる。また、物体における透過率の分布が波面から得られる場合、透過率の分布が「物体情報」ということになる。そういった物体情報を含まないコヒーレント光（この実施形態では物体を経ていないコヒーレント光）が、参照光として使用される。
【００２１】
物体光用と参照光用とで別々の光源を使用することも原理的には可能であるが、別々の光源を使用すると波長や位相を十分にそろえる（可干渉性にする）ことは非常に難しい。このため、一つのコヒーレント光源３１からの光を分割して使用している。即ち、図２に示すように、照射用光学系３３の光路上には取り出し用ビームスプリッタ３５１が設けられており、光の一部を参照光として取り出すようになっている。また、参照光は、物体光から抽出することもできる。これには、具体的には二つの方法がある。一つは、特開２０１４−４４０９５号公報の図１２に開示されているように、物体回折後の光をビームスプリッタで二つに分離した後に、片方に対してフーリエ変換レンズとピンホールを組み合わせたスペイシャルフィルタを通過させることで、物体情報を欠落させたコヒーレント光を取り出し、これを参照光とするやり方である。もう一つは、国際公開２００８／１２３４０８号公報に開示されているように、物体回折後の光の光路上に同じくフーリエ変換レンズとマイクロ半透ミラーを配置し、物体回折光の０次光成分のみを参照光として用いるやり方である。
【００２２】
本実施形態では、透明管１内を透過した光が撮像素子３２に入射するようになっている。この光の中に、物体光が含まれる。物体光は、コヒーレント光が照射された対象水Ｗ中の生体微細物Ｍからの回折光であるが、コヒーレント光が生体微細物Ｍにより散乱されて出た光（散乱光）の場合と、生体微細物Ｍに反射して出た光（反射光）の場合と、生体微細物Ｍ中を透過して出た光（透過光）の場合とがある。生体微細物Ｍからの光を捉えて参照光との干渉縞を撮像して生体微細物Ｍの個数を計測することが目的であり、物体光としてはいずれの場合であっても良い。散乱光、反射光、透過光は区別できない場合もあり、区別できなくても生体微細物Ｍの存在が判断できる限り問題はない。尚、この実施形態では、生体微細物Ｍはバラスト水中の微生物や細菌であり、これら生体微細物Ｍは透明な場合が多く、従って物体光は主として透過光となっている。
【００２３】
図２に示すように、撮像用光学系３４は、透明管１と撮像素子３２との間に設けられている。本実施形態では、透明管１内を拡大して投影しながら得た干渉縞をホログラムデータとして記録するようになっている。このため、撮像用光学系３４は、対物レンズ３４１と、結像レンズ３４２とを備えている。尚、図２に示すように、撮像素子３２は、撮像面が撮像用光学系３４の光軸に対して垂直となるように配置される。
結像レンズ３４２と撮像素子３２との間の光路上には、統合用ビームスプリッタ３５２が設けられている。参照光用光学系３５は、取り出し用ビームスプリッタ３５１で取り出された参照光をミラー３５３で統合用ビームスプリッタ３５２まで導き、物体光とともに撮像素子３２に入射させるよう構成されている。
【００２４】
参照光用光学系３５は、オフアクシスで参照光を撮像素子３２に入射させることができるようになっている。オフアクシスとは、物体光と同じ入射角ではなく物体光に対して角度を持たせた状態で参照光を入射させることである。具体的には、ミラー３５３にはオフアクシス用駆動機構３５４が付設されている。オフアクシス用駆動機構３５４は、ミラー３５３を光軸に対して４５°の角度から所定角度だけ傾けた状態に変化させる機構である。
【００２５】
尚、図２に示すように、照射用光学系３３や参照光用光学系３５には、ビームエキスパンダ３３１，３５５が設けられており、コヒーレント光を必要な大きさの光芒に拡大して使用するようになっている。各ビームエキスパンダ３３１，３５５内には、ノイズ除去のためのスペイシャルフィルタ３３２，３５６が必要に応じて配置される。
【００２６】
データ処理部３６は、具体的にはコンピュータであり、演算処理部３６１としてのＣＰＵと、記憶部３６２と、出力部としてのプリンタ３６３やディスプレイ３６４等を備えている。撮像素子３２は、インターフェースを介してデータ処理部３６に接続されており、撮像素子３２で撮像された干渉縞のデータは、ホログラムデータとしてデータ処理部３６の記憶部３６２に記憶されるようになっている。即ち、この実施形態のシステムは、デジタルホログラフィを利用して対象水Ｗを検査するものとなっており、ホログラムの記録は、撮像された干渉縞のデータをホログラムデータとしてデータ処理部３６の記憶部３６２に記憶することで行われる。記憶部３６２は、メモリやハードディスクのようなストレージである。
【００２７】
データ処理部３６には、対象水Ｗ中の生体微細物Ｍの個数を計測するソフトウェアがインストールされている。これらソフトウェアには、生体微細物Ｍの個数を計測する計測プログラム３６６や計測プログラム３６６に使用される各種データが含まれる。これらプログラムやデータは、記憶部３６２に記憶されている。計測プログラム３６６がＣＰＵ３６１で実行されることで、対象水Ｗ中の生体微細物の個数が計測され、この結果が出力される。以下、計測プログラム３６６の概略について説明する。
【００２８】
計測プログラム３６６において、撮像素子３２による撮影領域の大きさと透明管１内の流速との関係で、ホログラムデータを取り出す周期が定められている。プログラムの詳細な説明に先立ち、まずこの点について説明する。
図３は、撮像素子３２における撮像面と透明管１との関係を示した斜視概略図、図４は１回の撮影で撮影される対象水Ｗの領域（撮影領域）について示した斜視概略図である。
【００２９】
ホログラフィでは撮影対象の空間の像を物体光と参照光との干渉縞として撮像し、その撮像結果（ホログラムデータ）に基づいて像を三次元で再生する。実施形態の水質検査システムでは、撮影対象は透明管１内である。図３に示すように、透明管１は、四つの透明な板状部材で形成されており、このうち、撮像素子３２側の板状部材１１を観察板と呼ぶ。撮像素子３２は、観察板１１を通して透明管１内の対象水Ｗを撮影する。
【００３０】
図３に示すように、撮像光学系の光軸３４０は、観察板１１に対して垂直であり、従って撮像素子３２の撮像面は、観察板１１に対して平行である。そして、図３に示すように、撮像用光学系３４の光軸３４０は、透明管１の断面形状における方形の一辺の方向（以下、奥行き方向という。）に一致している。この方向は、後述する像再生における再生距離Ｄの方向である。
【００３１】
撮像素子３２の撮像面を、ｘｙ平面とすると、ｘｙ方向は透明管１の長さ方向（対象水Ｗの流れの方向）に一致している。ｙ方向は、透明管１の高さ方向に一致している。撮像素子３２による撮影領域は、透明管１の内部空間であり、したがって図４にＲで示すような直方体状の箱状の空間領域となる。尚、撮影領域Ｒの奥行き方向の長さは、透明管１の垂直な断面における水平方向の長さである。像再生の際には、再生距離Ｄはこの長さの分だけ変化させるよう像再生空間が設定される。
【００３２】
撮影領域Ｒの幅方向（ｘ方向）の長さは、撮像素子３２の撮像面の幅と撮像用光学系３４の倍率とに応じて決まる。この長さは、１回の撮影において撮影される対象水Ｗの量を決めるものであり、重要なパラメータである。以下、この長さを、撮影幅と呼び、図３中にＬで示す。撮影幅Ｌは、例えば０．０５〜１００ｍｍ程度とされる。
【００３３】
撮影領域Ｒの高さ方向（ｙ方向）の長さｈは、透明管１の内面における高さ（以下、撮像高さという。）である。撮影幅Ｌ及び撮影高さｈの平面領域が、撮像素子３２が１回の撮影において見込む領域である。以下、この平面領域を１フレーム領域と呼ぶ。撮像用光学系３４は、撮像素子３２の撮像面の位置及びサイズに応じて、１フレーム領域を確実に見込むよう設計される。尚、撮像用光学系３４は、テレセントリック、特に物側テレセントリックな光学系とし、撮影領域Ｒの奥行き方向では横倍率が変化しないようにすることが望ましい。
尚、図３において、一回の撮影における撮影領域Ｒの輪郭が実線で示されている。透明管１には配管１００によって次々に対象水Ｗが送られて流れていく。次の回の撮影において撮影される対象水Ｗの領域を図３において破線で示す。
【００３４】
透明管１内の流速をＶとすると、撮像素子３２は、Ｌ／Ｖの周期で１回の撮影を行うようになっている。より正確に言えば、撮像素子３２は自身のフレーム周期で撮影を行っているが、実際の生体微細物の個数計算には、撮像素子３２の出力をＬ／Ｖの周期で取り出し、その取り出した出力（ホログラムデータ）について１回の撮影で確認された数として生体微細物Ｍの個数を計測している。以下、この周期を撮影周期という。
尚、対象水Ｗ中に存在し得る生体微細物Ｍが微生物であり、自身が移動することが想定される場合、透明管１内の流速Ｖは、その移動速度よりも十分に速いものとされる。流速Ｖは、例えば０．０１ｍｍ／ｓ〜１００００ｍｍ／ｓ程度とされ、撮影周期は例えば１Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度とされる。
【００３５】
計測プログラム３６６は、撮影周期毎に出力されるホログラムデータについて生体微細物Ｍを計測する。以下、説明の都合上、１回の撮影において出力されるホログラムデータをデータセットと呼ぶ。各データセットは、撮像素子３２から出力されたものを計測プログラム３６６がそのまま使用する場合もあるし、いったん記憶部３６２に記憶され、計測プログラム３６６が記憶部３６２から読み出して使用する場合もある。各データセットが記憶部３６２にいったん記憶される場合、データベース形式のように各データセットについて撮影順が識別できるように記憶される。
【００３６】
上記の点を前提とし、計測プログラム３６６について説明する。まず、図５を使用し、計測プログラム３６６の全体を概略的に説明する。図５は、計測プログラム３６６の概略を示したフローチャートである。図２に示すように、計測プログラム３６６は、サブプログラムとして、再生計算モジュール、再生面抽出モジュール、同定計数モジュール、出力モジュール等を有している。
【００３７】
計測プログラム３６６は、一つのデータセットについて最終的には図４に示す撮像領域Ｒ全体について生体微細物Ｍが存在するかの確認と、存在する場合の同定及び計数とを、ホログラムの再生結果に基づいて行う。この際、計測プログラム３６６は、奥行き方向で所定の短い距離（ピッチ）で再生距離Ｄを変えなから、データ処理を行う。以下、奥行き方向の再生距離のピッチを再生距離ピッチと呼ぶ。再生距離ピッチΔＤは、検出しようとする生体微細物Ｍの大きさに応じて決められるが、一般的には、０．１μｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００３８】
まず、再生計算モジュールについて説明する。図６は、再生計算モジュールについて示した斜視概略図である。再生計算モジュールは、一つのデータセットについて像再生の準備作業として像再生空間（各再生面）の複素振幅データを計算するモジュールである。この点は、通常のホログラムデータの再生と大きく変わるところはないが、図６を使用して概略を説明する。
ホログラフィにおいて、数値計算によって像を再生する場合、ホログラム面と再生面とを特定する必要がある。ホログラム面とは、ホログラムが存在する面であるが、ここでは、撮像素子３２の撮像面の位置となる。通常は、計算を簡単にするため、図６に示すように再生面はホログラム面と平行な面とされる。
【００３９】
撮像素子３２から出力されるホログラムデータは、各画素における光強度の信号（光強度分布）である。従って、図６に示すように、ホログラムデータ３２１は、ｇ（ｘ、ｙ）と定義できる。但し、前述したように、ホログラムデータ３２１は、物体光と参照光とによってできた干渉縞（図６中に一部拡大して符号３２２で示す）であり、この干渉縞３２２のパターンがｇ（ｘ，ｙ）である。図５に示すように、計算を簡単にするため、再生面はホログラム面とＺ軸を共通にしたＸＹ平面とされる。ホログラム面と再生面との距離Ｄは、前述した再生距離であり、撮影領域Ｒにおいては上述した奥行き方向の距離に相関している。
【００４０】
一例として、フーリエ変換を利用しフレネル回折の距離で再生する場合について説明する。ｒはホログラム面上の一点から再生面上の一点までの距離であるとする。ｘ，ｙはホログラム面上の座標、Ｘ，Ｙは再生面上の座標である。
再生面での複素振幅分布は、キルヒホッフの回折積分の式に従い、式１のように表せる。
【数１】
2016133466.tif 000003
式１において、λは再生光の波長、ｋは波数である。式１に対し、式２に示すフレネル近似を適用して代入すると、式３が得られる。
【数２】
2016133466.tif 000004
【数３】
2016133466.tif 000005
【００４１】
式３において、積分をフーリエ変換であるとみなして変形すると、式４が得られる。
【数４】
2016133466.tif 000006
式４において、Ｆのカッコ内はフーリエ変換であることを示す。ｘやｙは、撮像面の各ピクセルからの出力値であり、離散フーリエ変換をすることでＧ（Ｘ，Ｙ）が得られる。式４からも解るように、データＧ（Ｘ，Ｙ）は、再生面における各点の光情報を複素数の形式で表現したもの（複素振幅データ）である。従って、途中の計算を省略すると、このデータＧ（Ｘ，Ｙ）は、以下の式５で表現されることになる。
【数５】
2016133466.tif 000007
【００４２】
このように、再生計算の結果は、再生面の各点における複素振幅データであり、そのピッチは、元データであるホログラムデータ３２１のピッチ（画素ピッチ）に依存する。デジタルホログラフィにおいて、振幅情報で像を再生する場合、上記式５から各座標点における｜Ａ｜２を計算して出力する。位相情報で像を再生する場合、各座標点における偏角φを計算して出力する。出力されるのは、再生面における振幅値の分布（振幅値マップ）や位相値の分布（位相値マップ）であり、それを何らかの方法で視覚化すると、その中に目的とする物体の像が現れることになる。この実施形態では、撮影対象は水であるので、生体微細物Ｍが存在する場合にその像が現れることになるが、これらは同定計数モジュールで行われる。
【００４３】
図５に示すように、計測プログラム３６６は、まず、最初のデータセットを読み込み、メモリ変数に格納する。「データセットを読み込む」とは、撮像素子３２から出力されるものをそのまま使用する場合、プログラムの実行直後のタイミングで出力されたホログラムデータを撮像素子３２から取得して計測プログラム上のメモリ変数に格納することである。また、各データセットが記憶部３６２に記憶されている場合、最初のデータセットを読み出してメモリ変数に格納することである。
図５に示すように、計測プログラムは、最初のデータセットについて再生計算モジュールを実行し、その実行結果をメモリ変数に格納する。再生計算モジュールの実行結果は、前述したように各再生面における複素振幅データの集まりである。
【００４４】
次に、計測プログラムは、再生面抽出モジュールを実行する。再生面抽出モジュールは、後述するように、生体微細物Ｍの再生像が存在するかどうか判断し、存在すると判断される場合にサブプログラムとして同定計数モジュールを実行するモジュールである。同定計数モジュールの実行結果は、確認された生体微細物ＭのＩＤとその個数であり、これらがモリ変数に一時的に格納される。
そして、計測プログラムは、次の再生面について同様に再生面抽出モジュールを実行し、生体微細物Ｍが存在すると判断される再生面について同定計数モジュールを実行する。同定計数モジュールの実行結果は、それまでの実行結果に対してどのような生体微細物であるかを特定するＩＤ（この実施形態では標本データのＩＤ）毎に合算される。
【００４５】
全ての再生面について再生面抽出モジュール及びそのサブプログラムとしての同定計数モジュールが実行されると、そのデータセットについての処理は終了であり、計測プログラムは、次のデータセットを読み込む。そして、抽出されたすべての再生面について処理が終了すると、そのデータセットでの処理は終了であり、計数プログラムは、次のデータセットを取り込む。そして、同様に再生計算モジュール、再生面抽出モジュール、生体微細物Ｍがあると判断された場合の同定計数モジュールを順次実行する。
このような処理を最後のデータセットまで行った後、出力モジュールを実行する。出力モジュールの実行により、計測プログラムは終了である。
【００４６】
次に、再生面抽出モジュール及び同定計数モジュールについて、図７〜図９を使用してより詳しく説明する。図７は再生面抽出モジュールについて模式的に示した斜視図、図８は同定計数モジュールについて模式的に示した斜視図、図９は同定計数モジュールの概略を示したフローチャートである。
再生面の抽出は、特に必須となるものではないが、大量の水を短時間に検査するための好適な構成として設けられている。前述したように、ホログラムの再生では、再生距離を変えることで各再生面の像が得られる。したがって、再生距離ピッチで順次再生距離を変えていくことで、撮影領域Ｒ全体の三次元像が得られることになる。再生距離ピッチは、検出しようとしている生体微細物Ｍの大きさや撮像用光学系３４の解像度等に応じて決められる。図７において、像再生空間がＲ’として示されている。像再生空間Ｒ’において、撮像領域Ｒ全体の像が再生される。
【００４７】
この際、各再生面（各再生距離ピッチでの再生面）のすべてについて解析を行って生体微細物Ｍの像の有無を判断する構成であると、あまりに長時間を要してしまうので、解析をする必要がある再生面かどうかを予め判断し、解析を行う必要があると判断された再生面Ｐのみを抽出するようにしている。このモジュールが、再生面抽出モジュールである。
再生面抽出モジュールの構成としては幾つか考えられるが、この実施形態では、一つの再生面全体の平均輝度値を算出し、基準となる輝度値に対する差が限度以上であるかどうかにより抽出するかどうかを判断するものとなっている。ここでの輝度値とは、再生像の画面における明るさという程度の意味であり、前述した複素振幅データ（Ｇ（Ｘ，Ｙ））である。
【００４８】
この実施形態では、対象水Ｗは、生体微細物Ｍを含み得る以外は、水としての濃度（光透過度）は一定であることを前提としている。また、ホログラム撮影をする際のコヒーレント光の強度、装置が置かれた場所の照明条件も常に一定である。したがって、ホログラム撮影をして再生した場合、水の部分の像の輝度値は基本的に一定である。そして、生体微細物Ｍの像が撮影され、それが再生された場合、その部分で輝度値が変化することになる。したがって、ある再生面Ｐが生体微細物Ｍの像を含む場合、その再生面Ｐの平均輝度値は、生体微細物Ｍの像を含まない場合に比べて変化する。一般的には、コヒーレント光は、生体微細物Ｍにおいて吸収された散乱されたりするので、生体微細物Ｍの像を含む再生面Ｐの平均輝度値は、生体微細物Ｍの像が存在しない再生面に比べて低下する。したがって、生体微細物Ｍの像を含まない再生面の像の平均輝度値を予め調べて基準値（以下、基準輝度値という。）として設定しておき、これと比較することで抽出するかどうかを判断する。
【００４９】
輝度値には、複素振幅データ（Ｇ（Ｘ，Ｙ））のうち、振幅又は位相のどちらかが使用される。実施形態のような水中の生体微細物Ｍの検出では、位相データを輝度値とする方が望ましい。実施形態の水質検査システムで検出される生体微細物Ｍは、ミジンコのような水中プランクトンである場合が多く、ほぼ透明で、ある程度の厚みのある微粒子である。位相の場合、微生物の透明な体内を透過する際の波面の歪みが捉えられて像が再生される場合が多いが、このような波面の歪みは位相データの変化となって現れやすく、位相データについて基準輝度値を設定して比較する方が望ましい。
【００５０】
図５に示すように、同定計数モジュールは、再生面抽出モジュールが実行された際、再生面の平均輝度値が基準輝度値である場合に呼び出されて実行されるサブプログラムである。再生面の平均輝度値が基準輝度値以上である場合、同定計数モジュールは実行されない。
同定計数モジュールは、平均輝度値が基準輝度値未満であるとして抽出された再生面Ｐにおいて再生像を解析し、生体微細物Ｍの存在個数を算出するモジュールである。同定計数モジュールは、より正確な個数計測、即ち生体微細物Ｍではないものを誤ってカウントしてしまわないという観点と、さらに進んでどのような生体微細物Ｍであるかの特定（同定）を行うという観点から最適化された構成を採用している。
【００５１】
具体的には、同定計数モジュールは、生体微細物Ｍの像の部分であると判断されるデータ領域を抽出し、抽出されたデータ領域を標本データと比較することで生体微細物Ｍの存在の確認と、生体微細物Ｍの同定を行うものとなっている。標本データとの比較については、幾つかの手法が考えられるが、この実施形態では、イメージデータの比較によって行っている。
図９に示すように、同定計数モジュールは、抽出された再生面の複素振幅データで像を再生する。この場合は、振幅、位相のいずれでも構わないが、一例として振幅データで像を再生する。再生された像データは、いわゆるイメージデータである。同定計数モジュールは、図８に示すように、このイメージデータを処理し、生体微細物Ｍの像を現してしると判断される領域を特定し、抽出する。この領域を、以下、抽出領域という。抽出領域のイメージデータを図８中にＩで示す。
【００５２】
そして、図８に示すように、同定計数モジュールは、記憶部３６２から標本データＩ’を一個ずつ読み込み、抽出領域のイメージデータＩと比較する。そして、両者の合致度を判断する。合致度は、０〜１００％の範囲で数値化され、判断された合致度は一時的にメモリ変数に格納される。合致度の判断は、二つのイメージデータＩ，Ｉ’の重なり合う領域の多さで判断する。この際、抽出領域のイメージデータＩを適宜拡大又は縮小してサイズを標本データＩ’と同じにしたり、抽出領域のイメージデータＩを回転させて最も合致度が高くなる状態で判断を行ったりする。
【００５３】
同定計数モジュールは、合致度が一定の閾値以上であるかどうか判断し、閾値以上であれば、その抽出領域のイメージデータＩは当該標本データの像（生体微細物Ｍの像）を現していると判断し、その旨をメモリ変数に代入する。一つの抽出領域のイメージデータＩについては、合致度が閾値以上である標本データは通常０個か１個であるが、２個以上ある可能性もあるので、同定計数モジュールは、最後の標本データＩ’まで対比を行い、合致度が閾値以上のものが複数ある場合、最も合致度が高い標本データの標本ＩＤをメモリ変数に更新して記憶する。即ち、一つの抽出領域のイメージデータＩとの対比において、合致度が閾値以上であって最も合致度が高くなった標本データの標本ＩＤについて合致数を１を加算してメモリ変数を更新する。ここでのメモリ変数は行列変数になっており（以下、合致数格納変数という。）、各標本データのＩＤ（以下、標本ＩＤという）について検出個数を代入する変数である（初期値はゼロ）。
【００５４】
このようにして、抽出された一つの再生面について抽出領域のイメージデータＩの判断を行う。殆どの場合、一つの再生面Ｐで抽出される抽出領域の数は１個のみであるが、２個以上あった場合、それぞれの抽出領域について同様に標本データＩ’と対比し、合致度が閾値以上であれば、合致数格納変数に判断結果を代入して更新する。これで、一つの再生面Ｐについての同定計数モジュールが終了する。
【００５５】
図５に示すように、サブプログラムとしての同定計数モジュールが終了すると、再生面抽出モジュールも終了する。計測プログラム３６６は、一つのデータセットについての一例の処理が終了したことになるので、再生距離ピッチをΔＤだけ増やし、同様に再生計算モジュール、再生面抽出判断モジュール、再生面Ｐが抽出された場合の同定計数モジュールを順次実行するようプログラミングされている。
そして、一つのデータセットで最後の再生面での処理が終了すると、そのデータセットについての処理が終了である。この間、合致度が閾値を超えるたびに合致数格納変数には、当該標本データの標本ＩＤの検出個数の値が加算されていく。尚、最後の再生面とは、再生距離が最終値である再生面のことであり、設定されている像再生空間において再生距離が最も遠い再生面のことである。
【００５６】
図５に示すように、計測プログラム３６６は、次のデータセットについての同様のデータ処理を行う。そして、最後のデータセットについて処理が終了すると、計測プログラム３６６は、出力モジュールを実行し、プログラムを終了する。最後のデータセットとは、撮像素子３２からのデータをそのまま使用している場合、１回の検査で検査すべき対象水Ｗがすべて透明管１内を流れてしまって、透明管１内の流れがなくなる直前のデータセットとなる。この場合、図１に示すように透明管１内に流れ検出センサ１０が設けられており、流れ検出センサ１０がオフになったら検査終了であるとし、計測プログラム３６６が終了するようプログラミングされる。また、各データセットが記憶部３６２に記憶される場合、記憶部３６２に記憶された最後のデータセットについて処理が終了すると、計測プログラム３６６は出力モジュールを実行して終了する。
【００５７】
尚、計測プログラム３６６において、再生距離ＤはピッチΔＤで変化するが、再生距離を変換させた場合に再生像の明暗が周期的に変化する問題がある。この問題については、特開２０１３−１４８４７１号公報に開示された技術を利用することで解決が可能である。
【００５８】
出力モジュールは、計測プログラム３６６の実行結果をディスプレイ３６４に表示するものである。図１０は、出力モジュールによる計測プログラム３６６の実行結果の一例を概略的に示す図である。図１０に示すように、出力モジュールは、プログラムの実行日時（検査日時）、全流量（検査総量）等の情報とともに、存在が確認された生体微細物Ｍの名称とその個数を表示するものとなっている。
【００５９】
尚、上記計測プログラム３６６において、再生計算モジュールと再生面抽出モジュール（及びそのサブプログラムとして実行され得る同定計数モジュール）は、並行して行われる（即ち並列処理される）場合があり得る。つまり、ある再生距離Ｄの再生面について複素振幅データを得た後、当該再生面について再生面抽出モジュール（そのサブプログラムとして実行され得る同定計数モジュール）を実行し、その間に次の再生面での再生計算を行うようプログラミングされる場合もある。
【００６０】
次に、システム全体を制御する制御系及び送水系について補足して説明する。
図１に示すように、実施形態の水質検査システムは、全体を制御する制御ユニット４を備えている。制御ユニット４は、送水系２や検出系３等のシステムの各部を制御するものである。この制御には、送水系２に設けられた各バルブ１０３〜１０５の開閉制御を含む。
【００６１】
図１に示すように、送水側タンク２１と透明管１との間の流入管１０１上には、流入制御バルブ１０３が設けられている。また、透明管１と受水側タンク２２の間の流出管１０２上には、流出制御バルブ１０４が設けられている。そして、図１に示すように流出制御バルブ１０４の上流側で配管は分岐されており、バイパス用の配管（以下、バイパス管）１０６が設けられている。バイパス管１０６には、バイパスバルブ１０５が設けられている。バイパス管１０６は、送水側タンク２１に接続されており、透明管１を出た対象水Ｗを送水側タンク２１に戻すものとなっている。
【００６２】
制御ユニット４には、シーケンス制御プログラムが実装されている。以下、システム全体の動作の説明も兼ねて、シーケンス制御プログラムについて説明する。
実施形態のシステムは、図１に示す送水側タンク２１に対象水Ｗが投入されている状態で動作が開始される。シーケンス制御プラグラムは、まず、流出制御バルブ１０４を閉じ且つバイパスバルブ１０５を空けた状態で流入制御バルブ１０３を開け、この状態でポンプ２３を起動させる。この結果、対象水Ｗは、透明管１を通って流れ、バイパス管１０６を通って送水側タンク２１に戻る。
【００６３】
そして、シーケンス制御プログラムは、流速計２４の出力から所定の流速が確保されていることが確認されたら、検出系３に計測開始の制御信号を送る。これにより、検出系３内のコヒーレント光源３１が動作し、撮像素子３２の動作も開始され、検出系３による生体微細物Ｍの個数計測が開示される。検出系３は、内部に不図示の制御部を有しており、コヒーレント光源３１の出力が所定値に安定しており、撮像素子３２も正しく動作していることが確認されたら、計測プログラム３６６を実行する。
【００６４】
計測プログラム３６６が実行開始時に、検出系３内の制御部からその旨が制御ユニット４に出力される。シーケンス制御プログラムは、流速に応じた所定のタイミングで流出制御バルブ１０４を開けると同時にバイパスバルブ１０５を閉じる。これにより、対象水Ｗは受水側タンク２２に向かって流れ、受水側タンク２２に収容される。流出制御バルブ１０４が開けられるタイミングは、検出系３の計測プログラム３６６により生体微細物Ｍの個数計測がされた分の対象水Ｗが流出制御バルブ１０４に到達するタイミングである。このため、受水側タンク２２には、生体微細物Ｍの個数計測が完了した対象水Ｗが溜まっていく。
【００６５】
送水側タンク２１にあったすべての対象水Ｗが透明管１内を流れて検査がされると、流れ検出センサ１０の出力がオフになる。制御ユニット４は、この時点でポンプ２３の動作を止め、検出系３に信号を送って動作を停止させる。検出系３の動作結果は、前述したようにディスプレイ３６４に表示される。シーケンス制御プログラムは、上記のようなシーケンスで各部を制御するようプログラミングされている。
【００６６】
上記のような構成に係る水質検査システムを使用して水質検査をする場合、対象水Ｗを送水側タンク２１に予め収容する。この際、比較的大きなゴミ等を除去するため、予めフィルタ処理される場合がある。また、濁りが大きい場合、予め沈殿処理されて濁りが除去される場合もある。ゴミや濁りが必要に応じて除去された状態で対象水Ｗが送水側タンク２１に収容され、システムの動作が開始される。
【００６７】
システムは、上記のような動作で対象水Ｗ中の生体微細物Ｍの検出と同定、個数計算を行い、その結果をディスプレイ３６４に表示する。作業者は、必要に応じて検査結果をプリンタ３６３で印刷する。
システムの動作が完了すると、受水側タンク２２には、検査済みの対象水Ｗが収容されている。この実施形態では対象水Ｗはバラスト水であるので、受水側タンク２２内の対象水Ｗは、検査結果に問題がなければ、そのまま海に排出されるか、又は船舶のバラストタンクに収容される。
【００６８】
以上の構成及び動作に係る実施形態の水質検査システムによれば、対象水Ｗが流れる配管１内を撮影し、その撮影データに基づいてその場で計測が行われるので、バラスト水の検査のように大量の水を短時間に検査するのに適したものになる。
そして、撮影はホログラム撮影であってホログラムのデジタル再生（デジタルホログラフィ）を利用して対象水Ｗ中の生体微細物Ｍの個数を計測するものであるので、大量の水を短時間に検査するという観点でさらに好適なものとなっている。
【００６９】
ホログラムの再生像は、前述したように三次元の像であり、実施形態のシステムは、透明管１内という奥行きをもった領域に対して撮影を行い、三次元の像再生空間について１回の撮影で生体微細物Ｍの個数計測を行う。
一方、このような撮像による生体微細物Ｍの個数計測を通常の二次元の撮像により行う場合を考えてみると、通常の二次元の撮像では、透明管内の奥行き方向でどこかにピントを合わせて撮影を行うしかなく、焦点深度の深い撮像用光学系を使用して撮像を行う場合でも、透明管の奥行きはそれほど大きくはできない。つまり、通常の二次元の撮像では、透明管の断面積を小さくし奥行き方向の距離をかなり狭くした状態ではないと、撮像データの解析による個数計算は行えない。透明管の断面積が小さいということは、一度に撮像できる検査水の量が少ないことを意味し、バラスト水のような大量の対象水Ｗを短時間に検査する用途には不向きということになる。一方、実施形態のシステムのようにホログラム撮影をしてその再生像データの解析により個数計算を行う場合、三次元空間について１回の撮影で個数計算ができるので、バラスト水のような大量の対象水Ｗを短時間に検査するのに非常に適している。
【００７０】
また、実施形態のシステムでは、１回の撮影で得られたホログラムデータ（１個のデータセット）について再生距離ピッチΔＤ毎のすべての再生面で解析を行うのではなく、生体微細物Ｍの像が存在すると判断される再生面Ｐのみ抽出して解析を行うものとなっている。このため、検査に要する時間をさらに短縮することができている。すべての再生面で解析を行う場合、再生距離ピッチΔＤ毎に複素振幅データ（Ｇ（Ｘ，Ｙ））から振幅値マップ又は位相値マップを生成し、そのいずれかについてイメージを解析して生体微細物Ｍのイメージと思われる領域（抽出領域）の有無を判断し、有ると判断された場合に当該領域の抽出を行って標本データとの対比を行う必要があり、時間を要するデータ処理となり得る。実施形態のシステムでは、計測プログラム３６６が再生面抽出モジュールを備えており、生体微細物Ｍの像が存在すると判断される再生面のみ取り出して解析を行うので、データ処理に要する全体の時間が大幅に削減される。
尚、前述した実施形態では、再生面の平均輝度値が標準輝度値未満である場合にその再生面Ｐに生体微細物Ｍの像が含まれ得るとして抽出したが、他の構成もあり得る。例えば、再生面内における輝度値の変化幅（輝度値の最大値と最小値の差異）が一定以上であるかどうかにより判断しても良い。一定以上の場合、生体微細物Ｍの像が含まれ得るとされる。
【００７１】
生体微細物Ｍの存在の確認と同定のために標本データを使用する点も、計測に要する時間を短縮したり、誤検出（生体微細物Ｍではないものを誤ってカウントしてしたり、別の生体微細物Ｍであると誤って同定してしまったりすること）を防ぐのに役立っている。生体微細物Ｍの同定には、再生像をディスプレイに表示し、適宜拡大等をして作業者が目視により行う構成も考えられる。しかしながら、このような構成ではあまりにも時間がかかり過ぎ、誤りも発生し易い。実施形態の構成では、標本データの対比によりソフトウェア上で解析が行われるので、このような問題はない。
尚、上記実施形態では、イメージデータＩ，Ｉ’の対比によりその再生像が生体微細物Ｍの像であるかどうか判断したが、数値データの対比によって判断することもあり得る。例えば、ある生体微細物Ｍが特徴的な輪郭を有しており、その輪郭が数式で表現できる場合、再生面における複素振幅データ（Ｇ（Ｘ，Ｙ））のうちの振幅又は位相のいずれかの数値について当該数式との相関性を見ることで判断することがあり得る。
【００７２】
また、生体微細物Ｍの存在個数が計測できれば足り、同定が必要ではない場合、ソフトウェアの構成は簡略化され得る。例えば、抽出領域のイメージデータを処理する際、単なるゴミとの区別ができれば良いのであれば、イメージの輪郭だけで生体微細物Ｍかどうかを判断することもあり得る。殆どの生体微細物Ｍは、ゴミの破片（例えばプラスチックゴミの破片）等に比べて複雑な輪郭を有しており、輪郭の複雑さを評価してゴミか生体微細物Ｍかを判別することもできる。
【００７３】
さらに、実施形態の水質検査システムでは、生体微細物Ｍの生死判別を検査項目として追加することも可能である。例えば、動物プランクトンのような多くの水中微生物は、死骸となった場合、水圧で押し潰されたような形状（しわくちゃとなった形状）となる。その一方、生存している場合には内部の体液によって膨らんだ形状となっている場合が多い。したがって、水中微生物のホログラム像を位相データで再生した場合、波面の歪みは死骸の場合の方が大きくなる。つまり、位相データによる像再生により波面の歪み具合を判断し、その度合いによって生死判別を行うことができる。この他、微生物によっては死骸となった場合には生存中とは異なる特徴的な形状になるものもあり、そのような死骸の形状について生存中のものとは別に標本データを登録しておき、それとの対比によって生死判断を行う場合もあり得る。
【００７４】
上記実施形態において、透明管１における流速は一定であるとしたが、一定でない場合もある。例えば、対象水Ｗの流れを間欠的とし、検出系３における撮影の際には透明管１内で対象水Ｗが停止した状態とする場合があり得る。また、停止しないまでも、周期的に流れを遅くし、その遅いタイミングで撮影が行われることもある。
また、撮影周期は、撮影幅Ｌ／流速Ｖであると説明したが、これより長い周期とされる場合もある。この場合、撮影領域の容積Ｑ×撮影回数Ｔが、検査された対象水Ｗの総量となる。この場合には、配管１を通って流れた対象水Ｗの総量よりも、検査された量（Ｑ・Ｔ）の方が少なくなり、全量検査にはならないが、流れた対象水Ｗの総量は流速計２４等により判るので、比例計算により生体微細物Ｗの全個数を推定値として算出する。
【００７５】
尚、撮影周期については、コヒーレント光源３１と同期したものとされることもあり得る。例えば、コヒーレント光源３１としてパルス発振のレーザー光源を採用し、このパルスの周期に撮影周期を同期させる場合もある。また、連続発振のものであってもチョッパでパルスにし、これに撮影周期を同期させる場合もある。
また、上記実施形態のシステムでは、透明管１は全体が透明なものであったが、コヒーレント光を照射し、内部からの物体光を捉えて撮影できれば足り、観察窓のように一部が透明とされたものが使用される場合もある。また、すべて透明である配管によって送水をする場合もあり得る。
【００７６】
また、バラスト水の検査システムとして構成される場合、実施形態の水質検査システムは、バラスト水処理装置の排出側に設置され、処理されたバラスト水のチェックの目的で使用されることがあり得る。また、上記実施形態では、検査済みの対象水Ｗを受水側タンク２２に一時的に溜めたが、バラスト水の場合、そのまま海に排出したり、又はそのままバラストタンクに積み込んだりする場合もあり得る。
【００７７】
尚、上記実施形態のシステムは、バラスト水を対象水Ｗとして検査するシステムであったが、本願発明は、プールや海水浴場、各種浴場施設等において使用される水の検査に好適に使用することができる。さらに、魚介類の養殖施設で使用される水の検査に使用することもでき、例えば問題となる寄生虫や細菌がないかどうかをチェックするのに好適に使用することができる。
【００７８】
上記実施形態では、対象水Ｗはバラスト水であり、生体微生物は各種動物プランクトン、各種植物プランクトン、各種魚介類の卵や幼生、各種細菌、各種藻類等であり得る。この他、本願発明の水質検査システムは、バイオ研究等にも利用することができ、生体微細物Ｍは、検査水中に溶解させた生体試料や生体細胞等である場合もある。
【符号の説明】
【００７９】
１  配管（透明管）
１０  流れ検出センサ
１１  観察板
１０１  配管（流入管）
１０２  配管（流出管）
１０３  流入制御バルブ
１０４  流出制御バルブ
１０５  バイパス管
２１  送水側タンク
２２  受水側タンク
２３  ポンプ
２４  流速計
３  検出系
３１  コヒーレント光源
３２  撮像素子
３３  照射用光学系
３４  撮像用光学系
３５  参照光用光学系
３６  データ処理ユニット
３６１  ＣＰＵ
３６２  記憶部
４  制御ユニット
Ｗ  対象水
Ｍ  生体微細物
Ｐ  再生面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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